华北电力大学-工程水文及水利计算课程设计(天福庙).doc

课程设计报告 课程设计报告(2014-2015 年度第一学期)名 称： 工程水文及水利计算课程设计 题 目： 天福庙水库防洪复核计算 院 系： 可再生能源学院 班 级： XXXXXX 学 号： XXXXXX 学生姓名： XXXXXX 指导教师： XXXXXX 设计周数： 2周 成 绩： 日期： 年 月 日 课程设计报告一、课程设计的目的与要求1.设计目的天福庙水库在1975年技术设计时，水文系列年限仅20年，系列太短，也缺乏大洪水资料，此次课程设计的目的就是在延长基本水文资料的基础上，按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核。2.设计要求（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计算（4）调洪计算（5）坝顶高程复核二、设计正文（一）水文气象资料的收集和审查流域自然地理概况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平方千米，河长58.2千米，河道比降1.06%，总库容6367万立方米，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。流域水文资料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15.5 m/s，风向多为NE。流域多年平均年降雨量1036.3mm，流域暴雨频繁，洪水多发，410月为汛期，汛期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%。12月降雨量最少，仅占全年降雨量的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。天福庙水库建成之后，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平方千米。3.分乡站历史洪水根据1982年湖北省洪办对宜昌市历史洪水调查结果的审定，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年洪水为1826年以来的第一位，重现期为176年，1984年洪水与1926年、1930年洪水相当，分别确定为1826年以来的2-4位，1958年洪水为1926年以来的第五位。分乡站历史洪水成果见表2-1.表2-1 分乡站历史洪水成果表序号年份洪峰流量（m/s）1d洪量(108m3)3d洪量(108m3)重现期备注1193546801762198437391.07381.666431826不能定量41930不能定量5195828201.22011.95004.天福庙水库洪峰洪量系列 见表2-2表2-2 天福庙水库洪峰、洪量系列年份洪峰Qm（m/s）1d洪量W1(108m3)3d洪量W3(108m3)年份洪峰Qm（m/s）1d洪量W1(108m3)3d洪量W3(108m3)195818030.62370.996819805710.17250.209219591310.04340.066419811260.08410.124119602660.09210.13819825820.21270.317219612000.06640.102319834370.21240.322319626400.19990.2924198423890.54890.8518196310360.37270.572519851210.06130.130719644520.13140.222319862180.09790.192419655190.14520.2319874380.16770.286419661890.08170.125319882220.11540.17919677740.18760.285219895920.22290.318919688380.28320.659419906340.12090.17919694280.15140.221319918040.23340.315819705980.22330.310319928510.26350.328819713890.16810.287719934250.11950.18241972640.03630.079719941670.11770.213119734450.14570.223319952610.09850.18619742400.08130.158919964870.23410.433419758480.14830.24819975440.13830.318619762720.09310.13819989740.22620.413519771620.09150.179519991700.07340.168619782990.15250.281220006130.21130.315719796340.2880.539320014710.19130.29865天福庙水库典型洪水过程线（1984年7月26-28日）见表2-3表2-3 典型洪水过程线（1984.7.26-28） 时段（t=1h）流量（m/s）时段（t=1h）流量（m/s）时段（t=1h）流量（m/s）时段（t=1h）流量（m/s）096.619216.33744.25524.8157220183.53843.55624.221085211563941.75723.5313452213840405822.841568231214138.35922.15179124103.94236.66021.56209025108.44334.86120.6723892691.54433.16219.382138.72783.54532.26318.291465.52868.64631.36417.3101005.12953.34730.46516.111768.83040.94829.56615.312494.331514928.76714.413584.932615027.86813.514421.23354.85127.26912.615358.73448.55226.67011.816344.83546.35326711117313.73645.25435.47210.618232.56.天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线天福庙水库库容曲线根据原库区1:2000地形图进行了复核计算，成果可靠。左岸溢洪道堰顶高程398.0m，2孔，每孔净宽13.0m，为弧形闸门控制。坝顶溢洪道堰顶高程402.4m，4孔，每孔净宽8.0m，亦为弧形闸门控制。两溢洪道堰型均为WES标准型剖面实用堰。由相应的流量计算公式Q=cmn(2g)H3/2计算的泄洪建筑物泄流曲线见下表2-4。表2-4 天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线 库水位库容(104m3)左岸溢洪道（m/s）坝顶溢洪道（m/s）合计泄洪量（m/s）39834600003993670370374003890107010740141002160216402432536503654034545530255554044775730103833405500492223011524065235113040015304075515134560519504085790158283524174096045184510952940410631021151375349041165962370169540657.混凝土拱坝安全超高 见表2-5表2-5 混凝土拱坝安全超高hc坝的级别123正常运行0.7050.4非常运行0.50.40.3（二）防洪标准选择水库工程概况天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建成，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m，正常蓄水位409m，相应库容6032万m。设计洪水位（P=2%）409.28m，校核（P=0.2%）洪水位409.8，坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。库区吹程1000m。确定防洪标准水利水电枢纽工程的等级工程等级水库防洪治涝灌溉供水水电站工程规模总库容（108m3）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（104kw）一大（1）型10特别重要500200150特别重要120二大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030三中型1.00.1中等100306015505中等305四小（1）型0.10.01一般30515350.5一般51五小（2）型0.010.001530.51水工建筑物的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1134445522345553345水库工程水工建筑物的防洪标准水工建筑物级别防洪标准重现期（年）设计校核平原区 滨海区混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑物土坝、堆石坝设计校核一100050050002000可能最大洪水（PMF）或10000500030010020001000二5001002000100050002000100501000300三100501000500200010005020300100四50305002001000300201010050五3020200100300200105020根据以上资料，天福庙水库正常库容为6032万m，也就是0.6023亿立方米，按照水利水电枢纽工程的等级划分属于中型水库，工程等级为三级。水库位于湖北省宜昌市，属于丘陵区水库，坝型为浆砌石双曲拱坝，依据水库工程建筑物的防洪标准，天福庙水库的设计防洪标准（重现期）应为50-100年，即P=0.01-0.02，取P=0.02=2%,校核防洪标准为500-1000年,即P=0.001-0.002，取P=0.002=0.2%。三、峰、量选样及历史洪水调查天福庙水库坝址1959-1977年峰、量系列根据分乡站同期资料换算而得，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积比得1次方换算。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。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，具体过程如下：（1）洪峰与1日洪量关系 见表3-1表3-1 洪峰与1日洪量关系年份洪峰QmX（m/s）1d洪量Y(108m3)KxKyKx-1Ky-1(Kx-1)2(Ky-1)2(Kx-1)(Ky-1)19782990.15250.5510.8386-0.449-0.1610.20180.0260.0725108719796340.2881.1681.58370.16780.58370.02810.34070.0979292119805710.17251.0520.94860.0517-0.0510.00270.0026-0.002659619811260.08410.2320.4625-0.768-0.5380.58970.28890.4127808619825820.21271.0721.16960.0720.16960.00520.02880.0122123719834370.21240.8051.168-0.1950.1680.03810.0282-0.032774198423890.54894.43.01843.40032.018411.5624.0746.8632531219851210.06130.2230.3371-0.777-0.6630.60390.43940.5151662719862180.09790.4020.5384-0.598-0.4620.35820.21310.2762779519874380.16770.8070.9222-0.193-0.0780.03730.00610.0150367719882220.11540.4090.6346-0.591-0.3650.34940.13350.2159935619895920.22291.091.22570.09040.22570.00820.0510.02040819906340.12091.1680.66480.1678-0.3350.02810.1123-0.056229719918040.23341.4811.28350.48090.28350.23130.08040.1363205319928510.26351.5671.4490.56750.4490.3220.20160.2547873419934250.11950.7830.6571-0.217-0.3430.04720.11760.0744672419941670.11770.3080.6472-0.692-0.3530.47940.12440.2442540519952610.09850.4810.5417-0.519-0.4580.26960.21010.2380016119964870.23410.8971.2873-0.1030.28730.01060.0826-0.029592519975440.13831.0020.76050.002-0.2394E-060.0574-0.000477819989740.22621.7941.24390.7940.24390.63050.05950.193645919991700.07340.3130.4036-0.687-0.5960.47180.35570.4096329520006130.21131.1291.16190.12910.16190.01670.02620.0209051520014710.19130.8681.052-0.1320.0520.01750.0027-0.0068836合计130304.36442424-1E-06-1E-1516.3097.06289.94496656均值542.920.181911-6E-08-5E-170.67960.29430.41437361由表KS2-1的计算结果，可进一步计算出下列各值均值 X=(1/n)Xi=13030/24=542.92Y=(1/n)Yi=4.3644/24=0.1819均方差 x= X(Kx-1)2/(n-1)= 542.9216.309/(24-1) =457.178 y= Y(Ky-1)2/(n-1)= 0.1819 7.0628/(24-1) =0.1008 相关系数 r=(Kx-1)(Ky-1) / (Kx-1)2(Ky-1)2= 9.94496656/16.309*7.0628=0.9267相关系数的显著性检验：在=0.01时，据n=24查表的r=0.487。因为rr，由此可以推断总体是相关的，且r0.8，可以认为相关是密切的。 回归系数 Ry/x=r（y/x）=0.9267*(0.1008/457.178)=2.043210-4 Y倚x的回归方程 y=2.043210-4x+0.07 回归方程的均方误 Sy=y（1-r2）=0.1008/（1-0.92672）=0.268（2）洪峰与3日洪量关系 见表3-2表3-2 洪峰与3日洪量关系年份洪峰QmX（m/s）3d洪量Y(108m3)KxKyKx-1Ky-1(Kx-1)2(Ky-1)2(Kx-1)(Ky-1)19782990.28120.5510.95-0.449-0.050.2020.00250.022583219796340.53931.1681.820.16780.8210.0280.67480.137811719805710.20921.0520.710.0517-0.290.0030.0861-0.01517919811260.12410.2320.42-0.768-0.580.590.33740.446054719825820.31721.0721.070.0720.0710.0050.00510.005134219834370.32230.8051.09-0.1950.0890.0380.0078-0.017274198423890.85184.42.883.40031.87711.563.52276.382022119851210.13070.2230.44-0.777-0.560.6040.3120.434081119862180.19240.4020.65-0.598-0.350.3580.12260.209571819874380.28640.8070.97-0.193-0.030.0370.00110.006319919882220.1790.4090.6-0.591-0.40.3490.15640.233743519895920.31891.091.080.09040.0770.0080.00590.00696719906340.1791.1680.60.1678-0.40.0280.1564-0.06634219918040.31581.4811.070.48090.0670.2310.00440.032023819928510.32881.5671.110.56750.110.3220.01220.06270419934250.18240.7830.62-0.217-0.380.0470.14740.08339219941670.21310.3080.72-0.692-0.280.4790.07860.194059119952610.1860.4810.63-0.519-0.370.270.13820.193060919964870.43340.8971.46-0.1030.4640.0110.2151-0.04776619975440.31861.0021.080.0020.0764E-060.00580.000151719989740.41351.7941.40.7940.3970.630.15730.314880319991700.16860.3130.57-0.687-0.430.4720.18540.29574520006130.31571.1291.070.12910.0660.0170.00440.008552620014710.29860.8681.01-0.1320.0090.0187E-05-0.001126合计130307.1062424-1E-063E-0516.316.33978.921172均值542.90.296111-6E-081E-060.680.26420.3717155均值 X=(1/n)Xi=13030/24=542.92Y=(1/n)Yi=7.106/24=0.2961均方差 x= X*(Kx-1)2/(n-1)= 542.9216.31/(24-1) =457.193 y= Y*(Ky-1)2/(n-1)= 0.2961 6.3397/(24-1) =0.1555 相关系数 r=(Kx-1)(Ky-1) / (Kx-1)2(Ky-1)2= 8.921172/16.31*6.3397=0.8773相关系数的显著性检验：在=0.01时，据n=24查表的r=0.487。因为rr，由此可以推断总体是相关的，且r0.8，可以认为相关是密切的。 回归系数 Ry/x=r（y/x）=0.8773*(0.2961/542.92)=4.784710-4 Y倚x的回归方程 y=4.784710-4x+0.03633回归方程的均方误 Sy=y（1-r2）=0.1555/（1-0.87732）=0.324图3-1（3）根据以上相关关系计算历史洪水的1d、3d洪量洪峰与1日流量的相关方程为：y=2.043210-4x+0.07洪峰与3日流量的相关方程为： y=4.784710-4x+0.036331935年洪峰流量为4683 m/s，则根据上述相关方程，可计算得此次洪水的1日洪量y1=2.043210-44683+0.07=1.0268108m3, 1日洪量y2=4.784710-44683+0.03633=2.277108m3（4）分析分乡站历史洪水，并换算至天福庙水库坝址洪水 见表3-3表3-3 分乡站洪水换算成天福庙水库坝址洪水年份洪峰流量（m/s）1d洪量(108m3)3d洪量(108m3)重现期坝址洪峰流量（m/s）1d洪量(108m3)3d洪量(108m3)193546801.02682.27717629920.52491.1639198437391.07381.666423900.54890.85181826不能定量1930不能定量195828201.22011.950018030.63370.9968四、设计洪水计算频率计算其中1935年、1984年、1826年、1930年以及1958年作为历史特大洪水处理，由于1826年及1930年的洪水资料缺失，作为特大洪水计算时有很多不便，而在实测范围内，有1984年和1958年两年为特大洪水，属于系列内特大洪水。在进行频率计算时，不考虑1935年洪水，取调查考证期为1958年至2001年的44年，采用统一样本法计算经验频率。由统一样本法, （%）， 考证期至今：N=2001-1826+1=176实测洪水系列：n=44N年中的特大洪水：a=5n年中的特大洪水：l=2均值变差系数表4-1 天福庙水库洪峰流量经验频率计算表序号洪峰流量QPMPmXi-X（Xi-X）2Mm(m3/s)29920.56%2481.5252 6157967.1311 23891.13%1878.5252 3528856.7854 23851.69%1874.5252 3513844.5841 23802.26%1869.5252 3495124.3325 18032.82%1292.5252 1670621.2952 110365.08%525.5252 276176.6962 29747.34%463.5252 214855.5761 38519.60%340.5252 115957.3862 484811.86%337.5252 113923.2352 583814.12%327.5252 107272.7319 680416.38%293.5252 86157.0209 777418.64%263.5252 69445.5112 864020.90%129.5252 16776.7677 963423.16%123.5252 15258.4657 1063425.42%123.5252 15258.4657 1161327.68%102.5252 10511.4089 1259829.94%87.5252 7660.6540 1359232.20%81.5252 6646.3521 1458234.46%71.5252 5115.8488 1557136.72%60.5252 3663.2953 1654438.98%33.5252 1123.9365 1751941.24%8.5252 72.6784 1848743.50%-23.4748 551.0680 1947145.76%-39.4748 1558.2628 2045248.02%-58.4748 3419.3066 2144550.28%-65.4748 4286.9544 2243852.54%-72.4748 5252.6021 2343754.80%-73.4748 5398.5518 2442857.06%-82.4748 6802.0989 2542559.32%-85.4748 7305.9479 2638961.58%-121.4748 14756.1362 2729963.84%-211.4748 44721.6070 2827266.10%-238.4748 56870.2482 2926668.36%-244.4748 59767.9463 3026170.62%-249.4748 62237.6946 3124072.88%-270.4748 73156.6378 3222275.14%-288.4748 83217.7320 3321877.40%-292.4748 85541.5307 3420079.66%-310.4748 96394.6248 3518981.92%-321.4748 103346.0713 3617084.18%-340.4748 115923.1151 3716786.44%-343.4748 117974.9641 3816288.70%-348.4748 121434.7125 3913190.96%-379.4748 144001.1524 4012693.22%-384.4748 147820.9008 4112195.48%-389.4748 151690.6492 426497.74%-446.4748 199339.7807 均值510离势系数Cv0.80经验频率曲线如下：表4-2理论频率曲线选配计算表频率P（%）第一次配线 Cs/Cv=3第二次配线 Cs/Cv=2.5第三次配线 Cs/Cv=3.5pKpQppKpQppKpQp1%3.814.0482064.483.613.888