水文学_案例分析

'水wen学案例分析12・1青年水库为年调节水库，以下述资料用时历法（计入损失），试求水库兴利库容、设计蓄水位及其蓄水、弃水过程。1）坝址断面设计苫水年（P=90%）流量过程见表12-15.设计枯水流量过程表12-15月份2345678910II121流量39.8711.9810.8030.906.195.9016.346.795.191.710.694.16mIs（2）用水部门设计枯水年需水要求见表12-16o设计枯水年需水过程表12-16刀份234567891011121灌溉000」72」30.914.383.100.070.82000用水发电6.626.626.626.626.626.626.626.626.626.626.626.62用水共计6.626.626.798.757.5311.009.726.697.446.626.626.62（3）水库水位〜面积，水位〜容积曲线见表12・17。水库水位〜容积、水位〜面积关系表12-17水位95100102104106108111112114(m)水血血积0.0560.0750.0840.0880.0960.1030.1130.1120.133(108加2)水库容积0.450.780.951」01.281.481.711.942・20（108m2）（4）蒸发损失标准见表12-18o水库蒸发损失标准表12-18月份123456789101112蒸发1.091.655.107.336.109.7017.57.7010.605.452.852.06损失（5）水库每月渗漏损失按月平均蓄水量的1%计。（6）水库设计死水位Z死=102mo（7）下游水位变化不大，平均为86.0mo解：（1）首先不考虑水量损失，计算各时段的蓄水量。将水库的來水和用水过程以月为时段，按水利年度列于表格第（1）、（3）、（5）栏，山时段水量平衡方程计算各时段水库的余水量和缺水量列于表格第（6）、（7）栏,可得％=91.4xl06m3,V2=16.9xl06m3, V3=17.6xl06m3,V4=40.9xl06/n3,则可确定库容为V=40.9xl06m（2）计算各时段平均蕃水fiV,即各时段初，月末蓄水量平均值（10）栏。（3）计算各时段平均水面回积兔。可由第（10）栏7查水库容积曲线和而积曲线，得各月的入，列于第（11）栏。（4）由当年实测蒸发资料计算所得的蒸发损失标准，列于表第（12）。（5）由蒸发标准乘以月平均水而而积得蒸发损失量，列于第（13）栏。（6）根据库区的地质情况，决定渗漏标准，填于第（14）栏。（7）用月末平均蓄水量乘以渗漏标准得渗漏损失水量，填于第（15）栏。（8）蒸发损失加上渗漏损失的和，为总水量损失，填于（16）栏。（9）不计损失的川水量加上总水量损失的和为总出库水量，填于第（17）栏。（10）用來水量和考虑损失的用水量进行平衡计算，余水填于（18）栏，缺水填于第（19）栏。（11）累计各连续时段的余、缺水量，得V,=86.6xl06m3,V2=19.8xl06m3,V3=15.8xlO6/n3,V4=46.9x10°/,得库容V=46.9+19.8-16=50.7x106m30（12）由于f=95x1053,则=50.7x106+95x106=145.7x106m3o在水库水位、容积水位容积曲线上查得水位为Z蒂=107.5加。（13）求出各时段水库蒂水量填于（20）栏和弃水量（21）栏（13）检査计算结果是否有误。根据水量平衡原理，应有末—工闪用一工W损一艺“弃二0。木题中：290.3一239.1-15.3-35.9=0说明计算无误。12-2按习题12-1的资料和推求的水库兴利库容、设计薔水位，不计水头损失，川列表法推求保证出力和设计枯水年的年发电量。a,将习题12-1题中的來水量列于第（2）栏，发电用水列于第（3）栏，月末水库蓄水列于第（4）栏，由水库水位、容积曲线和月平均二蒂水量査得月平均水位列于第（5）栏，将下游平均水位列于第（6）栏，川月平均水位减去下游水位得水头列于第（7）栏，计算水库的平均出力列于第（8）栏。本题中用公式N=A*Q*H静A取8來水取表中用水流量。例如：2月份N=8*16.5*6.62=8741-12M份以此类推,列表如下。月份（1）來水⑵发电用水（3）月末水库蓄水（4）月平均水位（5）下游水位（6）水头（7）出力（8）225.917.499.3102.58616.5874331.517.4110.6104.1861&195942&417.4122.9105.58619.51033581.217.4132.1106.28620.21069616.317.4134.2106.58620.51086715.517.4125.7105.58619.51033842.917.4127.513086201059917.817.4135.91()6.68620.610911013.617.4133106.58620.51086114.517.4123.6105.38619.31022121.817.4109.31018618953110.917.498.3102.58616.5874b,计算保证出力。供水期的平均出力即为保证出力Np=（1086+1033+1086+1022+953+874）/6=1014kWC,计算年发电量。第（8）栏的平均值就是此年的平均出力，N=12kW；将其乘以一年的小时数，即为 此年的发电量&87x10叹W•h。配图如下：水序水位、血积曲线432109007654321090000551X11位J<水库水位、容枳9095100105110115 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n?,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T1974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，是在延长基木资料的基础上，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（-）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%0，总库容6367万n?,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T1974年冬开工建设，1978年建设成，人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6040kwo水库死水位378m,死库容714万£正常蓄水位409m,相应库容6032万代。设计洪水位（P二2%）409.28m,校核（P二0.2%）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.sr,历年最高气温达40°C,最低气温T2°C,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%0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1083.0km2o3.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—lo表KS1-1分乡站历史洪水成果序号年份洪峰流量（m3/s）Id洪量(XIOm3)3d洪量(XIOm3)重现期备注1193546831.02681.53021762198437391.07381.666431826不能定量 41930不能定量5195828201.22011.9500三、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（X10sm：＜）城镇及工矿企业的重要性保护农田（力亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）城镇及工矿企业的重婆性装机容量（X10*kw）—-大⑴型>10特别重要)500>200〉150特别重要>120二人（2）型10〜1.0重要500〜100200〜60150〜50重要120〜30三中型1.0〜0・10中等100〜3060〜1550〜5中等30〜5四小⑴型0.10-0.01一般30〜515〜35〜0.5一般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—1000〜5005000〜2000可能最大洪水（PFM）或10000〜5000300〜1002000〜1000二500〜1002000〜10005000〜2000100〜501000〜300三100〜501000〜5002000〜100050〜20300〜100四50〜30500〜2001000〜30020〜10100〜50五30〜20200〜1003000〜2001050〜20依据天福庙库容量，根据《防洪标准》GB50201-94查得天福庙水库工程等级为三级，其防洪标准为:设计T二50年，校核T二500年。四、峰、量选样及历史洪水调査1、天福庙水库坝址1959-1977年峰、量系列更具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Id,3d洪量（见表榕。天福庙水库洪峰、洪量系列 年洪峰QmId洪量W]3d洪量％年份洪峰Q,nId洪量W]3d洪量W3 份(m3/s)(10m3)(10m3)(m3/s)(10m3)doW)195818030.62370.996819805710.17250.209219591310.04340.066419811260.08410.124119602660.09210.138019825820.21270.317219612000.06640.102319834370.21240.322319626400.19990.2924198423890.54890.8518196310360.37270.572519851210.06130.130719644520.13140.131419862180.09790.192419655190.14520.230019874380.16770.286419661890.08170.125319882220.11540.179019677740.18760.285219895920.22290.318919688380.28320.659419906340.12090.179019694280.15140.221319918040.23340.315819705980.22330.310319928510.26350.328819713890.16810.287719934250.11950.18241972640.03630.079719941670.11770.213119734450.14570.223319952610.09850.186019742400.08130.158919964870.23410.433419758480.14830.248019975440.13830.318619762720.09310.138019989740.22620.413519771620.09150.179519991700.07340.168619782990.15250.281220006130.21130.315719796340.28800.539320014710.19130.2986195818030.62370.996819805710.17250.20921979-2001年峰、量相关关系 0SOO1OOO1500200025003000五.设计洪水计算时段△t二lh流量m3/s时段△t二lh流量m3/s时段△t二lh流量m3/s时段△t二lh流量m3/s096.619216.33645.25524.8157220183.53744.25624.221085211563843.55723.531345221383941.75822.8415682312140405922.15179124103.9413&36021.5620902510&44236.66120.6723892691.54334.86219.382138.72783.54433.1631&291465.52868.64532.26417.3101005.12953.34631.36516.11176&83040.94730.46615.312494.331514829.56714.413584.932614928.76813.514421.23354.85027.86912.61535&73448.55127.27011.816344.83546.35226.67111 17313.73645.253267210.618232.53744.25135.4洪峰流量经验频率计算按数量大小排序只二MiM+1戸唸1Pxmn+1年份Q.„m3/sPim2mP31935299210.571984238921.136182621.705193022.2731958180332.8411963103636.70199897448.901992851511.101975848613.301968838715.501991804817.701967774919.9019626401022.1019796341124.3019906341226.502000613132&7019705981430.9019995921533.1019825821635.3019805711737.5019975441839.7019655191941.9019964872044.1020014712146.301964452224&5019734452350.7019874382452.9019834372555.1019694282657.3019934252759.5019713892861.7019782992963.9019762723066.1019602663168.3019952613270.5019742403372.7019882223474.9019862183577.10 19612003679.3019661893781.5019991703883.7019941673985.901977162408&1019591314190.3019811264292.5019851214394.701972644496.90Q人祸肪二F夭福庙分乡站丿2◎乡站,F夭福庙W^id=F分乡站丿W^id,流量根据公式:"如计算。洪第流量频率曲线F夭福庙W天％二（F分乡站/由公式计算理论频率曲线的统计参数Q平均=l/NEQi=548・80m7sCfO.91Cs二2.67C、•二2.43由查频率曲线方法得1826年,1930年的洪峰流量分别为2296m"/s和2059m7soP=0.2%时的校核洪峰Qo.2%二Q平均（叽簾Cv+1）=3360.47m3/s,P=0.2%时的洪峰流量3200m"/s。Id洪量的相关数据序号系列值频率序号系列值频率10.67850.0057240.14830.50720.62370.011250.14570.52930.54890.017260.14520.55140.37270.067270.13830.573 50.2880.089280.13140.59560.28320.111290.12090.61770.26350.133300.11950.63980.23410.155310.11770.66190.23340.177320.11540.683100.22620.199330.09850.705110.22330.221340.09790.727120.22290.243350.09310.749130.21270.265360.09210.771140.21240.287370.09150.793150.21130.309380.08410.815160.19990.331390.08170.837170.19130.353400.08130.859180.18760.375410.07340.881190.17250.397420.06640.903200.16810.419430.06130.925210.16770.441440.04340.947220.15250.463450.03630.969230.15140.485W平均=l/nl：Wi=0.19X108m3C=0.72C=2.96C、•二2.13由曲线图可知,p二0.2%时的校核流量W尸W平均xWgCv+l)=9.6X107m3p=0.2%时所对应的Id的洪量为0.95X10Vo3d洪量的相关数扌序号峰量频率序号峰量频率11.04570.0057240.230.5120.96680.011250.22330.5330.85180.017260.22230.5540.65940.07270.22130.5750.57250.09280.21310.660.53930.11290.20920.6270.43340.13300.19240.6480.41350.16310.1860.66 90.32880.18320.18240.68100.32230.2330.17950.71110.31890.22340.1790.73120.31860.24350.1790.75130.31720.27360.16860.77140.31580.29370.15890.79150.31570.31380.1380.82160.31030.33390.1380.84170.29860.35400.13070.86180.29240.38410.12530.88190.28770.4420.12410.9200.28640.42430.10230.925210.28520.44440.07970.947220.28120.46450.06640.969230.2480.49W平均=l/nlWi=0.3X108m3Cv=l/W平二0.71Cs二3.1802.26由曲线图可知，p二0.2%时的校核流量Wp二W平均XWoMv+l）=1.499X10m3p=0.2%时所对应的3d的洪量为1.55X10"of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，在适用范用内不能相交。因为如杲相交，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(m7s)洪量[(m3/s)h]Id3d P二0.2%的设计洪峰、洪量32002639043055.6典型洪水过程线的洪峰、洪量2389.019879.621663.4起止时间1984.7.26.81984.7.26.0~241984.7.26.0~7・28.24计算放人比Kq二QQQm沪1・34Kwl=Wtp/Qt典二1・32Kw3-]=(43055.6-26390)/(21663.4-19879.6)=9.34设计洪水过程线计算表时间(△t=lh)流虽放大倍比放大流量时间(At=lh)流量放大倍比放大流量096.61.32127.5123645.29.34422.16815721.32755.043744.29.34412.828210851.321432.23843.59.34406.29313151.321775.43941.79.34389.478415681.322069.7640409.34373.6517911.322364.12413&39.34357.722620901.32275&84236.69.34341.844723891.32/1.343201.264334.89.34325.03282138.71.322823.0844433.19.34309.15491465.51.3222004532.29.34300.748101005.11.321679.854631.39.34292.34211768.81.321598.994730.49.34283.93612494.31.321498.264829.59.34275.5313584.91.3214004928.79.34268.05814421.21.321385.325027.89.34259.65215358.71.321375.945127.29.34254.04816344.81.321287.335226.69.3424&44417313.71.32119&6153269.34242.8418232.51.321157.385435.49.34330.63619216.31.321135.215524.89.34231.63220183.51.321099.895624.29.34226.028211561.321032.145723.59.34219.49221381.32990.865822.89.34212.952231211.32980.325922.19.34206.41424103.91.32967.346021.59.34200.8125108.41.32/9.34870.566120.69.34192.4042691.59.34854.616219.39.34180.2622783.59.34779.896318.29.34169.9882868.69.34720.526417.39.34161.5822953.39.34680.786516.19.34150.3743040.99.34610.566615.39.34142.90231519.34595.986714.49.34134.49632619.34569.746813.59.34126.093354.89.34511.8326912.69.34117.684 3448.59.34452.997011.89.34110.212 3546.39.34432.44271119.34102.743645.29.34422.1687210.69.3499.004——典型放大六、设计洪水调洪计算库水位库容(X1OW)左岸溢洪道qj(m7s)坝顶溢洪道q2(m7s)合计泄流量q(m：7s)3983460000399367037037400389010701074014100216021640243253650365403454553025555404477573010383340550049222301152406523511304001530407551513456051950408579015828352417409604518451095294041063102115137534904116596237016954065天福庙水库为有闸溢洪道，调洪时段At二lh,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2940m7so当入库洪水流量小丁•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2940m7s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409mo 蓄泄曲线v2=1/2Q+QJAt-1/2(q2+qi)At+V.由起始条件得V严3460,Q1=0,Li知第一时段的Qi=128,Q2=755.04,用试算法，假定q?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=3613.459X104m3,q2=30m3/so以此V2,q?为第二时段V,qt,以此类推，得出表格。时段流虽Q(m3/s)(QI+Q2)q(m3/s)V(m3)Z(m)2△t0127.5121588594034603981755.043937032303613.459398.521432.257736801203980.163400.131775.469212884004463.931402.542069.7679809848504931.059404.752364.12922125616005288.158406.462758.81072810820005712.969407.673201.261084381925005987.350408.782823.084856357928005889.708408.291934.46587014620005612.723407.3最大下泄流量qm由表可得qni=2800m3/so校核洪水位为408.7m,校核库容V^=5987.35X104亿入库和下泄流量过程线根据《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 浪墙顶髙程与设计洪水位或校核洪水位的髙差Ah按下式计算：△h=h:1+hz+hr式中瓜一波高,m；h‘一波浪中心线超岀静水位的风壅高度，in；h——安全超高，根据建筑物等级选取。波高hb二0.0076W2/(g)波长Lm=0.331(8)风壅高度吠2ttH式中V—计算风速，设计工况釆用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，nioD=1000mg=9.8m/s2H二348mV=15.5m/s得hz=0.34m混凝土拱坝安全超高he单位：m坝的级别123正常运用0.70.50.4非常运用0.50.40.3由表可得he二0.3,故:△h二hb+h+hc二0.805+0.34+0.28=1.425m故：H!=Zm+AH=408.7+1.425=410.125mHi二410.125mVH防二411.3m综合分析可得出，水库坝高符合标准。'