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水利计算课设修改

水利计算课程设计

任务书与指导书

水资源与水文专业用

河北工程技术高等专科学校

2002年12月

龙门水库兴利与防洪规划

一、工程概况

龙门水库位于大清河系漕河干流中游保定市满城县龙门村。

控制流域面积470km2，总库容为1.17亿m3，属大Ⅱ型水库。

该水库是以防洪、灌溉为主，兼有水产养殖等功能的水利枢纽工程。

该枢纽有主坝一座，副坝四座；泄洪洞三孔、溢流坝一座、溢洪道一座，非常溢洪口门一处；输水洞两个。

水库位置图见图1。

水库供水对象为龙门灌区，位于易县、满城和徐水三县交界的山丘区，设计灌溉面积11.5万亩。

水库防护对象为下游河道。

该水库1958年兴建，1960年建成投入运用，由于遗留问题较多，后虽经多次加固续建，但仍存在一些问题，影响水库正常运行，被列为我省病险水库之一。

现状情况下工程主要技术指标及设计数据见表1。

二、水库规划问题的提出

现状运用过程中，龙门水库主要存在以下问题：

1.水库防洪标准低

龙门水库为大Ⅱ型水库，水库大坝和溢洪道等建筑物属Ⅱ级建筑物，根据水利部颁发的《水利水电枢纽等级划分及设计标准（山区、丘陵部分）SDJ12-78（试行）》，水库正常运用洪水标准为100年一遇，非常运用洪水标准为2000年一遇。

但龙门水库现状为100年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核，防洪标准低。

2.非常溢洪口门启用标准低

现状情况下，超过100年一洪水便启用非常溢洪口门，使用机会多，对下游防洪安全不利，同时该水库非常溢洪口门与溢流坝左侧连接，如启用非常溢洪口门，将危及溢流坝安全。

3.工程一些坝段渗水严重

4.不能满足铁路桥的防洪要求

京广铁路漕河大桥防洪标准为100年一遇，现状情况下，发生100年一遇洪水时，水库泄量不能满足铁路桥的防洪要求。

鉴于上述问题，省水利厅决定对龙门水库提高防洪标准及除险加固。

水库规划便是这一任务中的主要内容之一。

三、水库规划标准与原则

龙门水库是防洪灌溉等综合利用水库，为充分发挥工程的综合效益，针对现状工程的条件、特点和存在的主要问题，对水库防洪兴利统筹考虑，分别进行兴利规划和防洪规划。

（一）规划标准

1.防洪标准：

按规范确定水库正常运用标准为100年一遇，非常运用标准为2000年一遇。

2.兴利标准：

龙门水库调节水量供龙门灌区农业灌溉使用，规划水平年采用2000年，供水保证率为50%。

（二）规划原则

1.兴利调节采用年调节运用方式。

根据省水利厅意见，调节水量不承担城市生活和工业用水，只供龙门灌区农田灌溉使用，最大灌溉面积控制在原设计灌溉面积11.5万亩以内。

2.由于龙门水库工程地质条件较差和加高大坝提高防洪能力工程量较大的情况，本次防洪规划原则上以加大泄流建筑物泄水能力来提高防洪标准，且考虑非常泄流设施及下游的具体情况，拟提高非常泄流设施启用标准。

3.水库防洪规划满足下游河道防洪要求，遇10年一遇洪水时限泄300m3/s，以保证下游河道防洪要求。

本次防洪规划暂不考虑下游京广铁路桥行洪问题。

4.水库防洪规划中，安排的泄水建筑物规模在所有泄水建筑物参加泄洪时，其最大泄量不能大于入库洪峰流量。

四、规划任务

1.现状正常蓄水位123.6m，有关部门建议提高到125m，分析论证其必要性。

2.现状防洪限制水位118m，有关部门建议提高到120m，分析论证其可行性。

3.根据现状坝顶高程，核定发生100年一遇洪水和2000年一遇洪水时水库允许最高水位（此步工作已完成，数据见表1）。

4.拟定不同泄流设施方案，调洪计算，推荐可行方案，为进一步优选方案提供依据。

完成上述任务，需进行如下内容的计算。

五、设计内容

（一）1987年水库逐月天然径流量还原计算

1、W天=W实+W损+W上耗+△V

W天—水库天然径流量，m3

W实—水库实测出库径流量,m3

W损—水库蒸发，渗漏损失水量。

其中渗漏损失按月蓄水量2.5%，m3

W上耗—水库坝址断面以上流域各项用水的耗水量m3

△V—水库蓄水量，m3

2、W损=W库蒸+W库渗

（1）W库蒸=（E水—E陆）（F水—f）《地表水资源与水文分析》

E水,E陆—分别是水库的蒸发量和库区的路面蒸发。

F水,f—分别是水库的水面积和库区的路面蒸发。

因为f《F水所以上述公式可简化为

W库蒸=（E水—E陆）F水

（2）E陆=P-R-（△W1+△W2）

△W1—月末与月初流域河槽水和地下水槽蓄水量之差

△W2—月末与月初流域包气带土壤含水量之差

计算得表1

年月

平均水位m

F水

Km2

E水

mm

E水=E水*η

mm

E陆

mm

△E=E水—E陆

mm

W库蒸=

△E*F

万m3

1987.1

117.04

3.82

14.6

14.6

10.2

4.4

1.68

2

116.86

3.73

22.8

22.1

15.4

6.7

2.50

3

116.61

3.66

41.7

38.8

27.1

11.7

4.28

4

115.64

3.29

69.4

59.7

41.6

18.1

5.95

5

114.63

2.83

118.2

114.7

80.0

34.7

9.82

6

113.84

2.50

110.8

105.3

73.4

31.9

7.98

7

114.45

2.74

116.3

110.5

77.1

33.4

9.15

8

115.10

3.05

99.6

97.6

68.1

29.5

9.00

9

116.11

3.49

25.4

25.1

17.5

7.6

2.65

10

114.69

2.85

48.4

50.3

35.1

20.2

5.76

11

114.25

2.65

24.8

27.0

18.8

8.2

2.17

12

114.16

2.61

14.6

15.5

10.8

4.7

1.23

681.2

475

211.1

62.2

η为E601型蒸发器折算系数见资料表10

E陆=P*R

P—多年平均降雨量

R—多年平均径流量

R=（8048.7×104/470×106）×1000=171mm

A—流域面积A=470km2

E陆=646—171=475mm

（3）W库渗、W损失计算表表2

年月

日平均水位mm

库容（万m3）

标准

W库渗

（万m3）

W库蒸

（万m3）

W损=W库渗+W库蒸

（万m3）

1987.1

117.04

2017

以

50.4

1.68

52.1

2

116.86

1950

当

48.8

2.50

51.3

3

116.61

1859

月水库蓄水量的25%

46.5

4.28

50.8

4

115.64

1522

计算

38.1

5.95

44.1

5

114.63

1214

30.4

9.82

40.2

6

113.84

1002

25.1

7.98

33.1

7

114.45

1164

29.1

9.15

38.3

8

115.10

1348

33.7

9.00

42.7

9

116.11

1678

42.0

2.65

44.7

10

114.69

1230

30.8

5.76

36.6

11

114.25

1108

27.7

2.17

29.9

12

114.16

1083

27.1

1.23

28.3

429

62.2

491.9

3、W天=W实+W损+W上耗+△V

根据表2列出如下表表3

年月

实测径流量

（万m3）

W损

（万m3）

W上耗

（万m3）

△V

（万m3）

W天然

（万m3）

1

0

52.1

5.37

—61.6

0

2

0

51.3

5.37

—62.9

0

3

0

50.8

66.93

—109.8

7.93

4

327

44.1

91.94

—44.6

17.04

5

158

40.2

128.94

—305.3

21.84

6

0

33.1

86.97

—10.9

109.17

7

0

38.3

49.05

257

344.4

8

0

42.7

10.67

233

286.4

9

0

44.7

31.83

140

216.5

10

458

36.6

11.13

—530.3

0

11

0

29.9

31.43

—24.9

36.43

12

0

28.3

5.37

—16.1

17.57

（二）2000年水平年逐月入库径流量计算

对于天然径流大于或接近50%的年份，按频率50%的上游用水量扣除；对于天然径流小于或接近75%的年份，按频率75%的上游用水量扣除。

表4

年月

径流量

（万m3）

径流量按降序排序

P=m/n+1

%

序号

1956

31195

44660

3

1

1957

2335

31195

5

2

1958

10151

18397

8

3

1959

16445

17462

10

4

1960

4863

16445

13

5

1961

7028

15989

15

6

1962

8442

12951

18

7

1963

44660

12331

21

8

1964

17462

11951

23

9

1965

2630

10151

26

10

1966

5730

9386

28

11

1967

6597

8442

31

12

1968

4712

8203

33

13

1969

6555

7423

36

14

1970

6285

7028

38

15

1971

3791

6796

41

16

1972

1495

6579

44

17

1973

12951

6555

46

18

1974

11951

6285

49

19

1975

3719

5730

51

20

1976

9386

4863

54

21

1977

18397

4712

56

22

1978

12331

3791

59

23

1979

15989

3719

62

24

1980

1731

2630

64

25

1981

1886

2335

67

26

1982

6796

2269

69

27

1983

287

1886

72

28

1984

547

1731

74

29

1985

1473

1495

77

30

1986

2256

1473

79

31

1987

982

1374

82

32

1988

11307

1130

85

33

1989

7423

988

87

34

1990

8203

566

90

35

1991

1374

547

92

36

1992

566

462

95

37

1993

462

287

97

38

表5

月

年

7

8

9

10

11

12

1

2

3

4

5

6

合计

1963

170

38549.7

1574.2

948

618

418.8

393.8

294.8

220.5

501.4

199.3

151.3

44039.8

1956

10939

16122.7

2247.2

792

138

0

29.8

24.8

0

26.4

0

456.3

30776.2

1977

6055

6504.7

1232.2

921

740

519.8

413.8

357.8

304.5

222.4

221.8

284.3

17776.8

1964

837

10113.7

2050.2

123.5

788

548.8

405.8

303.8

173.5

80.4

104.3

201.3

16841.8

1959

7289

6175.7

1467.2

826

93

0

21.8

0

0

0

0

221.3

16094

1979

3423

8021.7

1794.2

981

591

482.8

162.8

107.8

75.5

0

0

0

15639.8

1973

2271

4385.7

2258.2

1366

632

559.8

321.8

247.8

452.5

0

0

0

12494.8

1978

798

4462.7

3493.2

751

715

431.8

414.8

361.8

313.5

215.4

0

0

11957.2

1974

1727

5553.7

1603.2

754

640

517.8

534.8

177.8

92.5

0

0

0

11600.8

1988

206.1

8508.7

951.4

333

37

94.8

53.8

17.8

0

246.6

195.1

0

328.3

1958

1830

2452.7

899.2

144

0

14.8

0

1277.8

225.5

122.4

615.3

1977.3

9559

1976

2175

1762.7

958.2

1305

585

452.8

245.8

187.8

222.5

48.4

15.3

807.3

8765.8

1962

3792

1717.7

501.2

481

327

316.8

240.8

190.8

105.5

91.4

105.3

0

7869.5

1990

3223

3074.7

865.2

368

74

0

17.8

7.8

0

0

0

291.3

7921.8

1989

5298

1147.7

283.2

139

0

21.8

18.8

41.8

0

0

0

0

6950.3

1961

450

2103.7

728.2

914

445

585.5

630.8

321.8

225.5

59.4

0

0

6464.2

1982

979

3032.7

2310.2

157

20

72.8

31.8

17.8

0

0

0

0

6621.3

1967

489

3116.7

1073.2

529

376

364.8

211.8

153.8

26.5

0

0

0

6340.8

1969

1783

1831.7

793.2

630

393

306.8

237.8

213.8

50.5

0

0

0

6239.8

1970

569

2224.7

796.2

495

310

246.8

145.8

98.8

85.5

0

527.3

175.3

5674.4

1966

624

2852.7

653.7

361

209

200.8

194.8

133.8

69.5

0

0

0

5299.3

1960

1536

1000.7

334.2

444

313

236.8

218.8

166.8

91.5

0

0

0

4341.8

1968

381

1115.7

395.2

1169

341

229.8

191.8

142.8

123.5

0

0

22.3

4112.1

1971

791

542.7

634.2

357

318

230.8

134.8

97.8

17.5

0

0

0

3123.8

1965

403.1

386.7

142.4

239

214

223.8

74.8

157.8

100.8

19.6

0

0

1768.3

1957

571.1

730.7

0

0

32

0

68.8

0

0

0

83.1

235.2

1533.3

1986

489.1

1185.7

223.4

39

0

10.8

0

0

0

0

0

0

1467.3

1981

0

561.7

84.4

54

25

94.8

366.8

362.8

0

0

0

0

384.3

1980

130.1

483.7

165.4

212

60

99.8

60.8

52.8

0

0

0

0

929.3

1972

2.1

106.7

128.4

230

186

171.8

57.8

46.8

0

0

0

0

693.3

1985

0

584.7

428.4

141

0

33.8

21.8

17.8

0

0

0

0

671.3

1991

565.1

384.7

162.3

0

0

45.8

20.8

13.8

0

0

0

0

572.3

1987

269.1

269.7

167.4

0

0

9.8

0

0

0

0

0

0

22.3

1992

0

325.7

0

85

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1984

0

0

0

7

0

15.8

81.8

80.8

0

0

0

0

0

1993

0

67.7

0

0

0

0

4.8

10.8

0

0

0

0

0

1983

0

24.7

0

31

6

8.8

5.8

5.8

0

0

0

0

0

（三）兴利调节计算

1.确定逐年年径流量的经验频率。

2.求逐月蒸发损失深度。

3.2000年水平年，将采取防渗措施，故渗漏损失取月蓄水量的1.5%。

4.根据入库径流的丰、枯情况，确定相应频率的灌溉定额（水库与灌区处于同一气候区）：

入库径流量频率≤30%，按频率25%的灌溉定额；入库径流量频率30%～60%，按频率50%的灌溉定额；入库径流量频率60%～80%，按频率75%的灌溉定额；入库径流量频率≥80%，按频率90%的灌溉定额。

5.兴利调节计算

设立汛限水位118m和120m两个比较方案，用长系列法兴利调节计算，按来水量充分利用和灌溉面积不超过原设计面积11.5万亩作为控制条件求逐年的最大灌溉面积及相应兴利库容，并与现状兴利库容比较。

具体计算有以下两种情况：

A、来水能够满足灌区面积11.5万亩的情况，属于已知来水、用水求兴利库容的计算。

B、来水不能够满足灌区面积11.5万亩的情况，则按来水充分利用的原则，求可灌溉的面积及兴利库容。

注意几点：

（1）死水位按现状数值；

（2）计入损失；

（3）汛期中7、8月份按汛限水位控制蓄水、非汛期现状兴利库容不作为控制条件。

（4）将两个汛限水位方案历年所求兴利库容、灌溉面积、汛期和非汛期年弃水量汇总，并将历年兴利库容与现状兴利库容比较。

6．计算不同汛限水位方案、现状兴利库容时，灌区11.5万亩灌溉面积的供水保证率以及灌溉用水设计保证率50%时保证的灌溉面积。

（四）调洪计算

1．在汛限水位118m和120m两种情况下，对下述各方案，调洪计算，求不同频率洪水相应的最大下泄量、最大蓄洪量、最高洪水位。

（1）现状泄流设施，超过正常运用允许最高水位129.13m时，启用非常溢洪口门。

（2）溢洪道堰顶降至123.6m，其它不变，超过正常运用允许最高水位129.13m时，启用非常溢洪口门。

（3）溢洪道堰顶高程不变，宽度向右展宽至170m、180m、190m三种不同方案，超2000年一遇洪水启用非常溢洪口门。

（4）新开实用堰溢洪道2孔，堰顶高程117m，每孔7m、8m、9m，三种不同方案，设闸门，超2000年一遇洪水启用非常溢洪口门。

2．汇总上述调洪计算成果。

（五）成果综合分析、推荐规划方案

1．根据兴利调节计算逐年所求兴利库容与现状兴利库容比较，回答提高正常蓄水位是否必要。

2．根据两个汛限水位方案的兴利调节计算成果，分析不同汛限水位对灌溉面积、年弃水量等的影响；根据两个汛限水位方案的调洪计算成果，分析不同汛限水位对最高洪水位的影响。

综合兴利和防洪两方面，提出汛限水位的规划数据。

3．根据允许最高洪水位的限制，推荐泄流设施的可行方案。

六、基本资料

1.水库现状情况下有关技术指标及工程特性表1；

2.1987年水库逐月出库水量、蓄水变量，逐月平均水位，逐月降水量、上游耗用水量等资料表2；

3.水位、面积、容积关系表3；

4.2000年水平年水库上游耗用水量成果表4；水库历年天然径流月分配成果表5。

5.2000年水平年不同频率综合毛灌溉定额成果表6；

6.不同频率设计洪水过程表7；

7.水库水位、泄量关系表8；

8.蒸发、渗漏损失计算的有关资料

龙门水库以上流域多年平均年降水量646mm，水库缺乏水面蒸发观测资料，移用相邻流域安格庄水库水面蒸发观测资料（E601型蒸发器观测）见表9，E601型蒸发器折算系数见表10，渗漏损失按月蓄水量1.5%计；

9.出流公式：

新开实用堰出流公式：

其中：

σs为淹没系数，取1.0；σc为侧收缩系数，取1.0；m为堰流系数,取0.4。

溢洪道出流公式：

其中：

σs为淹没系数，取1.0；σc为侧收缩系数，取0.9；m为堰流系数,取0.34。

六、提交成果及要求

1.提交设计说明书一份，要求思路清楚、语言叙述逻辑性、条理性强。

同时可对计算方法、成果、工程情况等进行讨论，谈自己的见解。

2.图表规范、整洁。

3.提交每人必做内容的有关计算过程及不同方案全部计算成果汇总表。

4.按时完成。

表1水库现状情况下有关技术指标及工程特性表

项目

尺寸或数据

项目

尺寸或数据

死水位/m

113.0

溢

流

坝

型式

混凝土实用堰

正常蓄水位/m

123.6

坝顶高程/m

123.6

兴利库容/万m3

4790

坝长/m

75

汛限水位/m

118.0

下游河道防洪标准及允许泄量

10年一遇

300m3/s

溢

洪

道

型式

宽顶堰无闸门