工程水文及水利计算课程设计.docx
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工程水文及水利计算课程设计
一、主要任务
课程设计的目的在于巩固所学基本理论知识,强化基本技能(包括图、表设计能力,数值计算能力,工程字书写能力,编写设计报告书能力,程序设计及计算机文字处理能力等)训练,提高分析问题、解决问题的能力,本课程设计以手工计算为主,结合上机实践,提高计算机应用能力。
本课程设计主要任务,是在水文分析与计算的基础上进行水利计算,为水利水电工程设计提供主要水文依据。
包括以下几方面。
(一)设计年径流计算
(二)设计洪水计算
(三)以灌溉为主水库兴利调节计算
(四)小型水电站水能调节计算
(五)规划设计水库防洪调节计算
二、基本资料
(一)某水库实测年径流资料系列表;
(二)某水库洪峰流量、时段洪量系列表;
(三)某水库典型洪水过程线表;
(四)某水库下游水位流量关系表;
(五)某水库特性资料表;
(六)某水库远景规划用水量及水量损失分配表;
三、工作要求
(一)设计年径流计算
根据附表1某水库实测年径流资料系列表进行设计年径流分析计算,得出该水库p=20%、50%、80%的设计来水过程线。
其中CS=2.0CV。
绘制不同频率来水过程直方图,要求绘于一张图上,以便于比较。
(二)设计洪水计算
根据表2、表3洪水资料分析计算,求得p=5%、1%、0.1%的设计洪水过程线。
此设计洪水作为水库入库洪水。
(三)以灌溉为主水库兴利调节计算
1.设计用水资料。
水库以灌溉为主,兼有少量发电,灌溉用水、水量损失资料见表1。
2.水库死水位的选择。
应根据远景规划灌溉要求综合分析选定。
为简化计算,选择规划设计推荐成果,取死水位Z死=304m,相应V死=92.3×106m3。
3.兴利调节方案选择。
第一方案,以灌溉为主,不考虑发电,计入损失列表法不完全年调节计算,求得所需要的兴利库容和水库蓄泄过程。
第二方案,灌溉余水全部发电,计入损失按完全年调节计算,求得所需要的兴利库容。
首先确定蓄、供水期,分别计算相应的调节流量,最后列表按完全年调节计算所需的兴利库容。
为简化计算,本水库灌溉期已定为5~9月,而9月分灌溉用水很少,可考虑放水发电,将余水按8个月平均分配到9~次年4月,各月发电用水量计算:
W电=(∑W来-∑W灌-∑W损)/8
第三方案,数理统计法多年调节计算。
首先计算多年库容,V多计算,已知P=80%,调节系数α取0.80,将Q年换算成多年平均来水量W,根据已知CV查普列什柯夫线解图得β值后即可计算V多。
V年计算,按WP=α×W计算设计来水量,年内分配取多年平均分配形式(见表1),远景要求灌溉余水全部用来发电,各月分配按第二方案,进行年调节计算。
4.方案比较。
将各种方案的特征水位绘制在库容曲线图上,分析比较推荐最优方案。
5.采用差积曲线法推求各种方案的V兴,并与列表法成果相对照。
6.绘制各种方案的水库水位(蓄水量)过程线图,要求绘在同一张图上,对照检查,综合分析。
表1水库灌溉用水、水量损失和径流年内分配表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
W灌(106m3)
78.1
76.0
71.8
19.4
3.7
249
W损(106m3)
1.1
1.2
1.7
0.6
1.6
0.8
0.7
0.7
0.8
1.0
0.9
0.9
12
径流年内分配(%)
0.7
0.4
1.1
9.3
16.3
14.8
17.4
18.5
8.9
6.9
4.1
1.6
100
(四)灌溉水库水能调节计算
1.水电站设计保证率选择。
本水库以灌溉为主,水电站设计保证率与灌溉设计标准相同,取P=80%计。
2.设计保证出力NP计算。
以P=80%设计来水、用水过程、水库下游水位流量关系(表4),计算设计保证出力NP。
可以兴利调节计算中的第一方案或第二方案的计算表为基础计算NP。
3.正常蓄水位选择。
正常蓄水位取兴利调节计算中第一方案或第二方案的的推荐成果,死水位假定308,按简化等流量调节计算。
绘制不同死水位与相应保证率及保证电能的关系曲线。
4.多年平均年发电量计算。
取P=50%的设计水平年型(见表2)计算多年平均年发电量。
表2水库设计年径流过程线表(m3/s)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
Q80%
1.53
1.30
2.64
20.5
15.0
15.0
17.6
40.1
22.5
10.0
4.3
2.1
12.7
Q50%
1.32
0.97
1.36
21.0
20.3
26.5
87.6
32.9
14.1
9.36
5.05
1.34
18.6
(五)水库防洪调节计算
1.水库泄洪建筑物类型与泄流量计算。
本水库拟设计开敞式溢洪道一座,另设有圆形灌溉输水洞一孔,汛期可参加泄洪。
(1)按Z限=Z堰=Z蓄确定溢洪道堰顶高程,Z蓄取用兴利调节计算推荐的方案。
(2)溢洪道泄流量q溢=MBH2/3,式中流量系数M取1.50计。
溢洪道净宽B取20m。
(3)输水洞泄流量q洞=μA√2gh式中μ取0.7计,A为输水洞过水断面面积,输水洞为圆形,直径1.6m,供灌溉、发电、泄洪用,输水洞中心高程取285.0m,h为洞前水深,按上游水位与输水洞中心高程计算。
某水库下游Z—q关系表
Z(m)
281.30
281.60
281.73
281.99
282.45
282.57
q(m3/s)
5.29
16.4
22.6
42.1
80.6
92.9
2.溢洪道无闸门控制水库防洪调节计算。
(1)计算绘制调洪工作曲线;
(2)采用半图解法(单辅助曲线法)对各种频率设计洪水作调洪演算;
(3)采用简化三角形法对各种频率设计洪水作调洪演算。
(4)在已绘入库设计洪水过程线图上绘出出库洪水过程线图;
(5)统计各种设计洪水的坝前最高水位及相应最大泄量。
将所求各种特征水位绘于水库特征曲线图上。
四、主要成果
(一)兴利调节计算
1、各种方案兴利调节计算表,水库蓄水过程线图。
方案一兴利调节计算表
月份
Q来(m3/s)
W来(106m3)
W灌(106m3)
W损(106m3)
W用(106m3)
W余(106m3)
W亏(106m3)
V末(106m3)
弃水(106m3)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
8
40.1
105.3
19.4
0.7
20.1
85.2
85.2
9
22.5
59.1
3.7
0.8
4.5
54.6
104.0
35.9
10
10.0
26.3
1
1
25.3
104.0
25.3
11
4.3
11.3
0.9
0.9
10.4
104.0
10.4
12
2.1
5.5
0.9
0.9
4.6
104.0
4.6
1
1.5
4.0
1.1
1.1
2.9
104.0
2.9
2
1.3
3.4
1.2
1.2
2.2
104.0
2.2
3
2.6
6.9
1.7
1.7
5.2
104.0
5.2
4
20.5
53.8
0.6
0.6
53.2
104.0
53.2
5
15.0
39.4
78.1
1.6
79.7
40.3
104.0
6
15.0
39.4
76
0.8
76.8
37.4
63.7
7
17.6
46.2
71.8
0.7
72.5
26.3
26.3
0
Σ
152.57
400.7
249
12
261
243.7
104.0
139.7
校核:
400.7-261=104.0243.7-104.0=139.7
备注:
V兴=104.0+92.3=196.3通过查Z-V关系曲线可得Z蓄=310.7
方案二兴利调节计算表
月份
Q来(m3/s)
W来(106m3)
W灌(106m3)
W损(106m3)
W电(106m3)
W用(106m3)
W余(106m3)
W亏(106m3)
V月末(106m3)
V月末+V死(106m3)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
8
40.1
105.3
19.4
0.7
20.1
85.2
0
92.33
9
22.5
59.1
3.7
0.8
17.5
22.0
37.1
85.3
177.55
10
10.0
26.3
1
17.5
18.5
7.8
122.4
214.68
11
4.3
11.3
0.9
17.5
18.4
7.1
130.2
222.47
12
2.1
5.5
0.9
17.5
18.4
12.9
123.1
215.40
1
1.5
4.0
1.1
17.5
18.6
14.6
110.2
202.54
2
1.3
3.4
1.2
17.5
18.7
15.3
95.7
187.99
3
2.6
6.9
1.7
17.5
19.2
12.2
80.4
172.74
4
20.5
53.8
0.6
17.5
18.1
35.8
68.2
160.50
5
15.0
39.4
78.1
1.6
79.7
40.3
104.0
196.28
6
15.0
39.4
76
0.8
76.8
37.4
63.7
155.97
7
17.6
46.2
71.8
0.7
72.5
26.3
26.3
118.57
0
92.30
152.57
400.7
400.7
92.30
备注:
W电=(ΣW来-ΣW灌-ΣW损)/8=139.7/8=17.5W来-W用=400.7-400.7=0查Z~V关系曲线可得Z蓄=312.02m
方案二兴利调节计算表
月份
径流年内分配(%)
年平均径流量(106m3)
W来(106m3)
W灌(106m3)
W损(106m3)
W电(106m3)
W用(106m3)
W余(106m3)
W亏(106m3)
V月末(106m3)
V月末+V多(106m3)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
8
18.5
74.14
59.31
19.40
0.7
0.00
20.10
39.21
0.02
48.11
9
8.9
35.66
28.53
3.70
0.8
7.45
11.95
16.58
39.22
87.31
10
6.9
27.65
22.12
1.0
7.45
8.45
13.67
55.81
103.90
11
4.1
16.43
13.14
0.9
7.45
8.35
4.79
69.48
117.57
12
1.6
6.41
5.13
0.9
7.45
8.35
3.22
74.27
122.36
1
0.7
2.81
2.24
1.1
7.45
8.55
6.31
71.05
119.14
2
0.4
1.60
1.28
1.2
7.45
8.65
7.37
64.74
112.83
3
1.1
4.41
3.53
1.7
7.45
9.15
5.62
57.38
105.47
4
9.3
37.27
29.81
0.6
7.45
8.05
21.76
51.75
99.84
5
16.3
65.32
52.26
78.10
1.6
0.00
79.70
27.44
73.52
121.61
6
14.8
59.31
47.45
76.00
0.8
0.00
76.80
29.35
46.07
94.16
7
17.4
69.73
55.78
71.80
0.7
0.00
72.50
16.72
16.72
64.81
0.00
100.00
400.73
320.58
320.60
96.02
96.03
W来=α*W=0.8*400.73*106m3=320.58*10^6m3
由α=0.8,P=80%,Cv=0.33查普莱希可夫线解图可得出β=0.12
所以V多=β*W=0.12*400.73*106m3=48.09*106m3
W电=(ΣW来-ΣW灌-ΣW损)/8=(320.58-249-12)*10^6/8=7.45*10^6m3
V兴=V年=122.36*10^6m3
2、水库蓄水过程线图
3、来用水量差积曲线图。
4、各种方案水库蓄水量过程线图。
5、水位-面积-库容计算表,水库特性曲线图。
(见附图1、2、3)
Z(m)
A(km2)
V(10^6m3)
Z(m)
A(km2)
V(10^6m3)
285.00
0.00
0
304.00
12.00
91.4
286.00
0.60
0.3
305.00
13.00
103.9
287.00
0.80
1
306.00
14.00
117.4
288.00
1.20
2
307.00
15.00
131.9
289.00
1.60
3.4
308.00
16.00
147.4
290.00
1.90
5.15
309.00
17.10
163.95
291.00
2.40
7.3
310.00
18.20
181.6
292.00
2.80
9.9
311.00
19.20
200.3
293.00
3.30
12.95
312.00
20.20
220
294.00
3.80
16.5
313.00
21.40
240.8
295.00
4.40
20.6
314.00
22.60
262.8
296.00
5.00
25.3
315.00
23.80
286
297.00
5.80
30.7
316.00
25.10
310.45
298.00
6.60
36.9
317.00
26.30
336.15
299.00
7.50
43.95
318.00
27.60
363.1
300.00
8.30
51.85
319.00
28.90
391.35
301.00
8.30
60.15
320.00
30.30
420.95
302.00
10.10
69.35
321.00
31.00
451.6
303.00
11.00
79.9
322.00
32.00
483.1
备注:
Vn+1=(Zn+1-Zn)(An+1+An)/2
(二)水能调节计算
1、保证出力和多年平均发电量计算表。
保证出力计算表
月份
Q来(m3/s)
W来(106m3)
W灌(106m3)
W电(106m3)
W用(106m3)
V末(晚蓄)
V末+V死
Z上
q电(m3/s)
Z下
H(m)
Np
1
2
3
4
6
7
10
11
12
13
14
15
16
17
8
40.1
105.3
19.4
19.4
0
147.40
190.05
310.5
7.39
281.36
29.14
1721.84
9
22.5
59.1
3.7
17.5
21.2
85.3
232.70
251.25
313.4
8.07
281.38
32.02
2067.57
10
10.0
26.3
17.5
17.5
122.4
269.80
273.70
314.2
6.66
281.33
32.87
1752.03
11
4.3
11.3
17.5
17.5
130.2
277.60
274.05
314.22
6.66
281.33
32.89
1753.09
12
2.1
5.5
17.5
17.5
123.1
270.50
264.05
314.05
6.66
281.33
32.72
1744.03
1
1.5
4.0
17.5
17.5
110.2
257.60
250.35
313.43
6.66
281.33
32.1
1710.98
2
1.3
3.4
17.5
17.5
95.7
243.10
235.45
312.6
6.66
281.33
31.27
1666.74
3
2.6
6.9
17.5
17.5
80.4
227.80
221.70
312.05
6.66
281.33
30.72
1637.43
4
20.5
53.8
17.5
17.5
68.2
215.60
233.50
312.56
6.66
281.33
31.23
1664.61
5
15.0
39.4
78.1
78.1
104.0
251.40
231.25
312.5
29.73
281.83
30.67
7295.71
6
15.0
39.4
76
76.0
63.7
211.10
192.40
310.6
28.94
281.81
28.79
6664.35
7
17.6
46.2
71.8
71.8
26.3
173.70
86.85
303.64
27.34
281.79
21.85
4778.36
均值
2871.3950313
Σ
152.57
400.7
249
400.7
2778.3
2704.60
备注:
Z死=308由Z-V关系曲线图得V死=147.4*106m3出力N=KqHK=8.0设计保证出力Np=(1753.09+1744.03+1710.98+1666.74+1637.43+7295.71+6664.35+4778.36)/8=3406.34设计保证电能E=Np×Δt=3406.34×24×30.4=2485265kw*h表中Z上由Z上-V关系曲线求得Z下由Z-q内插即可
P=50%的设计平水年多年平均发电量
月份
Q来(m3/s)
W来(106m3)
W灌(106m3)
W电(106m3)
W用(106m3)
q电(m3/s)
1
1.32
3.47
40.2
40.2
15.49
2
0.97
2.55
40.2
40.2
15.49
3
1.36
3.57
40.2
40.2
15.49
4
21
55.16
40.2
40.2
15.49
5
20.3
53.32
78.1
78.1
30.09
6
26.5
69.60
76
76
29.28
7
87.6
230.09
71.8
71.8
27.66
8
32.9
86.41
19.4
19.4
7.47
9
14.1
37.03
3.7
40.2
43.9
16.91
10
9.36
24.58
41.2
41.2
15.87
11
5.05
13.26
42.2
42.2
16.26
12
1.34
3.52
43.2
43.2
16.64
均值
18.6
Σ
582.57
2、不同死水位与保证出力关系曲线图。
见附图8。
(三)防洪调节计算
1、水库泄量曲线计算表,调洪工作曲线计算表。
水库泄量曲线计算表
Z(m)
V总(10^6m3/s)
V防(10^6m3/s)
h(m)
堰顶水头H(m)
q溢(m3/s)
q泄(m3/s)
q总(m3/s)
V/ΔT(m3/s)
q/2(m3/s)
V/ΔT+q/2(m3/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
314.22
277.6
0.0
29.22
0
0
34
34
0
17
17
315
286.0
8.4
30
0.8
21
3
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