工程水文与水力计算课程设计

赋石水库水利水电规划

一、设计任务

1、 选择水库死水位； 2、 选择正常蓄水位；

3、 计算电站保证出力和多年平均发电量； 4、 选择水电站装机容量；

5、 推求设计标准和校核标准的设计洪水过程线； 6、 推求洪水特征水位和大坝坝址顶高程。

二、流域自然地理简况，流域水文气象资料概况：

1、流域和水库情况简介

西苕溪为太湖流域一大水系（图KS2-1），流域面积为2260km2，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长150km，上游陡坡流急，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，易受灾害。

图KS2-1 西苕溪流域水系及测站分布 1

赋石水库是一座防洪为主，结合发电、灌溉、航运及水产养殖的综合利用水库，位于安吉县丰城西10km，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1450km。流域水系及测站分布见图KS2-1。

1、 水文气象资料情况

在坝址下游1Km处设有潜渔水文站，自1954年开始有观测的流量资料。通过频率计算，得各设计频率的设计年径流量，选择典型年，计算缩放比，成果见表KS2-3。典型年径流过程见表KS2-4。

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。这场洪水是发生年份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。

经初步审查，可降雨和径流等实测资料可用于本次设计。

三、设计年径流量及其年内分配的推求

1、设计年径流量的计算

由已知资料得，频率为85%、50%、15%的年径流量如下表1

表1 潜渔站设计径流量

2、设计年径流量的年内分配

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年内分配如下表2.

表2 潜渔站典型年径流量年内分配

四、水库死水位的选择

1、绘制水库水位容积曲线

表3 水位容积曲线

2、 绘制水电站下游水位流量关系曲线

3、 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50年为设计年限）

V悬，年

0W0m

(1 p)r

0.237kg/m 7.50m/s 90% 365 3600 24

(1 0.3) 1650kg/m

4

3

33

4.37 10m

43

6

3

所以

V悬，总 T V悬，年 50 4.37 10

2.185 10m

所以推移质 V推，总 V悬，总 2.185 106 0.15 0.33 106m3

可得 V淤，总 V悬，总 V推，总 2.185 106 0.33 106 2.515 106m3 根据水位容积曲线，由内插法（程序见附录程序1）求得h淤，积 55.94m 在此基础上加上安全值2m,得h淤，死 h淤，积 2 55.94 2 57.94m

4、 根据水轮机的情况确定水库的最低死水位

由于每月的设计流量不同，在这里取最大的流量作为设计流量基准，又由水轮机的水位流量关系可得 h水轮机，死 47.2 16 63.2m

5、 综合各方面情况确定水库死水位

h Max(h，h) 63.2m

死

淤，死

水轮机，死

五、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800kw，发电保证率为85%，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79.9m。

六、保证出力和多年平均发电量的计算

1、 保证出力的计算

以死水位为起始水位，按等流量调节方式计算各设计年的出力过程和发电量过程，其各个时期的平均出力就是该时期的保证出力。在这里，我们分别对丰、中、枯三个设计年以月为时段进行水能计算，计算出各月的水流出力。其中枯水年的水能计算见下表，丰水年、中水年的水能计算见附表1和附表2。且由上面，我们求得正常蓄水位为79.9，死水位为63.2m，由水位容积曲线用内插法（分别见程序附录2，3）得水库的兴利库容为65.4百万m3，即25.2m3/s·月；死库容为28.18百万m3 ，即10.9m3/s·月。 计算步骤：

（1）用试算法计算各月的发电用水；

（2）由余缺水量和死库容计算水库各月末水库蓄水，其时段初、末值平均值填入表中，并且查水位容积曲线即得上游月平均水位。 （3）由发电用水查下游水位流量关系曲线得下游水位。 （4）用上游水位减去下游水位，减去预留水头损失，得水头。 （5）根据公式：出力N=AQH净求得各月出力，其中A=7.5。

表5 枯水年出力计算（保证出力）

N枯=（1637.37 +1910.51+2242.33）/3=1930.07 (KW) 出力历时曲线如下：

2、 多年平均年发电量及装机容量的确定

枯水年年平均出力为N1=1146.21 (KW) 又由附表1，2得，

丰水年年平均出力为N2=1985.40 (KW) 中水年年平均出力为N3=1528.29 (KW) 则多年平均年发电量为 E=

N1 N2 N3

3

365 24

1146.21 1985.40 1528.29

3

365 24 1.36 10kw·h

7

装机容量为N装=1.36 107/3440=3953(KW)

七、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5%，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要求，确定设计历时为七天，控制历时为一天和三天，因而可得洪峰和各历时的洪量系列。

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）

表6 三天洪量与七天洪量相关计算表

X

522.7416

3

666.0416

32.67m/s Y 41.63m/s

3

B．均方差

n

(K

x

xi

1)

2

x

i 1

n 1

n

32.67

6.804516 1

22.00

(K

y

yi

1)

2

y

i 1

n 1

41.63

4.373716 1

22.48

C．相关系数

n

(K

r

i 1n

xi

1)(K

n2

yi

1)

1)

2

5.32306.8045 4.3737

0.976

i 1

(Kxi 1)

i 1

(K

yi

D．回归系数

Ry/x r

x

y

0.976

22.4822

0.997

E．Y倚X的回归方程y y Ry/x(x x) y 0.997 (x x) y 即y 0.997x 9.048

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。

表7 潜鱼站洪峰及定时段洪量统计表

3、 对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，用目估适线法

求得相应的参数

分别将历年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量频率计算及参数确定过程列于附表3、附表4、附表5、附表6中。 计算步骤如下：

1 将原始资料按大小次序排列； 2用公式P

mn 1

100%计算经验频率，并将x与p对应点绘于频率格纸上；

n xi

3 计算系列额多年平均降水量x i 1

n

4 计算各项的模比系数Ki xi

x

，其总和应等于n；

5 计算各项的 Ki 1 ，其总和应为零； 6 计算各项的 Ki 1 ；

2

K

7 计算变差系数Cv

i 1

n

i

1

2

n-1

8选定Cs与Cv 的倍数关系，查表得Kp值，得出各种相应频率的Xp值，绘制Xp~P曲线，根据其与经验点据的配合情况，进行参数调整，最终曲与经验点据配合最好的曲线参数。

从而可得各设计频率的洪峰和洪量的参数如下： 洪峰：均值为417 （m3/s） CV=0.65 CS=2.0 一天洪量：均值为19.48 （106m3） CV=0.71 CS=2.1 三天洪量：均值为32.29 （106m3） CV=0.61 CS=1.8 七天洪量：均值为41.24 （106m3） CV=0.48 CS=1.4

4、 洪峰和洪量成果合理性分析

由洪峰和洪量的附图中可以看到，一天、三天、七天的洪量分布曲线变化一致，且没有相交，与洪峰分布图的变化也比较一致，因此，认为这次的处理成果

是可以运用的。

5、选择典型洪水过程线

按照选择原则，由于1963年的资料比较完整，且精度较高，属于实测数据，因此选择1963年为典型年，其洪水过程线即为典型洪水过程线。

6、 用分段同频率放大法推求设计洪水过程线

1 计算洪峰、洪量。 由典型洪水过程线得其洪峰、最大24小时洪量、最大三天洪量、最大七天洪量。

由公式W (

Q1 Qn

2

n 1

Q) t可推得洪峰、洪量。

i

i 2

洪峰取33时，Qm=1160 （m3/s）;

最大24小时洪量取18—41时，W1m=55.60 （106m3）； 最大三天洪量取15—86时，W3m=86.60（106m3）；

最大七天洪量取1963年的七天洪量，W7m=95.90（106m3）；

2 计算放大倍比

KQm

QMPQMD

K1

W1PW1D

K3

W3P-W1PW3D-W1D

K7

W7P-W3PW7D-W3D

P=5%,1%,0.05%时，由附表3、4、5、6得各时段设计值，并求得其放大倍比列于表8。

表-8 放大倍比计算

3 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。其计算数据见附表7、8、9，其洪水过程线图见附图1（P=5%）、2（P=1%）、3（P=0.05%）。

八、 推求水库防洪特征水位

1、 泄洪规则及起调水位

起调水位（防洪限制水位）为78.4m，相应库容为V1=83.5 106m3。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（17m3/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。

2、防洪高水位的计算

对20年一遇的洪水过程线，除下泄发电用水（17m3/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。

20年一遇洪水，P=5%,.利用水平分割法割除其发电用水量，

W (

Q1 Q2

2

n 1

Q) t

i

i 2

W (31177.74

6.66 33.3

2

) 3600 0.82 10m

83

所以 W V1 0.82 108 83.5 106 165.5 106m3 由水位容积曲线查得：Z=87.6m。 即防洪高水位为h=87.6 m

3、设计洪水位的计算

用百年一遇洪水过程，从防洪限制水位开始，先按发电流量（17m3/s）下泄，其余蓄在水库里，待蓄至防洪高水位后，即打开溢洪道闸门和泄洪洞闸门，自由泄流，通过调洪演算，得设计洪水位、拦洪库容和相应最大下泄流量。

应用单辅助线图解法计算，其步骤如下： 1 计算绘制q f(

V t q2

,Q)辅助曲线。

2 推求下泄过程。

3求解设计洪水位、拦洪库容、最大下泄流量。

计算图表见附表10、11，相关的图见附图4、5，计算结果如下：

qm=381.2 m

3

/s

Z设=88.4m,

V拦=174.5-83.5=91 （106m3）

4、校核洪水位的计算

方法与设计洪水计算相同，用2000年一遇设计洪水过程来进行计算。 计算结果如下：

qm=458m

3

/s

Z校=88.9m,

V拦= 180.3-83.5=96.8（106m3）

5、坝顶高程计算

已知：Z设 88.4m，Z校 88.9m

A设 1.0m，A校 0.5m

D 6000m,W设 1.5Wm 25.5m/s W校 Wm 17m/s

1 求R。 查表得

k 设 1.09k 校 1.01

由公式

gh2%W

2

0.00625W

1/6

(

gDW

)2

1/3

得

h2%设 3.19h2%校 1.74

又由于 hm h2%/2.13 计算得到由公式

gLmW

2

hm设 1.50mhm校 0.82m

gDW

2

0.0386()

1/2

计算得到

Lm设 24.4mLm校 16.2m

又 R

k k m

2

hmLm

R设

0.8 1.09 3

2

.50 24.4 1.67m

求得

R校

0.8 1.01 3

2

0.82 16.2 0.93m

据 R1%/R 2.23

得 R设 R设 2.23 2.23 1.67 3.72m 2 求e。 由公式 e

KW

2

DCOS

m

2gH

2

e设

3.6 103.6 10

6

25.5 COS30 60002 9.8 40.3 17 COS30 60002 9.8 40.3

2

0.02m

求得

e校

6

0.01m

3 坝顶高程计算

对于设计情况 Z坝，设 Z设 R设 e设 A设 m 求得

Z坝，设 88.4 3.72 0.02 1.0 93.14mZ坝，校 88.9 0.93 0.01 0.5 90.34m

最后确定坝顶高程为：

Z坝 Max Z坝、设，Z坝、校

Max 93.14,90.34 93.14m

附表1 丰水年出力计算（保证出力）

附表2 中水年出力计算（保证出力）