河北工程大学水文水资源毕设古台水库设计.docx

1、河北工程大学水文水资源毕设古台水库设计设计总说明古台水库位于涉县县城东南35km，流域面积100km2，控制流域为清漳河支流关防沟上游山区，为季节性河流。除汛期洪水径流较大外，其他月份径流较小。坝址位于太行山脉东麓。该库为典型河道型水库，两岸山坡陡峻。库区无明显台地，高度在百米以上，河道宽度一般在100400米左右，除河道两侧外基岩裸露，植被很差。古台水库属北温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，春秋风大沙多，多年平均气温12.5C。本次设计是利用已有资料对古台水库的各项特征值重新设计，以求坝体安全，并在此基础上增大其兴利作用。本次设计大致分为以下几个部分：泥沙分析：建库后，坝前会有

2、大量泥沙会淤积，从而减少库容量。一般而言，水库的运用年限是死库容淤满，因此对泥沙的分析可以用于确定死库容，从而确定死水位。本次设计以淤沙库容作为死库容。年径流分析:年径流分析用于分析水库的兴利库容，从而确定正常蓄水位。古台水库坝址附近无水文气象观测（台）站。水库1970年建成蓄水以来，一直未对本区域的入库流量、下泄量及水库的蓄水水位等水文资料进行观测；仅在下游4km处郝赵村有雨量观测资料，因此，难以通过实测径流资料进行频率分析。因此采用无资料计算方法，包括：采用邯郸地区水文站1974年编“邯郸地区水文计算图表”，采用水利部天津勘测设计院1985年编海、滦河流域地表水资源。设计洪水计算：设计洪水

3、是指满足水利工程设计要求的洪水，本次洪水计算，由于坝址处及周围没有国家级水文站，建库以来也无实测洪水资料，缺少大水年资料进行考证，故洪水计算采用暴雨间接推算洪水的途径。设计暴雨及产流计算采用1985年原河北省水利厅勘测设计院与河北省水文总站编制的“河北省中小流域设计暴雨洪水图集”的计算方法；汇流计算采用我省常用的瞬时单位线法。以防洪标准GB5020194作为依据，防洪设计标准为50年一遇，校核标准为500年一遇。为了验证所求洪水是否正确，又用经验公式法求得了各设计洪水的洪峰值。洪水调节：洪水调节仍维持原调度方式，即起调水位为460.7m，无闸门控制，敞泄运用。本次采用试算法，选用不同溢洪道宽度

4、进行调节计算，确定最优宽度，从而可以确定设计洪水位以及校核洪水位，坝高计算：根据SL25-2006规范分别计算最大波浪在坝坡上的爬高、最大峰壅水面高、安全加高，然后计算两个坝顶高程，取最大者关键词：泥沙分析，年径流分析，设计洪水，洪水调节，坝高计算General Description of Design Gutai reservoir which has basin area of 100 square kilometer is located in the southeast of Shexian , 35 km far from the town.its basin area is up

5、stream of Guan Fang Gou which is a branch of Qingzhang River. Guanfang Gou is a seasonal river whose flow is large while in rainy reason but little during other reasons. Gutai Dam site is located in the east Taihang mountains.The reservoir is one of Channel type reservoirs with steep slopes on both

6、side of the river.The reservoir has no obvious platform, hundreds of meters high above. Channel width is generally around 100-400 m. Bedrock exposes except the bank of the river. Besides,The vegetation is very poorThe reservoir belongs to the north temperate zone continental monsoon climate, cold an

7、d dry in winter, hot and rainy in summer. For many years, the average temperature of 12.5 C.The design is to calculate characteristic value of the reservoir again by using the existing data aiming to guarantee the dams safety. Based on this, we can increase its economical effect. This design is roug

8、hly divided into the following several parts:Sediment analysis: After building the construction, there will be a lot of sediment deposition in the front of the dam so as to reduce the Capacity of the reservoir. In general, using fixed number of year of a reservoir is decided by its dead capacity. Th

9、erefore the analysis of the sediment can be used to determine the dead capacity of a reservoir so as to determine the dead water level.Capacity of the silt is considered as the dead capacity in this design.Annual flow analysis: Annual runoff analysis is to analyze the advantages of the reservoir cap

10、acity so as to determine the normal storage level. There is no hydrologic meteorological observation station (station) in Gutai reservoir dam site .Since the impoundment of the reservoir construction in 1970, it has been not inbound traffic of this area, or volume and water level of reservoir hydrol

11、ogical data. There is production of rainfall observation data only in Haozhao station. Therefore, it is difficult to finish frequency analysis through the observed runoff data. So we choose no data calculation method, including that, using the hydrological station in Handan area 1974 Handan region h

12、ydrology calculation chart, by ministry of water resources in Tianjin survey design institute in 1985, “the sea, the luanhe river basin surface water resources”.The design flood calculation ：The design flood refers to the one that meets the design requirements of the flood water conservancy projects

13、.in this flood calculation there is no national hydrological station around the dam site and also no the measured flood data since the building of the library, lack of research in rainy year. So we choose torrential rains flood calculation, a indirectly way. To calculate design storm and runoff, we

14、use atlas of small watershed design storm flood in hebei province by the original survey design institute in Hebei province and Hebei provincial water resources bureau in 1985. In confluence calculation we choose the instantaneous unit line a commonly used method in our province .With the flood cont

15、rol standard GB50201-94 as the basis, design standard flood is 50 years, checking standard flood is 500 year.In order to verify whether the flood is correct, we use the experience formula method and obtain the design flood peak flow values.Flood regulating calculation: Flood control remains the orig

16、inal scheduling method. Limited water level is 460.7 m. No gate control and open drain. we choose trial algorithm. Choose different spillway width for flood regulating calculation so as to determine the optimal width.at last, decide the design flood level and check flood level,The dam crest elevatio

17、n calculation: According to the SL274-2001 specification we calculate climb of the biggest waves on the dam slope a, the maximum peak by wind , the extra height of safety. And then calculate four dam crest elevation, and take the highest one.Keyword: sediment analysis, annual flow analysis, the desi

18、gn flood calculation, flood regulating calculation, the dam crest elevation calculation1 概况邯郸地区属温带季风气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，水资源时空分布不均匀，而且夏季多暴雨洪水，通过水库调节是必要的。本次设计拟对古台水库进行设计计算，重新确定水库各种特征值，增大水库的防洪作用，在此基础上，扩大兴利效益。但古台水库控制流域是小流域，降水和径流资料不足，这种情况下，如何得到设计洪水与设计年径流呢？如何进行防洪和兴利计算呢？本次设计将学习怎么解决这些问题，培养独立思考能力。1.1 流域概况古台水库位于涉

19、县县城东南35 km，关防乡古台村东北约200 m处，控制流域为清漳河支流关防沟上游山区，属漳卫南运河水系，为季节性河流。除汛期洪水径流较大外，其他月份径流较小。坝址位于太行山脉东麓。该库为典型河道型水库，两岸山坡陡峻。库区无明显台地，高度在百米以上，河道宽度一般在100400米左右，除河道两侧有少量梯田外基岩裸露，植被很差。1.2 气象古台水库位于涉县清漳河支流关防沟内，属北温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，春秋风大沙多，多年平均气温12.5C，一月份最低平均气温-2.5C，七月份最高平均气温达25.4C。降雨主要受太平洋东南季风影响，多年平均降雨量为600mm。降雨年内分配不

20、均匀，多集中在七、八、九月份，约占全年降雨量的70%以上。年雨量的年际变化也很大，1963年降雨量为1235mm，1965年降雨量仅为328mm，两者相差4倍。1.3 水文基本资料流域内没有水文站、气象台分布。水库于1970年蓄水后，未能按水库管理要求对库区上游来水量等进行观测。三十多年来仅1996年和2000年遇到两次较大洪水，但均没有其实测资料，“96.8”大洪水后，根据洪水痕迹，反推水库下泄洪峰流量为565 m3/s。其它年份均为平水及偏枯年份。因水库位在深山区沟内，历史洪水资料短缺。2 泥沙分析水库1966年的原始设计资料，根据河流实测输沙率2.267kg/m3，淤积年限定为50年，并

21、考虑上游水土保持作用入库泥沙削减30%计算，得出设计入库淤沙总量为46万m3，近似按水平淤积形态计算，相应的淤沙高程为450m；水库建成至今已运行34年，目前实际的淤沙高程为442m，淤积总量23.7万m3，年平均淤沙量0.7万m3。本次设计采用海、滦河流域地表水资源中输沙模数图进行计算。根据水库所控制流域所在分区区，查得输沙模数100200t/km2，取为150t/km2，按加固后水库运行30年，考虑到今后上游水土保持工作的开展，水土流失情况定将得到有效控制，入库泥沙按削减30%计算，经计算为。公式为：V沙总=Wm/(1-p)/*T （21）V沙总多年平均年输沙容积（m3/a）；多年平均含沙

22、量（kg/m3）；W多年平均年径流量（m3）；m库中泥沙沉积率（%）；P淤积体的孔隙率；泥沙颗粒的干容重（kg/m3）。取 2.0，P取0.3，T=30年，计算得死库容为22.5万m3，死水位为450m。3 年径流分析3.1 年径流总量分析古台水库控制流域为清漳河支流关防沟，坝址附近无水文气象观测（台）站。水库1970年建成蓄水以来，一直未对本区域的入库流量、下泄量及水库的蓄水水位等水文资料进行观测；仅在下游4km处郝赵村有雨量观测资料，因此，难以通过实测径流资料进行频率分析。本次分析，因本流域没有可靠且代表性较好的实测水文资料，因而给年径流的计算带来了很大难度。因此，我们采用了以下两种方法进

23、行估算。采用邯郸地区水文站1974年编“邯郸地区水文计算图表”，该方法根据地区分析的多年平均年径流深等值线图和相应的CV和CS/CV等值线图查得一系列水文特征值，直接计算出各种频率下的年径流量。成果见下比较表。采用水利部天津勘测设计院1985年编海、滦河流域地表水资源，该方法根据地区分析的多年平均年径流深等值线图和相应的CV和CS/CV等值线图查得一系列水文特征值，直接计算出各种频率下的年径流量，计算出各种频率下的年径流量。成果见下表。表3-1 古台水库不同保证率设计年径流成果比较表方案多年平均径流量 (万m3)CVCS/CV各种保证率下年径流量(万m3)50%75%95%13001.02.0

24、8973776512000.802.5906504144比较方案计算成果，可知方案与方案在设计频率（50%）一定范围内拟合较好，在误差范围内满足设计要求，但在较枯频率范围内差距较大，需进行分析，二取其一。由于方案所用参考资料时间较近，具有更高的可信性，所以选用方案计算成果。3.2 典型年的选择及年径流量的月分配典型年应尽量选择水量与相应设计代表年径流量接近，在年内的分配较有代表性，汛期径流洪量大，非汛期径流小，并考虑所选典型年年内分配对供水较为不利的年份作为典型。古台水库P=50%的年径流量906万m3，年径流的月分配选取郝赵雨量站1961年雨量分配作为典型进行分配。3.3 年径流调节及兴利水

25、位的选定3.3.1 淤沙库容水库1966年的原始设计资料，根据河流实测输沙率2.267kg/m3，淤积年限定为50年，并考虑上游水土保持作用入库泥沙削减30%计算，得出设计入库淤沙总量，近似按水平淤积形态计算，相应的淤沙高程；水库建成至今已运行34年，目前实际的淤沙高程为442m，淤积总量23.7万m3，剩余淤沙库容22.3万m3，综合考虑水库其他用水要求，本次设计死水位选为450m。 3.3.2 兴利调节计算水库上游因位于深山区，耕地和村庄较少，用水量较小，基本为沿河用水，且大部分通过农灌回归到河道；并且上游无引调水工程，故本次兴利调节不再扣除上游用水量。古台水库下游用水主要为农灌和人畜饮用

26、水水量，担负着2万亩农田的灌溉任务，此外还负责供给下游部分村庄的人畜饮用水水量。灌溉水量参照冀南山区灌溉制度，并结合本区实际经过修订后每亩年毛用水量333.3m3（渠系有效利用系数0.6），灌溉面积2万亩，计算得灌溉需水量666.6万m3。人畜饮水年用水量根据调查按24万m3计。蒸发损失参照海、滦河流域地表水资源按库水面进行计算，渗漏损失总量按年径流总量的10%计算。兴利库容是指死水位与正常蓄水位之间的库容，用于兴利。径流调节按调节周期分为无调节、日调节、周调节、年调节和多年调节，所谓调节周期是指水库蓄水供水的一个周期。兴利调节是径流调节的一种，是确定兴利库容的关键步骤，可以采用长系列法、设计

27、代表年法和实际代表年法计算，本次兴利调节计算采用年调节模式，运用设计代表年法。设计年径流量采用两年一遇的枯水年，代表年选择原则是：1总量相近，2对工程不利。所谓对工程不利，是指径流时程上分配不均，灌溉期雨水量少等年份。水库径流调度原则为最大限度地满足下游人畜饮用水水量和农灌需水过程，优先保证人畜饮用水水量，若某月来水不能同时完全满足人畜饮水和农灌需水，只能减少农灌用水水量；若有余量存蓄于库中，经过年径流调节计算，调节结果：兴利最高蓄水位为460.7m，人畜饮水24万m3，年灌溉用水量666.6万m3，非完全灌溉面积2万亩。具体成果见古台水库年径流调节计算成果表3-2。表32 古台水库（P=50

28、%）年径流调节计算表典型年（19611962）年 项 目789101112123456合计典型年（1961）内分配百分比24.6217.9514.3121.386.150.180.001.850.023.040.859.65100年来水量（P=50%） （万m3）223.06162.63129.65193.755.721.63016.760.1827.57.787.4906总损失（蒸发、渗漏）（万m3）2.076.529.0414.6413.1611.4011.1611.569.326.894.763.07103.6灌溉用水量 （万m3）113.32106.66120.42126.650.00

29、0.000.000.0026.656.626.689.5666.6人畜饮水需水 （万m3）22222222222224总用水 （万m3）117.39115.18131.46143.2915.1613.413.1613.5637.965.533.494.6794.2余水量（+） （万m3） 105.6747.4550.4140.563.2亏水量（） （万m3）1.8111.7713.1637.838.025.77.2蓄水库容 （万m3）105.67130.46128.65130.46130.46118.69105.53108.7370.932.97.20130.46死库容+蓄水库容 （万m3）1

30、28.17152.96151.15152.96152.96141.19128.03131.2393.455.429.722.5水位 （m）459.2460.7460.5460.7460.7460459.2459.3457453451450弃水 （万m3）022.56048.640.5600000004 设计洪水计算以防洪标准GB5020194作为依据，永久性水工建筑物中主要建筑物3级，次要建筑物4级，防洪设计标准为50年一遇，校核标准为500年一遇。为了研究不同标准洪水对水库下游的影响，确定本次设计洪水分析计算重现期20年一遇,50年一遇，100年一遇，200年一遇，500年一遇五个标准的洪水。本次洪水计算，由于坝址处及周围没有国家级水文站，建库以来也无实测洪水资料，缺少大水年资料进行考证，故洪水计算采用暴雨间接推算洪水的途径。设计暴雨及产流计算采用1985年原河北省水利厅勘测设计院与河北省水文总站编制的“河北省中小流域设计暴雨洪水图集”的计算方法；汇流计算采用我省常用的瞬时单位线法和经验公式法。流域自然地理特征值：用五万分之一地形图，结合实际重新复核后采用的水库流域自然地理特征值见表4-1。表4-1 古台水库流域特征值表项目符号单位特征值流域面积主河道纵坡主河道长度流域长度主河道一侧小面积主河道一侧大面积流域不对称系数流域平均宽度FJLlf