水文水利计算课程设计教学提纲.doc

水文水利计算课程设计

精品资料
石河子大学农业水利工程专业

《水文学及水利计算》
课 程 设 计

班 级：10级农水四班
姓 名：倪显锋
学 号：2010510188
指导老师：刘兵
设计成绩：

水 利 建 筑 工 程 学 院
2012年6月30日——7月13日

目录

（1） 任务书-------------------------------------------------------------第3页

（2）设计来水过程计算------------------------------------------------第6页

（3）设计用水过程计算------------------------------------------------第18页

（4）不计损失兴利调节计算------------------------------------------第20页

（5）计入损失兴利调节计算------------------------------------------第22页

（6）设计洪水过程计算------------------------------------------------第27页

（7）调洪计算------------------------------------------------------------第34页

（8）课程设计心得------------------------------------------------------第36页

一 任务书
一、 目的
课程设计是培养学生运用所学理论知识解决实际问题的重要环节。主要目的在于：较系统的复习、巩固所学理论，联系实际、解决生产的问题；使学生初步了解和掌握设计工作的内容、方法和步骤；培养学生分析问题、解决问题的能力。
二、 选题
本课程为：安集海灌区引、蓄水工程规划设计中的水文水利计算。
三、 资料
（一） 位置
安集海灌区位于新疆维吾尔自治区沙湾县境内的西部，距沙湾县城约20公里。处于准葛尔盆地南缘，天山北坡的八音沟河冲积扇和冲积平原上。
（二）水源及水文
1、 水源
主要水源是八音沟河，其次春季有部分融雪水。
2、 水文资料
①八音沟发源于天山山系中部的伊乃尔卡山的北坡。全长约100-120公里，河川径流主要为高山冰雪补给，山区暴雨对洪水的形成起重要作用。黑山头水文站为基本测站，建于1954年，为准备渠首上移，于1966年在头道沟设专用测站，至1971年撤消，测站位置见八音沟示意图。
②黑山头站集水面积1688Km3，河床纵坡比约1/70，河床宽约300m左右。两岸为40-60m的砂卵石沉积层悬崖，在测站附近建的渠首将报废。
黑山头站至安大桥约15Km，河床纵坡比约1/70-1/100，河床宽约1000m，为卵石组成。河床渗漏严重，据短期测定一般渗漏损失为35-45%，枯水期达70-80%。
安大桥至水库附近河道长约12Km，河床纵坡比为1/100-1/200，河床为砂砾石，两岸为砂石和壤土覆盖。
黑山头站历史逐年平均流量如表1；
黑山头站悬移质含沙量如表2；
黑山头站推移质输沙率如表3；
黑山头站最大流量和最小流量如表4。
③头道沟水文站在黑山头站上游约15Km处，集水面积约为1500Km2。
头道沟站历年逐月平均流量如表5；
头道沟站推移质输沙率如表6；
头道沟站悬移质输沙率如表7。
（三）气象
由安集海气象站观测资料获取。
1、历年逐月平均降水量如表8；
2、历年逐月蒸发量如表9。
（四）作物种植比例、灌溉制度及可耕地
1、乡镇、团场种植比例如表10和表11；
2、作物灌溉制度如表12；
3、可耕地：乡镇拟6万亩，团场43万亩。
（五）安集海水库
水位~面积~库容关系如表13。
（六）其他
1、年径流量统计参数比较如表14；
2、洪峰、洪量频率计算成果统计如表15。
四、 任务
一．为进一步发展农牧业，生产更多的农牧产品，更好地促进乌鲁木齐、石河子、奎屯、克拉玛依等大中城市的工业发展，繁荣城乡经济，需建引、蓄水工程。由于原黑山头渠首因淤积严重，拟在头道沟建新渠首，下游黑山头渠首作为冲沙水回收渠首。头道沟至黑山头引水渠线长18Km，黑山头至灌区附近的总分水闸，引水渠线长17.4Km，设计流量为60m3/s。总分水闸闸前水位定为614.40m，总分水闸向东分水出冬夏引水渠，设计流量为20m3/s。水库为贯注式平原水库，设东、西两座泄水闸，西泄水闸考虑水库防洪保坝，设计流量为30m3/s，东泄水闸设计流量为6m3/s。两泄水闸平均水位均为453.00m。
二．为确定引、蓄水工程的规模、尺寸，需求出两种灌溉保证率情况下的设计年径流来水过程；确定头道沟渠首的引水流量；计算两种灌溉面积情况下的用水过程；进行水库兴利调节计算，求出所需要的库容。
三．为保证大坝安全，求出设计保准和校核标准情况的设计洪水过程，进行调洪演算，求出设计调洪库容和下泄流量过程，最高洪水位。

二 设计来水过程
为提高资料的代表性。先利用黑山头站的资料将头道沟站的历年逐月平均流量展延（讯期6，7，8，9月回归分析，其他月给出）
表1 6月黑山头站与头道沟站月均流量相关计算表
年份
黑山头站月均流量X(m/s)
头道沟站月均流量Y(m/s)
K
K
K-1
K-1
(K-1)
(K-1)
(K-1) (K-1)
1966
15.900
0.955
17.900
0.982
-0.045
-0.018
0.002
0.000
0.001
1967
22.800
1.370
23.400
1.283
0.370
0.283
0.137
0.080
0.105
1968
17.700
1.063
19.200
1.053
0.063
0.053
0.004
0.003
0.003
1969
22.400
1.346
25.200
1.382
0.346
0.382
0.120
0.146
0.132
1970
11.200
0.673
11.300
0.620
-0.327
-0.380
0.107
0.145
0.124
1971
9.870
0.593
12.400
0.680
-0.407
-0.320
0.166
0.102
0.130
平均值
16.645

18.233

求和
99.870

109.400

0.000
0.000
0.535
0.476
0.496
① 均值
===16.645
==18.233
②均方差
=5.445
==5.628
③ 相关系数
= 0.982
r>0.8说明黑山头水文站汛期来水与头道沟水文站汛期来水相关密切

④ 回归系数
R=r=0.98 =1.0151
⑤ y倚x的线性回归方程
= x+1.588
⑥ 回归直线的均方误差
S= =1.067
即占的5.85%。小于15%
由六月份的计算七、八、九月的流量相同，得到：
6月的相关方程：y=+1.588
7月的相关方程：y=1.012+2.16
8月的相关方程：y=1.100-1.261
9月的相关方程：y=1.253-1.163

其余月份按回归方程计算，其中十、十一月的月流量相关系数r>0.8，得相关方程
10月的相关方程：y=1.585-1.4
11月的相关方程：y=1.603-0.55
十二月至五月的月流量相关系数r<0.8，通过做相关曲线得相关方程
1月的相关方程y=-4.3146+14.73-9.714
2月的相关方程y=27.135-134.42+218.86-114.34
3月的相关方程y==-54.536+203.22-186.53
4月的相关方程y=-24.915+146.58-283.76+183.37
5月的相关方程y=0.09+0.346+2.2
根据相关方程，计算出各月流量，进行展延：

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢39
表2 头道沟站讯期平均流量展延成果表

头道沟

年月
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6

1954
22.704
33.059
13.372
5.891
2.816
1.912
1.912
4.705929
0.674
6.136
2.552
11.788

1955
35.860
31.849
11.868
9.426
4.211
3.436
3.436
2.298611
1.820
13.939
2.650
17.788
10.14048

1956
37.276
35.809
9.989
5.733
3.618
3.252
3.252
2.433804
2.410
2.920
3.545
12.788
10.33314

1957
26.144
30.969
10.991
5.733
3.778
3.348
3.348
3.096754
2.633
3.217
2.666
18.888
10.79373

1958
37.074
48.789
19.261
8.586
4.596
2.944
2.944
3.018112
2.784
7.759
2.801
15.888
9.679805

1959
51.343
33.059
23.646
10.503
7.401
3.239
3.239
2.850866
1.766
6.360
3.774
15.788
12.91882

1960
37.782
29.759
17.131
6.842
4.307
3.534
3.534
9.090821
2.786
4.261
4.285
16.288
14.11978

1961
28.472
25.139
16.128
5.669
3.634
3.249
3.249
2.32676
2.314
2.162
4.837
16.388
10.88605

1962
44.462
50.989
21.015
7.635
5.237
3.203
3.203
3.0776
2.425
12.557
8.023
24.288
11.32202

1963
35.354
39.109
11.342
5.162
4.371
3.157
3.157
3.64174
2.536
5.898
3.850
18.188
14.15088

1964
34.746
48.789
11.868
6.319
4.820
4.754
4.754
3.113738
2.647
3.077
4.053
21.688
11.4856

1965
42.842
33.499
12.495
6.414
4.371
2.192
2.192
2.655139
2.758
4.478
4.035
18.288
12.1419

1966
33.000
45.200
22.200
8.010
4.620
4.180
2.720
2.64
2.750
2.430
2.700
17.900
11.07947

1967
33.000
29.000
7.350
4.820
3.020
2.670
3.380
3.36
2.950
2.800
7.270
23.400
13.36417

1968
36.600
28.600
8.960
5.060
3.400
2.360
2.030
2.23
2.130
2.020
4.150
19.200
9.301667

1969
42.600
40.100
12.500
5.930
3.430
3.330
1.210
1.68
2.410
2.980
6.080
25.200
10.37833

1970
41.800
28.900
18.900
6.980
3.850
2.390
2.800
2.56
2.540
3.170
5.210
11.300
11.28917

1971
38.800
33.600
15.300
6.970
4.470
2.890
2.000
2.42
2.690
3.270
3.930
12.400
10.79417

1972
30.192
39.109
12.244
6.715
4.980
2.192
2.192
2.578799
2.784
2.522
7.030
23.688
11.9022

1973
36.669
26.899
15.502
6.271
4.211
3.382
3.382
2.533803
2.276
2.630
3.920
15.988
10.51355

1974
47.498
34.599
8.811
5.701
4.083
3.300
3.300
2.652521
1.972
1.601
10.181
20.188
11.06915

1975
28.776
32.949
11.254
4.956
3.602
3.218
3.218
2.714362
1.669
3.705
2.904
13.688
10.99079

1976
32.115
23.379
11.004
5.653
3.762
2.989
2.989
2.454239
0.309
2.850
5.827
17.088
9.689325

1977
26.752
29.649
18.133
7.016
3.634
3.339
3.339
2.389055
0.783
5.457
2.843
21.188
9.575073

1978
42.336
30.749
9.701
5.891
3.329
3.690
3.690
1.747586
1.495
8.063
4.579
26.988
11.25717

1979
30.395
40.319
9.713
4.591
2.752
2.920
2.920
2.600818
2.206
3.572
3.244
21.188
10.95229

1980
33.937
30.419
16.003
6.525
4.371
3.381
3.381
2.307194
2.685
3.203
12.443
14.888
10.79985

1981
43.450
28.989
10.001
5.352
3.345
3.382
3.382
2.68337
0.223
2.834
9.675
21.488
11.24343

1982
36.973
29.869
10.377
5.891
3.425
2.890
2.890
2.339402
2.758
2.489
15.001
22.788
11.89869
2．根据表2，3，4，将第一年7月到第二年6划分为1个水利年度，对1954-1978年的平均流量进行频率计算

表3 头道沟站平均流量频率计算表

资料
经验频率及统计参数的计算
序号
年份
平均流量x（m/s）
从大到小排列xi（m/s）
模比系数Ki
Ki-1
（Ki-1）^2
P=
1
1954-1955
10.14048
14.15088
1.261578
0.261578
0.068423
0.034483
2
1955-1956
10.33314
14.11978
1.258805
0.258805
0.06698
0.068966
3
1956-1957
10.79373
13.36417
1.191441
0.191441
0.03665
0.103448
4
1957-1958
9.679805
12.91882
1.151737
0.151737
0.023024
0.137931
5
1958-1959
12.91882
12.1419
1.082474
0.082474
0.006802
0.172414
6
1959-1960
14.11978
11.9022
1.061104
0.061104
0.003734
0.206897
7
1960-1961
10.88605
11.89869
1.060791
0.060791
0.003696
0.241379
8
1961-1962
11.32202
11.4856
1.023963
0.023963
0.000574
0.275862
9
1962-1963
14.15088
11.32202
1.00938
0.00938
8.79766E-05
0.310345
10
1963-1964
11.4856
11.28917
1.006451
0.006451
4.16112E-05
0.344828
11
1964-1965
12.1419
11.25717
1.003598
0.003598
1.29474E-05
0.37931
12
1965-1966
11.07947
11.24343
1.002373
0.002373
5.63238E-06
0.413793
13
1966-1967
13.36417
11.07947
0.987756
-0.01224
0.00015
0.448276
14
1967-1968
9.301667
11.06915
0.986836
-0.01316
0.000173
0.482759
15
1968-1969
10.37833
10.99079
0.97985
-0.02015
0.000406
0.517241
16
1969-1970
11.28917
10.95229
0.976418
-0.02358
0.000556
0.551724
17
1970-1971
10.79417
10.88605
0.970512
-0.02949
0.00087
0.586207
18
1971-1972
11.9022
10.79985
0.962828
-0.03717
0.001382
0.62069
19
1972-1973
10.51355
10.79417
0.96232
-0.03768
0.00142
0.655172
20
1973-1974
11.06915
10.79373
0.962282
-0.03772
0.001423
0.689655
21
1974-1975
10.99079
10.51355
0.937303
-0.0627
0.003931
0.724138
22
1975-1976
9.689325
10.37833
0.925248
-0.07475
0.005588
0.758621
23
1976-1977
9.575073
10.33314
0.921219
-0.07878
0.006206
0.793103
24
1977-1978
11.25717
10.14048
0.904043
-0.09596
0.009208
0.827586
25
1978-1979
10.95229
9.689325
0.863822
-0.13618
0.018545
0.862069
26
1979-1980
10.79985
9.679805
0.862973
-0.13703
0.018776
0.896552
27
1980-1981
11.24343
9.575073
0.853636
-0.14636
0.021422
0.931034
28
1981-1982
11.89869
9.301667
0.829261
-0.17074
0.029152
0.965517

总计
314.0707
314.0707
28
0.0000
0.329237

均值
11.21681

根据表3进行配线
① 选定Cv=0.1，Cs=4Cv=0.4进行配线，发现频率曲线的中段与经验
频率点据配合完好，但头部和尾部偏低。
② 改变参数，选定Cv=0.1，Cs=6Cv=0.6进行配线，头部和尾部偏高。
③ 再次改变参数，选定Cv=0.1，Cs=5Cv=0.5进行配线，配合完好。

表4 频率曲线选配计算表
频率（%）
第一次配线=11.217
Cv=0.1，Cs=4Cv=0.4
第二次配线=11.217
Cv=0.1，Cs=6Cv=0.6
第三次配线=11.217
Cv=0.1，Cs=5Cv=0.5
φ p
K
x
φp
K
x
φp
K
x
1
2.62
1.262
14.15585
2.75
1.275
14.30168
2.68
1.268
14.22316
5
1.75
1.175
13.17998
1.8
1.18
13.23606
1.77
1.177
13.20241
10
1.32
1.132
12.69764
1.33
1.133
12.70886
1.32
1.132
12.69764
20
0.82
1.082
12.13679
0.8
1.08
12.11436
0.81
1.081
12.12558
50
-0.07
0.993
11.13848
-0.1
0.99
11.10483
-0.08
0.992
11.12726
75
-0.71
0.929
10.42059
-0.72
0.928
10.40938
-0.71
0.929
10.42059
90
-1.23
0.877
9.837309
-1.2
0.88
9.87096
-1.22
0.878
9.848526
95
-1.52
0.848
9.512016
-1.45
0.855
9.590535
-1.49
0.851
9.545667
99
-2.03
0.797
8.939949
-1.88
0.812
9.108204
-1.96
0.804
9.018468

图1
第一次配线

图2
第二次配线

图3
第三次配线

3.为确定设计年径流量的年内分配，选取设计保证率为75%的年径流为代表年，查频率曲线可得P=75%是所对应的平均流量是10.50m/s。结合枯水年保证率，根据代表年的选取原则选取1967-1968水利年度为代表年，其平均流量为9.3 m/s，采用同倍比法对年径流量过程线进行缩放。
缩放比：K===1.129
表5 代表年（1967-1968）年径流量同倍比缩放表
月年
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
缩放前
33
29
7.35
4.82
3.02
2.67
2.03
2.23
2.13
2.02
4.15
19.2
缩放后
37.25
32.74
8.29
5.44
3.40
3.01
2.29
2.51
2.40
2.28
4.68
21.67
三 设计用水过程计算
拟订乡镇灌溉面积10万亩，团场灌溉面积38万亩。
表6　安集海乡近年作物种植比列
作物
小麦
棉花
甜菜
玉米
油菜
瓜菜
苜蓿
其他
种植比列
23.1
6.4
15.4
26.7
5.4
2.6
6.4
14.3
作物面积
1.386
0.384
0.924
1.602
0.324
0.156
0.384
0.858
表7安集海灌区规划农场的作物种植比列
作物
小麦
棉花
甜菜
玉米
油菜
瓜菜
苜蓿
其他

种植比列（%）
27.5
17.5
7.5
17.5
4.4
6
12.5
7.5
100.4
作物面积
11.825
7.525
3.225
7.525
1.892
2.58
5.375
3.225
43.172
表8安集海灌区农作物面积及各月用水量

面积（万亩）
7月
8月
9月
10月
11月
4月
5月
6月
小麦
12.76
0
0
70
80
0
30
120
80
棉花
7.29
140
60
0
0
0
60
0
60
甜菜
4.39
80
140
60
0
0
40
20
60
玉米
4.39
140
60
0
0
0
41.25
18.75
60
油菜
2.212
140
60
0
0
80
0
0
60
瓜菜
2.54
130
70
60
0
0
34.375
65.625
50
苜蓿
5.39
80
80
40
40
0
0
0
0
其他
4.28
120
100
60
0
0
0
0
60
各月用水总量

3571.08
2485.12
1781.4
1236.4
176.96
1264.2
1868
2501.52
2.河道冲沙用水
本次设计由于资料不足等原因，冲沙用水以推移质泥沙计算，沙水比为1：50。

表9 头道沟站推移质输沙率
项目

年
月平均输沙率（公斤/秒）
平均输沙率（公斤/秒）
输沙量（万吨）
最大日平均输沙率
5月
6月
7月
8月
9月
公斤/秒
日/月
1966
0
18.4
44.2
64.9
18.1
12.3
38.6
128
12/8
1967
2
21
43.7
34.5
1.707
8.3
27.1
118
24/7
1968
0.05
14.7
46.9
41.4
1.66
9.16
29
139
15/8
1969
1.06
24.4
39.7
33
6.48
8.79
27.8
97.9
25/6
1970
3.73
8.89
45.4
22.2
8.2
7.46
23.6
140
25/7
1971
0
5.26
35.3
32.5
3.83
5.66
17.8
80
23/7
①河流月平均输沙率：
；
②河流月平均输沙率：
；
式中:
t------河流月输沙时间，以秒记，t=30.4×24×3600=2626560s;
r------泥沙颗粒的干容重，取：r=2-2.2吨/ m3 ，即r=2.1吨/ m3;
③河流月平均冲沙水量计算：
= ×50
计算结果列入表10中

表10冲沙用水计算结果表
月份
项目
5月
6月
7月
8月
9月
10月
月平均输沙率（kg/s）
1.14
15.44
42.53
38.08
6.50
0
月平均输沙量（万m3）
0.14
1.93
5.32
4.76
0.81
0
月平均冲沙水量
（万m3）
7
96.5
266
238
40.5
0

四 不计损失兴利调节计算
1．设计保证率P=75%，灌溉面积为乡团48万亩，典型年为1967-1968年，不计损失计算结果见表11。
①月径流量Q：参见表2
②月径流水量W:
W=
③ 大河来沙，渠首冲沙及冲沙用水见表11
④ 该表中兴利调节为二次运用，兴利库容为：
V=1608.08+1627.56=3235.64万m
⑤ 确定死库容：
V=T=757.02万m
泥沙容重r=1.1~1.5t/m3

表11 安集海水库兴利年调节计算表(不计损失) （乡团灌溉面积 48 万亩，保证率为 75 %） 典型年为 67~68 年

月份
大河来水
大河来沙（万m3）
头道沟渠首
黑山头渠首
干渠总引水（万m3）
水库调节计算（万m3）
月径流Q(m3/s)
月径流W(万m3)
冲沙（万m3）
冲沙用水（万m3）
渠首引水（万m3）
河道损失（万m3）
来水量（万m3）
渠首引水（万m3）
冲沙用水（万m3）
大河入库
团场 40 万亩；乡镇8万亩
灌溉用水量
干渠入库水量
水库泄水量
月末库存水量
弃水
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
7
37.3
9783.9
6.3
6.0
299.3
9484.7
59.9
239.4
71.8
167.6
9556.5
33.5
4761.4
4795.1

2348.2
2480.4
8
32.7
8599.4
6.1
6.7
333.5
8265.9
66.7
266.8
80.0
186.7
8345.9
37.3
3313.5
5032.4

2348.2
5069.8
9
8.3
2177.4
0.9
0.6
30.0
2147.5
6.0
24.0
7.2
16.8
2154.7
3.4
2375.2

220.5
2130.1

10
5.4
1428.8
0.0

1428.8

1428.8

1648.5

219.7
1911.3

11
3.4
893.0

893.0

893.0

235.9
657.1

2348.2
220.2
12
3.0
790.6

790.6

790.6

790.6

2348.2
790.6
1
2.3
601.5

601.5

601.5

601.5

2348.2
601.5
2
2.5
659.3

659.3

659.3

659.3

2348.2
659.3
3
2.4
630.4

630.4

630.4
300.0

630.4

2348.2
630.4
4
2.3
598.9

598.9

598.9

1685.6

1086.7
1261.4

5
4.7
1229.2
0.0

1229.2

1229.2

2490.7

1261.4
0.0

6
21.7
5691.8
1.4

5691.8

5691.8

3335.4
2356.4

注：（3）=（2）×30.4×86400/10000；将5、6月份的泥沙分配于7、8月份大水时进行冲沙。（6）=（5）×500
（7）=（3）-（6）；（8）=（6）×20%；（9）=（6）-（8）；（10）=（9）×30%；（11）=（9）-（10）；（12）=（7）+（10）
单独3月份融雪300万m3;（13）=(11) ×20%; (14）=灌溉用水;(15)=(12)-(14)；（17）=（13）+（15）-（16）未考虑死库容

五 计入损失兴利调节计算
表12 安集海水库水位～面积～容积关系表
水位（米）
面积（万米2）
容积（万米3）
452.0
/
/
2.5
0.31
0.16
3.0
3.35
1.83
3.5
9.18
4.62