水文课程设计

湖南农业大学工学院

课程设计说明书

课程名称：工程水文学

题目名称：赋石水库水利水电规划

班级：2009 级水利水电专业01 班姓名：

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指导教师：

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指导老师签名：

20 年月日

赋石水库水利水电规划

一、设计任务

在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建赋石水库，因而要进行水库规划的

工程水文及水利计算，其具体任务是：

1. 设计年径流分析计算；

2. 选择水库死水位和确定兴利库容；

3. 选择正常蓄水位；

4. 推求防洪标准、设计标准和校核标准的设计洪水过程线；

5. 推求各种洪水特征水位。

二、设计提纲

（一）水文气象资料的搜集和审查

熟悉流域的自然地理情况，广泛搜集有关水文气象资料（见基本资料）。经初步审查，降雨和径流等实测资料是可靠的、具有一致性的，可用于本次设计。（二）设计年径流量及其年内分配

1.设计年径流量的计算

先进行年径流量频率计算，求出频率为90%、50％、10％的丰、中、枯年径流量。

2.设计年内分配

根据年、月径流资料和代表年的选择原则，确定丰、中、枯三个代表年。并按

设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月径流量，推求丰、中、枯年径流量的年内分配。

（三）选择水库死水位和确定兴利库容

1.绘制水库水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线；

2.根据泥沙资料计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程（按百年运用估计）；

3.根据水轮机的情况确定水库的最低死水位；

4.综合各方面情况确定水库死水位。

5.确定兴利库容

（四）选择正常蓄水位

根据本地区的兴利要求，发电方面要求保证出力不低于800 千瓦，发电保证率为90％，灌溉及航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足，因此，初步确定正常蓄水位，通过水能计算后能满足保证出力要求就作为确定的正常蓄水位。（五）推求各种设计标准的设计洪水过程线

本水库为大（2）型水库，工程等别为Ⅱ等，永久性水工建筑级别为2 级。下游防洪标准为5%，设计标准为1％，校核标准为0.1%,需要推求5%、1％、0.1%设计洪水过程线。

1.按年最大值选样方法在实测资料中选取年最大洪峰流量及各历时洪量，根据洪水特性和防洪计算的要求，确定设计历时为7 天，控制历时为1 天和3 天，因而可得洪峰和各历时的洪量系列。

2. 7 天洪量只有1957~1972 年，用相关分析方法延长插补（编制程序，用计算机完成）。

3.对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，（洪峰频率计算要对特大值处理），从而可得各设计频率的洪峰和洪量值。

4.洪峰和洪量成果的合理性分析。

5.选择典型洪水过程线（要按照选择原则进行），并算出典型洪水过程线的洪峰和各时段洪量值。

6.用分段同频率放大法推求设计洪水过程线（包括5％、1％、0.1％的）。（六）推求水库防洪特征水位和确定坝顶高程

1.泄洪规则及起调水位

根据水库下游防洪要求，等于或小于20 年一遇的洪水，只放发电用水（9m3/s），其余全部拦蓄在水库里，超过20 年一遇的洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪，自由泄流。起调水位为防洪限制水位。

2.防洪高水位的计算

用20 年一遇洪水过程线，除下泄发电用水（9m3/s）外，其余蓄在水库，则总蓄水量加在防洪限制水位上，则可得防洪高水位。

三、设计说明书

设计说明书，主要应包括以下内容

1.设计任务；

2.流域自然地理简况，流域水文气象资料概况；

3.设计年径流量及其年内分配的推求；

4.水库死水位的选择和兴利库容的确定（水库损失和渗漏损失不计）；

5.水库正常蓄水位的选择；

6.设计洪水的推求；

7.水库洪水特征水位的确定；

8.附表、附图、最后装订成册。

说明书的重点是对计算成果的说明和合理性分析以及其它有关问题讨论。

说明书要力求文字通顺、简明扼要，图表要清楚整齐，每个图、表都要有名称和编号，并与说明书中内容一致，最后成果图要字体工整，合订时，说明书在前，附表和附图分别集中，依次放在后面。

四、基本资料

1.流域和水库情况简介

西苕溪为太湖流域一大水系，流域面积为2260km2，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长150km，上游坡陡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不畅，易遭洪涝灾害，又因流域拦蓄工程较少，灌溉水源不足，易受旱灾。根据解放后二十多年的统计，仅安吉县因洪涝旱灾每年平均损失稻谷1500 万斤，严重的1961~63 年，连续三年洪水损失稻谷9300 万斤，冲毁耕地万余亩。

赋石水库为根治西苕溪流域水旱灾害骨干工程之一，位于安吉县丰城以西十公里，控制西苕溪主要支流西溪，坝址以上流域面积328km2。流域内气候温和、湿润、多年平均雨量孝丰站为1450mm，国民经济以农、林业为主，流域内大部为山区，小部为丘陵，平地较少。流域水系及测站分布见图1。

水库以防洪为主，结合发电、灌溉、航运及水产，是一座综合利用水库。库区位于区域的斜构造内，周边岩石多为不透水或弱透水的砂页岩，仅在局部地区有奥陶纪石灰岩及钙质页岩，但因层薄，并有砂页岩隔层，岩溶现象不甚发育，加之山体宽厚，其高程一般均在200m 以上，故库区渗漏问题可以不考虑。

西苕溪流域受洪水灾害25 万亩，其中安吉9 万亩，长兴15 万亩，吴兴3万亩，水库建成后，可使20 年一遇洪水减轻到5 年一遇以下，使圩区淹没面积11.3 万亩减至4 万亩，使3 万亩圩区农田免除洪水直接威胁，其它十几万亩可以不同程度的减轻洪水危害。

水库兴建后，可灌溉赤坞、安城等地区的水田计4 万亩，溪滩还田3000 亩，河道整治还田4000 亩，旱改水3000 亩，共计可灌溉5 万亩。

航运发电水产方面，可解决上游每年200 万支毛竹的水路运输以及水运康山的煤、化肥等。发电装机容量约3750 千瓦，年发电量为14000 度，补充电源不足，水库建成后，增加了6000 亩水面面积，可以发展水产。

库区包括有耕地5766 亩，3310 户人家，征用地5610 亩，迁移居民1500户，人口7400 人，房屋6910 间，还有国家粮库、商店等房屋约300 间，有两条公路需要改线，总长11 公里。

2.水文气象资料情况

流域内有天锦堂、坑垓、权岱三个雨量站，分别从1956 年、1961 年和1962年开始观测到今，流域附近有潜渔站1954 年开始观测，章村站1961 年开始观测，孝丰站有较长的资料，1922 年开始观测，但中间有缺测年份，因此可以利用孝丰站的雨量资料来延长流域雨量资料。

在坝址下游1 公里处设有潜渔水文站，自1954 年开始有观测的流量资料。

成果见表3。

通过频率计算，得各设计频率的设计年径流量，选择典型年，计算缩放倍比，通过典型缩放得丰（P=10％）、中(P=50％)、枯(P=90％)设计年径流过程。

表3.年径流资料(m3/s.月)或月平均流量(m3/s)

年份5月6月7月8月9月10月

1979-1980 20.501 52.131 29.015 8.918 33.462 4.316

1980-1981 32.91 66.589 77.026 101.313 11.302 30.839

1981-1982 27.732 31.082 8.117 10.633 4.55 5.214

1982-1983 31.259 56.152 23.085 45.181 41.248 16.31

1983-1984 37.841 45.727 93.346 21.804 27.685 22.662

1984-1985 25.285 44.051 39.008 26.112 13.422 28.077

1985-1986 28.975 30.283 30.537 9.671 7.511 6.473

1986-1987 21.32 46.368 62.882 11.176 10.222 5.755

1987-1988 32.048 44.418 57.874 42.86 16.003 25.863

1988-1989 24.143 23.69 11.712 19.595 45.566 7.26

1989-1990 22.041 36.722 15.901 8.686 28.489 23.577

1990-1991 33.835 38.491 26.942 5.932 3.565 7.271

1991-1992 40.662 31.634 86.052 22.954 17.746 5.781

1992-1993 35.31 38.006 20.979 7.544 5.949 4.527

1993-1994 26.622 26.083 65.527 65.171 20.314 11.544

1994-1995 14.674 33.676 12.359 5.646 8.238 18.362

1995-1996 35.838 74.012 43.274 30.182 7.188 21.091

1996-1997 23.11 62.849 92.909 22.791 22.324 18.579

1997-1998 20.711 19.376 32.87 12.689 7.285 8.235

1998-1999 48.319 34.195 81.691 70.529 12.943 11.825

1999-2000 27.2 86.893 71.701 17.05 15.615 8.613

11月12月1月2月3月4月年径流总量

2.226 2.148

3.255 3.271 6.561 19.173 18

4.977

7.174 6.213 3.649 4.412 6.983 32.237 380.647

9.483 3.493 2.146 5.844 11.8 20.584 140.678

25.843 10.531 8.611 7.378 7.554 27.135 300.287

11.957 4.447 3.084 2.197 2.859 11.302 284.911

6.839 11.643 4.816 5.868 16.01 23.515 244.646

10.94 6.786 5.761 6.088 7.784 22.72 173.529

6.064 4.715 4.442 2.864 3.331 16.39 195.529

9.911 5.013 4.517 3.153 6.291 4.056 252.007

3.66 2.787 2.784 6.483 17.864 46.993 212.537

26.261 7.412 5.903 11.001 21.348 22.825 230.166

15.11 5.159 7.016 10.223 15.313 15.969 184.826

3.236 3.147 2.281

4.113 16.073 1

5.974 249.653

2.744 2.739 6.628 9.841 1

3.108 16.996 16

4.371

19.385 7.96 4.362 3.591 5.011 19.703 275.273

10.12 14.535 11.016 12.596 7.929 19.355 168.506

7.023 4.094 4.256 3.301 6.634 10.191 247.084

28.359 5.81 4.864 10.555 13.352 29.268 334.77

6.278 8.356 8.28

7.139 1

8.456 2

9.304 178.979

4.981 3.389 3.238 2.332 2.081 23.192 298.715

18.679 5.651 5.308 6.808 10.789 9.879 284.186

根据调查1922 年9 月1 日在坝址附近发生一场大洪水，推算得潜渔站洪峰流量为1350m3/s。这场洪水是发生后至今最大的一次洪水。缺测年份内，没有大于1160m3/s 的洪水发生。

4.根据地区用电要求和电站的可能情况，发电要求为保证出力不能低于800千瓦，发电保证率为90％，灌溉和航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足。

5.水库水位容积曲线如表5

6.水电站下游水位流量关系曲线如表6

7.根据实测泥沙资料得多年平均含沙量ρ0 = 0.237 kg/m3，泥沙干容重γ=1650kg/m3，泥沙沉积率m＝90％，孔隙率p＝0.3，推移质与悬移质淤积量之比值α＝15％，加安全值2 米。

8.本省生产的机型有HL263－LJ－100（即混流式263 型，主轴金属锅壳，转轮直径1 米），单机容量为1250 千瓦，适应最小水头为16m。

9.赋石水库属Ⅱ级建筑物，因此设计洪水标准为1%，校核洪水标准为0.1% 。水库下游保护地区防洪标准为5% 。

10.赋石水库原设计采用雨量资料推求设计洪水，现采用流量资料来推求设计洪水，以作比较。

历年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量如表7 所示。

11.典型洪水过程线如表8 所示。

12.泄洪建筑物型式尺寸

溢洪道：实用堰型，净宽110m，堰顶高程88.3m。

泄洪洞：洞径5m，进口底高程48.5m。

根据以上尺寸计算得泄流曲线如表9 所示。

13.泄洪规则及起调水位

遇小于或等于二十年一遇洪水，只放发电用水（≤9m3/s），其余全部拦蓄；超过二十年一遇洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪（泄洪洞闸门全开）。

赋石水库水利水电规划

一、水位气象资料的搜集和审查

熟悉流域的自然地理情况，广泛的搜集有关水文的气象资料。经过初步审查，降雨和径流等实测资料是可靠的，具有一致性的，可用于本次设计。

二、设计年径流量及其年内分配

2、1设计年径流量及其年内分配

年径流量频率计算表

由矩法初步求得均值X=237.44m3/s，C v=0.26，C s=0.5，由公式X=X(1+C vφ)

理论频率曲线选配计算表

用同倍比计算，根据理论频率曲线得设计丰水年月平均净流量

丰年，10％/s 设计平水年月平均净流量Q 平年，50％=18.6m 3/s 设计枯水年月平均净流量Q 枯年，90％=13.46m 3/s ，选取1996-1997,1989-1990,1992-1993这三年分别作为丰水，平水，枯水代表年，代表年的月平均径流量分别为27.9 m 3/s ，19.2 m 3/s ，13.7 m 3/s ，

2.2设计年内分配

根据年、月径流资料和代表年的选择原则，确定丰、中、枯三个代表年。并按设计年径流量为控制用同倍比方法缩放各代表年的逐月径流量，推求丰、中、枯年径流量的年内分配。

三、死水位的选择

3.1绘制水库水位容积曲线和水电站下游水位流量关系曲线

水位容积曲线

水位容积曲线绘制图：

水位流量关系曲线绘制：

根据实测泥沙资料得多年平均含沙量ρ0 = 0.237 kg/m 3，泥沙干容重γ =1650kg/m 3，泥沙沉积率m ＝90％，孔隙率p ＝0.3，推移质与悬移质淤积量之比值α＝15％，加安全值2 m 。

3.2根据泥沙资料计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程（按百年运用估计）

343

33001037.4/1650)3.01(2436003659.0/50.7/237.0)1(1m

m kg s m m kg r p m W a V ?=?-?????=-+=ρ）（悬，年

所以有361037.4100m V V T V ?=?=?=悬，年悬，年悬，总

所以推移质3661066.015.01037.4m V V ?=??=?=α悬，总推，总 可得36661002.51066.01037.4m V V V ?=?+?=+=推，总悬，总淤，总 根据水位容积曲线，内插法求得

m h 33.57=淤，积

在此基础上加上安全值m 2 得m h h 33.592=+=淤，积淤，死

3.3根据水轮机的情况确定水库的最低死水位 由水轮机的水位流量关系可得

m h 2.652162.47=++=水轮机，死

3.4综合各方面情况确定水库死水位

m h h Max h 2.65)(==水轮机，死淤，死死，

四、选择正常蓄水位

根据本地区的兴利要求，发电方面要求保证出力不低于800千瓦，发电保证率为90%，灌溉及航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足，因此，初步确定正常蓄水位为77.8m 。

五、推求各种设计标准的设计洪水过程线

本水库为大（2）型水库，工程等级为Ⅱ级，永久性水工建筑级别为2级。下游防洪标准为5%，设计标准为1%，校核标准为0.1%，需要推求5%、1%、0.1%设计洪水过程线。

5.1.按年最大值选样方法在实测资料中选取年最大洪峰流量及各历时洪量，根据洪水特性和防洪计算要求，确定设计历时为7天，控制历时为1天和3天，因而可得洪峰和各历时的洪量系列。

5.2.因七天洪量只有1957～1972年，所以可以用相关分析方法延长插补。（用三天洪量与七天洪量进行相关分析）

所以有：A.均值

s m X /67.321674.5223== s m Y /63.411604.6663==

B ．均方差

221

16803

.667.321

)1(1

2

=-?

=--=∑=n K

x

n

i xi

x σ

48.221

16373

.463.411

)1(1

2

=-?

=--=∑=n K

y

n

i yi

y σ C ．相关系数

976.0372

.4803.6322

.5)1()

1()

1)(1(1

1

2

2

1

=?=

----=

∑∑∑===n

i n

i yi

xi

n

i yi xi

K

K

K K

r

D ．回归系数

997.022

48.22976.0/=?==y x x y r

R σσ E ．Y 倚X 的回归方程y x x y x x R y y x y +-?=?-=-)(997.0)(/ 即048.9997.0+=x y

所以可根据得出的回归方程以及已知的三天洪量可把缺少的七天的洪量值，列入下表。

5.3 用分段同频率放大法推求设计洪水过程线 5.3.1 计算放大倍比

(

)并求得其放大倍比

时，得各时段设计值，，，年的七天洪量最大七天洪量取时，最大三天洪量取时，小时取最大△量、最大七天洪量。小时洪量、最大三天洪洪峰、最大由典型洪水过程线得其%5%1%1.0P m 109.95 W 1963m 1037.89 W 8312m 1045.55 W 462324/s 1160m Q t Q 2Q Q W 24W -W W -W K W -W W -W K W W K Q Q K 3

67D 363D 36D 13MD 1

n 1

i i n 13D

7D P 3P 77D 13D P 1P 33D

1P 11MD

MP Qm =?=?=-?=-=++==

===∑-=

放大倍比计算表

5.3.2将不同频率下的各时段洪量在相应的倍比下放大，得其设计洪水过程线。

典型洪水过程线如图

典型洪水过程线

设计标准为0.1％的设计洪水过程线如图

标准为0.1％设计洪水过程线校核标准为1％的设计洪水过程线如图

标准为1％设计洪水过程线防洪标准为5％的设计洪水过程线如