天福庙水库防洪复核计算2010312915.doc李秋龙.doc

课 程 设 计

天
赋
庙
水
库
防
洪
复
核
计
算

学院：水利水电与建筑学院
专业：水利水电工程
学号：2010313212
姓名：李秋龙
班级：10级水工1班

天福庙水库防洪复核设计

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553.6km2，河长58.2km，河道比降1.06%，总库容6367万m3，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553.6km2，河长58.2km，河道比降10.6‰，总库容6367万m2，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m3。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19.5%。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1083.0km2。
3.分乡站历史洪水。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2-4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
序号
年份
洪峰流量 （m3/s）
1d洪量
（×108m3）
3d洪量
（×108m3）
重现期
备注
1
1935
4683
1.0268
1.5302
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
1.9500

三、防洪标准选择

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
〉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

水库工程建筑物防洪标准
水工建筑物的类别
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
混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑
土坝、堆石坝
一
1000～500
5000～2000
可能最大洪水（PFM）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
100～50
五
30～20
200～100
3000～200
10
50～20
依据天福庙库容量，根据《水库工程建筑物防洪标准》查得天福庙水库工程等级为三级，其防洪标准为：设计T=50年，校核T=500年。
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，洪量按面积的一次方换算。
2、天福庙坝址1978—2001峰、量系列直接采用天福庙入库洪水计算。
3、分乡站历史洪水换算天福庙水库峰量根据1978—2001年峰量关系得1d，3d洪量（见表格）。

天福庙水库洪峰、洪量系列
年份
洪峰Qm（m3/s）
1d洪量W1（108m3）
3d洪量W3（108m3）
年份
洪峰Qm（m3/s）
1d洪量W1（108m3）
3d洪量W3（108m3）
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
0.1380
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
0.1314
1986
218
0.0979
0.1924
1965
519
0.1452
0.2300
1987
438
0.1677
0.2864
1966
189
0.0817
0.1253
1988
222
0.1154
0.1790
1967
774
0.1876
0.2852
1989
592
0.2229
0.3189
1968
838
0.2832
0.6594
1990
634
0.1209
0.1790
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
0.1860
1974
240
0.0813
0.1589
1996
487
0.2341
0.4334
1975
848
0.1483
0.2480
1997
544
0.1383
0.3186
1976
272
0.0931
0.1380
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
0.2880
0.5393
2001
471
0.1913
0.2986
1958
1803
0.6237
0.9968
1980
571
0.1725
0.2092

1979-2001年峰、量相关关系

五、设计洪水和校核洪水计算
典型洪水过程线
时段
△t=1h
流量
m3/s
时段
△t=1h
流量
m3/s
时段
△t=1h
流量
m3/s
时段
△t=1h
流量
m3/s
0
96.6
19
216.3
36
45.2
55
24.8
1
572
20
183.5
37
44.2
56
24.2
2
1085
21
156
38
43.5
57
23.5
3
1345
22
138
39
41.7
58
22.8
4
1568
23
121
40
40
59
22.1
5
1791
24
103.9
41
38.3
60
21.5
6
2090
25
108.4
42
36.6
61
20.6
7
2389
26
91.5
43
34.8
62
19.3
8
2138.7
27
83.5
44
33.1
63
18.2
9
1465.5
28
68.6
45
32.2
64
17.3
10
1005.1
29
53.3
46
31.3
65
16.1
11
768.8
30
40.9
47
30.4
66
15.3
12
494.3
31
51
48
29.5
67
14.4
13
584.9
32
61
49
28.7
68
13.5
14
421.2
33
54.8
50
27.8
69
12.6
15
358.7
34
48.5
51
27.2
70
11.8
16
344.8
35
46.3
52
26.6
71
11
17
313.7
36
45.2
53
26
72
10.6
18
232.5
37
44.2
54
35.4

根据公式：=，=，
=计算天福庙库区1935,1984，的洪峰流量以及一天和三天洪量。

洪峰流量
经验频率计算

按数量大小排序
=
=
=
年份
Qm
m3/s
M1
P1
M2
P2
m
P3
1935
2992
1
0.57

1984
2389

2
1.136

1826

2
1.705

1930

2
2.273

1958
1803

3
2.841

1963
1036

3
6.70
1998
974

4
8.90
1992
851

5
11.10
1975
848

6
13.30
1968
838

7
15.50
1991
804

8
17.70
1967
774

9
19.90
1962
640

10
22.10
1979
634

11
24.30
1990
634

12
26.50
2000
613

13
28.70
1970
598

14
30.90
1999
592

15
33.10
1982
582

16
35.30
1980
571

17
37.50
1997
544

18
39.70
1965
519

19
41.90
1996
487

20
44.10
2001
471

21
46.30
1964
452

22
48.50
1973
445

23
50.70
1987
438

24
52.90
1983
437

25
55.10
1969
428

26
57.30
1993
425

27
59.50
1971
389

28
61.70
1978
299

29
63.90
1976
272

30
66.10
1960
266

31
68.30
1995
261

32
70.50
1974
240

33
72.70
1988
222

34
74.90
1986
218

35
77.10
1961
200

36
79.30
1966
189

37
81.50
1999
170

38
83.70
1994
167

39
85.90
1977
162

40
88.10
1959
131

41
90.30
1981
126

42
92.50
1985
121

43
94.70
1972
64

44
96.90

由公式计算理论频率曲线的统计参数
Q平均=∑Qi=548.80m3/s
Cv=0.91
Cs=2.67Cv=2.43
由查频率曲线方法得1826年，1930年的洪峰流量分别为2296 m3/s和2059 m3/s。P=0.2%时的校核洪峰Q0.2%=Q平均（φ0.2%Cv+1）=3360.47 m3/s，P=0.2%时的洪峰流量3360.47m3/s。P=2%的设计洪峰Q2%=Q平均（φ2%Cv+1）=2060 m3/s
1d洪量的相关数据
序号
系列值
频率
序号
系列值
频率
1
0.6785
0.0057
24
0.1483
0.507
2
0.6237
0.011
25
0.1457
0.529
3
0.5489
0.017
26
0.1452
0.551
4
0.3727
0.067
27
0.1383
0.573
5
0.288
0.089
28
0.1314
0.595
6
0.2832
0.111
29
0.1209
0.617
7
0.2635
0.133
30
0.1195
0.639
8
0.2341
0.155
31
0.1177
0.661
9
0.2334
0.177
32
0.1154
0.683
10
0.2262
0.199
33
0.0985
0.705
11
0.2233
0.221
34
0.0979
0.727
12
0.2229
0.243
35
0.0931
0.749
13
0.2127
0.265
36
0.0921
0.771
14
0.2124
0.287
37
0.0915
0.793
15
0.2113
0.309
38
0.0841
0.815
16
0.1999
0.331
39
0.0817
0.837
17
0.1913
0.353
40
0.0813
0.859
18
0.1876
0.375
41
0.0734
0.881
19
0.1725
0.397
42
0.0664
0.903
20
0.1681
0.419
43
0.0613
0.925
21
0.1677
0.441
44
0.0434
0.947
22
0.1525
0.463
45
0.0363
0.969
23
0.1514
0.485

W平均=Wi=0.19×108m3
Cv=0.72
Cs=2.96Cv=2.13
由曲线图可知，p=0.2%时的校核洪量Wp=W平均×(φ0.2%Cv+1）=9.6×107m3
p=0.2%时所对应的1d的洪量为0.96×108m3。 P=2%的设计洪量Wp=W平均×(φ2%Cv+1）=0.75×108m3 p=2%对应的1d洪量为0.75×108m3

3d洪量的相关数据
序号
峰量
频率
序号
峰量
频率
1
1.0457
0.0057
24
0.23
0.51
2
0.9668
0.011
25
0.2233
0.53
3
0.8518
0.017
26
0.2223
0.55
4
0.6594
0.07
27
0.2213
0.57
5
0.5725
0.09
28
0.2131
0.6
6
0.5393
0.11
29
0.2092
0.62
7
0.4334
0.13
30
0.1924
0.64
8
0.4135
0.16
31
0.186
0.66
9
0.3288
0.18
32
0.1824
0.68
10
0.3223
0.2
33
0.1795
0.71
11
0.3189
0.22
34
0.179
0.73
12
0.3186
0.24
35
0.179
0.75
13
0.3172
0.27
36
0.1686
0.77
14
0.3158
0.29
37
0.1589
0.79
15
0.3157
0.31
38
0.138
0.82
16
0.3103
0.33
39
0.138
0.84
17
0.2986
0.35
40
0.1307
0.86
18
0.2924
0.38
41
0.1253
0.88
19
0.2877
0.4
42
0.1241
0.9
20
0.2864
0.42
43
0.1023
0.925
21
0.2852
0.44
44
0.0797
0.947
22
0.2812
0.46
45
0.0664
0.969
23
0.248
0.49

W平均=Wi=0.3×108m3
Cv=0.71
Cs=3.18Cv=2.26
由曲线图可知，p=0.2%时的校核洪量Wp=W平均×(φ0.2%Cv+1）=1.499×108m3
p=0.2%时所对应的3d的洪量为1.499×108 m3 。Wp=W平均×(φ2%Cv+1）=1.193×108m3 p=2%对应的3d洪量为1.193×108m3

合理性分析
（1）通过对本站洪峰、洪量及其统计参数随时间变化的分析和从洪峰、洪量及其统计参数随地区的变化规律的分析，以及从形成洪水的暴雨方面分析，都得出了相应的合理结论。
（2）将各种统计时段洪量的频率曲线点绘制在一张图上，在适用范围内不能相交。因为如果相交，就不能保证同一频率下长时段的洪量大于短时段的洪量。

选择典型洪水过程线

洪峰（m3/s）
洪量[（m3/s）h]
1d
3d
P=0.2%的校核洪水
3200
26667
41638.9
典型洪水
2389.0
19879.6
21663.4
起止时间
1984.7.26.8
1984.7.26.0~24
1984.7.26.0~7.28.24
计算放大比
KQ=Qmp/Qm典=1.34 Kw1=Wtp/Qt典=1.34
Kw3-1=（41638.9-26667）/（21663.4-19879.6）=8.39
校核洪水过程线计算表
时间（△t=1h）
流量
放大倍比
放大流量
时间（△t=1h）
流量
放大倍比
放大流量
0
96.6
1.34
129.44
36
45.2
8.39
379.228
1
572
1.34
766.48
37
44.2
8.39
370.838
2
1085
1.34
1453.9
38
43.5
8.39
364.965
3
1345
1.34
1802.3
39
41.7
8.39
349.863
4
1568
1.34
2101.12
40
40
8.39
335.6
5
1791
1.34
2399.94
41
38.3
8.39
321.337
6
2090
1.34
2800.6
42
36.6
8.39
307.074
7
2389
1.34
3201.26
43
34.8
8.39
290.294
洪峰,1d交界
2389
1.34
3201.26

8
2138.7
1.34
2865.858
44
33.1
8.39
277.709
9
1465.5
1.34
1963.77
45
32.2
8.39
270.158
10
1005.1
1.34
1346.834
46
31.3
8.39
262.607
11
768.8
1.34
1030.192
47
30.4
8.39
255.056
12
494.3
1.34
662.362
48
29.5
8.39
247.505
13
584.9
1.34
783.766
49
28.7
8.39
240.793
14
421.2
1.34
564.41
50
27.8
8.39
233.242
15
358.7
1.34
480.658
51
27.2
8.39
228.208
16
344.8
1.34
462.032
52
26.6
8.39
233.174
17
313.7
1.34
420.358
53
26
8.39
218.14
18
232.5
1.34
311.55
54
35.4
8.39
297.006
19
216.3
1.34
289.842
55
24.8
8.39
208.072
20
183.5
1.34
245.89
56
24.2
8.39
203.038
21
156
1.34
209.04
57
23.5
8.39
197.165
22
138
1.34
184.92
58
22.8
8.39
191.292
23
121
1.34
162.14
59
22.1
8.39
185.419
24
103.9
1.34
139.226
60
21.5
8.39
180.385
25
108.4
1.34
145.256
61
20.6
8.39
172.834
1d,3d交界处
108.4
8.39
909.476

26
91.5
8.39
767.685
62
19.3
8.39
161.927
27
83.5
8.39
700.565
63
18.2
8.39
152.698
28
68.6
8.39
575.554
64
17.3
8.39
145.147
29
53.3
8.39
447.187
65
16.1
8.39
135.079
30
40.9
8.39
343.151
66
15.3
8.39
128.367
31
51
8.39
427.89
67
14.4
8.39
120.816
32
61
8.39
511.79
68
13.5
8.39
113.265
33
54.8
8.39
459.772
69
12.6
8.39
105.714
34
48.5
8.39
452.99
70
11.8
8.39
110.212
35
46.3
8.39
432.442
71
11
8.39
102.74
36
45.2
8.39
422.168
72
10.6
8.39
99.004

六、设计洪水调洪计算
库水位
库容(×104m3)
左岸溢洪道q1(m3/s)
坝顶溢洪道q2(m3/s)
合计泄流量q(m3/s)
398
3460
0
0
0
399
3670
37
0
37
400
3890
107
0
107
401
4100
216
0
216
402
4325
365
0
365
403
4545
530
25
555
404
4775
730
103
833
405
5004
922
230
1152
406
5235
1130
400
1530
407
5515
1345
605
1950
408
5790
1582
835
2417
409
6045
1845
1095
2940
410
6310
2115
1375
3490
411
6596
2370
1695
4065
天福庙水库为有闸溢洪道，调洪时段△t=1h，洪起调水位为正常蓄水位409m，在次水位下，左岸溢洪道2孔、坝顶溢洪道4孔全开的流量为2940m3/s。当入库洪水流量小于此流量时，通过开启溢洪道闸门孔数，使泄流量等于来水流量，保持设计蓄水位409m不变。当入库洪水流量大于2940m3/s时，6孔闸门全开泄洪，库水位开始上涨，直至达到最高洪水位，然后再回落至设计蓄水位409m。

V2=(Q1+Q2)△t-(q2+q1)△t+V1
由起始条件得V1=3460，q1=0,已知第一时段的Q1=128，Q2=755.04，用试算法，假定q2值，代入上式，得出V2值，在泄蓄曲线中检查结果。
试算得第一时段V2=3613.459×104 m3， q2=30m3/s。以此V2，q2为第二时段V1，q1，以此类推，得出表格。
时段
流量Q
（m3/s）
△t
q(m3/s)
V(万m3)
Z(m)
0
127.512
1588594
0
3460
398
1
755.04
3937032
30
3613.459
398.5
2
1432.2
5773680
120
3980.163
400.1
3
1775.4
6921288
400
4463.931
402.5
4
2069.76
7980984
850
4931.059
404.7
5
2364.12
9221256
1600
5288.158
406.4
6
2758.8
10728108
2000
5712.969
407.6
7
3201.26
10843819
2500
5987.350
409.6
8
2823.084
8563579
2800
5889.708
408.2
9
1934.46
5870146
2000
5612.723
407.3
最大下泄流量qm由表可得qm=2800 m3/s。根据校核库容值查库容水位曲线得
校核洪水位为409.6m，校核库容V校核=5987.35万m3。

入库和下泄流量过程线

七、坝顶高程复核计算
根据《混凝土拱坝设计规范》（SL282-2003），坝顶高程应不低于校核洪水位，坝顶上游侧防浪墙顶高程与设计洪水位或校核洪水位的高差Δh按下式计算：
Δh=hb+hz+hc
式中 hb—波高，m；
hz—波浪中心线超出静水位的风壅高度，m；
hc——安全超高，根据建筑物等级选取。
波高
hb=0.0076()
波长
Lm=0.331()
风壅高度
hz=cth
式中V—计算风速，设计工况采用1.5倍的多年平均最大风速，校核工况，采用多年平均最大风速；
H—坝前水深，m；
g—重力加速度；
D—库区长度，即吹程，m。
D=1000m g=9.8m/s2 H=61.8m V=15.5m/s
得hz=0.17m hb=0.806

混凝土拱坝安全超高hc 单位：m
坝的级别
1
2
3
正常运用
0.7
0.5
0.4
非常运用
0.5
0.4
0.3
该大坝工程等级为三级所以由表可得hc=0.3，故：
△h=hb+hz+hc=0.806+0.17+0.3=1.276m
故：
H1=Zm+△H=409.6+1.276=410.876m

H1=410.856＜H防=411.3m

综合分析可得出，水库坝高符合标准。