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黄闪
天古崖水库径流调节计算
课程设计报告
编制人:
黄闪
学号:
2011002131
专业班级:
水文与水资源工程1102班
指导老师:
赵雪花老师、祝雪萍老师
太原理工大学水利科学与工程学院
二O一五年一月
第一章流域概况
第一节基本情况
一、自然地理特征
岚猗河流域位于山西省西部,东经111°27′~111°52′,北纬38°26′~38°52′,跨越岚县、岢岚、兴县、五寨、保德等五县,北与保德县朱家川流域相邻,东与汾河流域相望,南与兴县尉汾河流域相连,西以黄河为界。
河流为东西向流向,属于黄河的一级支流。
岚猗河发源于岢岚县境内的饮马池山,流经河口、岢岚及兴县的魏家滩,最后由裴家川汇入黄河。
流域内海拔最高为2222m,位于河源处饮马池山顶;最低为870m,位于流域出口处。
流域面积2159km2、平均宽度18.9km、长度114km、形状系数0.166,流域水系呈狭长形羽状分布。
流域平均坡度9.6‰。
地势东高西低,地形复杂,地面支离破碎,属于典型的黄土高原区。
流域内石山区居多,占全流域的63%,其余均为丘陵区。
流域上游植被较好,有少数林区;下游较差,属黄土丘陵区,沟壑发育,水土流失严重。
二、水文气象条件
岚猗河流域属暖温带大陆性季风气候区,其基本特征是:
春季干旱多风,气温回升快;夏季炎热多雨,历时短;秋季天气凉爽,温差较大;冬季寒冷干燥,历时较长。
根据岢岚气象站资料,流域内多年平均气温8.4℃,年最低气温-29.3℃,最高气温38.9℃,最大冻土深度1.49m。
初霜期在十月中旬,终霜期在五月上旬,无霜期160d,年平均日照时数2700h。
流域内风力一般为4~6级,最大可达8级以上,最大风速为20m/s。
风向多为西北向。
根据岚猗河流域内13个雨量站1956年~1998年的降雨资料分析,流域内多年平均降水量500mm,汛期(6月~9月)占全年降水量的72.7%,最大年降水量(1967年)为831.8mm,最小年降水量(1972年)为242.3mm,全年降水量往往集中在几场暴雨之中。
降水年内及年际分布极不均匀,降水的地区分布也不均匀,呈自东北向西南递减的趋势。
根据岢岚气象站资料,流域内多年平均水面蒸发量1210.7mm,陆面蒸发量450mm。
干旱指数2.42。
岚猗河干流两侧共有支流28条,其中以石家会以上的北川河和南川河支流为最大,它们与干流(东川河)在石家会附近汇集后由东向西注入黄河。
这些支流中只有岢岚以上干流及北川河有少量清水流量,其余均为季节性河流,常年无水。
第二节水库概况
天古崖水库坝址位于岚猗河中下游的木崖头乡石槽嘴村附近,东经111°09′,北纬38°40′。
控制流域面积1897km2,占岚猗河流域流域面积的87.9%。
水库于1972年1月动工兴建,1976年10月竣工。
水库为防洪、灌溉、发电、供水等综合性水利枢纽工程。
水库枢纽主要包括:
主坝、左副坝、右副坝、溢洪道、泄洪洞、灌溉发电压力管等。
主坝为浆砌石重力拱坝,坝顶高程1031.5m,坝高58m,坝顶长度53m,坝顶宽度4m。
溢洪道位于大坝右岸,为开敞式宽顶堰形式,溢洪道进口宽25m,槽身宽18m,长100.5m,进口底高程1024.2m,设计洪水标准为50年一遇时,最大泄量为391m3/s,溢洪道相应水深为3.9m;设计洪水标准为120年一遇时,最大泄量为935m3/s,溢洪道相应水深为7.05m。
泄洪洞位于主河槽右岸,进口底高程为979.23m,洞身为长23m、宽4.5m×4.5m的方型钢筋混凝土压力洞,底坡为1%。
设计泄量为519m3/s,最大泄量为536m3/s。
灌溉发电压力管位于大坝左岸坝体内,为直径1m的混凝土压力管道,全长21m,进口高程996m,底坡1%,最大泄量2.5m3/s。
第三节设计标准
本次水利规划的洪水设计标准根据《中华人民共和国国家标准》GB50201—94,并结合当地实际情况来确定。
天古崖水库总库容2409万m3,主坝为浆砌石重力坝,属于中型水库,工程等级为Ⅲ等。
洪水设计标准确定为50年一遇,校核洪水标准确定为500年一遇。
第二章基本资料
第一节基本资料
一、降水(暴雨)资料
设计暴雨历时取最大1日、最大3日及最大7日,样本按年最大值法选取。
本次收集到12个雨量站从建站到1998年共计456站年的降水资料,包括年降水量Pa、最大1日暴雨量P1、最大3日暴雨量P3及最大7日暴雨量P7及其发生日,汛期(6~9月)及主汛期(7、8月)的降水量。
二、径流及洪水资料
岚猗河流域内有裴家川水文站和岢岚水文站,前者位于流域出口处,控制整个流域;后者位于岢岚县城附近,控制着岢岚县城以上干流的流域,控制流域面积476km2。
裴家川水文站于1956年设站,1985年撤站;岢岚水文站于1959年设站,1989年撤站。
本次收集到两水文站的实测年径流量Qa及年内分布Q(t)资料为:
裴家川水文站1956年~1985年30年系列;
岢岚水文站1959~1989年31年系列。
洪水系列:
裴家川水文站1958年~1985年28年系列;
岢岚水文站1959年~1985年27年系列。
样本的选取按年最大值法,资料内容包括洪峰流量Qm及最大1日洪量W1、最大3日洪量W3及最大7日洪量W7。
据山西省暴雨洪水调查资料,岚漪河流域在1905年发生了一次特大洪水,岢岚站洪峰流量为923m3/s,裴家川站洪峰流量为1966m3/s。
在实测资料中,1967年8月10日岚漪河流域发生了一次大洪水,岢岚站洪峰流量为339m3/s,裴家川站洪峰流量为2740m3/s。
裴家川站1967年洪水为1905年以来首位洪水,1905年洪水为第二位;岢岚站1905年洪水为1905年以来首位洪水,1967年洪水量级较小,与1961、1975年实测洪水接近,不作特大值处理。
在1905年至今,没有遗漏比1905年更大的洪水。
三、泥沙资料
岚漪河属于黄河的一级支流,流域内大都属于土石山区与黄土丘陵沟壑区,山高坡陡,侵蚀较为严重,是一条多沙河流。
并且也属于典型的丰水丰沙、少水少沙地区。
据岢岚、裴家川两水文站水文实测的悬移质泥沙资料系列,得到两水文站相应的年输沙量系列如表2-1。
由表2-1可知,裴家川站多年平均悬移质输沙量1207万t,流域内悬移质泥沙的多年平均侵蚀模数为5591t/km2;岢岚站多年平均悬移质输沙量294万t,岢岚站控制的流域内悬移质泥沙的多年平均侵蚀模数6176t/km2。
两站最大年输沙量、年平均输沙量相差悬殊很大。
汛期输沙量占年平均输沙量的99%。
表2-1岢岚、裴家川水文站年输砂量
年份
岢岚
裴家川
年份
岢岚
裴家川
1958年
2255.40
1972年
10.93
83.02
1959年
129.57
3876.42
1973年
894.23
1275.44
1960年
94.11
209.28
1974年
369.24
463.80
1961年
346.15
545.91
1975年
32.30
409.72
1962年
349.10
246.56
1976年
82.24
232.82
1963年
28.99
298.42
1977年
298.53
1519.31
1964年
136.77
1853.59
1978年
434.77
1128.45
1965年
15.38
81.92
1979年
164.12
118.33
1966年
694.21
2961.18
1980年
70.35
410.18
1967年
2193.11
8278.08
1981年
61.94
507.92
1968年
373.02
1759.54
1982年
20.54
515.61
1969年
297.04
1262.36
1983年
73.23
89.93
1970年
168.03
749.71
1984年
5.11
137.17
1971年
591.19
1537.06
1985年
17.11
991.40
第二节资料的代表性、可靠性分析
同原水文分析相比,本次水文计算资料系列相对较长,但仅用本区资料难以评价其系列的代表性,因此需借助于气候条件相似且具有更长系列的相邻流域的降水资料,对本流域的降水资料进行代表性分析。
根据《山西省吕梁地区水资源评价供需平衡及对策研究》(以下简称《对策研究》)的成果汇编(1988年)资料:
太原站降水资料的实测系列始于1916年,以本流域内的河口、魏家滩、裴家川三个雨量站降水系列与太原站的降水系列比较,采用累积曲线法和差积过程线法分析表明,两地间年雨量在1956年~1984年中,丰水、偏丰、平水、偏枯和枯水分类出现的频率、同步性,与太原站多年系列出现的情况非常接近,说明同步期对长系列有较好的代表性。
随着系列的继续加长,系列对总体的代表性会越来越好。
由此可以说明,本流域实测资料系列具有良好的代表性。
本流域内各水文站的径流、洪水及泥沙等资料均摘录于《水文年鉴》,并经核实无误,资料具有较高的可靠性。
第三节径流年内、年际分析
岢岚站的年径流资料见表2-2。
表2-2岢岚站年径流资料
岢岚站年径流资料(m3/s)
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
全年
年平均
59年
0.42
0.98
1.75
0.46
0.23
0.48
5.15
9.61
4.32
2.97
1.72
1.45
29.54
2.46
60年
1.12
1.31
1.15
0.89
0.74
0.41
0.86
0.72
0.85
0.88
0.44
0.42
9.79
0.82
61年
0.31
0.56
1.09
0.42
0.15
0.23
0.49
1.59
1.36
3.02
1.45
0.79
11.46
0.96
62年
0.65
0.82
1.25
0.68
0.46
0.63
2.18
0.8
0.52
0.51
0.42
0.31
9.23
0.77
63年
0.18
0.24
0.789
0.404
0.284
0.424
0.403
0.295
0.34
0.123
0.24
0.277
3.999
0.33
64年
0.26
0.21
0.91
0.47
0.3
0.31
1.07
1.96
2.91
2.48
1.84
0.84
13.56
1.13
65年
0.65
0.87
1.15
0.9
0.66
0.37
0.37
0.45
0.29
0.34
0.42
0.22
6.69
0.56
66年
0.18
0.22
0.62
0.35
0.09
0.03
1.3
2.9
0.61
0.55
0.35
0.33
7.53
0.63
67年
0.2
0.26
0.75
0.34
0.13
0.07
0.8
14.1
15
5.62
3.45
2.32
43.04
3.59
68年
1.46
1.61
2.42
1.21
0.8
0.75
1.81
2.19
1.07
1.3
0.79
0.71
16.12
1.34
69年
0.7
0.69
1.85
0.68
0.38
0.37
1.81
1.9
0.95
1.65
1.2
0.97
13.15
1.10
70年
0.66
0.73
1.08
1.41
0.46
0.41
1.04
1.51
1
0.75
0.46
0.47
9.98
0.83
71年
0.34
0.38
1.1
0.67
0.19
0.35
2.13
1.06
0.76
0.55
0.05
0.29
7.87
0.66
72年
0.34
0.36
1.03
0.24
0.12
0.05
0.05
0.16
0.1
0.19
0.26
0.16
3.06
0.26
73年
0.19
0.21
0.34
0.12
0.06
0.44
0.44
2.72
1.42
1.94
1.25
0.38
9.51
0.79
74年
0.35
0.39
0.42
0.53
0.44
0.25
1.75
0.93
0.56
0.45
0.35
0.18
6.6
0.55
75年
0.18
0.16
0.2
0.1
0.1
0.08
0.05
0.26
0.21
0.22
0.22
0.21
1.99
0.17
76年
0.2
0.26
0.24
0.29
0.12
0.06
0.44
0.45
0.41
0.3
0.24
0.3
3.31
0.28
77年
0.26
0.2
0.38
0.22
0.12
0.5
1.54
4.63
1.93
1.01
0.99
0.71
12.49
1.04
78年
0.64
0.65
0.82
0.66
0.25
0.56
0.32
1.72
4.31
2.15
1.58
0.86
14.52
1.21
79年
0.74
0.66
1.14
1.72
0.74
0.92
1.74
1.18
0.66
0.52
0.46
0.54
11.02
0.92
80年
0.41
0.33
0.63
0.77
0.32
0.23
0.86
0.66
0.57
0.38
0.33
0.27
5.76
0.48
81年
0.26
0.12
0.17
0.16
0.1
0.53
0.96
1.51
0.41
0.39
0.52
0.38
5.51
0.46
82年
0.19
0.27
0.33
0.38
0.37
0.27
0.34
1.16
0.65
0.39
0.48
0.35
5.18
0.43
83年
0.32
0.35
0.33
0.39
0.4
0.31
0.94
0.42
0.29
0.35
0.52
0.35
4.97
0.41
84年
0.19
0.2
0.3
0.67
0.44
0.43
0.39
0.31
0.28
0.24
0.19
0.1
3.74
0.31
85年
0.11
0.13
0.18
0.3
0.22
0.15
0.21
0.4
0.96
0.43
0.39
0.2
3.68
0.31
86年
0.15
0.16
0.26
0.4
0.09
0.19
0.25
0.13
0.08
0.12
0.14
0.08
2.05
0.17
87年
0.1
0.08
0.1
0.17
0.06
0.03
0.06
0.04
0.04
0.06
0.11
0.06
0.91
0.08
88年
0.08
0.09
0.19
0.25
0.03
0.1
2.63
3.81
1.57
1.14
0.7
0.44
11.03
0.92
89年
0.43
0.4
0.58
0.31
0.28
0.6
0.4
0.3
0.37
0.37
0.28
0.2
4.52
0.38
多年均值
0.78
Cv
0.77
Cs
1.54
利用各月径流量做出径流的年内变化曲线,由于年份过多,就不一一做出了,这里仅仅做出87-89年的径流量年内变化曲线见图2-1,2-1,2-3。
图2-1岢岚站87年径流量
图2-2岢岚站88年径流量
图2-3岢岚站89年径流量
由上图可知,每年的6-9月份径流量比较多,很大一部分原因是由于6-9月降雨量比较大,由降雨量引起的径流量较大。
再分别以年平均径流量和全年径流量做出岢岚站径流的年际变化曲线见图2-4和图2-5。
图2-4年平均径流量年际变化图
图2-5全年径流量年际变化图
由图2-4和2-5径流量年际变化图可知,自59年以来,各年的径流量总体上为下降状态,最可能的原因是人类活动导致径流量日益减少。
第四节洪水资料分析
岢岚站设计洪水的计算方法如图2-6:
图2-6岢岚站设计洪水
分别根据洪峰流量Qm、最大1日洪量W1、最大3日洪量W3及最大7日洪量W7的数据可以得到一系列经验频率点据,直接在DPS软件里面进行配线,调节理论频率曲线的CV和CS使得其与经验频率尽可能接近,可得设计洪水、校核洪水如表2-3。
表2-3设计洪水和校核洪水
Qm(m3/s)
W1
W3
W7
设计洪水
770.48
0.06
0.09
0.15
校核洪水
1468.45
0.09
0.14
0.39
水库的洪水资料见表2-4。
表2-4洪水过程线
序号
时间(h)
典型过程
0
0
0
1
7.5
102
2
8
130
3
9
288
4
10
595
5
11
1270
6
12
1900
7
12.25
2360
8
12.5
2190
9
13
2300
10
13.28
2740
11
13.75
2420
12
14
1860
13
16
1350
14
18
897
15
20
393
16
24
153
17
31.5
107
由此做出洪水过程线见图2-7。
图2-7洪水过程线
由上图可以很直观的看出,0时刻时,径流量为0,随着时间的增大,径流量先增大后减小再增大,最根本原因可能跟降雨量的大小有关。
第三章径流调节
径流调节是指借建造水利工程-坝和水库,来控制和重新分配河川径流的变化,人工地增加或减少某一时期的流量,来适应各用水部门的需要的这种措施。
包括兴利调节和洪水调节。
兴利调节是指为提高枯水期(枯水年)的供水量,满足灌溉、水力发电及城镇工业、生活用水航运等兴利部门要求而进行的调节。
洪水调节是指为削减洪峰流量,利用水库拦蓄洪水,以消除或减轻下游洪涝灾害的调节。
第一节水库特征
水库特性分为水库面积特性和水库容积特性。
水库面积曲线指水库水位与水面面积的关系曲线,水库容积曲线指水库水位与容积的关系曲线。
水位~库容特性曲线采用2003年3月实测成果,见表3-1。
表3-1水库特性曲线表
水位
m
985
987
989
991
993
995
997
999
1001
1003
1005
1007
1009
库容
万m3
0
10
29
58
96
142
188
248
315
382
460
547
645
面积
万m2
水位
m
1011
1013
1015
1017
1018
1019
1021
1023
1025
1027
1029
1031
1033
库容
万m3
745
850
985
1120
1185
1250
1400
1550
1720
1910
2110
2325
2535
面积
万m2
69
75
80
85
90
98
100
102
由此做出水库容积曲线和水库面积曲线分别见图3-1和图3-2。
图3-1水库容积曲线
图3-2水库面积曲线
第二节用水分析
水库的用水户主要为工业用水和农业用水两部分。
根据岢岚县政府发展规划,2015年该受益区工业用水500万m3,主要是焦化厂、水泥厂、炼铁厂等10多个县乡企业用水。
水库下游发展灌溉面积2.5万亩,以种植莜麦,玉米,谷子、薯类和蔬菜作物为主。
按照规划,根据灌水率图,灌水时间集中在3~9月,水库下游河道(渠道)水有效利用系数取0.35,计算得各月农业用水量,如表3-2。
表3-2水库下游各月农业需水量表(万m3)
月份
3
4
5
6
7
8
9
10
11
全年
用水
207
182
294
232
230
204
144
0
67
1561
又查资料可得该水库下游各月工业用水量为42万m3,由此可得该水库下游各月用水量见表3-3。
表3-3水库下游各月农业需水量表(万m3)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
农业用水
0
0
207
182
294
232
230
204
144
0
67
0
1561
工业用水
42
42
42
42
42
42
42
42
42
42
42
42
500
总用水量
42
42
249
224
336
274
272
246
186
42
109
42
2061
第三节水库的蒸发渗漏损失
本区水面蒸发标准按照《吕梁市第二次水资源评价》中的兴县气象站1980年~2000的平均成果,见表3-4。
表3-4兴县气象站1980年~2000年水面平均蒸发量表(mm)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
水面蒸发量
23.3
35.6
75.3
145.4
194
188.5
159.6
128.3
108.3
83.3
44.4
24.7
陆面蒸发量取450mm,按月均匀分配,各月陆面蒸发量为450/12=37.5mm,则各月总的蒸发量见表3-5。
表3-5兴县气象站1980年~2000年平均蒸发量表(mm)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
蒸发量
23.3
35.6
75.3
145.4
194
188.5
159.6
128.3
108.3
83.3
44.4
24.7
陆面蒸发量
37.5
37.5
37.5
37.5
37.5
37.5
37.5
37.5
37.5
37.5
37.5
37.
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