河流水文学课程设计说明书.docx
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河流水文学课程设计说明书
《河流水文学》
课程设计
一、设计任务
在太湖流域的西苕溪支流西溪上,拟修建一水库,因而要进行水库规划的水文水利计算,其具体任务是:
1.设计年径流及其年内分配
2.选择水库死水位。
3.选择正常蓄水位。
4.计算保证出力和多年平均发电量。
5.选择水电站装机容量。
6.推求各种洪水特征水位和确定大坝高程。
二、流域资料概况
1、流域和水库简介
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。
该水库为根治西苕溪流域水旱灾害骨干工程之一,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下图。
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。
2.水文气象资料
流域内有三个雨量站,分别从1956年、1961年和1962年开始观测到今。
在坝址下游1公里处设有水文站,自1954年开始有观测的流量资料,见附表1.
根据调查1922年9月1日在坝址附近发生一场大洪水,推算得水文站洪峰流量为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。
附表1
年份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1979
3.161
3.058
2.693
4.155
20.501
52.131
29.015
8.918
33.462
4.316
2.226
2.148
1980
3.255
3.271
6.561
19.173
32.910
66.589
77.026
101.313
11.302
30.839
7.174
6.213
1981
3.649
4.412
6.983
32.237
27.732
31.082
8.117
10.633
4.550
5.214
9.483
3.493
1982
2.146
5.844
11.800
20.584
31.259
56.152
23.085
45.181
41.248
16.310
25.843
10.531
1983
8.611
7.378
7.554
27.135
37.841
45.727
93.346
21.804
27.685
22.662
11.957
4.447
1984
3.084
2.197
2.859
11.302
25.285
44.051
39.008
26.112
13.422
28.077
6.839
11.643
1985
4.816
5.868
16.010
23.515
28.975
30.283
30.537
9.671
7.511
6.473
10.940
6.786
1986
5.761
6.088
7.784
22.720
21.320
46.368
62.882
11.176
10.222
5.755
6.064
4.715
1987
4.442
2.864
3.331
16.390
32.048
44.418
57.874
42.860
16.003
25.863
9.911
5.013
1988
4.517
3.153
6.291
4.056
24.143
23.690
11.712
19.595
45.566
7.260
3.660
2.787
1989
2.784
6.483
17.864
46.993
22.041
36.722
15.901
8.686
28.489
23.577
26.261
7.412
1990
5.903
11.001
21.348
22.825
33.835
38.491
26.942
5.932
3.565
7.271
15.110
5.159
1991
7.016
10.223
15.313
15.969
40.662
31.634
86.052
22.954
17.746
5.781
3.236
3.147
1992
2.281
4.113
16.073
15.974
35.310
38.006
20.979
7.544
5.949
4.527
2.744
2.739
1993
6.628
9.841
13.108
16.996
26.622
26.083
65.527
65.171
20.314
11.544
19.385
7.960
1994
4.362
3.591
5.011
19.703
14.674
33.676
12.359
5.646
8.238
18.362
10.120
14.535
1995
11.016
12.596
7.929
19.355
35.838
74.012
43.274
30.182
7.188
21.091
7.023
4.094
1996
4.256
3.301
6.634
10.191
23.110
62.849
92.909
22.791
22.324
18.579
28.359
5.810
1997
4.864
10.555
13.352
29.268
20.711
19.376
32.870
12.689
7.285
8.235
6.278
8.356
1998
8.280
7.139
18.456
29.304
48.319
34.195
81.691
70.529
12.943
11.825
4.981
3.389
1999
3.238
2.332
2.081
23.192
27.200
86.893
71.701
17.050
15.615
8.613
18.679
5.651
2000
5.308
6.808
10.789
9.879
10.670
45.421
23.980
25.289
13.724
32.885
10.740
10.856
三、设计年径流及其年内分配
1、设计年径流量计算
①进行年径流量频率计算
②绘制年径流频率曲线(见附表2、3),查出频率为10%、50%、90%的丰、平、枯年份的年径流量,即为设计年径流量
2、设计年径流的年内分配
①根据年、月径流资料和代表年的选择原则及由频率曲线查得的结果确定丰、中、枯三个代表年
②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(见附表4)
附表2
附表3
《径流频率曲线》计算成果
拟合度0.956115
样本均值Ex=19.76
变差系数Cv=0.29
偏态系数Cs=0.76
倍比系数Cs/Cv=2.62
序号mm频率(%)
130.634.35
226.318.70
325.4013.04
425.0617.39
524.7921.74
624.4826.09
722.7130.43
822.0334.78
921.3539.13
1021.1943.48
1120.8047.83
1219.3752.17
1316.8256.52
1416.0360.87
1515.9765.22
1614.9169.57
1714.5373.91
1814.1678.26
1914.1382.61
2014.0786.96
2113.6191.30
2212.6995.65
标准频率对应的设计值
频率(%)设计值
0.00157.43
0.0150.76
0.033347.15
0.0545.91
0.143.75
0.241.55
0.333339.88
0.538.54
136.17
233.71
3.333331.82
530.25
1027.41
2024.25
2523.13
3022.16
4020.50
5019.04
6017.68
7016.32
7515.61
8014.85
8514.02
9013.04
9511.72
9710.95
999.66
99.97.92
99.996.87
99.9996.19
附表4
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
年平均
设计年平均
K值
1996(丰)
10.19
23.11
62.85
92.91
22.79
22.32
18.58
28.36
5.81
4.86
10.56
13.35
26.31
27.41
1.04
设计流量
10.62
24.08
65.48
96.80
23.75
23.26
19.36
29.55
6.05
5.07
11.00
13.91
27.41
1984(平)
11.30
25.29
44.05
39.01
26.11
13.42
28.08
6.84
11.64
4.82
5.87
16.01
19.37
19.04
0.98
设计流量
11.11
24.85
43.30
38.34
25.67
13.19
27.60
6.72
11.44
4.73
5.77
15.74
19.04
1981(枯)
32.24
27.73
31.08
8.12
10.63
4.55
5.21
9.48
3.49
2.15
5.84
11.80
12.69
13.04
1.03
设计流量
33.12
28.49
31.93
8.34
10.92
4.67
5.36
9.74
3.59
2.20
6.00
12.12
13.04
四、水库死水位选择
1、由泥沙淤积计算
根据泥沙年淤积量公式确定泥沙淤积死水位(见附表5、6)。
2、由水轮机运行允许最低水头计算死库容(见附表7、8)
3、死水位确定
在泥沙淤积确定的死水位及水轮机运行允许最低水头确定的死水位中选择较大者,定为最终死水位,即泥沙淤积确定的死水位:
67.41m
附表5
年均年径流量
泥沙沉积率
孔隙率
泥沙颗粒干容重
年均淤沙容积
总淤沙容积
淤积水位
最终水位
水库死水位
W。
(m3)
m
Φ
γ(kg/m3)
V。
(m3/年)
V(m3)
h(m)
H(m)
H。
(m)
617.93
90%
0.3
1650
0.13
13.12
65.41
67.41
67.41
附表6
附表7
流量(m3/s)
流量水位(m)
最终水位(m)
13.04
46.85
63.35
附表8
五、正常水位的选择(附表9—12)
(1)设计保证率为90%,则选取枯水年对应的年内分配为来水量
(2)兴利要求调节流量不低于4.5m³/s,则将用水量定为4.5m³/s
(3)来水量减去用水量得余水量或缺水量
(4)求得总缺水量,其绝对值即为兴利用水量,即3.21m³/s
(5)根据(4)中求得的结果确定各月份末水库的蓄水量及弃水量
(6)根据(4)中求得的结果可计算得兴利库容为8.44百万m³
(7)根据水位库容曲线查得死库容为9.11百万m³
(8)死库容加上兴利库容得正常蓄水位所对应的库容:
17.55百万m³
(9)根据(8)中求得的结果及水位库容曲线查得正常蓄水位为68.50m
附表9
用水量
余水(+)或缺水(-)
时段末水库蓄水量
弃水
水库运用状态
兴利库容
4.5
1.50
1.50
蓄水(库空)
8.44
4.5
7.62
3.21
5.91
弃水(库满)
4.5
28.62
3.21
28.62
。
。
4.5
23.99
3.21
23.99
。
。
4.5
27.43
3.21
27.43
。
。
4.5
3.84
3.21
3.84
。
。
4.5
6.42
3.21
6.42
。
。
4.5
0.17
3.21
0.17
。
。
4.5
0.86
3.21
0.86
。
。
4.5
5.24
3.21
5.24
。
。
4.5
-0.91
2.30
供水
4.5
-2.30
(库空)
54
102.48
102.48
0
水量平衡
附表10
附表11
死水位
死库容
兴利库容
正常蓄水位对应库容
正常蓄水位
H。
(m)
V1(百万m3)
V2(百万m3)
V3(百万m3)
H(m)
67.41
9.11
8.44
17.55
68.50
附表12
六、装机容量及多年平均发电量
1、选取丰水年对应的年内分配进行水能计算(附表13—15)
(1)根据来水量及兴利用水量,对发电用水进行调试,确定12~1月为供水期,7月为蓄水期
(2)根据天然来水量及发电用水量求得各月份余水量及不足水量
(3)根据水库死库容、各月天然来水入库量及水库放水量确定月末水库蓄水量,并求得月平均蓄水量
(4)根据月平均蓄水量及水位容积曲线求得月平均水位
(5)根据发电用水量及水位流量曲线求得下游水位
(6)月平均水位减去下游水位及预留水头损失(0.5m)即得到水头差
(7)出力系数为7.5,则根据水电站出力公式计算出各月的水流出力
2、用同样的方法对平水年和枯水年进行出力计算(附表16—21)
3、取设计枯水年供水期的平均出力为保证出力
保证出力为45.66kW
4、装机利用小时数法计算装机容量
(1)将丰、平、枯三年(36个月)的出力列入表中,进行经验频率计算,并将其视作一年的出力情况进行持续时间的计算
(2)绘制年平均出力频率曲线及年平均出力历时曲线(见附表22、23、24)
(3)计算出力增量,即每行的出力减去下一行出力,最后一行出力即为本行出力值
(4)计算平均持续时间,即每行的持续时间与下一行持续时间的均值,最后一行持续时间即为本行平均持续时间
(5)计算电量增量,即出力增量乘以平均持续时间
(6)计算累计电量,最后一行出力即为本行累计电量,然后将本行累计电量加上上一行的电量增量即为本行的累计电量(本列数据由下向上计算)
(7)将累计电量除以出力即得年利用小时数
(8)利用调试法求得当年利用小时数为3440h时,装机容量为5360kW,但是,由于单机容量为1250kW,所以,装机容量为6250kW,此时多年平均发电量为1875万kW•h,相应地,年利用小时数变为3000h
附表13
余水量
不足水量
月份
天然来水(m3/s)
发电用水(m3/s)
流量(m3/s)
水量(百万m3)
流量(m3/s)
水量(百万m3)
月末水库蓄水(百万m3)
平均蓄水(百万m3)
月平均水位(m)
下游水位(m)
水头(m)
出力(kW)
1
9.11
2
11.00
11.00
9.11
9.11
60.56
46.76
13.30
1096.75
3
13.91
13.91
9.11
9.11
60.56
46.89
13.16
1373.16
4
10.62
10.62
9.11
9.11
60.56
46.74
13.31
1060.54
5
24.08
24.08
9.11
9.11
60.56
47.37
12.69
2290.77
6
65.48
65.48
9.11
9.11
60.56
49.31
10.75
5278.25
7
96.80
93.59
3.21
8.44
17.55
13.33
62.67
50.62
11.54
8101.68
8
23.75
23.75
17.55
17.55
64.78
47.35
16.92
3013.52
9
23.26
23.26
17.55
17.55
64.78
47.33
16.94
2955.74
10
19.36
19.36
17.55
17.55
64.78
47.15
17.13
2486.41
11
29.55
29.55
17.55
17.55
64.78
47.63
16.65
3689.57
12
6.05
7.17
1.12
2.94
14.61
16.08
64.04
46.58
16.96
912.11
1
5.07
7.16
2.09
5.50
9.11
11.86
61.93
46.58
14.85
797.58
1、库容单位转换
8.44百万立方米
=
3.21
m3/s.月
2、供水期为12~1月
来水量
=
11.12
m3/s.月
3、供水期调节流量
=
7.17
m3/s.月
4、确认供水
5、蓄水期为7月
来水量
=
96.80
m3/s.月
6、蓄水期调节流量
=
93.59
m3/s.月
7、确认蓄水
附:
水库死库容
9.11百万立方米
附表14
附表15
附表16
余水量
不足水量
月份
天然来水(m3/s)
发电用水(m3/s)
流量(m3/s)
水量(百万m3)
流量(m3/s)
水量(百万m3)
月末水库蓄水(百万m3)
平均蓄水(百万m3)
月平均水位(m)
下游水位(m)
水头(m)
出力(kW)
1
9.11
3
15.74
15.74
9.11
9.11
60.56
46.98
13.08
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4
11.11
11.11
9.11
9.11
60.56
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5
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24.85
9.11
9.11
60.56
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6
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724.30
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