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1、 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
2、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19
3、74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
4、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
5、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
6、 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
7、 〉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
8、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
9、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
10、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 0.3
11、727 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
12、 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.
13、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 0.298
14、6 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
15、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 4
16、5 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、 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
18、 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 24.30 199
19、0 634 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 46.30 196
20、4 452 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 68.30 199
21、5 261 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 90.30 198
22、1 126 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）=
23、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
24、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
25、 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
26、 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
27、 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
28、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
29、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
30、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.
31、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 8.3
32、9 370.838 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
33、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
34、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
35、 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
36、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
37、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 7
38、2 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
39、 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2940m
40、3/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
41、 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
42、 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
43、 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。
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