完整word版三峡大学洪水调节课程设计.docx
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完整word版三峡大学洪水调节课程设计
在此先预祝老师新春快乐,合家幸福,万事如意!
课程名称:
洪水调节课程设计
指导老师:
玄英姬
班级:
网选1班
学号:
姓名:
洪水调节课程设计
1、课程设计目的
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。
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。
2、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1372×104kw·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3孔8m×6m(宽×高)的弧形门控制。
水库正常蓄水位525m,电站发电引用流量为10m3/s。
本工程采用3孔溢洪道泄洪,设计洪水来临时,用左右2孔泄洪;校核洪水来临时,用3孔泄洪。
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。
3、洪水调节演算
一、洪水标准的确定
1.工程等别的确定
由设计对象的基本资料可知,该水利枢纽工程以发电为主,并兼有其他综合效益,电站装机为0.5
104kW,水库库容0.55
108m3。
若仅由装机容量0.5
104kW为指标,根据下表所示的“水利水电工程分等指标”,可将工程等别定为Ⅴ;若仅以水库总库容0.55
108m3为指标,则可将工程等别定为Ⅲ。
综合两种指标,取等级最高的Ⅲ等为工程最终等别。
水利水电工程分等指标
2.洪水标准的确定
该水里工程的挡水建筑物为混凝土面板坝(基本资料可知),由已确定的为Ⅲ等的工程等别,根据下表《水工建筑物洪水标准》,可查得,该工程设计洪水标准为100—50年,校核标准为1000—500年,不妨取设计标准为100年,校核洪水标准为1000年。
山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准【重现期(年)】
二、洪水调节计算
水位库容关系
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
1.列表试算法
1)基本原理:
根据水库容积曲线V=f(Z)和堰顶溢流公式q=f(H),得
出蓄泄方程q=f(V)。
联立水量平衡方程
V2=V1+
(Q2+Q1
q2
q1)q=f(V)
可得q=f(V)=g(q),即q=g(q)。
因该式收敛,故可用循环程序编写,从
而求出q。
2)主要过程
a.已知的电站发电引用流量为10m3/s,结合堰顶溢流公式,得出下泄流q=nb
m
+10。
。
。
。
。
。
。
。
(1)
式中:
q——通过溢流孔口的下泄流量,m3/s;
n——溢流孔孔口数;其中计算设计洪水时n取2,
校核洪水时n取3;
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,519m(已知,设计基本资料给出)。
b.水位高程Z与堰顶水头H的关系。
基本材料可知溢洪道堰顶高程为519m,则H=Z-519m。
c.水库容积曲线V=f(Z)的近似化。
根据该设计的蓄泄情况,水位高程
的变化范围在520m~535m之间,又由于水库容积曲线在水位高程属于
520m~535m之间的变化率较小,为方便计算,故可将其分段直线化以简
化、近似计算
d.将
(1)式与水量平衡方程联立。
V2=V1+
(Q2+Q1
q2
q1),
q=nb
m
+10
e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524.5m,下游无防汛要求。
3)按设计洪水标准进行调洪演算
A根据水库汛期的控制运用方式,确定调洪计算的起始条件,起调水位524.5m,库容4604.99万立方米。
B根据水库容积曲线V=f(Z)和泄洪建筑物的泄洪能力,由q=nb
m
+10求出下泄流量与库容的关系曲线q=f(V).
C选取合适的计算时段,由设计洪水位过程线摘录Q1,Q2,……………….
决定起始计算时刻的q1.V1值,然后列表计算,计算过程中,对每一计算时段的q2,V2值都要进行试算。
图1Z-V图
水库的总泄流量、水位、库容关系计算表
水库的总泄流量、水位、库容关系计算表
库水位Z(m)
520
521
522
523
524
524.5
525
526
527
528
529
溢洪道堰顶水头H(m)
0
1
2
3
4
5
5.5
6
7
8
9
10
库容V(万m³)
3756.82
3895.7
4053.32
4210.94
4368.56
4526.18
4604.99
4683.8
4865.82
5047.84
5229.86
5411.88
溢洪道泄量q溢(m³/s)
0
31.296
88.52
162.62
250.37
349.9
403.684
459.96
579.62
708.16
845
989.69
发电洞泄量q电(m³/s)
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
总泄量q(m³/s)
10
41.296
98.52
172.62
260.37
359.9
413.684
469.96
589.62
718.16
855
999.69
库水位Z(m)
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
溢洪道堰顶水头H(m)
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
库容V(万m³)
5593.9
5809.12
6024.34
6239.56
6454.78
6670
6904.52
7139.04
7373.56
7608.08
7842.6
溢洪道泄量q溢(m³/s)
1141.79
1300.98
1466.94
1639.42
1818.17
2002.98
2193.67
2390.05
2591.96
2799.26
3011.8
发电洞泄量q电(m³/s)
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
总泄量q(m³/s)
1151.79
1310.98
1476.94
1649.42
1828.27
2012.98
2203.67
2400.05
2601.96
2809.26
3021.8
水库容积与水位曲线
水库的q=f(Z)曲线
水库的q=f(v)曲线
计洪水为100年,试算过程如下表2(P=1%)
时间t(h)
入库洪水流量(m³/s)
时段平均入库流量(m³/s)
时段入库水量(m³)
下泄流量(m³/s)
时段平均下泄流量(m³/s)
时段下泄量(m³)
时段水量变化(m³)
水库存水容量V(m³)
水库水位(m)
0
35
35
4604.99
524.5
1
196
115.5
41.58
196
115.5
41.58
0
4604.99
524.5
2
524
360
129.6
435.736
315.868
113.712
15.888
4620.878
524.601
3
727
625.5
225.18
469.579
452.658
162.957
62.223
4683.101
524.996
4
1220
973.5
350.46
589.213
529.397
190.583
159.877
4842.978
525.875
5
1390
1305
469.8
759.325
674.269
242.737
227.063
5070.041
527.122
6
1290
1340
482.4
897.326
828.325
298.197
184.203
5254.244
528.134
7
1190
1240
446.4
978.765
938.0455
337.696
108.704
5362.948
528.731
7.195
1007.515
1190
231.977964
1007.515
993.13995
193.602
38.376
5401.324
528.942
8
853
1021.5
367.74
988.9211
998.21805
359.358
8.382
5371.329
528.806
9
647
750
270
932.14
960.53055
345.791
-75.791
5295.538
528.389
10
483
565
203.4
844.887
888.51335
319.865
-116.465
5179.073
527.749
11
437
460
165.5
753.349
799.11825
287.683
-122.183
5056.891
527.078
12
398
417.5
150.3
673.533
713.4413
256.839
-106.539
4950.352
526.493
13
348
373
134.28
602.109
637.821
229.616
-95.336
4855.016
525.969
14
294
321
115.56
535.303
568.70545
204.7342
-89.174
4765.842
525.479
15
283
288.5
103.86
476.648
505.97465
182.151
-78.291
4687.552
525.0490
16
263
273
98.28
438.659
457.653
164.755
-66.475
4621.0765
524.635
17
245
254
91.44
245
341.829
123.059
-31.619
4604.99
524.5
18
224
234.5
84.42
224
234.5
84.42
0
4604.99
524.5
19
204
214
77.04
204
214
77.04
0
4604.99
524.5
20
183
193.5
69.66
183
193.5
69.66
0
4604.99
524.5
21
171
177
63.72
171
177
63.72
0
4604.99
524.5
22
154
162.5
58.5
154
162.5
58.5
0
4604.99
524.5
23
144
149
53.64
144
149
53.64
0
4604.99
524.5
24
135
139.5
50.22
135
139.5
50.22
0
4604.99
524.5
设计洪水位过程线于下泄流量过程线如下图
入库洪水过程线与下泄流量过程线
Z—t关系曲线
库容v与时间t曲线
结果:
最大下泄流量q=1007.515m³/s,发生在t=7.195h时,正好是两曲线
的交点,即为所求的最大下泄流量,此时是高水位,即设计洪水位,则z=528.942m,V=5401.324万m³
同理,通过试算算出校核洪水位为1000年水库的调洪计算表如下图所示:
调洪计算表(p=0.1%)
时间t(h)
入库洪水流量(m³/s)
时段平均入库流量(m³/s)
时段入库水量(m³)
下泄流量(m³/s)
时段平均下泄流量(m³/s)
时段下泄量(m³)
时段水量变化(m³)
水库存水容量V(m³)
水库水位(m)
0
50
50
4604.99
524.5
1
296
173
62.28
296
115.5
41.58
0
4604.99
524.5
2
680
488
175.68
449.647
372.823
134.216
41.464
4646.454
524.761
3
1300
990
356.4
571.310
510.479
183.772
172.628
4819.081
525.743
4
2000
1650
594
827.668
699.489
251.816
342.183
5161.265
527.623
5
2300
2150
774
1141.929
984.799
354.527
419.472
5580.737
529.927
6
2100
2200
792
1407.793
1274.861
458.949
333.050
5913.787
531.048
7
1750
1925
693
1538.039
1472.916
530.249
162.750
6076.538
532.242
7.12706
1548.816
1649.408
209.579
1548.816
1543.428
196.113
13.466
6090.004
532.305
8
1180
1465
527.4
1519.646
1528.843
550.383
-22.983
6053.554
532.135
9
895
1037.5
373.5
1398.229
1458.938
525.217
-151.717
5901.837
531.430
10
817
856
308.16
1261.68
1329.955
478.783
-170.623
5731.213
530.638
11
709
763
274.68
1136.982
1199.331
431.759
-157.079
5574.134
529.891
12
606
657.5
236.7
1023.03
1080.006
388.802
-152.102
5422.032
529.055
13
549
577.5
207.9
917.1468
970.088
349.231
-141.331
5280.700
528.279
14
477
513
184.68
821.099
869.123
312.884
-128.204
5152.496
527.574
15
440
458.5
165.06
734.925
778.012
280.084
-115.024
5037.472
526.943
16
414
427
153.72
661.744
698.334
251.400
-97.680
4939.791
526.406
17
385
399.5
143.82
599.420
630.582
227.009
-83.189
4856.602
525.949
18
351
368
132.48
544.422
571.921
205.891
-73.411
4783.190
525.546
19
320
335.5
120.78
494.77
519.596
187.054
-66.274
4716.916
525.181
20
286
303
109.08
454.377
474.573
170.846
-61.766
4655.149
524.818
21
257
271.5
97.74
257
355.688
128.047
-30.307
4604.99
524.5
22
240
248.5
89.46
240
248.5
89.46
0
4604.99
524.5
23
226
233
83.88
226
233
83.88
0
4604.99
524.5
24
212
219
78.84
212
219
78.84
0
4604.99
524.5
入库流量过程线与下泄流量过程线
水位Z与t的关系曲线
库容V与时间t曲线
结果最大下泄流量q=1548.816m³/s发生在t=7.127h时,正好是两曲线的交点,即为所求的最大下泄流量,此时是高水位,即校核洪水位。
则z=532.305m,V=6090.004万m³
2.半图解法
(1)按设计洪水标准进行调洪演算
1)计算并绘制:
V/△t-q/2=f1(z)辅助线、V/△t+q/2=f2(z)辅助线、q=f(z)曲线。
计算时段取
。
计算过程见下表。
利用表中第7、8栏的相应数值绘制的V/△t+q/2=f2(z)辅助线如图,由6、8栏可绘出V/△t-q/2=f1(z)辅助线。
由于分段中,
随q值的变化快慢的程度不大,所以辅助线为方便计算,可看作由分段直线段组成,不难算出其分段方程
水库设计洪水q=f(v/△t+q/2)与q=f(v/△t-q/2)单辅助曲线计算表(P=1%)
水库水位Z
总库容V总
堰顶以上库容V
V/△t
q/2
V/△t-q/2(m³/s
V/△t+q/2
q
(万m³)
(万m³)
(万m³)
(m³/s)
(m³/s)
(m³/s)
(m³/s)
(m³/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
519
3756.82
0
0
0
0
0
0
520
3895.7
138.88
385.78
15.65
365.127
401.43
31.3
521
4053.32
296.5
823.61
44.26
774.351
867.87
88.52
522
4210.94
454.12
1261.44
81.31
1175.134
1342.76
162.62
523
4368.56
611.74
1699.28
125.19
1569.097
1824.46
250.37
524
4526.18
769.36
2137.11
174.95
1957.151
2312.06
349.91
525
4683.8
926.98
2574.94
229.98
2339.954
2804.93
459.97
526
4865.82
1109
3080.56
289.81
2785.745
3370.37
579.62
527
5047.84
1291.02
3586.17
354.08
3227.086
3940.25
708.16
528
5229.86
1473.04
4091.78
422.51
3664.277
4514.28
845.01
529
5411.88
1655.06
4597.39
494.84
4097.538
5092.23
989.69
530
5593.9
1837.08
5103
570.9
4527.11
5673.9
1141.79
531
5809.12
2052.3
5700.83
650.49
5045.348
6351.32
1300.98
532
6024.34
2267.52
6298.67
733.47
5560.196
7032.14
1466.94
533
6239.56
2482.74
6896.5
819.71
6071.79
7716.21
1639.42
534
6454.78
2697.96
7494.33
909.09
6580.253
8403.42
1818.17
535
6670
2913.18
8092.17
1001.49
7085.666
9093.66
2002.99
536
6904.52
3147.7
8743.61
1096.84
7641.781
9840.45
2193.67
537
7139.04
3382.22
9395.06
1195.03
8195.035
10590.08
2390.05
538
7373.56
3616.74
10046.5
1295.98
8745.52
11342.48
2591.96
539
7608.08
3851.26
10697.94
1399.63
9293.314
12097.58
2799.26
540
7842.6
4085.78
11349.39
1505.9
9838.478
12855.29
3011.81
V/△t-q/2=f1(z)辅助线
V/△t+q/2=f2(z)辅助线
q=f(z)曲线
2)调洪计算求q~t过程和库水位过程。
3)绘制Q~t与q~t过程线以及q~Z过程线,求
、
(1)按校核洪水标准进行调洪演算
·半图解法调洪计算表(q=1%)
时刻t(h)
频率0
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