洪水调节专业课程设计计算报告书详细三大.doc

洪水调节课程设计洪水调节课程设计任务书一、 设计目1、 洪水调节目：定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水库容、水库水位变化、泄洪建筑物型式和尺寸间关系，为拟定水库关于参数和泄洪建筑型式选取、尺寸拟定提供根据；2、 掌握列表试算法和半图解法基本原理、办法、环节及各自特点；3、 理解工程设计所需洪水调节计算要解决课题；4、 培养学生分析问题、解决问题能力。二、 设计基本资料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1372104 kwh，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8m6m（宽高）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。本工程采用2孔溢洪道泄洪。在洪水期间洪水来暂时，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升高而增大，流态为自由流态，状况与无闸门控制同样。上游防洪限制水位Xm（注：X=524.5+学号最后1位/10，即524.5m-525.4m），下游无防汛规定。三、 设计任务及环节分别对设计洪水原则、校核洪水原则，按照上述拟定泄洪建筑物类型、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，以及相应库容、水位变化过程。详细环节：1、 依照工程规模和建筑物级别，拟定相应洪水原则；2、 用列表试算法进行调洪演算：a) 依照已知水库水位容积关系曲线VZ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qZ，并将VZ，qZ绘制在图上；b) 决定开始计算时刻和此时q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对每一时段q2、V2进行试算；c) 将计算成果绘成曲线：Qt、qt在一张图上，Zt曲线绘制在下方。3、 用半图解法进行调洪计算：a) 绘制三条曲线：V/t-q/2=f1(z)、V/t+q/2=f2(z)、q=f(z)；b) 进行图解计算，将成果列成表格。4、 比较分析试算法和半图解法调洪计算成果四、 时间安排和规定1、 设计时间为1周；2、 成果规定：设计阐明书编写规定条理清晰、附图绘制原则。列表试算法规定采用手工计算，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阐明。设计成果请独立完毕，如有雷同则两者皆取消成绩，另提交成果时抽查质询。五、 参照书：1、 水利水电工程级别划分及洪水原则(SL252-)2、 水利水能规划附录：一、堰顶溢流公式：式中：q通过溢流孔口下泄流量，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；闸墩侧收缩系数，与墩头形式关于，初步计算可假设为0.92； m流量系数，与堰顶形式关于，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%03.32503529201136296196162121231268052443235733491300727602524496012201040739516702300139011308066129021001290109077579191750119010106988543118085370654194028956475053871032481748340032711294709437362270122646063983262431323454934828921614204477294251195151914402832301761617741426321916217164385245204151181503512241871391913732020417012520123286183152113211102571711421062210224015412796239722614411989249021213511183三、水位库容曲线高程（m）450460470480490500505库容（104m3）018113.5359.3837.21573.62043.2高程（m）510515520525530535540库容（104m3）2583.33201.33895.74683.85593.966707842.6四、工程分等分级规范和洪水原则洪水调节课程设计阐明书一、 设计阐明由洪水调节课程设计任务书中提供材料可知，该水利枢纽工程电站装机50000KW，水库总容积为0.55亿m3，由水利水电工程级别划分及洪水原则（SL252-）知，该水利枢纽工程级别为级，工程规模为中型，故采用1一遇（1%）进行洪水设计，10一遇（0.1%）进行洪水校核。溢洪道堰顶高程为519.00m，采用2孔8m6m（宽高）弧形门控制。水库正常蓄水位525.00m,上游防洪限制水位为525.0m。电站发电引用流量为10m3/s。在洪水期间洪水来暂时，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升高而增大，流态为自由流态，状况与无闸门控制同样。二、 计算过程依照该水利枢纽工程水库库容曲线表（表一）绘出ZV曲线（图一）如下：表一：水位库容曲线库水位Z（m）库容V（万m）4500.00 4559.00 46018.00 46565.75 470113.50 475236.40 480359.30 485598.25 490837.20 4951205.40 5001573.60 5052043.20 5102583.30 5153201.30 5193756.82 5203895.70 5254683.80 5305593.90 5356670.00 5407842.60 5459015.20 (一) 、设计洪水计算A、 列表试算法进行调洪演算：1. 列表计算q-Z曲线关系,计算并绘制q-V曲线 闸门全开条件下，依照堰顶溢流公式： (1)式中：表二：该水利枢纽下泄流量q水位Z关系曲线库水位Z（m）堰顶水头H（m）溢洪道下泄流量q溢(m/s)发电站引用流量q电（m/s）总泄流量q(m/s)库容V(m)525.56.5518.64 10528.64 4774.81 5267579.62 10589.62 4865.82 526.57.5642.82 10652.82 4956.83 5278708.16 10718.16 5047.84 527.58.5775.58 10785.58 5138.85 5289845.01 10855.01 5229.86 528.59.5916.40 10926.40 5320.87 52910989.69 10999.69 5411.88 529.510.51064.84 101074.84 5502.89 530111141.79 101151.79 5593.90 530.511.51220.52 101230.52 5701.51 531121300.98 101310.98 5809.12 531.512.51383.13 101393.13 5916.73 532131466.94 101476.94 6024.34 532.513.51552.38 101562.38 6131.95 533141639.42 101649.42 6239.56 533.514.51728.03 101738.03 6347.17 534151818.17 101828.17 6454.78 534.515.51909.84 101919.84 6562.39 53516.99 10.99 6670.00 535.516.52097.61 102107.61 6787.26 536172193.67 102203.67 6904.52 536.517.52291.16 102301.16 7021.78 537182390.05 102400.05 7139.04 537.518.52490.33 102500.33 7256.30 538192591.96 102601.96 7373.56 538.519.52694.95 102704.95 7490.82 539202799.26 102809.26 7608.08 539.520.52904.89 102914.89 7725.34 540213011.81 103021.81 7842.60 由上表可得该水利枢纽qZ关系曲线：2. 调洪计算求q-t过程和Z-t过程（1） 拟定调洪起始条件。由于水库溢洪道由闸门控制，起调水位为防洪限制水位。 初始时刻洪水来暂时，在0至1时段，由闸门控制下泄流量q，使其等于洪水来水量Q，水库水位保持在防洪限制水位525m不变。第2时段开始，洪水来水量Q继续增大，溢洪洞闸门逐渐打开直至全开，下泄流量q随水库水位Z升高而增大。（2）从第2小时开始调洪，取t=1h=3600s。依照水量平衡方程 第（3）栏时段入库平均流量=(Q1+Q2)/2；第（4）栏时段入库水量为t=*3600s=0.36(万m)；第（5）栏由起始已知时段、以及入库流量、，假设时段末下泄流量，由式即可求出V，而由表二q-V关系曲线由线性插值得出。若与假设值相似，则即为所求；否则重新假设试算。上一时段末、为下一时段初、，逐时段求出q-t线；第（6）栏时段下泄流量；第（7）栏时段下泄水量（万m/s）；第（8）栏时段水量变化；第（9）栏水库存水量第（10）栏水库水位Z由q-v曲线线性插值求得。 当下泄过程中水位回降到防洪限制水位时，如下表中16时，启用闸门控制下泄流量，使水位保持在防洪限制水位525m不变。 结合水库q=f(V)关系曲线线性插值逐时段对设计洪水进行试算，计算成果如表三所示：表三：水库设计洪水（1%）调洪演算时间实测入库洪水流量时段平均入库流量时段入库水量下泄流量时段平均下泄流量时段下泄水量时段水量变化水库存水量水库水位t（h）Q(m/s)Q(m/s)Qt(万m)q(m/s)q(m/s)qt(万m)V(万m)V(万m)Z(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)035 35.0 4683.8 525.0 115.5 41.6 115.5 41.6 0.0 1196 196.0 4683.8 525.0 360.0 129.6 335.8 120.9 8.7 2524 475.6 4692.5 525.0 625.5 225.2 491.2 176.8 48.3 3727 506.8 4740.9 525.3 973.5 350.5 556.6 200.4 150.1 41220 606.5 4890.9 526.1 1305.0 469.8 686.6 247.2 222.6 51390 766.8 5113.6 527.4 1340.0 482.4 836.4 301.1 181.3 61290 906.0 5294.8 528.4 1240.0 446.4 948.0 341.3 105.1 71190 990.0 5400.0 528.9 1021.5 367.7 994.0 357.8 9.9 8853 998.1 5409.9 529.0 750.0 270.0 966.5 347.9 -77.9 9647 935.0 5331.9 528.6 565.0 203.4 889.4 320.2 -116.8 10483 843.8 5215.1 527.9 460.0 165.6 797.9 287.2 -121.6 11437 752.0 5093.5 527.3 417.5 150.3 713.3 256.8 -106.5 12398 674.5 4987.0 526.7 373.0 134.3 640.7 230.7 -96.4 13348 606.9 4890.6 526.1 321.0 115.6 575.9 207.3 -91.7 14294 544.8 4798.9 525.6 288.5 103.9 517.9 186.4 -82.6 15283 490.9 4716.3 525.2 273.0 98.3 363.4 130.8 -32.5 16263 235.8 4683.8 525.0 254.0 91.4 240.4 86.5 4.9 17245 245.0 4683.8 525.0 234.5 84.4 234.5 84.4 0.0 18224 224.0 4683.8 525.0 214.0 77.0 214.0 77.0 0.0 19204 204.0 4683.8 525.0 193.5 69.7 193.5 69.7 0.0 20183 183.0 4683.8 525.0 177.0 63.7 177.0 63.7 0.0 21171 171.0 4683.8 525.0 162.5 58.5 162.5 58.5 0.0 22154 154.0 4683.8 525.0 149.0 53.6 149.0 53.6 0.0 23144 144.0 4683.8 525.0 139.5 50.2 139.5 50.2 0.0 24135 135.0 4683.8 525.0 Q-t、q-t曲线相交点也许不是最大值，对洪峰附近处加密，成果如下：表四：水库设计洪水（1%）调洪演算洪峰附近时段加密时间实测入库洪水流量时段平均入库流量时段入库水量下泄流量时段平均下泄流量时段下泄水量时段水量变化水库存水量水库水位T(h)Q(m/s)Q(m/s)Qt(万m)Q(m/s)Q(m/s)qt(万m)V(万m)V(万m)Z(m)71190990.0 5400.0 528.9 1105.8 398.1 1005.0 361.8 36.3 7.51021.51020.0 5436.3 529.1 937.3 337.4 1009.1 363.3 -25.8 8853998.1 5409.9 529.0 801.5 288.5 973.2 350.4 -61.8 8.5750948.3 5348.1 528.7698.5 251.5 941.7 339.0 -87.5 9647935.0 5331.9528.6 由表三绘制Qt、qt以及Zt曲线：由上表查得设计洪水最大下泄流量qm=1020.0m3/s，水库最高水位为Zm=529.1m。B.半图解法进行调洪演算:1.计算并绘制单辅助线计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取t=1h。计算过程如下：第（3）栏V=V总V519=V总3756.82（m）；第（4）栏（万m/s）；第（5）栏由表二q-Z关系曲线查得；第（6）栏为第（5）栏一半；第（7）栏=第（4）栏+第（6）栏；计算成果见表五： 表五：某水利枢纽辅助曲线计算表（P=1%）水库水位Z(m)总库容V(万m)堰顶以上库容v(万m)V/t（m/s）q(m/s)q/2(m/s)(m/s)（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）5254683.8 927.0 2575.0 470.0 235.0 2810.0 525.54774.8 1018.0 2827.8 528.6 264.3 3092.1 5264865.8 1109.0 3080.6 589.6 294.8 3375.4 526.54956.8 1200.0 3333.3 652.8 326.4 3659.7 5275047.8 1291.0 3586.1 718.2 359.1 3945.2 527.55138.9 1382.1 3839.2 785.6 392.8 4232.0 5285229.9 1473.1 4091.9 855.0 427.5 4519.4 528.55320.9 1564.1 4344.7 926.4 463.2 4807.9 5295411.9 1655.1 4597.5 999.7 499.8 5097.3 529.55502.9 1746.1 4850.3 1074.8 537.4 5387.7 5305593.9 1837.1 5103.1 1151.8 575.9 5679.0 530.55701.5 1944.7 5401.9 1230.5 615.3 6017.2 5315809.1 2052.3 5700.8 1311.0 655.5 6356.3 531.55916.7 2159.9 5999.7 1393.1 696.6 6696.3 5326024.3 2267.5 6298.6 1476.9 738.5 7037.1 532.56132.0 2375.2 6597.8 1562.4 781.2 7379.0 5336239.6 2482.8 6896.7 1649.4 824.7 7721.4 533.56347.2 2590.4 7195.6 1738.0 869.0 8064.6 5346454.8 2698.0 7494.4 1828.2 914.1 8408.5 534.56562.4 2805.6 7793.3 1919.8 959.9 8753.3 5356670.0 2913.2 8092.2 .0 1006.5 9098.7 535.56787.3 3030.5 8418.1 2107.6 1053.8 9471.9 5366904.5 3147.7 8743.6 2203.7 1101.8 9845.4 536.57021.8 3265.0 9069.4 2301.2 1150.6 10220.0 5377139.0 3382.2 9395.0 2400.1 1200.0 10595.0 537.57256.3 3499.5 9720.8 2500.3 1250.2 10971.0 5387373.6 3616.8 10046.7 2602.0 1301.0 11347.6 538.57490.8 3734.0 10372.2 2704.9 1352.5 11724.7 5397608.1 3851.3 10698.1 2809.3 1404.6 12102.7 539.57725.3 3968.5 11023.6 2914.9 1457.4 12481.1 5407842.6 4085.8 11349.4 3021.8 1510.9 12860.3 运用表五中第(5)、(7)两栏相应数据绘制成单辅助线如图六所示：2、调洪计算求qt过程和Zt过程调洪起始条件与试算法相似，计算过程如下：第（1）、（2）栏由题目中给出；第（3）栏，逐时段求平均值，上一时段Q2为下一时段Q1；第（4）栏；第（5）栏由表五线性插值求得；第（6）栏由表二q-Z关系曲线插值得到；计算成果见表六：表六：某水利枢纽设计洪水半图解法计算表(P=1%)时间t(h)入库流量Q(m/s)平均入库流量Q(m/s)V/t+q/2(m/s)q(m/s)Z(m)（1）（2）（3）（4）（5）（6）035 2810.0 35.0 525.0 115.5 1196 2890.5 196.0 525.0 360.0 2524 3054.5 520.8 525.4 625.5 3727 3159.2 543.1 525.6 973.5 41220 3589.6 637.2 526.4 1305.0 51390 4257.4 791.7 527.5 1340.0 61290 4805.6 925.8 528.5 1240.0 71190 5119.8 1005.5 529.0 1021.5 8853 5135.8 1009.6 529.1 750.0 9647 4876.2 943.7 528.6 565.0 10483 4497.5 849.7 528.0 460.0 11437 4107.8 756.4 527.3 417.5 12398 3768.9 677.8 526.7 373.0 13348 3464.1 609.3 526.2 321.0 14294 3175.7 546.7 525.6 288.5 15283 2917.6 492.3 525.2 273.0 16263 2874.0 263.0 525.0 254.0 17245 2865.0 245.0 525.0 234.5 18224 2854.5 224.0 525.0 214.0 19204 2844.5 204.0 525.0 193.5 20183 2834.0 183.0 525.0 177.0 21171 2828.0 171.0 525.0 162.5 22154 2819.5 154.0 525.0 149.0 23144 2814.5 144.0 525.0 139.5 24135 2810.0 135.0 525.0 Q-t、q-t曲线相交点也许不是最大值，对洪峰附近处加密，成果如下：表七：半图解法洪峰附近加密计算表（P=1%）时间t(h)入库流量Q(m/s)平均入库流量Q(m/s)V/t+q/2(m/s)q(m/s)Z(m)711905119.8 1005.5 529.0 1105.8 7.51021.55220.1 1031.4 529.2 937.3 88535135.8 1009.6 529.1 由以上两表绘制Qt、qt以及Zt曲线：由上表查得设计洪水最大下泄流量qm=1031.4m3/s，水库最高水位为Zm=529.2m。（二）、校核洪水计算A、 试算法1. qV，VZ和qZ曲线与设计洪水中相似。2. 调洪计算求qt过程和Zt过程。 起调水位为525m，相应库容查表一为4683.8万m3。用试算法对每一时段q2、V2进行调洪计算,计算时段为1h。详细过程同表三，计算成果见表八：表八：水库校核洪水（0.1%）调洪演算时间入库洪水流量时段平均入库流量时段入库水量下泄流量时段平均下泄流量时段下泄水量时段水量变化水库存水量水库水位t（h）Q(m/s)Q(m/s)Qt(万m)q(m/s)q(m/s)qt(万m)V(万m)V(万m)Z(m)050 50.0 4683.8 525.0 173.0 62.3 173.0 62.3 0.0 1296 296.0 4683.8 525.0 488.0 175.7 393.9 141.8 33.9 2680 491.8 4717.7 525.2 990.0 356.4 544.9 196.2 160.2 31300 598.0 4877.9 526.0 1650.0 594.0 720.0 259.2 334.8 4 841.9 5212.7 527.9 2150.0 774.0 1007.8 362.8 411.2 52300 1173.7 5623.9 530.1 2200.0 792.0 1296.1 466.6 325.4 62100 1418.5 5949.3 531.7 1925.0 693.0 1481.4 533.3 159.7 71750 1544.2 6109.0 532.4 1465.0 527.4 1534.3 552.3 -24.9 81180 1524.4 6084.1 532.3 1037.5 373.5 1464.2 527.1 -153.6 9895 1403.9 5930.5 531.6 856.0 308.2 1338.0 481.7 -173.5 10817 1272.0 5757.0 530.8 763.0 274.7 1212.4 436.5 -161.8 11709 1152.8 5595.2 530.0 657.5 236.7 1088.0 391.7 -155.0 12606 1023.1 5440.3 529.2 577.5 207.9 966.6 348.0 -140.1 13549 910.2 5300.2 528.4 513.0 184.7 861.5 310.1 -125.5 14477 812.9 5174.7 527.7 458.5 165.1 770.9 277.5 -112.4 15440 728.8 5062.3 527.1 427.0 153.7 694.2 249.9 -96.2 16414 659.5 4966.1 526.6 399.5 143.8 630.5 227.0 -83.2 17385 601.5 4882.9 526.1 368.0 132.5 576.2 207.4 -74.9 18351 550.9 4808.0 525.7 335.5 120.8 528.1 190.1 -69.3 19320 505.3 4738.6 525.3 303.0 109.1 455.3 163.9 -54.8 20286 405.4 4683.8 525.0 271.5 97.7 331.2 119.2 -21.5 21257 257.0 4683.8 525.0 248.5 89.5 248.5 89.5 0.0 22240 240.0 4683.8 525.0 233.0 83.9 233.0 83.9 0.0 23226 226.0 4683.8 525.0 219.0 78.8 219.0 78.8 0.0 24212 212.0 4683.8 525.0 Q-t、q-t曲线相交点也许不是最大值，对洪峰附近处加密，成果如下：表九：水库校核洪水（0.1%）洪峰附近加密计算表时间入库洪水流量时段平均入库流量时段入库水量下泄流量时段平均下泄流量时段下泄水量时段水量变化水库存水量水库水位t（h）Q(m/s)Q(m/s)Qt(万m)Q(m/s)Q(m/s)qt(万m)V(万m)V(万m)Z(m)62100 1418.5 5949.3 531.7 .5 724.5 1492.3 537.2 187.3 6.51925 1566.1 6136.6 532.5 1837.5 661.5 1564.7 563.3 98.2 71750 1563.2 6109.0 532.4 1607.5 578.7 1569.4 565.0 13.7 7.251608 1575.7 6148.4 532.6 1393.8 501.8 1570.6 565.4 -63.7 7.51465 1565.6 6136.0 532.5 1322.5 476.1 1545.0 556.2 -80.1 81180 1524.4 6084.1 532.3 由上表绘制Qt、qt以及Zt曲线：由上表查得设计洪水最大下泄流量qm=1575.7m3/s，水库最高水位为Zm=532.6m。B、半图解法1.由上述列表试算法得到qV曲线计算并绘制 (f=V/t+q/2)Z辅助曲线，见表六；2.调洪计算求qt过程和Zt过程。详细计算过程见表十：表十：