洪水调节课程设计.docx
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洪水调节课程设计
《洪水调节课程设计》说明书
一、设计目的
1、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;
2、掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点;
3、了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题;
4、培养学生分析问题、解决问题的能力。
二、设计基本资料
法官泉水库是一座以灌溉为主的小
(一)型水库,位于夷陵城区东北20公里处的龙泉镇法官泉村,水库拦截长江北岸柏临河的支流杨柳河,水库原设计总库容407万m3,其中兴利库容337万m3,死库容15万m3。
挡水建筑物为心墙代料土坝,水库设有溢洪道一座,土质溢洪道。
为无闸控制的开敞式宽顶堰。
堰顶高程167.9m,下游无防汛要求。
溢流堰宽度60.2m。
本工程采用溢洪道泄洪,为无闸门控制,当水位达到溢流堰顶高程,下泄流量q随水库水位z的升高而增大,流态为自由流态。
三、设计任务及步骤
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。
具体步骤:
1、根据工程规模和建筑物的等级,确定相应的洪水标准;
2、用列表试算法进行调洪演算:
a)根据已知水库水位容积关系曲线V~Z和泄洪建筑物方案,用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线q~Z,并将V~Z,q~Z绘制在图上;
b)决定开始计算时刻和此时的q1、V1,然后列表试算,试算过程中,对每一时段的q2、V2进行试算;
c)将计算结果绘成曲线:
Q~t、q~t在一张图上,Z~t曲线绘制在下方。
3、用半图解法进行调洪计算:
a)绘制两条曲线:
V/△t+q/2=f2(z)、q=f(z);
b)进行图解计算,将结果列成表格。
4、比较分析试算法和半图解法调洪计算的成果
四、设计成果
1、法官泉水库是一座以灌溉为主的小
(一)型水库,挡水建筑物为心墙代料土坝。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),法官泉水库设计洪水重现期为50~30年,校核洪水重现期为1000~300,故选择频率为3.33%的洪水为设计洪水,选择频率为0.33%的洪水为校核洪水;
2、用列表试算法进行调洪演算:
a)根据已知水库水位容积关系曲线V~Z和泄洪建筑物方案,用水力学公式求出下泄流量与库容关系曲线q~V(如图1所示),并将V~Z,q~Z绘制在图上(如图2所示),;
堰顶溢流公式:
根据已知的库容曲线表(见表1),利用堰顶溢流公式得下泄流量q与库容V的关系(见表2)。
表1法官泉水库库容曲线表
序号
水位(m)
库容(万m³)
1
162
196.2
2
163
221.084
3
164
247.979
4
165
277.015
5
166
307.904
6
167
339.935
7
168
374.471
8
169
411.331
9
170
449.614
表2法官泉水库q-V计算表
水位Z(m)
167.9
168
168.5
169
169.5
170
堰顶高程(m)
0
0.1
0.6
1.1
1.6
2.1
下泄流量q(m³/s)
0.000
2.950
43.353
107.617
188.787
283.871
库容V(万m³)
371.0174
374.471
392.901
411.331
430.4725
449.614
b)首先进行设计洪水的计算,选取P=3.33%的洪水为设计洪水。
试算的基本步骤如下:
①分析调洪开始时的起始条件,即起调水位和与之相应的库容、下泄流量。
②从调洪开始,试算各时段末的q2、V2。
对于第一时段,Q1、Q2、q1、V1及△t均为已知,假设q2,可由水量平衡方程求得V2,由V2在q-V关系曲线上又可查得q’2,若两者相等,假设的q2即为所求。
否则,应重设,重复上述计算过程,直到两者相等为止。
这样,求得的q2、V2,又是下一时段的q1、V1。
以此类推,直到调度期末,即得所需的下泄流量过程q~t。
同样的对P=0.33%的校核洪水进行试算。
试算结果如表3、4所示。
c)将计算结果绘成曲线:
Q~t、q~t在一张图上,Z~t曲线绘制在下方结果分别如图3、4所示。
表3法官泉设计洪水(P=3.33%)Q-tq-t试算法计算表
时段(Δt=1h)
入库洪水流量Q(m³/s)
平均入库流量
(m³/s)
水量
(万m³)
下泄流量q1(m³/s)
试算下泄流量q2
(m³/s)
V1(万m³)
V2(万m³)
试算下泄流量q2(m³/s)
时段平均下泄流量(m³/s)
时段下泄水量(万m³)
时段内水库存水量变化ΔV(万m³)
水库存水量
(万m³)
水库水位
Z(m)
0
0.4
167.900
1
1.8
1.10
0.396
0.00
0.29
371.017
371.361
0.29
0.15
0.052
0.344
371.361
167.910
2
4.3
3.05
1.098
0.29
1.03
371.361
372.222
1.03
0.66
0.238
0.860
372.222
167.935
3
6.5
5.40
1.944
1.03
2.19
372.222
373.586
2.19
1.61
0.580
1.364
373.586
167.974
4
8.3
7.40
2.664
2.19
3.58
373.586
375.211
3.58
2.89
1.039
1.625
375.211
168.021
5
10
9.15
3.294
3.58
5.07
375.211
376.948
5.07
4.33
1.557
1.737
376.948
168.072
6
12
11.00
3.96
5.07
6.65
376.948
378.799
6.65
5.86
2.110
1.850
378.799
168.125
7
13.5
12.75
4.59
6.65
8.27
378.799
380.703
8.27
7.46
2.686
1.904
380.703
168.180
8
17
15.25
5.49
8.27
10.13
380.703
382.881
10.13
9.20
3.312
2.178
382.881
168.244
9
22.1
19.55
7.038
10.13
12.64
382.881
385.821
12.64
11.39
4.099
2.939
385.821
168.329
10
32.3
27.20
9.792
12.64
16.52
385.821
390.364
16.52
14.58
5.249
4.543
390.364
168.460
11
79.4
55.85
20.106
16.52
27.00
390.364
402.636
27.01
21.76
7.834
12.272
402.636
168.816
12
93.8
86.60
31.176
27.00
87.76
402.636
413.155
87.76
57.38
20.657
10.519
413.155
169.049
13
79.3
86.55
31.158
87.76
87.07
413.155
412.844
87.07
87.42
31.469
-0.311
412.844
169.041
14
57.9
68.60
24.696
87.07
76.62
412.844
408.076
76.62
81.85
29.464
-4.768
408.076
168.912
15
39.5
48.70
17.532
76.62
60.82
408.076
400.869
60.82
68.72
24.739
-7.207
400.869
168.716
16
26.7
33.10
11.916
60.82
22.82
400.869
397.729
22.82
41.82
15.055
-3.139
397.729
168.673
17
18.8
22.75
8.19
22.82
22.80
397.729
397.708
22.80
22.81
8.212
-0.022
397.708
168.673
18
13.5
16.15
5.814
22.80
21.02
397.708
395.634
21.03
21.91
7.888
-2.074
395.634
168.613
19
10.4
11.95
4.302
21.02
18.61
395.634
392.803
18.61
19.82
7.133
-2.831
392.803
168.531
20
7.7
9.05
3.258
18.61
16.06
392.803
389.820
16.06
17.34
6.241
-2.983
389.820
168.444
21
5.7
6.70
2.412
16.06
13.57
389.820
386.899
13.56
14.82
5.333
-2.921
386.899
168.360
22
4.4
5.05
1.818
13.57
11.30
386.899
384.240
11.29
12.44
4.477
-2.659
384.240
168.283
23
3.5
3.95
1.422
11.30
9.34
384.240
381.947
9.34
10.32
3.715
-2.293
381.947
168.216
24
3.1
3.30
1.188
9.34
7.73
381.947
380.062
7.73
8.54
3.073
-1.885
380.062
168.162
表4法官泉校核洪水(P=0.33%)Q-tq-t试算法计算表
时段(t=1h)
入库洪水流量
Q
(m³/s)
时段平均入库流量
(m³/s)
时段入库水量(万m³)
下泄流量q1(m³/s)
试算下泄流量q2(m³/s)
V1(万m³)
V2(万m³)
试算下泄流量q2(m³/s)
时段平均下泄流量(m³/s)
时段下泄水量(万m³)
时段内水库存水量变化ΔV(万m³)
水库存水量(万m³)
水库水位Z(m)
0
0.5
167.900
1
3.1
1.80
0.648
0.00
0.48
371.017
371.579
0.48
0.24
0.086
0.562
371.579
167.916
2
11
7.05
2.538
0.48
2.23
371.579
373.629
2.23
1.36
0.488
2.050
373.629
167.976
3
14.3
12.65
4.554
2.23
5.01
373.629
376.880
5.01
3.62
1.303
3.251
376.880
168.070
4
17
15.65
5.634
5.01
7.84
376.880
380.201
7.84
6.43
2.313
3.321
380.201
168.166
5
16.8
16.90
6.084
7.84
10.26
380.201
383.027
10.26
9.05
3.258
2.826
383.027
168.248
6
19
17.90
6.444
10.26
12.29
383.027
385.412
12.29
11.28
4.059
2.385
385.412
168.317
7
21.2
20.10
7.236
12.29
14.37
385.412
387.849
14.38
13.33
4.799
2.437
387.849
168.387
8
26.1
23.65
8.514
14.37
16.85
387.849
390.744
16.85
15.61
5.620
2.894
390.744
168.471
9
25.2
25.65
9.234
16.85
19.19
390.744
393.490
19.19
18.02
6.487
2.747
393.490
168.551
10
39.8
32.50
11.7
19.19
22.74
393.490
397.643
22.74
20.97
7.547
4.153
397.643
168.671
11
50.6
45.20
16.272
22.74
28.73
397.643
404.650
28.73
25.74
9.265
7.007
404.650
168.819
12
84.3
67.45
24.282
28.73
79.60
404.650
409.433
79.60
54.17
19.499
4.783
409.433
168.949
13
274
179.15
64.494
79.60
169.53
409.433
429.084
169.52
124.57
44.843
19.651
429.084
169.482
14
132.5
203.25
73.17
169.53
206.30
429.084
434.604
206.31
187.92
67.649
5.521
434.604
169.631
15
58.2
95.35
34.326
206.30
92.23
434.604
415.195
92.23
149.27
53.735
-19.409
415.195
169.105
16
22.6
40.40
14.544
92.23
62.90
415.195
401.815
62.90
77.57
27.923
-13.379
401.815
168.742
17
13.2
17.90
6.444
62.90
19.19
401.815
393.483
19.19
41.05
14.776
-8.332
393.483
168.516
18
11.7
12.45
4.482
19.19
17.39
393.483
391.381
17.39
18.29
6.584
-2.102
391.381
168.490
19
12.6
12.15
4.374
17.39
16.00
391.381
389.745
16.00
16.70
6.010
-1.636
389.745
168.442
20
11.8
12.20
4.392
16.00
14.98
389.745
388.560
14.98
15.49
5.576
-1.184
388.560
168.408
21
11.3
11.55
4.158
14.98
14.07
388.560
387.489
14.07
14.53
5.229
-1.071
387.489
168.377
22
6.3
8.80
3.168
14.07
12.66
387.489
385.846
12.67
13.37
4.811
-1.643
385.846
168.329
23
4.9
5.60
2.016
12.66
10.78
385.846
383.643
10.78
11.72
4.219
-2.203
383.643
168.266
24
4.7
4.80
1.728
10.78
9.19
383.643
381.776
9.19
9.99
3.595
-1.867
381.776
168.212
3、用半图解法进行调洪计算:
半图解法的依据是水量平衡方程。
水量平衡方程写为
用
、
代入上式,整理得
由此式可以看出
是
的函数,可依据资料绘制两者的关系曲线。
a)绘制两条曲线:
V/△t+q/2=f2(z)、q=f(z);
利用V~Z和q~V曲线绘制所需的辅助曲线(见表5、图5).
表5法官泉辅助曲线计算表
水库水位Z(m)
总库容V'(万m³)
堰顶以上库容V(万m³)
V/Δt(m³/s)
q(m³/s)
q/2(m³/s)
V/Δt+q/2(m³/s)
167.9
371.0174
0.000
0.000
0
0.000
0.000
168
374.471
3.454
9.593
2.9498
1.475
11.068
168.5
392.901
21.884
60.788
43.353
21.677
82.464
169
411.331
40.314
111.982
107.617
53.809
165.791
169.5
430.4725
59.455
165.153
188.787
94.394
259.547
170
449.614
78.597
218.324
283.871
141.936
360.260
b)进行图解计算,将结果列成表格。
基本步骤如下:
对于第一时段,已知
、
和
,于是由
查图5得
,代入水量平衡方程求得
,以此查得
,同法依此类推,可求出其他时段的泄流量。
半图解法结果如下表和图。
表6法官泉水库设计洪水(P=3.33%)Q-tq-t半图解法计算表
时段Δt(h)
入库流量(m³/s)
平均入库流量(m³/s)
q1(m³/s)
V1/Δt+q1/2(m³/s)
V2/Δt+q2/2(m³/s)
q2(m³/s)
Z(m)
0
0.4
167.900
1
1.8
1.10
0.00
0.000
1.100
0.29
167.910
2
4.3
3.05
0.29
1.100
3.857
1.03
167.935
3
6.5
5.40
1.03
3.857
8.229
2.19
167.974
4
8.3
7.40
2.19
8.229
13.436
3.58
168.021
5
10
9.15
3.58
13.436
19.005
5.07
168.072
6
12
11.00
5.07
19.005
24.940
6.65
168.125
7
13.5
12.75
6.65
24.940
31.043
8.27
168.180
8
17
15.25
8.27
31.043
38.020
10.13
168.244
9
22.1
19.55
10.13
38.020
47.437
12.64
168.329
10
32.3
27.20
12.64
47.437
61.995
16.52
168.460
11
79.4
55.85
16.52
61.995
101.322
27.00
168.815
12
93.8
86.60
27.00
101.322
160.919
87.75
169.049
13
79.3
86.55
87.75
160.919
159.718
87.07
169.041
14
57.9
68.60
87.07
159.718
141.247
76.62
168.912
15
39.5
48.70
76.62
141.247
113.329
60.82
168.716
16
26.7
33.10
60.82
113.329
85.609
22.82
168.673
17
18.8
22.75
22.82
85.609
85.544
22.80
168.673
18
13.5
16.15
22.80
85.544
78.895
21.03
168.613
19
10.4
11.95
21.03
78.895
69.819
18.61
168.531
20
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