水库水利水电规划港口航道工程课程设计.doc

1、目录一、设计任务1二、流域基本资料12.1流域自然地理简况12.2流域水文气象资料概况2三、设计年径流量及其年内分配的推求3四、水库死水位的选择44.1 绘制水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线44.2计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程54.4确定水库死水位6五、水库正常蓄水位的选择6六、装机容量与多年平均发电量计算66.1枯水年出力计算及保证出力66.2 中水年出力计算96.3丰水年出力计算106.4计算多年平均发电量和装机容量11七、设计洪水的推求117.1相关分析117.2频率计算137.3洪峰和洪量成果的合理性分析157.4推求洪水过程线15八、水库洪水特征水位的计算和坝顶高程

2、的确定228.1泄洪规则及起调水位228.2防洪高水位的计算228.3设计洪水位的计算228.4校核洪水位的计算248.5坝顶高程计算24一、设计任务在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建赋石水库，因而要进行水库规划的水文水利计算，本次课程设计的主要任务是确定赋石水库的特征水位，具体内容包括：1.选择水库死水位2.选择正常蓄水位3.计算保证出力和多年平均发电量4.选择水电站装机容量5.推求设计标准和校核标准的设计洪水过程线6.推求各种洪水特征水位并确定大坝坝顶高程二、流域基本资料2.1流域自然地理简况西苕溪为太湖流域一大水系，如下图，流域面积为2260km2，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长1

3、50km，上游坡陡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不畅，易遭洪涝灾害，又因流域拦蓄工程较少，灌溉水源不足，易受旱灾。赋石水库是一座防洪为主，结合发电、灌溉、航运及水产养殖的综合利用水库，位于安吉县丰城以西10km，控制西苕溪主要支流西溪，坝址以上流域面积328km2。流域内气候温和、湿润、多年平均雨量孝丰站为1450mm，流域水系及测站分布见图。2.2流域水文气象资料概况在坝址下游1km处设有潜渔水文站，自1954年开始有观测的流量资料。通过频率计算，得各设计频率的设计年径流量，选择典型年，计算缩放倍比，成果见表1。通过典型缩放得丰（P=15）、中(P=50)、枯(P=85)设计年径流过

4、程，见表2。根据调查1922年9月1日在坝址附近发生一场大洪水，推算得潜渔站洪峰流量为1350m3/s。这场洪水是发生年份至今最大的一次洪水。缺测年份内，没有大鱼1160m3/s的洪水发生。表1设计年径流及典型年径流量 单位：m3/s代表年设计频率设计年径流量（m3/s）典型年典型年径流量（m3/s）缩放倍比枯水年P=855.561973年5.351.039中水年P=507.501957年7.111.055丰水年P=1510.371967年9.951.042表2 潜渔站设计年径流过程 单位：m3/s月份Q枯水典型年Q中水典型年Q丰水典型年月份Q枯水典型年Q中水典型年Q丰水典型年314.006.

5、4711.1090.044.3223.20418.606.9312.80100.412.817.65519.5020.8023.00111.701.421.3661.318.2427.60120.753.600.4475.2121.803.9710.701.100.8480.065.501.2421.882.336.11三、设计年径流量及其年内分配的推求根据年、月径流资料和代表年的选择原则，确定丰、中、枯三个代表年。并按设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月年内分配如下表月份设计枯水年设计中水年设计丰水年典型年缩放比设计年典型年缩放比设计年典型年缩放比设计年3月14.001.0391

6、4.556.471.0556.8311.101.04211.574月18.601.03919.336.931.0557.3112.801.04213.345月19.501.03920.2620.801.05521.9423.001.04223.976月1.311.0391.368.241.0558.6927.601.04228.767月5.211.0395.4121.801.05523.003.971.0424.148月0.061.0390.065.501.0555.801.241.0421.299月0.041.0390.044.321.0554.5623.201.04224.1710月0.4

7、11.0390.432.811.0552.967.651.0427.9711月1.701.0391.771.421.0551.501.361.0421.4212月0.751.0390.783.601.0553.800.441.0420.461月0.701.0390.731.101.0551.160.841.0420.882月1.881.0391.952.331.0552.466.111.0426.37表3 潜渔站典型年径流量年内分配表四、水库死水位的选择4.1 绘制水库水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线表4 水位容积关系表水位（m）48505255606570容积（106 m3）00.1

8、0.62.38.018.035.7水位（m）75808182838485容积（106 m3）60.394.4102.8111.3120.0129.0138.6水位（m）868788899091容积（106 m3）148.3158.8170.0181.5194.5207.0根据表4可以绘得水位容积关系曲线，如下图，图 1 水库水位-容积关系曲线表5 水位流量关系表水位（m）46.046.246.446.646.847.047.2流量（m3/s）01.03.67.311.916.220.5根据表5可以绘得水位流量关系曲线，如下图，图 2水库水位-流量关系曲线4.2根据泥沙资料计算水库的淤积体积和水

9、库相应的淤积高程根据实测泥沙资料得多年平均含沙0.237kg/m3，泥沙干容重1650kg/m3，泥沙沉积率m90，孔隙率p0.3，推移质与悬移质淤积量之比值15，水库设计使用年限为50年，尚需加安全值2米。 因此，根据水位容积曲线，由内插法（程序见程序1）求得H淤积=55.94m则H保证=H淤积+2m=57.94m程序1： x=48 50 52 55 60 65 70 75 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91;y=0 0.1 0.6 2.3 8 18 35.7 60.3 94.4 102.8 111.3 120 129 138.6 148.3 158.8

10、170 181.5 194.5 207;a=2.51;y1=interp1(y,x,a,spline)4.3根据水轮机的情况确定水库的最低死水位机型为HL263LJ100（即混流式263型，主轴金属锅壳，转轮直径1米），单机容量为1250千瓦，适应最小水头为16m。通过内插法（由程序2）求得程序2： x=46:0.2:47.2; y=0 1 3.6 7.3 11.9 16.2 20.5; a=19.5; y1=interp1(y,x,a,spline)4.4综合各方面情况确定水库死水位 五、水库正常蓄水位的选择根据本地区的兴利、发电等综合利用要求，保证出力不低于800千瓦，发电保证率为85，灌

11、溉及航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足。初步确定正常蓄水位为79.9米，进行水能计算，若能满足保证出力要求就作为确定的正常蓄水位。六、装机容量与多年平均发电量计算6.1枯水年出力计算及保证出力先对丰、中、枯三个代表年以月为时段进行水能计算，计算出各月的水流出力。出力系数A7.5，预留水头损失HF0.5 m。且由上面，我们求得正常蓄水位为79.9m，死水位为63.16m，由水位容积曲线用内插法（见程序3），死库容为13.56百万立方米，即5.16m3/s月，兴利库容为80.02百万立方米，即30.46m3/s月程序3：x=48 50 52 55 60 65 70 75 80 81 82 83

12、 84 85 86 87 88 89 90 91;y=0 0.1 0.6 2.3 8 18 35.7 60.3 94.4 102.8 111.3 120 129 138.6 148.3 158.8 170 181.5 194.5 207;a=63.16;y1=interp1(x,y,a,spline)3月至5月为蓄水期，6月以及8月至次年2月为供水期，7月为不蓄不供；利用供水期等流量调节公式得供水期调节流量：利用蓄水期调节流量公式得蓄水期调节流量：表6 枯水年出力计算表时段 月份天然来水(m3/s)发电用水(m3/s )余水量不足水量月末水库蓄水(106m3)平均蓄水106 m3月平均水位(m

13、)下游水位(m)水头损失（m）平均水头(m)出力Ni (KW)流量(m3/s)水量万m3流量(m3/s)水量万m32月13.563月14.557.896.66174931.0522.367.0046.630.519.871175.84月19.337.8911.44300461.0946.0772.0046.630.524.871471.685月20.267.8912.37324993.5877.3477.8246.630.530.681815.496月1.364.643.2886184.9789.2879.3846.450.532.431128.567月5.415.4184.9784.9778

14、.8446.500.531.841291.918月0.064.644.58120372.9478.9678.0546.450.531.11089.249月0.044.644.60120860.8666.976.246.450.529.251017.910月0.434.644.21110549.8155.3473.9946.450.527.04950.011月1.774.642.8775442.2746.047246.450.525.05871.7412月0.784.643.86101432.1337.270.2646.450.523.31811.191月0.734.643.91102721.8

15、62768.4246.450.521.47747.162月1.955.113.1683013.5617.7164.8346.480.517.85684.1取设计枯水年供水期的平均出力为保证出力，则该水库的保证出力为：保证出力不低于800KW,符合设计保证率，预设正常蓄水位合理。根据表格得到下图图3 枯水年出力图按照上述步骤，再分别计算中水年和丰水年的出力过程，见表6.2 中水年出力计算表7 中水年出力计算表时段 月份天然来水(m3/s)发电用水(m3/s )余水量不足水量月末水库蓄水106m3平均蓄水106 m3月平均水位(m)下游水位(m)水头损失（m）平均水头(m)出力Ni (KW)流量(

16、m3/s)水量万m3流量(m3/s)水量万m32月12.443月6.837.460.6316510.7911.6161.1846.610.514.077874月7.317.3110.7910.7960.7946.60.513.697515月21.947.5814.36377248.5029.6468.9746.610.521.8612436月8.697.581.1129251.4249.9672.8446.610.525.7314637月237.5815.42405091.9271.6776.9846.610.529.8716988月5.87.51.7044787.4589.6979.4346

17、.610.532.3218189月4.567.52.9477279.7383.5978.6646.610.531.55177510月2.967.54.54119267.8173.7777.346.610.530.19169811月1.57.56.00157652.0559.9374.9346.610.527.82156512月3.87.53.7097242.3347.1972.2546.610.525.1414141月1.167.56.34166525.6834.0069.7246.610.522.6112722月2.467.55.04132412.4419.0665.5746.610.518

18、.461038 根据表格得到下图图4 中水年出力图 6.3丰水年出力计算表8 丰水年出力计算表时段 月份天然来水(m3/s)发电用水(m3/s )余水量不足水量月末水库蓄水106m3平均蓄水106m3月平均水位(m)下游水位(m)水头损失（m）平均水头(m)出力Ni (KW)流量(m3/s)水量万m3流量(m3/s)水量万m32月12.443月11.111.112.4412.4461.6146.770.514.3411944月12.812.812.4412.4461.6146.840.514.2713705月2314.38.7228535.2923.8767.5546.910.520.1421

19、606月27.614.313.3349370.2252.7673.4446.910.526.0327927月3.977.473.591961.0365.6375.9846.610.528.8716178月1.247.476.23163644.6752.8573.4646.610.526.3514769月23.214.38.9233868.0456.3674.246.910.526.79287310月7.657.6568.0468.0476.446.620.529.28168011月1.367.486.12160751.9760.0174.9446.610.527.83156112月0.447.

20、487.04184933.4842.7271.3146.610.524.213581月0.847.486.64174416.0424.7667.8246.610.520.7111622月6.117.481.3736012.4414.2462.6846.610.515.57873根据表格得到下图图5 丰水年出力图6.4计算多年平均发电量和装机容量取3个代表年平均的年发电量作为水电站多年平均年发电量：枯水年年平均出力为N1=1087.90 (KW)丰水年年平均出力为N2=1985.40 (KW)中水年年平均出力为N3=1528.29 (KW)则多年平均年发电量为E=装机容量为N装=1.34107/

21、3440=3906(KW)七、设计洪水的推求7.1相关分析本水库为大（）型水库，工程等别为等，永久性水工建筑级别为2级。下游防洪标准为5%，设计标准为1，校核标准为0.1%，需要推求5%、1、0.1%设计洪水过程线。1、按年最大值选样方法在实测资料中选取最大洪峰流量及各历时洪量，根据洪水特性和防洪计算的要求，确定设计历时为7天，控制历时为1天和3天，因而可得洪峰和各历时的洪量系列。2、因七天洪量只有19571972年，所以可以用相关分析方法延长插补。（编制程序，用计算机完成）程序4（matlab）：x=37.19 15.85 19.80 20.80 79.10 49.20 86.60 31.7

22、0 24.40 14.00 19.00 18.40 32.80 31.90 31.80 10.20;y=52.46 22.15 32.90 33.20 88.20 53.10 95.90 40.70 27.00 25.40 28.00 35.50 48.40 35.60 35.30 12.23;X=ones(16,1),x; b,bint,r,rint = regress(y,X);由程序4可以得到回归方程为：y=0.9967x+9.0641，根据此回归方程及三日洪量可以求得七日洪量如下表所示表9 相关性分析结果年份洪峰Qm24小时洪量W1d三天洪量W3d七天洪量W7d195470227.94

23、58.470.8619552848.1713.322.19195674829.83642.86195740222.837.1952.4619582008.7215.8522.15195923711.1319.832.90196047815.720.833.20196165952.579.188.20196258543.749.253.101963116055.686.695.90196440914.3231.740.70196551015.6224.427.0019662329.51425.40196724411.821928.0019681679.918.435.50196938720.93

24、2.848.40197030517.231.935.60197150023.431.835.3019721085.3410.212.23197348419.8742.8554.49197428716.1639.0551.06197516611.5822.0531.7719761198.2919.9530.2819772387.6120.4531.117.2频率计算考虑特大值，进行表10的计算表10 洪水系列频率计算表序号年份洪峰QmP（%）Mm1192213501.7543862196311603.508772119567487.5292672195470211.549733196165915

25、.57024196258519.590675196551023.611136197150027.63167197348431.652078196047835.672539196440939.69310195740243.7134711196938747.7339312197030551.754413197428755.7748714195528459.7953315196724463.815816197723867.8362717195923771.8567318196623275.877219195820079.8976720196816783.9181321197516687.938622

26、197611991.9590723197210895.97953由此，得出：洪峰流量的平均值 偏态系数令 ，配线，拟合不好；令 ，配线，拟合良好。因此，取配线后得到下图，图6 洪峰流量频率曲线7.3洪峰和洪量成果的合理性分析随着时间的延长，洪量W7W3W1，均值（平均流量）随着时间的延长而逐渐减小，CV值也呈现出CV7CV3CV1,并且在实用范围内不同时段洪量频率曲线不相交，所以，成果合理7.4推求洪水过程线1、典型洪水过程线（1963年）表11 典型洪水过程线计算表时段（t1h）流量（m3/s）时段（t1h）流量（m3/s）时段（t1h）流量（m3/s）0634106067130173595

27、068118273686469118383776070103415386607197523396177292634404707385743413707482857423067579973432607665101004423577551113045227784312171462407941132304725380331426048269813615317492778243163355028683491736251295845318373522908550193505326386482033054277874721315552658846223055625289442329357245904324

28、29358235914125445592249239265756021293372767561205943528805621929534299156318096333010006416197323110606515598313211306614599303311602、典型洪水过程线的洪峰和各时段洪量值表12 典型洪水过程线计算表项目洪峰（m3/s）洪量(106m3)一日三日七日典型洪水过程线的洪峰、洪量116056.7889.9595.9起讫时段（t1h）3318428803、用分段同频率放大法推求设计洪水过程线（包括5、1、0.05的）。（1）推求防洪标准P=5%的设计洪水过程线已经求得P

29、=5%的洪峰流量、一日洪量、三日洪量及七日洪量分别为：Qm，5=1566.09m3/s，W1d，5=50.80 106m3/s，W3d，5=71.72106m3/s， W7d，5=90.76106m3/s试按同频率放大法求p=5%的设计洪水过程线表13 p=5%的设计洪水过程线计算表时段t1hQ典（m3/s）放大倍比KWQp（m3/s）修匀流量（m3/s）时段t1hQ典（m3/s）放大倍比KWQp（m3/s）修匀流量（m3/s）061.066.366.36502861.25357.5357.5171.067.427.42512951.25368.75368.75271.067.427.4252

30、2901.25362.5362.5381.068.488.48532631.25328.75328.754151.0615.915.9542771.25346.25346.255231.0624.3824.38552651.25331.25331.256341.0636.0436.04562521.253153157431.0645.5845.58572451.25306.25306.258571.06/1.2560.42/71.2560.42582351.25293.75293.759731.2591.2591.25592241.25280280101001.25125125602121.2

31、5265265111301.25162.5162.5612051.25256.25256.2512171.25213.75213.75621921.25240240132301.25287.5287.5631801.25225225142601.25325325641611.25201.25201.25153171.25396.25396.25651551.25193.7519375163351.25418.75418.75661451.25181.25181.25173621.25452.5452.5671301.25162.5162.5183731.25/1.12417.76/466.25

32、466.25681181.25147.5147.5193501.12392392691181.25147.5147.5203301.12369.6369.6701031.25128.75128.75213151.12352.8352.871971.25121.25121.25223051.12341.6341.672921.25115115232931.12328.16328.1673851.25106.25106.25242931.12328.1635074821.25102.5102.5254451.12498.452075791.2598.7598.75265751.1264467076

33、651.2581.2581.25276751.1275675677551.2568.7568.5288051.12901.6901.678431.2553.7553.75299151.121024.81024.879411.2551.2551.253010001.121120112080331.06/1.2534.98/41.2534.983110601.121187.21187.281361.0638.1638.163211301.121265.6125082431.0645.5845.583311601.12/1.161299.2/1345.6127083491.0651.9451.943

34、410601.121187.2120084531.0656.1856.18359501.121064110085501.065353368641.12967.68967.6886481.0650.8850.88377601.12851.2851.287471.0649.8249.82386601.12739.2739.288461.0648.7648.76396171.12691.04691.0489441.0646.6446.64404701.12526.4526.490431.0645.5845.58413701.12414.4414.491411.0643.4643.46423061.2

35、5/1.12342.71/382.5342.7192391.0641.3441.34432601.2532532593371.0639.2239.22442351.25293.75293.7594351.0637.137.1452271.25283.75283.7595341.0636.0436.04462401.2530030096331.0634.9834.98472531.25316.25316.2597321.0633.9233.92482691.25336.25336.2598311.0632.8632.86492771.25346.25346.2599301.0631.831.8（2）推求设计标准P=1%的设计洪水过程线表14 p=1%的设计洪水过程线计算表时段t1hQ典（m3/s）放大倍比KW