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我的洪水调节课程设计

19
2020年4月19日
文档仅供参考

洪水调节课程设计

一、 设计目的
1、 洪水调节目的：定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库水位的变化、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；
2、 掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；
3、 了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；
4、 培养学生分析问题、解决问题的能力。
二、 设计基本资料
法官泉水库是一座以灌溉为主的小(一)型水库, 位于夷陵城区东北20公里处的龙泉镇法官泉村，水库拦截长江北岸柏临河的支流杨柳河，水库原设计总库容407万m3，其中兴利库容337万m3，死库容15万m3。挡水建筑物为心墙代料土坝，水库设有溢洪道一座，土质溢洪道。为无闸控制的开敞式宽顶堰。堰顶高程167.Xm（注：X=学号最后1位/10，即167.0m-167.9m），下游无防汛要求。溢流堰宽度60.Ym（注：Y=学号倒数第2位/10，即60.5m-60.9m）。
本工程采用溢洪道泄洪，为无闸门控制，当水位达到溢流堰顶高程，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态。
三、 洪水调节演算
（一） 洪水标准的确定
1工程等别的确定
由设计对象的基本资料可知，该是一座以灌溉为主的小(一)型水库,水库原设计总库容407万m3，其中兴利库容337万m3，死库容15万m3。根据下表所示的“水利水电工程分等指标”，可将工程等别定为IV。

2．洪水标准的确定
该水利工程的挡水建筑物为心墙代料土坝（基本资料可知），由已确定的为IV等的工程等别，根据下表《水工建筑物洪水标准》，可查得，该工程设计洪水标准为50～30年，校核标准为1000～200，不妨取设计标准为30年，校核洪水标准为2 。

（二）洪水调节计算 　法官泉水库库容曲线表
序号
水位(m)
库容（万m3）
1
162洪水调节计算
196.2
2
163
221.084
3
164
247.979
4
165
277.015
5
166
307.904
6
167
339.935
7
168
374.471
8
169
411.331
9
170
449.614
水位－库容曲线

1. 列表试算法
1）基本原理：根据水库容积曲线V=f（Z）和堰顶溢流公式q=f（H），得出蓄泄方程q=f（V）。联立水量平衡方程
V2 =V1 +（Q2+Q1q2q1） q=f(V）
可得q=f(V)=g（q），即q=g（q）。因该式收敛，故可用循环程序编写，从而求出q。
2） 主要过程
a.由堰流公式得下泄流量
q=mb 。。。。。。。。。。。。。。。（1）

式中：q——经过溢流孔口的下泄流量，m3/s
b——溢流孔单孔净宽，m ；
g——重力加速度，9.81m/s2；
m——流量系数，取0.35；
H0——堰顶水头，167.3m（已知，设计基本资料给出）
b.水位高程Z与堰顶水头H的关系。基本材料可知溢洪道堰顶高程为167.3m，则H=Z-167.3m。
c.水库容积曲线V=f（Z）的近似化。由水库水位——库容曲线知，水位高程可近似按直线计算。由水位库容表V=f（Z）及上式H=Z-167.3m，可得V=f（H），易算出H=g（V）=
V—350.296
34.536 V[350.296,374.471]
V—348.669
36.86 V[374.471,411.331] 。。。（2）
V—346.250
38.283 V[411.331，449.614]
联立（1）、（2）式得q=mBg(V)^1.5 。。。。。。（3）
d.将（3）式与水量平衡方程联立。 V2 =V1 +（Q2+Q1q2q1） ，
q=mBg(V)^1.5
e.假定一q值（q值不能过于极端，稍合理，如0.1），算出q，再将q回代至满足精度要求。
以下为C语言程序：

#include
#include
void main()
{ float V1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3, t=0.36;
printf("V1=");
scanf("%f",&V1);
printf("Q1=");
scanf("%f",&Q1);
printf("Q2=");
scanf("%f",&Q2);
printf("q1=");
scanf("%f",&q1);
printf("q2=");
scanf("%f",&q2);
loop:
{ V2=V1+ (Q1+Q2-q2-q1) * t/2;
if V2<=374.471 && V2>=350.296) q3=(pow((V2-350.296)/34.536,1.5))*93.436;
else if (V2<=411.331 && V2>=374.471) q3=(pow((V2-348.669)/36.860,1.5))*93.436;
else if (V2<=449.614 && V2>=411.331) q3=(pow((V2-346.250)/38.283,1.5))*93.436;
}
if (fabs(q3-q2)>0.01)
{
q2=q3;
goto loop;
}
printf("q2=%f\n",q3);
printf("V2=%f",V2);
}
3)按设计洪水标准进行调洪演算
(1)确定调洪的起始条件。起调水位也是防洪限制水位，Z=167.3m。相应库容350.296×104m3。
（2）计算时段平均入库流量和时段入库水量。根据已知的设计洪水过程表，选出设计洪水为30年（P=33.3%时的过程线）和相应的计算时段，分别填入第（2）、（1）栏，并计算出时段平均入库流量和时段入库水量，分别填入（3）（4）栏。
（3）计算各时段泄流过程q~t。由堰顶溢流公式（1得q=Q=。下泄流量由程序计算。最后，将各时段所得到的下泄流量填入第（5）栏，库容体积填入第（8）栏。由q~t计算所得的时段平均下泄流量和平均下泄水量填入（6）、（7）栏。
（4）从表中第（1）、（5）栏可绘制下泄流量过程线。（1）、（10）栏可绘制水位过程线。

（5） 绘制Q~t与q~t曲线，如图所示。最大下泄流量qmax =84.36m/s发生在t=13时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即为所求的最大下泄流量。
洪 水 调 节 计 算 表

时间t(h)
Q实测（m3/s）
平均入库流量（m3/s）
时段入库水量（万m3）
下泄流量q（m3/s）
时段平均下泄流量（m3/s）
时段下泄流量（m3/s）
时段内水库存水量变化（万m3）
水库存水量V（万m3）
水库水位Z（m)
0
0.4
1.10
0.40
0.00
0.02
0.01
0.39
350.296
167.300
1
1.8
0.04
350.505
167.306
2
4.3
3.05
1.10
0.48
0.26
0.09
1.00
351.329
167.330
3
6.5
5.40
1.94
1.88
1.18
0.42
1.52
352.848
167.374
4
8.3
7.40
2.66
3.92
2.90
1.04
1.62
354.468
167.421
5
10
9.15
3.29
6.18
5.05
1.82
1.48
355.942
167.464
6
12
11.00
3.96
8.47
7.33
2.64
1.32
357.266
167.502
7
13.5
12.75
4.59
10.65
9.56
3.44
1.15
358.415
167.535
8
17
15.25

5.49
13.12
11.89
4.28
1.21
359.626
167.570
9
22.1
19.55
7.04
16.77
14.95
5.38
1.66
361.285
167.618
10
32.3
27.20
9.79
23.10
19.94
7.18
2.62
363.899
167.694
11
79.4
55.85
20.11
45.47
34.29
12.34
7.76
371.662
167.919
12
93.8
86.60
3118
76.41
60.94
21.94
9.24
380.902
168.174
13
79.3
86.55
31.16
84.36
80.39
28.94
2.22
383.115
168.225
14
57.9
68.60
24.70
72.02
78.19
28.15
-3.45
379.655
168.141
15
39.5
48.70
17.53
54.51
63.27
22.78
-5.24
374.410
167.998
16
26.7
33.10
11.92
38.82
46.67
16.80
-4.88
369.527
167.857
17
18.8
22.75
8.19
27.87
33.35
12.00
-3.81
365.713
167.746
18
13.5
16.15
5.81
20.43
24.15
8.69
-2.88
362.832
167.663
19
10.4
11.95
4.30
15.41
17.92
6.45
-2.15
360.683
167.601
20
7.7
905
3.26
11.88
13.65
4.91
-1.65
359.028
167.553
21
5.7
6.70
2.41
9.18
10.53
3.79
-1.38
357.651
167.513
22
4.4
5.05
1.82
7.16
8.17
2.94
-1.12
356.528
167.481
23
3.5
3.95
1.42
5.68
6.42
2.31
-0.89
355.638
167.455
24
3.1
3.30
1.19
4.65
5.17
1.86
-0.67
354.966
167.435

第4时段，q、V的程序计算截屏图

Z~t曲线图

Q~t、q~t过程曲线图

4） 按校核洪水标准进行调洪演算过程与按设计洪水计算一样。成果见下表：

时间t(h)
Q实测（m3/s）
平均入库流量（m3/s）
时段入库水量（万m3）
下泄流量q（m3/s）
时段平均下泄流量（m3/s）
时段下泄流量（m3/s）
时段内水库存水量变化（万m3）
水库存水量V（万m3）
水库水位Z（m)
0
0.5
1.80
0.65
0.00

350.296
167.300
1
3.1
0.22
0.11
0.04
0.61
350.905
167.318
2
11
7.05
2.54
2.08
1.15
0.41
2.12
353.030
167.379
3
14.3
12.65
4.55
6.37
4.23
1.52
3.03
356.062
167.467
4
17
15.65
5.63
10.97
8.67
3.12
2.51
358.574

167.540
5
16.8
16.90
6.08
14.19
12.58
4.53
1.56
360.128
167.585
6
19
17.90
6.44
16.31
15.25
5.49
0.95
361.081
167.612
7
21.2
20.10
7.24
18.54
17.43
6.27
0.96
362.044
167.640
8
26.1
23.65
8.51
21.65
20.10
7.23
1.28
363.326
167.677
9
25.2
25.65
9.23
24.16
22.91
8.25
0.99
364.313
167.706
10
39.8
32.50
11.70
29.59
26.88
9.68
2.03
366.340
167.765
11
50.6
45.20
16.27
40.34
34.97
12.59
3.68
370.024
167.871
12
84.3
67.45
24.28
60.29
50.32
18.11
6.17
376.194
168.047
13
274
179.15
64.49
110.01
85.15
30.65
33.84
392.018
168.518
14
132.5
203.25
73.17
132.25
121.13
43.61
29.56
393.561
168.553
15
58.2
95.35
34.33
106.85
119.55
43.04
-8.71
388.977
168.394
16
22.6
40.40
14.54
54.65
80.75
29.07
14.53
374.450
167.999
17
13.2
17.90
6.44
28.46
41.56
14.96
-8.52
365.932
167.753
18
11.7
12.45
4.48
18.39
23.43
8.43
-3.95
361.981
167.638
19
12.6
12.15
4.37
14.76
16.58
5.97
-1.59
360.389
167.592
20
11.8
12.20
4.39
13.33
14.05
506
-0.66
359.724
167.573
21
11.3
11.55
4.16
12.36
12.85
4.62
-0.47
359.260
167.560
22
6.3
8.80
3.17
10.47
11.42
4.11
-0.94
358.321
167.532
23
4.9
5.60
2.02
8.01
9.24
3.33
-1.31
357.010
167.494
24
4.7
4.80
1.73
6.49
7.25
2.61
0.88
356.130
167.469

第19时段，q、V的程序计算截屏图

最大下泄流量qm =132.25m3/s发生在t=14时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即 为所求的最大下泄流量。

Z~t曲线图

Q~t、q~t过程曲线图

2.半图解法
（1）按设计洪水标准进行调洪演算
1)计算并绘制q~辅助线。
计算时段。由公式q=mb及水位库容曲线绘出q~辅助线如下。
水库水位Z（m)
总库容V总（万m3)
堰顶以上库容V（万m3)
V/t(m3/s)
q(m3/s)
q/2(m3/s)
V/t+q/2(m3/s)
167.3
350.296
0
0
0
0
0
168
374.471
24.175
67.153
54.722
27.361
94.514
169
411.331
61.035
169.542
207.103
103.552
273.093
170
449.614
99.318
275.883
414.533
207.267
483.150

2）调洪计算求q~t过程和库水位过程。
令x=，求得拟合函数为q=-1.9 *10^(-14)+0.472054*x+0.00108798*x^2+4.44749*10^(-7)*x^3-2.15944*10^(-9)*x^4.。水位Z=167.3+（q/m/b/)^(2/3)。结果见下表：

时间t（h)
Q实测（m3/s）
平均入库流量（m3/s）
下泄流量q(m3/s)
q/2(m3/s)
V/t+q/2(m3/s)
水库水位Z（m）
水库库容（万m3/s）
0
0.4

0
0
0.00
167.300
350.296
1
1.8
1.10
0.52
0.26
1.10
167.331
351.379
2
4.3
3.05
1.73
0.86
3.63
167.370
352.708
3
6.5
5.40
3.51
1.75
7.30
167.412
354.164
4
8.3
7.40
5.42
2.71
11.20
167.450
355.470
5
10
9.15
7.29
3.64
14.92
167.483
356.599
6
12
11.00
9.18
4.59
18.64
167.513
357.646
7
13.5
12.75
11.02
5.51
22.21
167.541
358.602
8
17
15.25
13.25
6.62
26.43
167.572
359.683
9
22.1
19.55
16.63
8.32
32.74
167.616
361.223
10
32.3
27.20
22.51
11.26
43.30
167.687
363.665
11
79.4
55.85
42.70
21.35
76.64
167.893
370.783
12
93.8
86.60
73.04
36.52

120.55
168.149
380.284
12.2
90.9
86.59
75.07
37.54
123.25
168.164
380.852
12.4
88
86.58
77.11
38.55
125.95
168.179
381.420
12.6
85.1
86.57
79.14
39.57
128.65
168.195
381.988
12.8
82.2
86.56
81.18
40.59
131.36
168.210
382.556
13
79.3
8655
83.21
41.61
134.06
168.226
383.125
14
57.9
68.60
72.23
36.11
119.45
168.142
380.052
15
39.5
48.70
55.50
27.75
95.92
168.007
375.051
16
26.7
33.10
40.70
20.35
73.52
167.875
370.139
17
18.8
22.75
29.65
14.82
55.57
167.765
366.360
18
13.5
16.15
21.81
10.91
42.07
167.679
363.387
19
10.4
11.95
16.35
8.17
32.21
167.613
361.096
20
7.7
9.05
12.44
6.22
24.91
167.561
359.299
21
5.7
6.70
9.45
4.73
19.17
167.517
357.792
22
4.4
5.05
7.21
3.61
14.77
167.481
356.553
23
3.5
3.95
5.58
2.79
11.51
167.453
355.569
24
3.1
3.30
4.45
2.23
9.23
167.431
354.832

q~ V/△t+q/2曲线

Q~t、q~t过程曲线图

由图可知，最大下泄流量qm=83.21m3/s发生在t=13时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即为所求的最大下泄流量。
（2）按校核洪水标准进行调洪演算
计算过程与按设计洪水计算一样，结果见下表：

时间（h)
Q实测（m3/s）
平均入库流量（m3/s）
下泄流量q(m3/s)
q/2(m3/s)
V/t+q/2(m3/s)
水库水位Z（m）
水库库容（万m3/s）
0
0.5

0.00
0.00
0.00
167.300
350.296
1
3.1
1.80
0.85
0.42
1.80
167.344
351.798
2
11
7.05
3.78
1.89
8.00
167.418
354.361
3
14.3
12.65
7.97
3.98
16.87
167.494
356.983
4
17
15.65
11.59
5.80
24.56
167.549
358.884
5
16.8
16.90
14.10
7.05
29.87
167.583
360.081
6
19
17.90
15.89
7.95
33.67
167.607
360.895
7
21.2
20.10
17.88
8.94
37.88
167.632
361.760
8
26.1
23.65
20.60
10.30
43.65
167.665
362.897
9
25.2
25.65
22.98
11.49
48.70
167.693
363.850
10
39.8
32.50
27.46
13.73
58.23
167.742
365.560
11
50.6
45.20
35.79
17.89
75.96
167.827
368.508
12
84.3
67.45
50.52
25.26
107.63
167.964
373.214
13
274
179.15
104.80
52.40
236.26
168.380
387.576
13.2
245.7
183.97
110.02
55.01
255.95
168.414
388.768
13.4
217.4
188.79
115.24
57.62
275.64
168.449
389.959
13.6
189.1
193.61
120.46
60.23
295.33
168.483
391.151
13.8
160.8
198.43
125.68
62.84
315.02
168.518
392.342
14
132.5
203.25
130.90
65.45
334.71
168.552
393.534
15
58.2
95.35
123.93
61.96
299.16
168.507
391.984
16
22.6
40.40
97.12
48.56
215.63
168.326
385.732
17
13.2
17.90
63.65
31.82
136.41
168.074
377.030
18
11.7
12.45
40.11
20.06
85.21
167.869
369.947
19
12.6
12.15
27.00
13.50
57.25
167.737
365.390
20
11.8
12.20
20.03
10.02
42.45
167.658
362.664
21
11.3
11.55
16.03
8.02
33.97
167.609
360.957
22
6.3
8.80
12.62
6.31
26.74
167.563
359.385
23
4.9
5.60
9.31
4.65
19.72
167.515
357.715
24
4.7
4.80
7.18
3.59
15.21
167.481
356.536

q~ V/△t+q/2曲线

Q~t、q~t过程曲线图

最大下泄流量qm =130.90m3/s发生在t=14时，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交点，即为所求的最大下泄流量。

四、 成果总结
频 率
项 目
设计洪水
校核洪水
列表试算法
最大泄量（m3/s）
84.36
132.25
水库最高水位（m）
168.225
168.553
半图解法
最大泄量（m3/s）
83.21
130.90
水库最高水位（m）
168.226
168.552