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洪水调节课程设计

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《洪水调节课程设计》任务书

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
某水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益，电站装机为5000KW，年发电量1372×104 kw·h，水库库容0.55亿m3。挡水建筑物为混凝土面板坝，最大坝高84.80m。溢洪道堰顶高程519.00m，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。水库正常蓄水位525.00m。电站发电引用流量为10m3/s。
本工程采用2孔溢洪道泄洪。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。
上游防洪限制水位Xm（注：X=524.5+学号最后1位/10，即524.5m-525.4m），下游无防汛要求。
三、 设计任务及步骤
分别对设计洪水标准、校核洪水标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。具体步骤：
1、 根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准；
2、 用列表试算法进行调洪演算：
a) 根据已知水库水位容积关系曲线V～Z和泄洪建筑物方案，用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线q～Z，并将V～Z，q～Z绘制在图上；
b) 决定开始计算时刻和此时的q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对每一时段的q2、V2进行试算；
c) 将计算结果绘成曲线：Q～t、q～t在一张图上，Z～t曲线绘制在下方。
3、 用半图解法进行调洪计算：
a) 绘制三条曲线：V/△t-q/2=f1(z)、V/△t+q/2=f2(z)、q=f(z)；
b) 进行图解计算，将结果列成表格。
4、 比较分析试算法和半图解法调洪计算的成果

四、 时间安排和要求
1、 设计时间为1周；
2、 成果要求：
设计说明书编写要求条理清楚、附图绘制标准。
列表试算法要求采用手工计算，熟悉过程后可编程计算，如采用编程计算需提供程序清单及相应说明。
设计成果请独立完成，如有雷同则二者皆取消成绩，另提交成果时抽查质询。

五、 参考书：
1、 《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)
2、 《水利水能规划》

附录：
一、堰顶溢流公式：

式中：q——通过溢流孔口的下泄流量，m3/s；
n——溢流孔孔口数；
b——溢流孔单孔净宽，m ；
g——重力加速度，9.81m/s2；
ε——闸墩侧收缩系数，与墩头形式有关，初步计算可假设为0.92；
m——流量系数，与堰顶形式有关，可查表，本工程取0.48；
H0——堰顶水头，m。

二、设计洪水过程
时刻（h）
Q实测（m3/s）
各频率Q（M3/S）
0.1%
1%
2%
5%
0
3.32
50
35
29
20
1
136
296
196
162
121
2
312
680
524
432
357
3
349
1300
727
602
524
4
960
2000
1220
1040
739
5
1670
2300
1390
1130
806
6
1290
2100
1290
1090
775
7
919
1750
1190
1010
698
8
543
1180
853
706
541
9
402
895
647
505
387
10
324
817
483
400
327
11
294
709
437
362
270
12
264
606
398
326
243
13
234
549
348
289
216
14
204
477
294
251
195
15
191
440
283
230
176
16
177
414
263
219
162
17
164
385
245
204
151
18
150
351
224
187
139
19
137
320
204
170
125
20
123
286
183
152
113
21
110
257
171
142
106
22
102
240
154
127
96
23
97
226
144
119
89
24
90
212
135
111
83

三、水位－库容曲线

高程（m）
450
460
470
480
490
500
505
库容（104m3）
0
18
113.5
359.3
837.2
1573.6
2043.2
高程（m）
510
515
520
525
530
535
540
库容（104m3）
2583.3
3201.3
3895.7
4683.8
5593.9
6670
7842.6

四、工程分等分级规范和洪水标准

洪水调节课程设计说明书
一、 设计说明
由《洪水调节课程设计任务书》中提供的材料可知，该水利枢纽工程电站装机50000KW，水库总容积为0.55亿m3，由《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）知，该水利枢纽工程等级为Ⅲ级，工程规模为中型，故采用100年一遇（1%）进行洪水设计，1000年一遇（0.1%）进行洪水校核。
溢洪道堰顶高程为519.00m，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。水库正常蓄水位525.00m,上游防洪限制水位为525.0m。电站发电引用流量为10m3/s。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。
二、 计算过程
根据该水利枢纽工程水库——库容曲线表（表一）绘出Z~V曲线（图一）如下：
表一：水位——库容曲线
库水位Z（m）
库容V（万m³）
450
0.00
455
9.00
460
18.00
465
65.75
470
113.50
475
236.40
480
359.30
485
598.25
490

837.20
495
1205.40
500
1573.60
505
2043.20
510
2583.30
515
3201.30
519
3756.82
520
3895.70
525
4683.80
530
5593.90
535
6670.00
540
7842.60
545
9015.20

(一) 、设计洪水的计算
A、 列表试算法进行调洪演算：
1. 列表计算q-Z曲线关系,计算并绘制q-V曲线
闸门全开条件下，根据堰顶溢流公式：
···························(1)
式中：
表二：该水利枢纽下泄流量q——水位Z关系曲线
库水位Z（m）
堰顶水头H（m）
溢洪道下泄
流量q溢(m³/s)
发电站引用流量q电（m³/s）
总泄流量q(m³/s)
库容V(m³)
525.5
6.5
518.64
10
528.64
4774.81
526
7
579.62
10
589.62
4865.82
526.5
7.5
642.82
10
652.82
4956.83
527
8
708.16
10
718.16
5047.84
527.5
8.5
775.58
10
785.58
5138.85
528
9
845.01
10
855.01
5229.86
528.5
9.5
916.40
10
926.40
5320.87
529
10
989.69
10
999.69
5411.88
529.5
10.5
1064.84
10
1074.84
5502.89
530
11
1141.79
10
1151.79
5593.90
530.5
11.5
1220.52
10
1230.52
5701.51
531
12
1300.98
10
1310.98
5809.12
531.5
12.5
1383.13
10
1393.13
5916.73
532
13
1466.94
10
1476.94
6024.34
532.5
13.5
1552.38
10
1562.38
6131.95
533
14
1639.42
10
1649.42
6239.56
533.5
14.5
1728.03
10
1738.03
6347.17
534
15
1818.17
10
1828.17
6454.78
534.5
15.5
1909.84
10
1919.84
6562.39
535
16
2002.99
10
2012.99
6670.00
535.5
16.5
2097.61
10
2107.61
6787.26
536
17
2193.67
10
2203.67
6904.52
536.5
17.5
2291.16
10
2301.16
7021.78
537
18
2390.05
10
2400.05
7139.04
537.5
18.5
2490.33
10
2500.33
7256.30
538
19
2591.96
10
2601.96
7373.56
538.5
19.5
2694.95
10
2704.95
7490.82
539
20
2799.26
10
2809.26
7608.08
539.5
20.5
2904.89
10
2914.89
7725.34
540
21
3011.81
10
3021.81
7842.60

由上表可得该水利枢纽的q—Z关系曲线：

2. 调洪计算求q-t过程和Z-t过程
（1） 确定调洪起始条件。由于水库溢洪道由闸门控制，起调水位为防洪限制水位。
初始时刻洪水来临时，在0至1时段，由闸门控制下泄流量q，使其等于洪水来水量Q，水库水位保持在防洪限制水位525m不变。
第2时段开始，洪水来水量Q继续增大，溢洪洞闸门逐渐打开直至全开，下泄流量q随水库水位Z的升高而增大。
（2）从第2小时开始调洪，取△t=1h=3600s。根据水量平衡方程
··············②
第（3）栏时段入库平均流量=(Q1+Q2)/2；
第（4）栏时段入库水量为△t=*3600s=0.36(万m³)；
第（5）栏由起始已知时段、以及入库流量、，假设时段末下泄流量，由②式即可求出△V，而由表二q-V关系曲线由线性插值得出。若与假设值相同，则即为所求；否则重新假设试算。上一时段末的、为下一时段初的、，逐时段求出q-t线；
第（6）栏时段下泄流量；
第（7）栏时段下泄水量（万m³/s）；
第（8）栏时段水量变化；
第（9）栏水库存水量
第（10）栏水库水位Z由q-v曲线线性插值求得。
当下泄过程中水位回降到防洪限制水位时，如下表中的16时，启用闸门控制下泄流量，使水位保持在防洪限制水位525m不变。
结合水库q=f(V)关系曲线线性插值逐时段对设计洪水进行试算，计算结果如表三所示：
表三：水库设计洪水1%）调洪演算
时间
实测入库洪水流量
时段平均入库流量
时段入库水量
下泄流量
时段平均下泄流量
时段下泄水量
时段水量变化
水库存水量
水库水位
t（h）
Q
(m³/s)
Q
(m³/s)
Q△t
(万m³)
q
(m³/s)
q
(m³/s)
q△t(万m³)
△V(万m³)
V
(万m³)
Z(m)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
0
35

35.0

4683.8
525.0
115.5
41.6
115.5
41.6
0.0
1
196
196.0
4683.8
525.0
360.0
129.6
335.8
120.9
8.7
2
524
475.6
4692.5
525.0
625.5
225.2
491.2
176.8
48.3
3
727
506.8
4740.9
525.3
973.5
350.5
556.6
200.4
150.1
4
1220
606.5
4890.9
526.1
1305.0
469.8
686.6
247.2
222.6
5
1390
766.8
5113.6
527.4
1340.0
482.4
836.4
301.1
181.3
6
1290
906.0
5294.8
528.4
1240.0
446.4
948.0
341.3
105.1
7
1190
990.0
5400.0
528.9
1021.5
367.7
994.0
357.8
9.9
8
853
998.1
5409.9
529.0
750.0
270.0
966.5
347.9
77.9
9
647
935.0
5331.9
528.6
565.0
203.4
889.4
320.2
-116.8
10
483
843.8
5215.1
527.9
460.0
165.6
797.9
287.2
-121.6
11
437
752.0
5093.5
527.3
417.5
150.3
713.3
256.8
-106.5
12
398
674.5
4987.0
526.7
373.0
134.3
640.7
230.7
-96.4
13
348
606.9
4890.6
526.1
321.0
115.6
575.9
207.3
-91.7
14
294
544.8
4798.9
525.6
288.5
103.9
517.9
186.4
-82.6
15
283
490.9
4716.3
525.2
273.0
98.3
363.4
130.8
-32.5
16
263
235.8
4683.8
525.0
254.0
91.4
240.4
86.5
49
17
245
245.0
4683.8
525.0
234.5
84.4
234.5
84.4
0.0
18
224
224.0
4683.8
525.0
214.0
77.0
214.0
77.0
0.0
19
204
204.0
4683.8
525.0
193.5
69.7
193.5
69.7
0.0
20
183
183.0
4683.8
525.0
177.0
63.7
177.0
63.7
0.0
21
171
171.0
4683.8
525.0
162.5
58.5
162.5
58.5
0.0
22
154
154.0
4683.8
525.0
149.0
53.6
149.0
53.6
0.0
23
144
144.0
4683.8
525.0
139.5
50.2
139.5
50.2
0.0
24
135
135.0
4683.8
525.0

Q-t、q-t曲线相交点可能不是最大值，对洪峰附近处加密，结果如下：

表四：水库设计洪水（1%）调洪演算洪峰附近时段加密
时间
实测入库洪水流量
时段平均入库流量
时段入库水量
下泄流量
时段平均下泄流量
时段下泄水量
时段水量变化
水库存水量
水库水位
T
(h)
Q
(m³/s)
Q
(m³/s)
Q△t
(万m³)
Q
(m³/s)
Q
(m³/s)
q△t(万m³)
△V(万m³)
V(
万m³)
Z
(m)
7
1190

990.0

5400.0
528.9
1105.8
398.1
1005.0
361.8
36.3
7.5
1021.5
1020.0
5436.3
529.1
937.3
337.4
1009.1
363.3
-25.8
8
853
998.1
5409.9
529.0
801.5
288.5
973.2
350.4
-61.8
8.5
750
948.3
5348.1
528.7
698.5
251.5
941.7
339.0
-87.5
9
647
935.0
5331.9
528.6

由表三绘制Q~t、q~t以及Z~t曲线：

由上表查得设计洪水最大下泄流量qm=10200m3/s，水库最高水位为Zm=529.1m。

B.半图解法进行调洪演算:
1.计算并绘制单辅助线
计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=1h。计算过程如下：
第（3）栏V=V总—V519=V总—3756.82（m³）；
第（4）栏（万m³/s）；
第（5）栏由表二q-Z关系曲线查得；
第（6）栏为第（5）栏的一半；
第（7）栏=第（4）栏+第（6）栏；
计算结果见表五：

表五：某水利枢纽的辅助曲线计算表（P=1%）

水库水位Z(m)
总库容V(万m³)
堰顶以上库容v(万m³)
V/△t（m³/s）
q(m³/s)
q/2

(m³/s)

(m³/s)
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
525
4683.8
927.0
2575.0
470.0
235.0
2810.0
525.5
4774.8
1018.0
2827.8
528.6
264.3
3092.1
526
4865.8
1109.0
3080.6
589.6
294.8
3375.4
526.5
4956.8
1200.0
3333.3
652.8
326.4
3659.7
527
5047.8
1291.0
3586.1
718.2
359.1
3945.2
527.5
5138.9
1382.1
3839.2
785.6
392.8
4232.0
528
5229.9
1473.1
4091.9
855.0
427.5
4519.4
528.5
5320.9
1564.1
4344.7
926.4
463.2
4807.9
529
5411.9
1655.1
4597.5
999.7
499.8
5097.3
529.5
5502.9
1746.1
4850.3
1074.8
537.4
5387.7
530
5593.9
1837.1
5103.1
1151.8
575.9
5679.0
530.5
5701.5
1944.7
5401.9
1230.5
615.3
6017.2
531
5809.1
2052.3
5700.8
1311.0
655.5
6356.3
531.5
5916.7
2159.9
5999.7
1393.1
696.6
6696.3
532
6024.3
2267.5
6298.6
1476.9
738.5
7037.1
532.5
6132.0
2375.2
6597.8
1562.4
781.2
7379.0
533
6239.6
2482.8
6896.7
1649.4
824.7
7721.4
533.5
6347.2
2590.4
7195.6
1738.0
869.0
8064.6
534
6454.8
2698.0
7494.4
1828.2
914.1
8408.5
534.5
6562.4
2805.6
7793.3
1919.8
959.9
8753.3
535
6670.0
2913.2
8092.2
2013.0
1006.5
9098.7
535.5
6787.3
3030.5
8418.1
2107.6
1053.8
9471.9
536
6904.5
3147.7
8743.6
2203.7
1101.8
9845.4
536.5
7021.8
3265.0
9069.4
2301.2
1150.6
10220.0
537
7139.0
3382.2
9395.0
2400.1
1200.0
10595.0
537.5
7256.3
3499.5
9720.8
2500.3
1250.2
10971.0
538
7373.6
3616.8
10046.7
2602.0
1301.0
11347.6
538.5
7490.8
3734.0
10372.2
2704.9
1352.5
11724.7
539
7608.1
3851.3
10698.1
2809.3
1404.6
12102.7
539.5
7725.3
3968.5
11023.6
2914.9
1457.4
12481.1
540
7842.6
4085.8
11349.4
3021.8
1510.9
12860.3

利用表五中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如图六所示：

2、调洪计算求q~t过程和Z~t过程
调洪的起始条件与试算法相同，计算过程如下：
第（1）、（2）栏由题目中给出；
第（3）栏，逐时段求平均值，上一时段Q2为下一时段Q1；
第（4）栏；
第（5）栏由表五线性插值求得；
第（6）栏由表二q-Z关系曲线插值得到；
计算结果见表六：
表六：某水利枢纽的设计洪水半图解法计算表(P=1%)
时间t(h)
入库流量Q(m³/s)
平均入库流量Q(m³/s)
V/△t+q/2
(m³/s)
q(m³/s)
Z(m)
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
0
35

2810.0
35.0
525.0
115.5
1
196
2890.5
196.0
525.0
360.0
2
524
3054.5
520.8
525.4
625.5
3
727
3159.2
543.1
525.6
973.5
4
1220
3589.6
6372
526.4
1305.0
5
1390
4257.4
791.7
527.5
1340.0
6
1290
4805.6
925.8
528.5
1240.0
7
1190
5119.8
1005.5
529.0
1021.5
8
853
5135.8
1009.6
529.1
750.0
9
647
4876.2
943.7
528.6
565.0
10
483
4497.5
849.7
528.0
460.0
11
437
4107.8
756.4
527.3
417.5
12
398
3768.9
677.8
526.7
373.0
13
348
3464.1
609.3
526.2
321.0
14
294
3175.7
546.7
525.6
288.5
15
283
2917.6
492.3
525.2
273.0
16
263
2874.0
263.0
525.0
254.0
17
245
2865.0
245.0
525.0
234.5
18
224
2854.5
224.0
525.0
214.0
19
204
2844.5
204.0
525.0
193.5
20
183
2834.0
183.0
525.0
177.0
21
171
2828.0
171.0
525.0
162.5
22
154
2819.5
154.0
525.0
149.0
23
144
2814.5
144.0
525.0
139.5
24
135
2810.0
135.0
525.0

Q-t、q-t曲线相交点可能不是最大值对洪峰附近处加密，结果如下：

表七：半图解法洪峰附近加密计算表（P=1%）
时间t(h)
入库流量Q(m³/s)
平均入库流量Q(m³/s)
V/△t+q/2(m³/s)
q(m³/s)
Z(m)
7
1190

5119.8
1005.5
529.0
1105.8
7.5
1021.5
5220.1
1031.4
529.2
937.3
8
853
5135.8
1009.6
529.1

由以上两表绘制Q~t、q~t以及Z~t曲线：

由上表查得设计洪水最大下泄流量qm=1031.4m3/s，水库最高水位为Zm=529.2m。
（二）、校核洪水的计算
A、 试算法
1. q~V, V~Z和q~Z曲线与设计洪水中的相同。
2. 调洪计算求q~t过程和Z~t过程。
起调水位为525m，相应库容查表一为4683.8万m3。用试算法对每一时段的q2、V2进行调洪计算,计算时段为1h。详细过程同表三，计算结果见表八：
表八：水库校核洪水（0.1%）调洪演算
时间
入库洪水流量
时段平均入库流量
时段入库水量
下泄流量
时段平均下泄流量
时段下泄水量
时段水量变化
水库存水量
水库水位
t（h）
Q
(m³/s)
Q
(m³/s)
Q△t
(万m³)
q(m³/s)
q(m³/s)
q△t
(万m³)
△V
(万m³)
V
(万m³)
Z(m)
0
50

50.0

4683.8
525.0
173.0
62.3
173.0
62.3
0.0
1
296
296.0
4683.8
525.0
488.0
175.7
393.9
141.8
33.9
2
680
491.8
4717.7
525.2
990.0
356.4
544.9
196.2
160.2
3
1300

598.0
4877.9
526.0
1650.0
594.0
720.0
259.2
334.8
4
2000
841.9
5212.7
527.9
2150.0
774.0
1007.8
362.8
411.2
5
2300
1173.7
5623.9
530.1
2200.0
792.0
1296.1
466.6
325.4
6
2100
1418.5
5949.3
531.7
1925.0
693.0
1481.4
533.3
159.7
7
1750
1544.2
6109.0
532.4
1465.0
527.4
1534.3
552.3
-24.9
8
1180
1524.4
6084.1
532.3
1037.5
373.5
1464.2
527.1
-153.6
9
895
1403.9
5930.5
531.6
856.0
308.2
1338.0
481.7
-173.5
10
817
1272.0
5757.0
530.8
763.0
274.7
1212.4
436.5
-161.8
11
709
1152.8
5595.2
530.0
657.5
236.7
1088.0
391.7
-155.0
12
606
1023.1
5440.3
529.2
577.5
207.9
966.6
348.0
-140.1
13
549
910.2
5300.2
528.4
513.0
184.7
861.5
310.1
-125.5
14
477
812.9
5174.7
527.7
458.5
165.1
770.9
277.5
-112.4
15
440
728.8
5062.3
527.1
427.0
153.7
694.2
249.9
-96.2
16
414
659.5
4966.1
526.6
399.5
143.8
630.5
227.0
-83.2
17
385
601.5
4882.9
526.1
368.0
132.5
576.2
207.4
-74.9
18
351
550.9
4808.0
525.7
335.5
120.8
528.1
190.1
-69.3
19
320
505.3
4738.6
525.3
303.0
109.1
455.3
163.9
-54.8
20
286
405.4
4683.8
525.0
271.5
97.7
331.2
119.2
-21.5
21
257
257.0
4683.8
525.0
248.5
89.5
248.5
89.5
0.0
22
240
240.0
4683.8
525.0
233.0
83.9
233.0
83.9
0.0
23
226
226.0
4683.8
525.0
219.0
78.8
219.0
78.8
0.0
24
212
212.0
4683.8
525.0

Q-t、q-t曲线相交点可能不是最大值，对洪峰附近处加密，结果如下：

表九：水库校核洪水（0.1%）洪峰附近加密计算表
时间
入库洪水流量
时段平均入库流量
时段入库水量
下泄流量
时段平均下泄流量
时段下泄水量
时段水量变化
水库存水量
水库水位
t（h）
Q(m³/s)
Q(m³/s)
Q△t
(万m³)
Q
(m³/s)
Q
(m³/s)
q△t
(万m³)
△V
(万m³)
V
(万m³)
Z(m)
6
2100

1418.5

5949.3
531.7
2012.5
724.5
1492.3
537.2
187.3
6.5
1925
1566.1
6136.6
532.5
1837.5
661.5
1564.7
563.3
98.2
7
1750
1563.2
6109.0
532.4
1607.5
578.7
1569.4
565.0

13.7
7.25
1608
1575.7
6148.4
532.6
1393.8
501.8
1570.6
565.4
-63.7
7.5
1465
1565.6
6136.0
532.5
1322.5
476.1
1545.0
556.2
-80.1
8
1180
1524.4
6084.1
532.3

由上表绘制Q~t、q~t以及Z~t曲线：

由上表查得设计洪水最大下泄流量qm=1575.7m3/s，水库最高水位为Zm=532.6m。
B、半