工程水文及水利计算课程设计-天福庙水库防洪复核计算.doc

天福庙水库防洪复核计算
一.设计任务
天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大坝以上流域面积553。6河长58.2km，河道比降1。06％，总库容6367万，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。
二.流域自然地理概况,流域水文气象特性
（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，河长58.2km,河道比降10。6‰,总库容6367万，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348m，坝高63。3m,电站总装机6040kw。水库死水位378m,死库容714万m3,正常蓄水位409m，相应库容6032万.设计洪水位(P=2%）409。28m,校核(P=0.2％）洪水位409.28m，坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。库区吹程1000m。
（二)水文气象资料
1.气象特征。天福庙流域地处亚热带季风区，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1.2m/s，多年平均最大风速15。5m/s，风向多为NE.流域多年平均降水量1036。3mm，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1.3％。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.
3。 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24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KS1—1
表KS1—1 分乡站历史洪水成果表
序号
年份
洪峰流量
(）
1d洪量
(）
3d洪量
()
重现期
备注
1
1935
4680

176

2
1984
3739
1.0738
1.6664

3
1826

不能定量
4
1930

不能定量
5
1958
2820
1。2201
1。95

4。天福庙水库洪峰洪量系列.见KS1—2。
表KS1-2 天福庙水库洪峰、洪量系列
年份
洪峰Q

1d洪量

3d洪量

年份
洪峰Q

1d洪量

3d洪量

1958
1803
0。6237
0。9968
1980
571
0.1725
0。2092
1959
131
0.0434
0。0664
1981
126
0。0841
0。1241
1960
266
0.0921
0。138
1982
582
0。2127
0.3172
1961
200
0。0664
0。1023
1983
437
0。2124
0。3223
1962
640
0。1999
0。2924
1984
2389
0.5489
0。8518
1963
1036
0。3727
0.5725
1985
121
0。0613
0。1307
1964
452
0。1314
0。2223
1986
218
0。0979
0。1924
1965
519
0。1452
0。23
1987
438
0.1677
0.2864
1966
189
0.0817
0.1253
1988
222
0。1154
0。179
1967
774
0。1876
0.2852
1989
592
0。2229
0。3189
1968
838
0。2832
0。6594
1990
634
0。1209
0。179
1969
428
0。1514
0.2213
1991
804
0。2334
0。3158
1970
598
0。2233
0.3103
1992
851
0。2635
0。3288
1971
389
0.1681
0.2877
1993
425
0.1195
0.1824
1972
64
0。0363
0.0797
1994
167
0。1177
0。2131
1973
445
0。1457
0。2233
1995
261
0。0985
0。186
1974
240
0。0813
0.1589
1996
487
0。2341
0.4334
1975
848
0。1483
0.248
1997
544
0.1383
0。3186
1976
272
0.0931
0.138
1998
974
0。2262
0.4135
1977
162
0。0915
0。1795
1999
170
0。0734
0.1686
1978
299
0.1525
0。2812
2000
613
0.2113
0。3157
1979
634
0.288
0.5393
2001
471
0。1913
0.2986
三．防洪标准选择
工程等级
水库
防洪
治涝
灌溉
供水
水电站
工程规模
总库容
城镇及工矿企业的重要性
保护农田（万亩）
治涝面积(万亩)
灌溉面积（万亩）
城镇及工矿企业的重要性
装机容量
一
大（1）型
>10
特别重要
〉500
>200
〉150
特别重要
〉120
二
大(2)型
10～1.0
重要
500 ~100
200～60
150～50
重要
120~30
三
中型
1.0～ 0。10
中等
100~ 30
60～15
50~5
中等
30～5
四
小(1）型
0。10～0.01
一般
30～5
15~3
5～0。5
一般
5~1
五
小(2）型
0.01~0。001

<5
<3
〈0.5

〈1
工程等级
永久性水工建筑物级别
临时性水工建筑物级别
工程等级
永久性水工建筑物级别
临时性水工建筑物级别
主要建筑物
次要建筑物
主要建筑物
次要建筑物
1
1
3
4
4
4
5
5
2
2
3
4
5
5
5

3
3
4
5

水工建筑物级别
防洪标准［重现期（年)］
山区、丘陵区
平原区、滨海区
设计
校核
设计
校核
洪凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑物
土坝、堆石坝
一
1000~500
5000～2000
可能最大洪水(PMF）或10000～5000
300～100
2000～1000
二
500～100
2000～1000
5000~2000
100～50
1000～300
三
100～50
1000～500
2000～1000
50～20
300～100
四
50～30
500～200
1000~300
20～10
1000~50

30～20
200~100
300～200
10
50～20
由天福庙库容量资料得其总库容6367万，根据《防洪标准》GB 50201—94查得天福庙水库工程等级为三级，天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，属于丘陵区水库，设计防洪标准为50～100年，p=1%~2%,而实际设计防洪标准为p=2%在此范围内，说明符合设计标准。校核防洪标准为500～1000年，p=0。1%～0。2%而实际校核标准为p=0。2％在此范围内,说明符合设计标准在此范围内，说明符合设计标准。
四．峰、量选样及历史洪水调查
1。天福庙水库坝址1959～1977年峰、量系列根据分乡站资料换算得到,洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积比的1次方换算。 
2.天福庙水库坝址1978~2001年峰、量系列直接采用天福庙入库洪水系列计算。
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、量关系计算历史洪水的1d、3d洪量。
分析解答过程如下。首先根据天福庙水库坝址1978~2001年峰、量系列建立峰、量相关关系。
天福庙水库洪峰、1天洪量系列
年份
洪峰x
1天洪量y
kx
ky
kx—1
ky-1
（kx-1)2
(ky-1）2
（kx-1）＊(ky—1）
1978
299
0。1525
0。55
0。84
-0.45
—0。16
0。2018
0.0260
0。073
1979
634
0.288
1。17
1。58
0。17
0。58
0.0281
0。3407
0。098
1980
571
0。1725
1。05
0。95
0。05
—0。05
0。0027
0。0026
—0。003
1981
126
0。0841
0。23
0。46
—0.77
—0。54
0。5897
0.2889
0。413
1982
582
0。2127
1。07
1。17
0。07
0.17
0。0052
0。0288
0。012
1983
437
0.2124
0。80
1.17
-0。20
0。17
0。0381
0。0282
—0.033
1984
2389
0。5489
4。40
3。02
3。40
2.02
11。5621
4。0740
6。863
1985
121
0。0613
0。22
0。34
—0.78
—0.66
0.6039
0。4394
0。515
1986
218
0.0979
0。40
0。54
—0。60
—0。46
0。3582
0.2131
0。276
1987
438
0.1677
0。81
0。92
—0.19
—0。08
0。0373
0。0061
0。015
1988
222
0.1154
0。41
0.63
-0。59
—0.37
0。3494
0。1335
0。216
1989
592
0。2229
1.09
1.23
0.09
0。23
0。0082
0。0510
0.020
1990
634
0。1209
1.17
0。66
0。17
—0.34
0.0281
0.1123
-0。056
1991
804
0。2334
1。48
1。28
0.48
0。28
0。2313
0。0804
0.136
1992
851
0.2635
1.57
1。45
0。57
0。45
0.3220
0.2016
0.254
1993
425
0.1195
0。78
0。66
-0。22
—0。34
0。0472
0.1176
0。074
1994
167
0。1177
0.31
0。65
—0.69
-0.35
0.4794
0。1244
0。244
1995
261
0。0985
0。48
0.54
—0。52
-0。46
0。2696
0。2101
0.238
1996
487
0.2341
0.90
1.29
—0。10
0。29
0。0106
0.0826
—0.029
1997
544
0.1383
1。00
0。76
0。00
—0。24
0.0000
0.0574
-0。000
1998
974
0。2262
1.79
1。24
0.79
0。24
0。6305
0。0595
0。193
1999
170
0。0734
0。31
0。40
-0.69
-0.60
0.4718
0。3557
0。409
2000
613
0。2113
1。13
1.16
0.13
0。16
0。0167
0.0262
0.020
2001
471
0。1913
0。87
1。05
—0。13
0.05
0。0175
0.0027
—0.007
合计
13030
4.3644
24。00
24。00
0。00
0.00
16.3094
7。0628
9。945
（1)均值
年份
洪峰x
3天洪量y
kx
ky
kx—1
ky-1
（kx—1)2
（ky-1）2
（kx—1）*（ky—1）
1978
299
0.28
0.55
0.95
—0。45
-0。05
0。2018
0.0025
0。022
1979
634
0.54
1。17
1。82
0。17
0。82
0.0281
0。6748
0。137
1980
571
0.21
1.05
0。71
0.05
—0。29
0。0027
0。0861
-0。015
1981
126
0。12
0。23
0。42
-0。77
—0。58
0。5897
0。3374
0。4461
1982
582
0。32
1.07
1。07
0.07
0.07
0.0052
0。0051
0。0051
1983
437
0。32
0。80
1。09
—0.20
0.09
0.0381
0。0078
—0。017
1984
2389
0。85
4.40
2。88
3。40
1。88
11。562
3.5227
6。382
1985
121
0。13
0。22
0。44
-0.78
—0。56
0。6039
0。3120
0。4341
1986
218
0。19
0.40
0。65
-0.60
-0。35
0。3582
0。1226
0。2096
1987
438
0。29
0。81
0.97
—0。19
—0。03
0.0373
0。0011
0。0063
1988
222
0.18
0。41
0。60
—0。59
—0.40
0.3494
0。1564
0.2337
1989
592
0。32
1.09
1。08
0.09
0.08
0。0082
0。0059
0.0070
1990
634
0。18
1.17
0.60
0.17
-0。40
0。0281
0。1564
-0。066
1991
804
0。32
1.48
1。07
0。48
0.07
0。2313
0.0044
0。0320
1992
851
0。33
1。57
1.11
0.57
0.11
0.3220
0.0122
0。0627
1993
425
0。18
0。78
0.62
—0.22
-0。38
0.0472
0.1474
0。0834
1994
167
0。21
0.31
0。72
—0。69
-0。28
0。4794
0。0786
0。1941
1995
261
0。19
0.48
0。63
-0。52
—0。37
0。2696
0.1382
0.1931
1996
487
0.43
0。90
1。46
—0.10
0。46
0。0106
0.2151
—0。047
1997
544
0。32
1.00
1。08
0。00
0。08
0.0000
0。0058
0。0002
1998
974
0。41
1.79
1。40
0。79
0.40
0.6305
0.1573
0.3149
1999
170
0.17
0。31
0。57
-0.69
—0。43
0。4718
0。1854
0。2957
2000
613
0。32
1.13
1.07
0。13
0。07
0。0167
0。0044
0.0086
2001
471
0。30
0.87
1。01
-0。13
0。01
0。0175
0。0001
—0.001
合计
13030
7。11
24。0
24。0
0。00
0。00
16.309
6。3397
8。9212
（2）均方差
(3)相关系数
相关系数的显著检验:在=0.01时 n=24时查的=0。5668。因为r〉可推断出总体是相关的,r〉0。8,密切相关。
（4）回归系数
y倚x的回归方程
(5）代入数据得 y=20479。1x+7081487。03
（6）
天福庙水库洪峰、3天洪量系列
（1）均值
（2）均方差
（3）相关系数
相关系数的显著检验：在=0。01时 n=24时查的=0。5668。因为r>可推断出总体是相关的，r〉0.8，密切相关.
(4）回归系数
y倚x的回归方程
（5）代入数据得 y=29733。1x+13467305.35
（6）
将分乡站历史洪峰、洪量换算成天福庙的历史洪峰、洪量，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积比的1次方换算. 
洪峰比:
洪量比:
天福站历史洪水成果表
序号
年份
洪峰流量
(）
1d洪量
( ）
3d洪量
（)
重现期
备注
1
1935
2992
0。6835
1。0243
176

2
1984
2390
0.5489
0。8519

3
1826
2400
0.5623
0.8683

不能定量
4
1830
2300
0.5418
0。8185

不能定量
5
1958
1803
0。6237
0。9968

根据洪峰与洪量的关系计算1935年1天洪量
y=20479.1x+7081487。03 y1=0。6835
1826年1天洪量为 0.5623
1830年1天洪量为 0。5418
1935年3天洪量为y=29733。1x+13467305.35 y3=1.024
1826年3天洪量为 0.8683
1830年3天洪量为 0。8185
结果如表上格所示
五。设计洪水计算
1。 对天福庙水库坝址洪峰及1d、3d洪量系列分别进行频率计算,推求出各设计频率的设计洪峰和1d、3d设计洪量。洪水调查期为1826到2001年，所以N=176，1935年、1984年、1826年、1930年、1958年作为历史洪水即a=5实测洪峰、洪量资料44年，n=44，l=2。
1）对洪峰流量频率计算
类型
年份
洪峰流量（）
从大到小排序（）
序号
pM％
序号
Pm％
1
2
3
4
5
6
7
特大值系列
1935
2992
2992
1
0.564972

1984
2390
2400
2
1.129944

1826
2400
2390
3
1.694915

1930
2300
2300
4
2。259887

1958
1803
1803
5
2。824859

实测值系列
1959
131
1036

3
5。084746
1960
266
974

4
7.344633
1961
200
851

5
9。60452
1962
640
848

6
11。86441
1963
1036
838

7
14。12429
1964
452
804

8
16。38418
1965
519
774

9
18。64407
1966
189
640

10
20。90396
1967
774
634

11
23.16384
1968
838
634

12
25。42373
1969
428
613

13
27。68362
1970
598
598

14
29。9435
1971
389
592

15
32.20339
1972
64
582

16
34。46328
1973
445
571

17
36.72316
1974
240
544

18
38。98305
1975
848
519

19
41。24294
1976
272
487

20
43。50283
1977
162
471

21
45。76271
1978
299
452

22
48。0226
1979
634
445

23
50。28249
1980
571
438

24
52。54237
1981
126
437

25
54。80226
1982
582
428

26
57.06215
1983
437
425

27
59.32203
1985
121
389

28
61。58192
1986
218
299

29
63。84181
1987
438
272

30
66。1017
1988
222
266

31
68。36158
1989
592
261

32
70.62147
1990
634
240

33
72。88136
1991
804
222

34
75.14124
1992
851
218

35
77。40113
1993
425
200

36
79.66102
1994
167
189

37
81。9209
1995
261
170

38
84。18079
1996
487
167

39
86。44068
1997
544
162

40
88.70057
1998
974
131

41
90。96045
1999
170
126

42
93.22034
2000
613
121

43
95。48023
2001
471
64

44
97。74011
1按统一样本法计算经验频率,即，
如表中第5和7列所示分别为特大洪水和一般洪水的经验频率。
2。根据表中第2列洪峰流量系列,计算年最大洪峰流量均值,离势系数，N=176,a=5,l=2。
3.根据上步初估参数成果,取=、=0.8、=3,查表频率p的的值，由计算各p的洪峰流量，进行第一次配线，如附图1所示，可见线条下端较高，上端较低。因此，需要调整参数,适当增加再次配线。取==0.9、=3进行第二次配线，如附图1所示,总体上配合良好，可以作为推求的该处年最大洪峰流量理论频率曲线。
频率P
第一次配线
=CV =0。8 CS=3CV=2。4
第二次配线
=CV =0。9 CS=3CV=2。7

k
p

k
p
（1)
（2）
（3）
（4)
（5）
（6)
1
3.81
4.05
2060
3。93
4.537
2309。33
5
2。01
2.61
1327
2。01
2.809
1429。78
10
1.26
2。01
1022
1。22
2。098
1067。88
20
0。54
1.43
729
0。48
1。432
728.888
50
—0。35
0.72
366
-0。37
0.667
339。503
75
—0.68
0.46
232
—0。65
0.415
211。235
90
-0。795
0.36
185
—0。726
0。3466
176.419
95
—0。82
0.34
175
—0。736
0。118
171.8
99
—0.831
0。34
171
—0。74
0.334
170。006
由计算得，设计洪峰p=2%和校核洪峰p=0.2%
s
s
第一次配线
第二次配线
2）对一天洪量进行频率计算
年份
1天洪量
从大到小排序
序号
pM%
序号
Pm%
1935
0。6835
0。6835
1
0。564972

1984
0。5489
0。6237
2
1。129944

1826
0。5623
0。5623
3
1.694915

1830
0。5418
0。5489
4
2.259887

1958
0。6237
0。5418
5
2.824859

1959
0。0434
0。3727

3
5。084746
1960
0.0921
0.288

4
7。344633
1961
0。0664
0。2832

5
9。60452
1962
0。1999
0。2635

6
11。86441
1963
0。3727
0.2341

7
14.12429
1964
0。1314
0。2334

8
16。38418
1965
0。1452
0。2262

9
18.64407
1966
0.0817
0。2233

10
20.90396
1967
0.1876
0。2229

11
23。16384
1968
0.2832
0。2127

12
25.42373
1969
0.1514
0.2124

13
27。68362
1970
0。2233
0.2113

14
29.9435
1971
0.1681
0。1999

15
32。20339
1972
0。0363
0。1913

16
34.46328
1973
0。1457
0.1876

17
36.72316
1974
0.0813
0。1725

18
38。98305
1975
0。1483
0。1681

19
41。24294
1976
0。0931
0。1677

20
43。50283
1977
0.0915
0。1525

21
45。76271
1978
0。1525
0。1514

22
48.0226
1979
0。288
0。1483

23
50.28249
1980
0.1725
0.1457

24
52.54237
1981
0.0841
0。1452

25
54。80226
1982
0.2127
0。1383

26
57。06215
1983
0。2124
0.1314

27
59。32203
1985
0.0613
0.1209

28
61。58192
1986
0。0979
0。1195

29
63。84181
1987
0.1677
0。1177

30
66。1017
1988
0。1154
0。1154

31
68。36158
1989
0.2229
0。0985

32
70。62147
1990
0。1209
0.0979

33
72。88136
1991
0.2334
0。0931

34
75.14124
1992
0。2635
0.0921

35
77。40113
1993
0。1195
0.0915

36
79.66102
1994
0。1177
0.0841

37
81。9209
1995
0.0985
0.0817

38
84.18079
1996
0。2341
0。0813

39
86。44068
1997
0.1383
0。0734

40
88。70057
1998
0。2262
0。0664

41
90。96045
1999
0。0734
0。0613

42
93。22034
2000
0.2113
0.0434

43
95。48023
2001
0.1913
0。0363

44
97.74011
1按统一样本法计算经验频率，即,
如表中第5和7列所示分别为特大1天和一般1天洪量的经验频率。
2。根据表中第2列1天洪量系列，计算年最大1天洪量均值，离势系数，N=176，a=5，l=2。
3.根据上步初估参数成果，取=、=0.61、=3，Cs=1。83，查表频率p的的值,由计算各p的1天洪量，进行第一次配线,如附图2所示,，可见曲线上段明显偏低,中段稍微偏高。因此，需要调整参数，适当增大再次配线。取=、=0。61、=3。5，进行第二次配线，如附图2所示，总体上配合良好，可以作为推求的该处年最大1天洪量理论频率曲线.
频率P
第二次配线
=
CV =0.61 CS=3CV=1。83
第一次配线
=
CV =0。61 CS=3。5CV=2.14

k
p

k
p
1
3。50
3.14
0。53
3。66
3。23
0.55
5
1.98
2.21
0。38
2
2.22
0。38
10
1.32
1。81
0。31
1.29
1。79
0。3
20
0。64
1。39
0。24
0.59
1.36
0。23
50
—0。28
0。83
0.14
-0.32
0.8
0.14
75
—0.72
0。56
0.10
-0。71
0。57
0.1
90
-0.94
0.43
0.07
—0。87
0.47
0。08
95
—1。02
0.38
0。06
-0。91
0.44
0。08
99
-1。09
0.34
0.06
—0.92
0.44
0.07
由计算得，设计1天洪量p=2％和校核1天洪量p=0。2％.
第一次配线
第二次配线
3）对3天洪量进行频率计算
年份
3天洪量
从大到小排序
序号
pM
序号
pm
1935
1.0243
1。0234
1
0.564972

1984
0。8519
0。9968
2
1。129944

1826
0。8683
0.8683
3
1。694915

1830
0。8185
0.8519
4
2。259887

1958
0。9968
0.8185
5
2。824859

1959
0.0664
0。6594

3
5.084746
1960
0。138
0。5725

4
7.344633
1961
0。1023
0。5393

5
9。60452
1962
0。2924
0。4334

6
11。86441
1963
0。5725
0.4135

7
14.12429
1964
0.2223
0。3288

8
16.38418
1965
0。23
0.3223

9
18。64407
1966
0.1253
0.3189

10
20。90396
1967
0.2852
0.3186

11
23。16384
1968
0。6594
0.3172

12
25。42373
1969
0。2213
0。3158

13
27。68362
1970
0。3103
0。3157

14
29。9435
1971
0。2877
0.3103

15
32.20339
1972
0。0797
0。2986

16
34。46328
1973
0。2233
0。2924

17
36。72316
1974
0。1589
0。2877

18
38.98305
1975
0.248