工程水文及水利计算

工程水文及水利计算

课程设计书

课设名称:天福庙水库防洪复核计算

姓 名 : 安小虎 学 号 ： 2015095081 班 级 : 15农业水利工程1班

2017年6月22日

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10.6％,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。

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22

积553。6km,河长58.2km，河道比降10.6‰,总库容6367万m,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

33

714万m，正常蓄水位409m，相应库容6032万m。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 1 2 3 4 1935 1984 1826 1930 洪峰流量 1d洪量 3d洪量 （m3/s） （×108m3） （×108m3） 4680 3739 1.0738 1.2201 1。6664 1。9500 重现期 176 备注 不能定量 不能定量 5 1958 2820 三、防洪标准选择 水库 工程等级 工程规模 总库容 （×10m） 83水利水电枢纽工程的等级 防洪 城镇及工矿企业的重要性 特别重要 重要 中等 一般 保护农田 （万亩) 治涝 治涝面积 （万亩） 灌溉 灌溉面积 (万亩) 供水 城镇及工矿企业的重要性 特别重要 重要 中等 一般 水电站 装机容量 （×10kw） 4一 二 三 四 大（1）型 大（2）型 中型 >10 10～1。0 1.0～0。10 〉500 500～100 100～30 30～5 >200 200~60 60～15 15～3 >150 150～50 50~5 5～0。5 〉120 120～30 30～5 5～1 小（1）型 0。10~0.01 0。01～0。001 五 小（2）型 <5 〈3 〈0.5 〈1 水库工程建筑物防洪标准 防洪标准[重现期(年)] 水工建筑物的类别 设计 校核 混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑 土坝、堆石坝 设计 校核 山区、丘陵区 平原区、滨海区 可能最大洪水（PFM）一 1000～500 5000~2000 或 10000～5000 二 三 四 五 500～100 100～50 50～30 30～20 2000～1000 1000～500 500~200 200~100 5000～2000 2000～1000 1000～300 3000～200 100~50 50～20 20～10 10 1000～300 300～100 100～50 50～20 300～100 2000～1000 依据天福庙库容量，根据《水库工程建筑物防洪标准》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、量系列根据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Qm1d洪量（m3/s） W1(108m3) 1803 131 266 200 640 1036 452 519 189 774 838 428 0。6237 0。0434 0.0921 0。0664 0。1999 0。3727 0。1314 0.1452 0。0817 0。1876 0.2832 0.1514 3d洪量W3（108m3） 0.9968 0.0664 0。138 0.1023 0.2924 0.5725 0。1314 0.23 0.1253 0。2852 0。6594 0.2213 xy1 1124。53 5.6854 24.4986 13.28 127.936 386.117 59.3928 75。3588 15.4413 145.202 237.322 64。xy3 x^2 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1797.2303250809 4 8.6984 17161 36。708 20。46 187。136 70756 40000 409600 593.11 1073296 59.3928 119。37 23.6817 220.7448 552。5772 94.7164 204304 269361 35721 599076 702244 183184 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 598 389 64 445 240 848 272 162 299 634 571 126 582 437 2389 121 218 438 222 592 634 804 851 0。2233 0.1681 0。0363 0.1457 0.0813 0.1483 0。0931 0.0915 0.1525 0。288 0。1725 0.0841 0.2127 0。2124 0.5489 0。0613 0。0979 0。1677 0.1154 0.2229 0。1209 0.2334 0。2635 0。3103 0。2877 0.0797 0。2233 0.1589 0.248 0。138 0。1795 0.2812 0.5393 0。2092 0。1241 0.3172 0。3223 0。8518 0。1307 0。1924 0。2864 0。179 0。3189 0.179 0.3158 0.3288 7992 133.533 65。3909 2。3232 64.8365 19.512 125.758 25。3232 14。823 45。5975 182.592 98.4975 10.5966 123.791 92。8188 1311。32 7.4173 21.3422 73。4526 25.6188 131.957 76。6506 187。654 224。239 185。5594 111。9153 5.1008 99.3685 38。136 210。304 37.536 29。079 84.0788 341。9162 119.4532 15.6366 184。6104 140。8451 357604 151321 4096 198025 57600 719104 73984 26244 89401 401956 326041 15876 338724 190969 2034.9505707321 2 15.8147 14641 41.9432 125。4432 39.738 188.7888 113.486 253。9032 279.8088 47524 191844 49284 350464 401956 646416 724201 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 求和 平均 nxy nx^2 50。7875 19。167 0。1177 0。2131 6559 25。261 0。0985 0。186 7085 114.00487 0.4334 0。2341 7 75.235544 0。1383 0。3186 2 220。974 0。2262 0。4135 319 170 0.0734 0.1686 12.478 129.52613 0。2113 0。3157 7 90。471 0.1913 0.2986 1023 6082.423324 7.7307 12.5524 3 530.09091 0.1757 0.28528 4097.97 6653。91 425 0。1195 0。1824 77.52 35。5877 48.546 211。0658 173.3184 402.749 28。662 193.5241 140。6406 180625 27889 68121 237169 295936 948676 28900 375769 221841 9722.85420325037 4 1236384 0 b1 b2 a1 a2 0.08094 0.00024927 0。00039 0.04356 W1=0.000249266Q1+0.043564 W2=0.000385Q2+0.080938 1958-2001年峰、量相关关系(图表见附录1)

五、设计洪水和校核洪水计算

典型洪水过程线 时段 △t=1h 0 1 2 3 4 流量 3m/s 96.6 572 1085 1345 1568 时段 △t=1h 19 20 21 22 23 流量 3m/s 216。3 183.5 156 138 121 时段 △t=1h 36 37 38 39 40 流量 3m/s 45.2 44.2 43。5 41.7 40 时段 △t=1h 55 56 57 58 59 流量 3m/s 24。8 24。2 23.5 22。8 22。1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1791 2090 2389 2138.7 1465。5 1005。1 768.8 494。3 584.9 421.2 358。7 344。8 313。7 232。5 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 103。9 108.4 91。5 83.5 68.6 53.3 40.9 51 61 54。8 48。5 46。3 45.2 44。2 2341 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 38.3 36。6 34。8 33。1 32.2 31。3 30.4 29。5 28。7 27。8 27.2 26.6 26 35。4 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 21。5 20.6 19.3 18。2 17。3 16.1 15.3 14.4 13。5 12.6 11.8 11 10.6 F天福庙Q天福庙F分乡站根据公式：=

Q分乡站，

WF天福庙天1d=F分乡站W分1d，

WF天福庙天3d=F分乡站W分3d计算天福庙库区1935,1984,的洪峰流量以及一天和三天洪量。

洪峰流量 按数量大小排序 年份 Qm 3m/s 2987 2386 1803 1036 974 851 848 838 804 774 640 634 11经验频率计算 P=M P=M2 N1N1121Pm 3=m n1P3 M1 P1 M2 P2 1935 1984 1826 1930 1958 1963 1998 1992 1975 1968 1991 1967 1962 1979 1 0。57 2 2 2 3 1.136 1。705 2.273 2。841 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6。70 8.90 11.10 13.30 15.50 17.70 19。90 22。10 24.30 1990 2000 1970 1999 1982 1980 1997 1965 1996 2001 1964 1973 1987 1983 1969 1993 1971 1978 1976 1960 1995 1974 1988 1986 1961 1966 1999 1994 1977 1959 1981 1985 1972

634 613 598 592 582 571 544 519 487 471 452 445 438 437 428 425 389 299 272 266 261 240 222 218 200 189 170 167 162 131 126 121 64 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 26。50 28.70 30。90 33。10 35。30 37。50 39。70 41.90 44。10 46.30 48.50 50。70 52.90 55。10 57.30 59。50 61。70 63.90 66。10 68.30 70。50 72。70 74.90 77。10 79。30 81。50 83。70 85.90 88。10 90.30 92。50 94。70 96。90 频率曲线见附录2 由公式计算理论频率曲线的统计参数

Q平均=∑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2296 m3/s和2059 m3/s。P=0。2％时的校核洪峰Q0.2%=Q平均（φ0。2%Cv+1）=3360.41 m3/s，P=0。2％时的洪

峰流量3360.41m3/s.P=2％的设计洪峰Q2%=Q平均(φ2％Cv+1）=2060 m3/s 1d洪量的相关数据 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 系列值 0。6785 0。6237 0.5489 0。3727 0.288 0。2832 0.2635 0。2341 0.2334 0。2262 0。2233 0.2229 0。2127 0.2124 0。2113 0.1999 0.1913 0。1876 0。1725 0。1681 0.1677 0。1525 0.1514 频率 0。0057 0.011 0。017 0.067 0.089 0。111 0。133 0.155 0。177 0。199 0.221 0.243 0。265 0.287 0。309 0.331 0.353 0。375 0。397 0.419 0。441 0.463 0。485 序号 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 系列值 0.1483 0。1457 0.1452 0.1383 0。1314 0.1209 0.1195 0。1177 0。1154 0.0985 0。0979 0.0931 0.0921 0。0915 0。0841 0.0817 0。0813 0。0734 0.0664 0。0613 0。0434 0。0363 频率 0.507 0.529 0。551 0。573 0.595 0。617 0.639 0.661 0.683 0.705 0。727 0。749 0.771 0。793 0.815 0。837 0.859 0.881 0.903 0。925 0.947 0.969 频率曲线见附录3 W平均=Wi=0.19×108m3 Cv=0.72

Cs=2。96Cv=2。13

由曲线图可知，p=0.2％时的校核洪量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。96×108m3。 P=2%的设计洪量Wp=W平均×（φ

83

p=2%对应的1d洪量为0.75×108m3 2％Cv+1）=0.75×10m

3d洪量的相关数据 序号 1 2 3 4 5 6 峰量 1。0457 0.9668 0。8518 0。6594 0.5725 0。5393 频率 0.0057 0.011 0.017 0.07 0。09 0.11 序号 24 25 26 27 28 29 峰量 0.23 0.2233 0。2223 0。2213 0。2131 0。2092 频率 0.51 0.53 0。55 0。57 0.6 0.62 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0。4334 0。4135 0。3288 0.3223 0.3189 0。3186 0。3172 0.3158 0.3157 0.3103 0.2986 0。2924 0。2877 0.2864 0.2852 0.2812 0.248 0.13 0.16 0。18 0.2 0.22 0。24 0.27 0。29 0.31 0.33 0.35 0。38 0.4 0.42 0。44 0。46 0.49 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 0.1924 0.186 0.1824 0.1795 0。179 0。179 0。1686 0。1589 0.138 0。138 0。1307 0.1253 0.1241 0。1023 0.0797 0.0664 0。64 0。66 0.68 0。71 0。73 0。75 0。77 0.79 0。82 0。84 0。86 0.88 0.9 0。925 0.947 0。969 W平均=Wi=0.3×108m3 Cv=0.71

Cs=3.18Cv=2。26

由曲线图可知，p=0.2%时的校核洪量Wp=W平均×（φ0.2％Cv+1）=1.499×108m3 p=0。2％时所对应的3d的洪量为1.499×108 m3 。Wp=W平均×(φ2%Cv+1）=1.193×108m3 p=2%对应的3d洪量为1.193×108m3

频率曲线见附录4

合理性分析

（1）通过对本站洪峰、洪量及其统计参数随时间变化的分析和从洪峰、洪量及其统计参数随地区的变化规律的分析,以及从形成洪水的暴雨方面分析，都得出了相应的合理结论。

（2)将各种统计时段洪量的频率曲线点绘制在一张图上,在适用范围内不能相交.因为如果相交，就不能保证同一频率下长时段的洪量大于短时段的洪量。

选择典型洪水过程线 洪峰（m3/s) 洪量[（m3/s）h] 1d 3d P=0。2%的校核洪水 3200 26667 41638 典型洪水 2389.0 19879 21663 起止时间 1984.7.26。00 1984。7.26。0～1984.7。26.0～7.28.24 24 计算放大比 KQ=Qmp/Qm典=1。3 Kw1=Wtp/Qt典=1。3 Kw3—1=（41638—26667)/（21663—19879）=8.38

校核洪水过程线计算表 时间（△流量 放大倍比 放大流量 时间(△流量 放大倍比 放大流量 t=1h） 0 1 2 3 4 5 6 7 洪峰，1d交界 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 96.6 572 1085 1345 1568 1791 2090 2389 2389 2138.7 1465。5 1005。1 768。8 494.3 584。9 421.2 358。7 344.8 313。7 232。5 216.3 183。5 156 138 121 103.9 108。4 1。3 1.3 1.3 1。3 1.3 1.3 1.3 1.3 1。3 1.3 1。3 1。3 1.3 1。3 1.3 1。3 1.3 1。3 1。3 1.3 1.3 1。3 1。3 1.3 1.3 1。3 1.3 8。38 8。38 8.38 8.38 8.38 8。38 8。38 8。38 8。38 8。38 8。38 8。38 t=1h） 125。58 743.6 1410.5 1748。5 2038.4 2328.3 2717 3105。7 3105。7 2780.31 1905.15 1306。63 999。44 642.59 760.37 547。56 466。31 448。24 407。81 302.25 281.19 238。55 202.8 179。4 157。3 135.07 140。92 908。392 766。77 699。73 574.868 446.654 342。742 427.38 511.18 459.224 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 44.2 43。5 41.7 40 38.3 36.6 34。8 33.1 32。2 31。3 30.4 29.5 28。7 27.8 27。2 26。6 26 35.4 24.8 24.2 23。5 22.8 22。1 21.5 20。6 19.3 18.2 17。3 16.1 15.3 14。4 13.5 12.6 11。8 11 10。6 8.38 8。38 8.38 8.38 8。38 8.38 8.38 8。38 8。38 8.38 8.38 8.38 8。38 8。38 8。38 8。38 8。38 8.38 8.38 8.38 8。38 8。38 8.38 8。38 8.38 8。38 8.38 8。38 8.38 8.38 8。38 8。38 8。38 8。38 8.38 8.38 370。396 364.53 349.446 335。2 320.954 306.708 291。624 277。378 269.836 262.294 254.752 247。21 240。506 232.964 227。936 222。908 217。88 296.652 207。824 202。796 196。93 191.064 185。198 180.17 172.628 161。734 152.516 144.974 134.918 128。214 120.672 113。13 105.588 98。884 92.18 88.828 1d,3d交界处 108.4 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 91。5 83。5 68.6 53。3 40。9 51 61 54.8 48.5 46。3 45.2 406.43 387。994 378。776

典型洪水线及放大线（附录5）