水文学 案例分析.docx

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水文学案例分析

水wen学案例分析

12-1青年水库为年调节水库，以下述资料用时历法（计入损失），试求水库兴利库容、设计蓄水位及其蓄水、弃水过程。

1）坝址断面设计苦水年（P=90%）流量过程见表12-15.

设计枯水流量过程

表12-15

月份

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

流量

9.87

11.98

10.80

30.90

6.19

5.90

16.34

6.79

5.19

1.71

0.69

4.16

（2）用水部门设计枯水年需水要求见表12-16。

设计枯水年需水过程

表12-16

月份

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

灌溉用水

0

0

0.17

2.13

0.91

4.38

3.10

0.07

0.82

0

0

0

发电用水

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

6.62

共计

6.62

6.62

6.79

8.75

7.53

11.00

9.72

6.69

7.44

6.62

6.62

6.62

（3）水库水位～面积，水位～容积曲线见表12-17。

水库水位～容积、水位～面积关系

表12-17

水位

（

）

95

100

102

104

106

108

111

112

114

水面面积（

）

0.056

0.075

0.084

0.088

0.096

0.103

0.113

0.112

0.133

水库容积（

）

0.45

0.78

0.95

1.10

1.28

1.48

1.71

1.94

2．20

（4）蒸发损失标准见表12-18。

水库蒸发损失标准

表12-18

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

蒸发损失

1.09

1.65

5.10

7.33

6.10

9.70

17.5

7.70

10.60

5.45

2.85

2.06

（5）水库每月渗漏损失按月平均蓄水量的1%计。

（6）水库设计死水位

。

（7）下游水位变化不大，平均为86.0m。

解：

（1）首先不考虑水量损失，计算各时段的蓄水量。

将水库的来水和用水过程以月为时段，按水利年度列于表格第

（1）、（3）、（5）栏，由时段水量平衡方程计算各时段水库的余水量和缺水量列于表格第（6）、（7）栏，可得

，则可确定库容为

。

（2）计算各时段平均蓄水量

，即各时段初，月末蓄水量平均值（10）栏。

（3）计算各时段平均水面面积

。

可由第（10）栏

查水库容积曲线和面积曲线，得各月的

，列于第（11）栏。

（4）由当年实测蒸发资料计算所得的蒸发损失标准，列于表第（12）。

（5）由蒸发标准乘以月平均水面面积得蒸发损失量，列于第（13）栏。

（6）根据库区的地质情况，决定渗漏标准，填于第（14）栏。

（7）用月末平均蓄水量乘以渗漏标准得渗漏损失水量，填于第（15）栏。

（8）蒸发损失加上渗漏损失的和，为总水量损失，填于（16）栏。

（9）不计损失的用水量加上总水量损失的和为总出库水量，填于第（17）栏。

（10）用来水量和考虑损失的用水量进行平衡计算，余水填于（18）栏，缺水填于第（19）栏。

（11）累计各连续时段的余、缺水量，得

，得库容

。

（12）由于

，则

。

在水库水位、容积水位容积曲线上查得水位为

。

（13）求出各时段水库蓄水量填于（20）栏和弃水量（21）栏。

（13）检查计算结果是否有误。

根据水量平衡原理，应有

。

本题中：

说明计算无误。

12-2按习题12-1的资料和推求的水库兴利库容、设计蓄水位，不计水头损失，用列表法推求保证出力和设计枯水年的年发电量。

a，将习题12-1题中的来水量列于第

（2）栏，发电用水列于第（3）栏，月末水库蓄水列于第（4）栏，由水库水位、容积曲线和月平均=蓄水量查得月平均水位列于第（5）栏，将下游平均水位列于第（6）栏，用月平均水位减去下游水位得水头列于第（7）栏，计算水库的平均出力列于第（8）栏。

本题中用公式N=A*Q*H静A取8来水取表中用水流量。

例如：

2月份N=8*16.5*6.62=874

1-12月份以此类推，列表如下。

b，计算保证出力。

供水期的平均出力即为保证出力

C，计算年发电量。

第（8）栏的平均值就是此年的平均出力，

；将其乘以一年的小时数，即为此年的发电量

。

配图如下：

天福庙水库防洪复核设计

一、设计任务

天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降1.06%，总库容6367万m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。

天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，已运行近30年。

1975年技术设计时，水文系列年限仅20年，系列太短，也缺乏大洪水的资料。

本次课程设计的任务，是在延长基本资料的基础上，按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核，其具体任务是：

1．选择水库防洪标准。

2．历史洪水调查分析及洪量插补。

3．设计洪水和校核洪水的计算。

4．调洪计算。

5．坝顶高程复核。

二、流域自然地理概况，流域水文气象特性

（一）流域及工程概况

天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降10.6‰，总库容6367万m2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。

天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，大坝为浆砌石双曲拱坝，坝前河底高程348m，坝高63.3m，电站总装机6040kw。

水库死水位378m，死库容714万m3，正常蓄水位409m，相应库容6032万m3。

设计洪水位（P=2%）409.28m,校核（P=0.2%）洪水位409.28m，坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。

库区吹程1000m。

（二）水文气象资料

1.气象特征。

天福庙流域地处亚热带季风区，四季分明，夏季炎热多雨，冬季低温少雨，秋温高于春温，春雨多于秋雨，气温年内变化较大，无霜期长。

多年平均气温16.8℃，历年最高气温达40℃，最低气温-12℃，平均风速1.2m/s,多年平均最大风速15.5m/s，风向多为NE。

流域多年平均降水量1036.3mm，流域暴雨频繁，洪水多发，4-10月为汛期，汛期降雨量占全年降雨量的86.7%左右，尤其以7月最大，占全年的19.5%。

月降雨量最少是12月，仅占全年的1.3%。

2.水文测站。

黄柏河干流上1958年设立池湾河水文站，1971年设立小溪塔水文站，1961年在东支设立分乡水文站。

天福庙水库建成后，先后开展了降雨、水位、泄流观测，有比较完整的运行资料。

分乡水文站是重要的参证站，控制流域面积1083.0km2。

3.分乡站历史洪水。

根据1982年省雨洪办对宜昌市历史洪水调查成果的审定结果，分乡站洪水的排位为1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，资料可靠，可直接采用。

经审定认为，分乡站1935年洪水1826年以来的第1位，重现期为176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相当，分别确定为1826年以来的地2-4位，1958年洪水为1826年以来的地5位。

分乡站历史洪水成果见表KS1—1。

表KS1—1分乡站历史洪水成果

序号

年份

洪峰流量（m3/s）

1d洪量

（×108m3）

3d洪量

（×108m3）

重现期

备注

1

1935

4683

1.0268

1.5302

176

2

1984

3739

1.0738

1.6664

3

1826

不能定量

4

1930

不能定量

5

1958

2820

1.2201

1.9500

三、防洪标准选择

水利水电枢纽工程的等级

工程等级

水库

防洪

治涝

灌溉

供水

水电站

工程规模

总库容

（×108m3）

城镇及工矿企业的重要性

保护农田

（万亩）

治涝面积

（万亩）

灌溉面积

（万亩）

城镇及工矿企业的重要性

装机容量

（×104kw）

一

大

（1）型

>10

特别重要

〉500

>200

〉150

特别重要

〉120

二

大

（2）型

10～1.0

重要

500～100

200～60

150～50

重要

120～30

三

中型

1.0～0.10

中等

100～30

60～15

50～5

中等

30～5

四

小

（1）型

0.10～0.01

一般

30～5

15～3

5～0.5

一般

5～1

五

小

（2）型

0.01～0.001

<5

〈3

〈0.5

〈1

水库工程建筑物防洪标准

水工建筑物的类别

防洪标准[重现期（年）]

山区、丘陵区

平原区、滨海区

设计

校核

设计

校核

混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑

土坝、堆石坝

一

1000～500

5000～2000

可能最大洪水（PFM）或

10000～5000

300～100

2000～1000

二

500～100

2000～1000

5000～2000

100～50

1000～300

三

100～50

1000～500

2000～1000

50～20

300～100

四

50～30

500～200

1000～300

20～10

100～50

五

30～20

200～100

3000～200

10

50～20

依据天福庙库容量，根据《防洪标准》GB50201-94查得天福庙水库工程等级为三级，其防洪标准为：

设计T=50年，校核T=500年。

四、峰、量选样及历史洪水调查

1、天福庙水库坝址1959—1977年峰、量系列更具分乡站资料换算得到，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积的一次方换算。

2、天福庙坝址1978—2001峰、量系列直接采用天福庙入库洪水计算。

3、分乡站历史洪水换算天福庙水库峰量根据1978—2001年峰量关系得1d，3d洪量（见表格）。

天福庙水库洪峰、洪量系列

年份

洪峰Qm（m3/s）

1d洪量W1（108m3）

3d洪量W3（108m3）

年份

洪峰Qm（m3/s）

1d洪量W1（108m3）

3d洪量W3（108m3）

1958

1803

0.6237

0.9968

1980

571

0.1725

0.2092

1959

131

0.0434

0.0664

1981

126

0.0841

0.1241

1960

266

0.0921

0.1380

1982

582

0.2127

0.3172

1961

200

0.0664

0.1023

1983

437

0.2124

0.3223

1962

640

0.1999

0.2924

1984

2389

0.5489

0.8518

1963

1036

0.3727

0.5725

1985

121

0.0613

0.1307

1964

452

0.1314

0.1314

1986

218

0.0979

0.1924

1965

519

0.1452

0.2300

1987

438

0.1677

0.2864

1966

189

0.0817

0.1253

1988

222

0.1154

0.1790

1967

774

0.1876

0.2852

1989

592

0.2229

0.3189

1968

838

0.2832

0.6594

1990

634

0.1209

0.1790

1969

428

0.1514

0.2213

1991

804

0.2334

0.3158

1970

598

0.2233

0.3103

1992

851

0.2635

0.3288

1971

389

0.1681

0.2877

1993

425

0.1195

0.1824

1972

64

0.0363

0.0797

1994

167

0.1177

0.2131

1973

445

0.1457

0.2233

1995

261

0.0985

0.1860

1974

240

0.0813

0.1589

1996

487

0.2341

0.4334

1975

848

0.1483

0.2480

1997

544

0.1383

0.3186

1976

272

0.0931

0.1380

1998

974

0.2262

0.4135

1977

162

0.0915

0.1795

1999

170

0.0734

0.1686

1978

299

0.1525

0.2812

2000

613

0.2113

0.3157

1979

634

0.2880

0.5393

2001

471

0.1913

0.2986

1958

1803

0.6237

0.9968

1980

571

0.1725

0.2092

1979-2001年峰、量相关关系

五、设计洪水计算

时段

△t=1h

流量

m3/s

时段

△t=1h

流量

m3/s

时段

△t=1h

流量

m3/s

时段

△t=1h

流量

m3/s

0

96.6

19

216.3

36

45.2

55

24.8

1

572

20

183.5

37

44.2

56

24.2

2

1085

21

156

38

43.5

57

23.5

3

1345

22

138

39

41.7

58

22.8

4

1568

23

121

40

40

59

22.1

5

1791

24

103.9

41

38.3

60

21.5

6

2090

25

108.4

42

36.6

61

20.6

7

2389

26

91.5

43

34.8

62

19.3

8

2138.7

27

83.5

44

33.1

63

18.2

9

1465.5

28

68.6

45

32.2

64

17.3

10

1005.1

29

53.3

46

31.3

65

16.1

11

768.8

30

40.9

47

30.4

66

15.3

12

494.3

31

51

48

29.5

67

14.4

13

584.9

32

61

49

28.7

68

13.5

14

421.2

33

54.8

50

27.8

69

12.6

15

358.7

34

48.5

51

27.2

70

11.8

16

344.8

35

46.3

52

26.6

71

11

17

313.7

36

45.2

53

26

72

10.6

18

232.5

37

44.2

54

35.4

洪峰流量

经验频率计算

按数量大小排序

=

=

=

年份

Qm

m3/s

M1

P1

M2

P2

m

P3

1935

2992

1

0.57

1984

2389

2

1.136

1826

2

1.705

1930

2

2.273

1958

1803

3

2.841

1963

1036

3

6.70

1998

974

4

8.90

1992

851

5

11.10

1975

848

6

13.30

1968

838

7

15.50

1991

804

8

17.70

1967

774

9

19.90

1962

640

10

22.10

1979

634

11

24.30

1990

634

12

26.50

2000

613

13

28.70

1970

598

14

30.90

1999

592

15

33.10

1982

582

16

35.30

1980

571

17

37.50

1997

544

18

39.70

1965

519

19

41.90

1996

487

20

44.10

2001

471

21

46.30

1964

452

22

48.50

1973

445

23

50.70

1987

438

24

52.90

1983

437

25

55.10

1969

428

26

57.30

1993

425

27

59.50

1971

389

28

61.70

1978

299

29

63.90

1976

272

30

66.10

1960

266

31

68.30

1995

261

32

70.50

1974

240

33

72.70

1988

222

34

74.90

1986

218

35

77.10

1961

200

36

79.30

1966

189

37

81.50

1999

170

38

83.70

1994

167

39

85.90

1977

162

40

88.10

1959

131

41

90.30

1981

126

42

92.50

1985

121

43

94.70

1972

64

44

96.90

流量根据公式：

=

，

=

，

=

计算。

由公式计算理论频率曲线的统计参数

Q平均=1/N∑Qi=548.80m3/s

Cv=0.91

Cs=2.67Cv=2.43

由查频率曲线方法得1826年，1930年的洪峰流量分别为2296m3/s和2059m3/s。

P=0.2%时的校核洪峰Q0.2%=Q平均（φ0.2%Cv+1）=3360.47m3/s，P=0.2%时的洪峰流量3200m3/s。

1d洪量的相关数据

序号

系列值

频率

序号

系列值

频率

1

0.6785

0.0057

24

0.1483

0.507

2

0.6237

0.011

25

0.1457

0.529

3

0.5489

0.017

26

0.1452

0.551

4

0.3727

0.067

27

0.1383

0.573

5

0.288

0.089

28

0.1314

0.595

6

0.2832

0.111

29

0.1209

0.617

7

0.2635

0.133

30

0.1195

0.639

8

0.2341

0.155

31

0.1177

0.661

9

0.2334

0.177

32

0.1154

0.683

10

0.2262

0.199

33

0.0985

0.705

11

0.2233

0.221

34

0.0979

0.727

12

0.2229

0.243

35

0.0931

0.749

13

0.2127

0.265

36

0.0921

0.771

14

0.2124

0.287

37

0.0915

0.793

15

0.2113

0.309

38

0.0841

0.815

16

0.1999

0.331

39

0.0817

0.837

17

0.1913

0.353

40

0.0813

0.859

18

0.1876

0.375

41

0.0734

0.881

19

0.1725

0.397

42

0.0664

0.903

20

0.1681

0.419

43

0.0613

0.925

21

0.1677

0.441

44

0.0434

0.947

22

0.1525

0.463

45

0.0363

0.969

23

0.1514

0.485

W平均=

1/n∑Wi=0.19×108m3

Cv=0.72

Cs=2.96Cv=2.13

由曲线图可知，p=0.2%时的校核流量Wp=W平均×（φ0.2%Cv+1）=9.6×107m3

p=0.2%时所对应的1d的洪量为0.95×108m3。

3d洪量的相关数据

序号

峰量

频率

序号

峰量

频率

1

1.0457

0.0057

24

0.23

0.51

2

0.9668

0.011

25

0.2233

0.53

3

0.8518

0.017

26

0.2223

0.55

4

0.6594

0.07

27

0.2213

0.57

5

0.5725

0.09

28

0.2131

0.6

6

0.5393

0.11

29

0.2092

0.62

7

0.4334

0.13

30

0.1924

0.64

8

0.4135

0.16

31

0.186

0.66

9

0.3288

0.18

32

0.1824

0.68

10

0.3223

0.2

33

0