水文水利计算课程设计书

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第一部分 设计任务及基本资料
一 设计任务
天福庙水库水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大把以上流域面 积 553.6 Km 2 ，河长 58.2 Km ，河道比降 1.06%，总库容 6367 万 m 3 ，是一座以 灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于 1974 年冬开工建设，1978 年建设成，已运行近 30 年。1975 年技术设计时，水 文系列年限仅 20 年，系列太短，也缺乏大洪水的资料。本次课程设计的任务， 是在延长基本资料的基础上， 按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核， 其具 体任务是： 1. 选择水库防洪标准。 2. 历史洪水调查分析及洪量插补。 3. 设计洪水和校核洪水的计算。 4. 调洪计算。 5. 坝顶高程复核。
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第二部分 设计洪水计算成果及分析
一 防洪标准的选择
已知水库死水位 378 m ，死库容 714 万 m 3 ，正常蓄水位 409 m ，相应库容 6032 万 m 3 ，可得：水库库容为 5318 万 m 3 。根据表 2-1 与表 2-2 可知此类建筑 物的工程等级为三级，由此可知其防洪标准：设计 T=50 年，校核 T=500 年。 表 2-1 水利水电枢纽工程的等级 水库 防洪 治涝 灌溉 供水 水电站 城镇 工 及工 保护 治涝 灌溉 城镇及 程 总库容 装机容 工程规 矿企 农田 面积 面积 工矿企 等 （× 量（× 模 业的 （万 （万 （万 业的重 级 108m3） 104kw） 重要 亩） 亩） 亩） 要性 性 大（1） 特别 特别重 一 >10 〉500 >200 〉150 〉120 型 重要 要 大（2） 500～ 200～ 150～ 120～ 二 10～1.0 重要 重要 型 100 60 50 30 1.0～ 100～ 60～ 三 中型 中等 50～5 中等 30～5 0.10 30 15 小（1） 0.10～ 5～ 四 一般 30～5 15～3 一般 5～1 型 0.01 0.5 小（2） 0.01～ 五 <5 〈3 〈0.5 〈1 型 0.001 表 2-2 水库工程建筑物防洪标准 水 防洪标准[重现期（年）] 工 建 山区、丘陵区 平原区、滨海区 筑 校核 物 混凝土坝、浆 的 设计 设计 校核 砌石坝及其他 土坝、堆石坝 类 水工建筑 别 一 1000～500 二 三 四 五 500～100 100～50 50～30 30～20 5000～2000 2000～1000 1000～500 500～200 200～100 可能最大洪水 （PFM）或 10000～5000 5000～2000 2000～1000 1000～300 3000～200 300～ 100 100～50 50～20 20～10 10 2000～1000 1000～300 300～100 100～50 50～20
备注
三 设计洪水计算
（一）频率计算 本次课程设计采用不连续系列的统一处理法计算样本系列各项的经验频 率，计算结果格式如表 2-4 所示，同样的得出 1d、3d 洪量频率计算结果（成 果表详见附录）。 表 2-4 洪峰流量频率计算成果表 单位：m3/s 一般洪 Pm=PMa+（1-PMa) 序号/M 年份 历史洪水 PM=M/N+1 序号/m 水 （m-l)/(n-l+1) 1 1935 2992 0.56% 2 1984 2390 1.13% 3 1826 2390 1.69% 4 1930 2390 2.26% 5 1958 1803 2.82% 1963 3 1036 5.08% 1998 4 974 7.34% 1992 5 851 9.60% 1975 6 848 11.86% 1968 7 838 14.12% 1991 8 804 16.38% 1967 9 774 18.64% 1962 10 640 20.90% 1979 11 634 23.16% 1990 12 634 25.42% 2000 13 613 27.68% 1970 14 598 29.94% 1989 15 592 32.20% 1982 16 582 34.46% 1980 17 571 36.72% 1997 18 544 38.98% 1965 19 519 41.24%
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3. 分乡站历史洪水。 根据 1982 年省雨洪办对宜昌市历史洪水调查成果的审定结果，分乡站洪水 的排位为 1935 年、1984 年、1826 年、1930 年、1958 年，资料可靠，可直接采 用。经审定认为，分乡站 1935 年洪水 1826 年以来的第 1 位，重现期为 176 年， 1984 年洪水于 1826 年、1930 年洪水相当， 分别确定为 1826 年以来的地 2~4 位， 1958 年洪水为 1826 年以来的地 5 位。分乡站历史洪水成果见表 1-1。 表 1-1 分乡站历史洪水成果表 洪峰流量 1d 洪量 3d 洪量 序号 年份 重现期 备注 （ m 3 / s ） （x108 m 3 ） （x108 m 3 ） 1 2 3 4 5 1935 1984 1826 1930 1958 2820 1.2201 1.9500 4680 3739 1.0738 1.6664 不能定量 不能定量 176
目录
第一部分 设计任务及基本资料............................................... 2 一 设计任务......................................................................... 2 二 基本资料......................................................................... 2 第二部分 设计洪水计算成果及分析....................................... 4 一 防洪标准的选择............................................................. 4 二 峰、量选样及历史洪水调查..........................................5 三 设计洪水计算................................................................. 6 第三部分 调洪演算计算结果及分析..................................... 15 一 库容曲线与泄流曲线................................................... 15 二 设计洪水调洪演算....................................................... 16 第四部分 坝顶高程复核计算................................................. 18 第五部分 总结........................................................................ 19 第六部分 附录........................................................................ 20
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二 峰、量选样及历史洪水调查
1、天福庙水库坝址 1959—1977 年峰量系列更具分乡站资料换算得到， 洪峰按面 积比指数的 2/3 次方换算，洪量按面积的一次方换算； 2、天福庙坝址 1978—2001 峰量系列直接采用天福庙入库洪水计算； 3、分析分乡站历史洪水，并换算至天福庙水库坝址。根据天福庙水库坝址 1978-2001 年峰、量系列建立峰、量相关关系；根据此峰、量相关关系计算历史 洪水的 1d、3d 洪量。 即：根据公式（2-1）计算得到天福庙历史洪水洪峰流量；根据公式（2-2）计 算得到天福庙历史洪水 1d、3d 洪量。其中，1935 年历史洪水缺乏的 1d、3d 洪 量资料，分别由图 2-1 和图 2-2 线性插值得出，总成果表如表 2-3 所示。
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续表 1996 20 487 43.50% 2001 21 471 45.76% 1964 22 452 48.02% 1973 23 445 50.28% 1987 24 438 52.54% 1983 25 437 54.80% 1969 26 428 57.06% 1993 27 425 59.32% 1971 28 389 61.58% 1978 29 299 63.84% 1976 30 272 66.10% 1960 31 266 68.36% 1995 32 261 70.62% 1974 33 240 72.88% 1988 34 222 75.14% 1986 35 218 77.40% 1961 36 200 79.66% 1966 37 189 81.92% 1999 38 170 84.18% 1994 39 167 86.44% 1977 40 162 88.70% 1959 41 131 90.96% 1981 42 126 93.22% 计算出样本系列各项的经验频率后，可在频率格纸上点绘经验点据并选取 PⅢ型曲线进行拟合， 通过不断调整参数值优选出拟合程度最好的频率曲线， 最后 确定设计频率下的设计值。 利用水文软件得出频率曲线如图 2-3 所示 （其余频率 曲线图详见附录）。
二 基本资料
（一）流域及工程概况 天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，大坝以上流域面 积 553.6 Km 2 ，河长 58.2 Km ，河道比降 10.6‰，总库容 6367 万 m 3 ，是一 座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。 天福庙水库于 1974 年冬开工建设，1978 年建设成，大坝为浆砌石双曲 拱坝，坝前河底高程 348 m ，坝高 63.3 m ，电站总装机 6040 Kw 。水库死水 位 378 m ，死库容 714 万 m 3 ，正常蓄水位 409 m ，相应库容 6032 万 m 3 。设 计洪水位（P=2%）409.28 m ,校核（P=0.2%）洪水位 409.28 m ，坝顶高程 410.3 m ，防浪墙顶高程 411.3 m 。库区吹成 1000 m 。 （二）水文气象资料 1. 气象特征。 天福庙流域位地处亚热带季风区，四季分明，夏季炎热多雨， 冬季低温 少雨，秋温高于春温，春雨多于秋雨，气温年内变化较大，无霜期长。多年平均 气温 16.8℃，历年最高气温达 40℃，最低气温-12℃，平均风速 1.2 m / s ,多年 平均最大风速 15.5 m / s ，风向多为 NE。流域多年平均降水量 1036.3 mm ，流域 暴雨频繁，洪水多发，4~10 月为汛期，汛期降雨量占全年降雨量的 86.7%左右， 尤其以 7 月最大，占全年的 19.5%。月降雨量最少是 12 月，仅占全年的 1.3%。 2. 水文测站。 黄柏河干流上 1958 年设立池湾河水文站，1971 年设立小溪塔水文站，1961 年在东支设立分乡水文站。天天福庙水库建成后，先后开展了降雨、水位、泄流 观测，有比较完整的运行资料。分乡水文站是重要的参证站，控制流域面积 1083.0 Km 2 。
Q天福庙 F天福庙 F 分乡站 F天福庙 F分乡站 3 Q分乡站
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（2-1）
W天福庙
W分乡站
（2-2）
图 2-1 1935 年洪峰流量与 1d 洪量相关图
图 2-2 1935 年洪峰流量与 3d 洪量相关图
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序号 年份 1 2 3 4 5 1935 1984 1826 1930 1958
表 2-3 天福庙历史洪水成果表 洪峰流量 1d 洪量 3d 洪量 重现 3 4 3 4 3 （m /s） （x10 m ） （x10 m ） 期 2992 6820 10267 176 2390 5489 8518 2390 5489 8518 2390 5489 8518 1803 6237 9968