洪水调节设计试算法和半图解法模板带试算C语言程序概要.docx
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洪水调节设计试算法和半图解法模板带试算C语言程序概要
《洪水调节课程设计》任务书
一、设计目的
1.洪水调节目的：
定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库水位的变化、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；
2.掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；
3.了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；培养学生分析问题、解决问题的能力。
二、设计基本资料
1.某水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益，电站装机为5000KW，年发电量1372×104kw·h，水库库容0.55亿m3。
挡水建筑物为混凝土面板坝，最大坝高84.80m。
溢洪道堰顶高程519.00m，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。
水库正常蓄水位525.00m。
电站发电引用流量为10m3/s。
2.本工程采用2孔溢洪道泄洪。
在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。
3.上游防洪限制水位524.8m（注：
X=524.5+学号最后1位/10，即524.5m-525.4m），下游无防汛要求。
三、设计任务及步骤
分别对设计洪水标准、校核洪水标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。
具体步骤：
1.根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准；
2.用列表试算法进行调洪演算：
1根据已知水库水位容积关系曲线V～Z和泄洪建筑物方案，用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线q～Z，并将V～Z，q～Z绘制在图上；
2决定开始计算时刻和此时的q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对每一时段的q2、V2进行试算；
3将计算结果绘成曲线：
Q～t、q～t在一张图上，Z～t曲线绘制在下方。
3.用半图解法进行调洪计算：
1绘制三条曲线：
，
，
；
2进行图解计算，将结果列成表格。
4.比较分析试算法和半图解法调洪计算的成果。
四、时间安排和要求
1.设计时间为1周；
2.成果要求：
1设计说明书编写要求条理清楚、附图绘制标准；
2列表试算法要求采用手工计算，熟悉过程后可编程计算，如采用编程计算需提供程序清单及相应说明；
3设计成果请独立完成，如有雷同则二者皆取消成绩，另提交成果时抽查质询。
五、参考书
3.《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）
4.《水利水能规划》
附录：
一、堰顶溢流公式
式中：
q——通过溢流孔口的下泄流量，m3/s；
n——溢流孔孔口数；
b——溢流孔单孔净宽，m；
g——重力加速度，9.81m/s2；
ε——闸墩侧收缩系数，与墩头形式有关，初步计算可假设为0.92；
m——流量系数，与堰顶形式有关，可查表，本工程取0.48；
H0——堰顶水头，m。
二、设计洪水过程
时刻（h）
Q实测（m3/s）
各频率Q（m3/s）
0.1%
1%
2%
5%
0
3.32
50
35
29
20
1
136
296
196
162
121
2
312
680
524
432
357
3
349
1300
727
602
524
4
960
2000
1220
1040
739
5
1670
2300
1390
1130
806
6
1290
2100
1290
1090
775
7
919
1750
1190
1010
698
8
543
1180
853
706
541
9
402
895
647
505
387
10
324
817
483
400
327
11
294
709
437
362
270
12
264
606
398
326
243
13
234
549
348
289
216
14
204
477
294
251
195
15
191
440
283
230
176
16
177
414
263
219
162
17
164
385
245
204
151
18
150
351
224
187
139
19
137
320
204
170
125
20
123
286
183
152
113
21
110
257
171
142
106
22
102
240
154
127
96
23
97
226
144
119
89
24
90
212
135
111
83
三、水位－库容曲线和库容表
库容表
高程（m）
450
460
470
480
490
500
505
库容（104m3）
0
18
113.5
359.3
837.2
1573.6
2043.2
高程（m）
510
515
520
525
530
535
540
库容（104m3）
2583.3
3201.3
3895.7
4683.8
5593.9
6670
7842.6
四、工程分等分级规范和洪水标准
五、调洪计算成果表
频率
项目
设计洪水
校核洪水
列表试算法
最大泄量（m3/s）
1003.35m3/s
1550.73m3/s
水库最高水位（m）
529.03m
532.44m
半图解法
最大泄量（m3/s）
1004.54m3/s
1558.92m3/s
水库最高水位（m）
528.92m
532.36m
洪水调节演算过程
一、洪水标准的确定
1.工程等别的确定：
由设计对象的基本资料可知，该水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等其他综合效益，电站装机为5000kW，水库库容0.55
108m3。
若仅由装机容量5000kW为指标，根据“水利水电工程分等指标”，可将工程等别定为Ⅴ；若仅以水库总库容0.55
108m3为指标，则可将工程等别定为Ⅲ。
综合两种指标，取等级最高的Ⅲ等为工程最终等别。
2.洪水标准的确定：
该水利工程的挡水建筑物为混凝土面板坝，由已确定的为Ⅲ等的工程等别，根据“山区，丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准”，可查得，该工程设计洪水标准为100~50年，校核标准为1000~500年，不妨取设计标准为100年，校核洪水标准为1000年。
二、试算法洪水调节计算
1.计算并绘制水库的q=f（V）关系曲线：
应用式
，根据不同水库水位计算H与q,再由H~V关系曲线查得V，并计算于下表，绘制q=f（V）关系曲线图如下。
2.
10
324
817
483
400
327
11
294
709
437
362
270
12
264
606
398
326
243
13
234
549
348
289
216
14
204
477
294
251
195
15
191
440
283
230
176
16
177
414
263
219
162
17
164
385
245
204
151
18
150
351
224
187
139
19
137
320
204
170
125
20
123
286
183
152
113
21
110
257
171
142
106
22
102
240
154
127
96
23
97
226
144
119
89
24
90
212
135
111
83
3.
4.
水库q=f（V）关系曲线计算表
水位/m
堰顶水头/m
q溢（m³/s）
q电（m³/s）
总泄流量q
库容V/10^4m³
519
0
0
10
10
3756.82
520
1
31.2967
10
41.297
3895.7
521
2
88.52044
10
98.52
4053.32
522
3
162.6224
10
172.62
4210.94
523
4
250.3736
10
260.37
4368.56
524
5
349.9077
10
359.91
4526.18
525
6
459.9657
10
469.97
4683.8
526
7
579.623
10
589.62
4865.82
527
8
708.1635
10
718.16
5047.84
528
9
845.0109
10
855.01
5229.86
529
10
989.6886
10
999.69
5411.88
530
11
1141.794
10
1151.8
5593.9
531
12
1300.979
10
1311
5809.12
532
13
1466.944
10
1476.9
6024.34
533
14
1639.421
10
1649.4
6239.56
534
15
1818.174
10
1828.2
6454.78
535
16
2002.989
10
2013
6670
536
17
2193.673
10
2203.7
6904.52
537
18
2390.052
10
2400.1
7139.04
538
19
2591.964
10
2602
7373.56
539
20
2799.262
10
2809.3
7608.08
540
21
3011.809
10
3021.8
7842.6
5.确定调洪的起始条件：
起调水位也是防洪限制水位，Z=525.2m。
相应库容4720.20×104m3。
在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。
由公式：
=2
8
0.92
0.48
+10=483.2m3/s得调洪开始时的下泄流量为483.2m3/s。
所以在第一时段，以闸门控制入库流量等于下泄流量；以后时段闸门全开不再控制，下泄流量由试算计算。
6.列表试算泄流量q，本过程采用C语言编程试算。
1基本原理：
根据水库容积曲线V=f（Z）和堰顶溢流公式q=f（H），得出蓄泄方程q=f（V）。
联立水量平衡方程
可得q=f（V）=g（q），即q=g（q）。
2编程公式的主要过程
a）已知的电站发电引用流量为10m3/s，结合堰顶溢流公式，得出下泄流q=nb
m
+10。
。
。
。
。
。
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。
。
。
。
。
。
（1）
b）水位高程Z与堰顶水头H的关系。
基本材料可知溢洪道堰顶高程为519m则H=Z-519m；
c）水库容积曲线V=f（Z）的近似化。
根据该设计的蓄泄情况，水位高程的变化范围在525m~535m之间，又由于水库容积曲线在水位高程属525m~535m之间的变化率较小，为方便计算，故可将其分段直线化以简化、近似计算。
由水位—库容表V=f（Z）及上式H=Z
519m，可得V=f（H），易算出H=g（V）
=
。
。
。
。
。
。
。
（2）
联立
（1）、
（2）式得
。
。
。
。
。
。
。
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。
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。
。
。
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。
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。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
（3）
d）将（3）式与水量平衡方程联立。
得
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
（4）
e）C语言程序源代码如下：
#include
#include
voidmain（）
{
floatV1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3,t=0.36;
printf（"V1="）;
scanf（"%f",&V1）;
printf（"Q1="）;
scanf（"%f",&Q1）;
printf（"Q2="）;
scanf（"%f",&Q2）;
printf（"q1="）;
scanf（"%f",&q1）;
printf（"q2="）;
scanf（"%f",&q2）;
printf（"\n\n"）;
loop:
{
V2=V1+（Q1+Q2-q2-q1）*t/2;
if（V2>=4683.8&&V2<=5593.9）q3=（pow（（V2-3591.68）/182.02,1.5））*31.281+10;
elseif（V2>=5593.9&&V2<=6670.0）q3=（pow（（V2-3226.48）/215.22,1.5））*31.281+10;
}
if（fabs（q3-q2）>0.01）
{
q2=q3;
gotoloop;
}
printf（"q2=%f\n",q3）;
printf（"V2=%f\n\n\n",V2）;
}
7.对设计洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。
1将洪水过程表中P=1%的洪水过程线划分计算时段，初选时段Δt=1h=3600填入下表第一栏，表中第二栏为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算的时段平均入库流量和时段入库水量分别填入第三栏和第四栏。
泄流量的计算见第五，六，七栏。
从表中第一，五栏可绘制下泄流量过程线。
第一，十栏可绘制水位过程线；
2为了枯水期能保证兴利部门的用水需求，当水位再次下降到调洪水位时，又需要用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变。
见第15时段q=f（V）的程序计算截图；
3绘制Q~t与q~t曲线，如图所示。
最大下泄流量
=996.78m3/s发生在t=8h时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即为所求的最大下泄流量；
4推求设计调洪库容
和设计洪水位
。
=996.78对应的库容和水位分别为5408.93万m3和528.98m，减去堰顶以下的库容3756.82万m3即可得
=1652.11万m3，
=528.98m。
第2时段试算法程序计算截图
第7.4375时段试算法的程序计算截图
设计洪水调节计算表
时间t（h）
入库洪水流量Q（m3/s）
时段平均入库流量Q（平均）（m3/s）
时段入库水量Q（平均）△t（万m3）
下泄流量q（m3/s）
时段平均下泄流量（m3/s）
时段下泄水量q（平均）△t（万m3）
时段内水库存水量变化△V（万m3）
水库存水量V（万m3）
水库水位Z（m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
35
115.5
41.58
35
115.5
41.58
0
4652.276
524.8
1
196
196
4652.276
524.8
2
524
360
129.6
455.77
325.89
117.3186
12.2814
4664.56
524.88
3
727
625.5
225.18
492.21
473.99
170.6364
54.5436
4719.1
525.19
4
1220
973.5
350.46
594.85
543.53
195.6708
154.7892
4873.89
526.04
5
1390
1305
469.8
756.51
675.68
243.2448
226.5552
5100.45
527.29
6
1290
1340
482.4
897.66
827.09
297.7506
184.6494
5285.1
528.3
7
1190
1240
446.4
983.72
940.69
338.6484
107.7516
5392.85
528.9
7.5
1021.5
1105.75
398.07
996.53
990.13
356.445
41.625
5408.6
528.98
7.5875
1000.438
1010.9688
363.9488
996.78
996.66
358.7958
5.15295
5408.93
528.98
7.675
979.375
989.90625
356.3663
996.66
996.72
358.8192
-2.45295
5408.77
528.98
7.75
937.25
958.3125
344.9925
995.3
995.98
358.5528
-13.5603
5407.11
528.97
8
853
937.25
337.41
971.39
977.56
351.9198
-14.5098
5377.61
528.81
9
647
750
270
915.68
943.54
339.6726
-69.6726
5307.94
528.43
10
483
565
203.4
841.17
878.43
316.233
-112.833
5212.47
527.91
11
437
460
165.6
750
795.59
286.4106
-120.811
5091.66
527.24
12
398
417.5
150.3
673.07
711.54
256.1526
-105.853
4985.81
526.66
13
348
373
134.28
605.83
639.45
230.202
-95.922
4889.89
526.13
14
294
321
115.56
544.34
575.09
207.0306
-91.4706
4798.96
525.63
15
283
288.5
103.86
485.39
514.87
185.3514
-81.4914
4708.46
525.14
16
263
273
98.28
410.07
447.73
161.1828
-62.9028
4652.276
524.8
17
245
254
91.44
245
327.54
117.9126
-26.4726
4652.276
524.8
18
224
234.5
84.42
224
234.5
84.42
0
4652.276
524.8
19
204
214
77.04
204
214
77.04
0
4652.276
524.8
20
183
193.5
69.66
183
193.5
69.66
0
4652.276
524.8
21
171
177
63.72
171
177
63.72
0
4652.276
524.8
22
154
162.5
58.5
154
162.5
58.5
0
4652.276
524.8
23
144
149
53.64
144
149
53.64
0
4652.276
524.8
24
135
139.5
50.22
135
139.5
50.22
0
4652.276
524.8
8.对校核洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。
1将洪水过程表中P=0.1%的洪水过程线划分计算时段，初选时段Δt=1h=3600填入下表第一栏，表中第二栏为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算的时段平均入库流量和时段入库水量分别填入第三栏和第四栏。
泄流量的计算见第五，六，七栏。
从表中第一，五栏可绘制下泄流量过程线。
第一，十栏可绘制水位过程线。
2为了枯水期能保证兴利部门的用水需求，当水位再次下降到调洪水位时，又需要用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变。
见第20时段q=f（V）的程序计算截图。
3绘制Q~t与q~t曲线，如图所示。
最大下泄流量
=1548.52m3/s发生在t=8h时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即为所求的最大下泄流量。
4推求校核调洪库容
和设计洪水位
。
=1548.52对应的库容和水位分别为6115.59万m3和532.42m，减去堰顶以下的库容3756.82万m3即可得
=2358.77万m3，
=532.42m。
第2时段试算法程序计算截图
第7.34375时段试算法程序计算截图
校核洪水调节计算表
时间t（h）
入库洪水流量Q（m3/s）
时段平均入库流量Q（平均）（m3/s）
时段入库水量Q（平均）△t（万m3）
下泄流量q（m3/s）
时段平均下泄流量（m3/s）
时段下泄水量q（平均）△t（万m3）
时段内水库存水量变化△V（万m3）
水库存水量V（万m3）
水库水位Z（m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
50
173
62.28
50
173
62.28
0
4652.276
524.8
1
296
296
4652.276
524.8
2
680
488
175.68
473.32
384.66
138.4776
37.2024
4689.48
525.03
3
1300
990
356.4
582.53
527.93
190.053
166.347
4855.83
525.95
4
2000
1650
594
828.43
705.48
253.9728
340.0272
5195.88
527.81
5
2300
2150
774
1163.81
996.12
358.6032
415.3968
5611.28
530
6
2100
2200
792
1410.36
1287.1
463.3506
328.6494
5939.93
531.61
7
1750
1925
693
1537.87
1474.1
530.6814
162.3186
6102.25
532.36
7.25
1607.5
1678.75
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