水庫(kù)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　**廟水庫(kù)水庫(kù)位于湖北省遠(yuǎn)安縣黃柏河?xùn)|支的**廟村，大把以上流域面積553.6km2，河長(zhǎng)58.2km，河道比降10.6‰，總庫(kù)容6367萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、攔沙、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程。**廟水庫(kù)于1974年冬開(kāi)工建設(shè)，1978年建設(shè)成，已運(yùn)行近30年。1975年技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，水文系列年限僅20年，系

2、列太短，也缺乏大洪水的資料。本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，是在延長(zhǎng)基本資料的基礎(chǔ)上，按現(xiàn)行規(guī)范要求對(duì)水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)核，其具體任務(wù)是：</p><p><b>　　選擇水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)。</b></p><p>　　歷史洪水調(diào)查分析及洪量插補(bǔ)。</p><p>　　設(shè)計(jì)洪水和校核洪水的計(jì)算。</p><p><b>　　

3、調(diào)洪計(jì)算。</b></p><p><b>　　壩頂高程復(fù)核。</b></p><p>　　流域自然地理概況，流域水文氣象特性。</p><p><b>　　流域及工程概況</b></p><p>　　宜昌市**廟水庫(kù)位于長(zhǎng)江北岸支流黃柏河?xùn)|支中上游的遠(yuǎn)安縣荷花鎮(zhèn)境內(nèi)，是黃柏河梯級(jí)開(kāi)發(fā)的

4、骨干工程之一，距宜昌市城區(qū)80km。工程由原宜昌地區(qū)水利電力局設(shè)計(jì)，原宜昌地區(qū)黃柏河水利電力工程指揮部組織施工，參加施工的單位有原宜昌地區(qū)水利水電工程團(tuán)、枝江、當(dāng)陽(yáng)、宜昌三縣民兵團(tuán)。1974年12月動(dòng)工興建，1978年元月投入運(yùn)行。</p><p>　　該工程以為宜東灌區(qū)150萬(wàn)畝農(nóng)田提供灌溉用水為主，兼有發(fā)電、防洪、攔沙、養(yǎng)殖等綜合效益。水庫(kù)大壩由砌石雙曲溢流拱壩和左岸溢流重力壩組成，拱壩設(shè)4孔溢洪道，左岸設(shè)2

5、孔溢洪道。壩頂高程410.30m，防浪墻頂部高程411.30m，拱壩壩頂中心角91.5°，平均半徑105.5m，壩頂寬4.2m，底寬20m，壩頂全長(zhǎng)232m，最大壩高63.3m。壩址以上控制流域面積553.6km2。設(shè)計(jì)正常蓄水位409.00m,相應(yīng)庫(kù)容6045萬(wàn)m3，校核洪水位409.51m，總庫(kù)容6180萬(wàn)m3，屬中型水庫(kù)。建庫(kù)以來(lái)，多年平均降水量1100mm，多年平均流量8.51m3/s, 多年平均徑流量2.69m3/s

6、。</p><p>　　泄洪采用左岸溢流重力壩表孔泄洪與拱壩表孔泄洪相結(jié)合，以左岸溢流重力壩表孔泄洪為主的泄洪方式。左岸設(shè)有13×11.5m泄洪閘2孔，堰頂高程398.00m，最大單寬流量87m3/s；拱壩頂設(shè)有8×7.4m泄洪閘4孔，堰頂高程402.4m，最大單寬流量44m3/s。消能方式均為差動(dòng)鼻坎挑流消能。灌溉及放空底孔設(shè)于右岸緊靠溢流壩段的非溢流壩段內(nèi)，孔徑φ1.0m，沿徑向布置，管軸

7、線與拱壩對(duì)稱軸呈20°夾角，進(jìn)口中心高程361.78m，出口設(shè)蝶閥啟閉。壩內(nèi)設(shè)有帷幕灌漿及排水廊道，為2×3m城門洞型斷面，河床段廊道底部高程為357.00m。</p><p>　　水庫(kù)下游建有兩級(jí)小水電站，總裝機(jī)6040kw，一級(jí)電站布置在左岸溢流重力壩與拱壩溢流段所夾的三角地帶，設(shè)計(jì)水頭為44.9m,設(shè)計(jì)流量為10.9m3/s,裝機(jī)3×1250kw，尾水高程359.00m，壩下游

8、水位356.00m，發(fā)電尾水經(jīng)長(zhǎng)達(dá)5km的渠道引向二級(jí)電站；二級(jí)站設(shè)計(jì)水頭為27.7m，設(shè)計(jì)流量為10.0m3/s，裝機(jī)3×630+1×400kw。設(shè)計(jì)兩站年發(fā)量為3200萬(wàn)度,實(shí)際多年平均發(fā)電量為2200萬(wàn)度。</p><p>　　大壩建成以后，由于歷史原因，水庫(kù)長(zhǎng)期帶病運(yùn)行，曾先后進(jìn)行過(guò)兩次除險(xiǎn)加固。第一次是1986年，主要是導(dǎo)滲和帷幕灌漿處理；第二次是1994年，主要是左岸加重和導(dǎo)滲處理

9、。至今，該水庫(kù)仍有多處病險(xiǎn)未除，存在的主要問(wèn)題是：1、砌石壩防滲體施工質(zhì)量差，大壩漏水嚴(yán)重；2、壩體、溢洪道的表面、深層、貫穿性裂縫比較突出，影響大壩整體安全。3、大壩清基不徹底，壩肩及壩基滲漏；4、溢洪道閘門、啟閉設(shè)施存在缺陷和安全隱患；5、灌溉兼放空底孔閘閥不能正常運(yùn)用；6、水雨情觀測(cè)和大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施落后；7、防汛道路不能滿足搶險(xiǎn)要求。2004年元月，省水利廳組織專家對(duì)水庫(kù)進(jìn)行安全鑒定，確認(rèn)為三類病險(xiǎn)水庫(kù)。2004年底，被列入全國(guó)

10、病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固二期工程規(guī)劃。2005年3月至6月，進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘測(cè)，同時(shí)開(kāi)展水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)工作。目前該除險(xiǎn)加固工程初設(shè)報(bào)告已通過(guò)復(fù)核同意。</p><p><b>　　水文氣象資料</b></p><p>　　氣象特征。**廟流域位地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季低溫少雨，秋溫高于春溫，春雨多于秋雨，氣溫年內(nèi)變化較大，無(wú)霜期長(zhǎng)。多年平均氣溫16.

11、8℃，歷年最高氣溫達(dá)40℃，最低氣溫-12℃，平均風(fēng)速1.2m/s,多年平均最大風(fēng)速15.5m/s，風(fēng)向多為NE。流域多年平均降水量1036.3mm，流域暴雨頻繁，洪水多發(fā)，4~10月為汛期，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，僅占全年的1.3%。</p><p>　　水文測(cè)站。黃柏河干流上1958年設(shè)立池灣河水文站，1971年設(shè)立小溪塔水文站，196

12、1年在東支設(shè)立分鄉(xiāng)水文站。天**廟水庫(kù)建成后，先后開(kāi)展了降雨、水位、泄流觀測(cè)，有比較完整的運(yùn)行資料。分鄉(xiāng)水文站是重要的參證站，控制流域面積1083.0km2。</p><p>　　分鄉(xiāng)站歷史洪水。根據(jù)1982年省雨洪辦對(duì)宜昌市歷史洪水調(diào)查成果的審定結(jié)果，分鄉(xiāng)站洪水的排位為1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，資料可靠，可直接采用。經(jīng)審定認(rèn)為，分鄉(xiāng)站1935年洪水1826年以來(lái)的第1位，重現(xiàn)期

13、為176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相當(dāng)，分別確定為1826年以來(lái)的地2~4位，1958年洪水為1826年以來(lái)的地5位。分鄉(xiāng)站歷史洪水成果見(jiàn)表KSI—1。</p><p>　　分鄉(xiāng)站歷史洪水成果(KSI—1)</p><p><b>　　防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇:</b></p><p>　　根據(jù)國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201—94）和

14、部頒《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）等的有關(guān)規(guī)定，選擇水庫(kù)防洪復(fù)核的防洪標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　水利水電樞紐工程的等級(jí)(表3.1)</p><p>　　水工建筑物的級(jí)別(表3.2)</p><p>　　水庫(kù)工程建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)(表3.3)</p><p>　　根據(jù)水庫(kù)的庫(kù)容V=6367萬(wàn)m3=0.6367 

15、5;108m3,查表（3.1）可知此類建筑物的工程等級(jí)為三級(jí)，且此水庫(kù)建于低山-丘陵區(qū)，大壩為漿砌石雙曲拱壩，查表（3.3）由此可知其防洪標(biāo)準(zhǔn)： 設(shè)計(jì)T=50年 </p><p><b>　　校核T=500年</b></p><p>　　峰、量選樣及歷史洪水調(diào)查：</p><p>　　**廟水庫(kù)洪峰、洪量系列（表KS1-2）</p&

16、gt;<p>　　注:①**廟水庫(kù)壩址1959—1977年峰、量系列根據(jù)分鄉(xiāng)站資料換算得到，洪峰按面積比指數(shù)的2/3次方換算，洪量按面積的一次方換算:</p><p>　　==（553.6/1083.0）</p><p>　　=0.63931 …………………………(4-1)</p><p>　　==0.51117…………(4-2)</p>

17、<p>　　==0.51117………(4-3)</p><p>　?、?*廟壩址1978—2001峰、量系列直接采用**廟入庫(kù)洪水系列計(jì)算。③分析分鄉(xiāng)站歷史洪水，并按公式(4-1)、（4-2）、（4-3）換算至**廟水庫(kù)壩址，并填入表4.1中（現(xiàn)以1984年分鄉(xiāng)站歷史洪水為例）：</p><p>　　由（4-1）可得，= =0.63931×4680=2992m3/

18、</p><p>　　根據(jù)**廟水庫(kù)1978—2001年峰、量關(guān)系建立峰、量相關(guān)關(guān)系： </p><p>　　W1=0.0002042*Qm+0.07096……………(4-4)</p><p>　　W3=0.0002983*Qm+0.1341……………(4-5)</p><p>　　4.2根據(jù)以上峰、量關(guān)系計(jì)算歷史洪水的1d、3d洪量：<

19、;/p><p>　　1935年：由Qm=4680 m3/s</p><p>　　W1=0.0002042*Qm+0.07096=1.0266×108m3</p><p>　　W3= 0.0002983*Qm+0.1341=1.5301×108m3 </p><p>　　再根據(jù)分鄉(xiāng)站與**廟的換算公式，（4—1）、（4-2

20、）、（4—3）換算至**廟，</p><p><b>　　==0.51117</b></p><p>　　=0.51117×1.0266×108=0.5248×108m3</p><p><b>　　==0.51117</b></p><p>　　=0.51117

21、15;1.5301×108=0.7821×108m3</p><p>　　又由于1984年洪水于1826年、1930年洪水相當(dāng)，且為1826年以來(lái)的地2~4位，故設(shè)</p><p>　　=2385 m3/s ，= 0.5550×108m3 ，=0.8580×108m3</p><p>　　=2380 m3/s ，=0.557

22、0 ×108m3 ，=0.8598×108m3</p><p>　　分鄉(xiāng)站與**廟峰、量換算（表4.1）</p><p>　　五、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算1、對(duì)**廟壩址峰量1d、3d系列進(jìn)行頻率計(jì)算，推求出各種設(shè)計(jì)頻率的實(shí)際峰量及1d、3d的設(shè)計(jì)洪量</p><p>　　由統(tǒng)一樣本法, （%），分別計(jì)算洪峰Qm,W1,W3的頻率（如下表5.1）：<

23、/p><p>　　考證期至今：N=2001-1826+1=176</p><p>　　實(shí)測(cè)洪水系列：n=44</p><p>　　N年中的特大洪水：a=5</p><p>　　N年中的特大洪水：l=2</p><p><b>　　表5.1</b></p><p><b&g

24、t;　　根據(jù)基本公式：</b></p><p><b>　　分別求得</b></p><p>　　=510.5m³/s </p><p><b>　　= 0.79</b></p><p>　　由, Cv=0.79, 分別取進(jìn)行配線</p

25、><p><b>　　表5.2</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　0.5915</b></p><p><b>　　表5.3</b></p><p><b>　　表5.4</b&

26、gt;</p><p>　　由上述得=510.5m3/s； Cv=0.79； Cs=2.5 Cv=2.0；</p><p>　　計(jì)算洪峰：Q2%= ×（Cv×φ2%+1）=510.5 ×（0.79×2.91+1）=1684.09 m3/s</p><p>　　Q0.2%=×（Cv×φ0.2%+1）

27、=510.5 ×（0.79×5.22+1）%=2615.70m3/s </p><p>　　計(jì)算1d洪量：由上述得=0.1677×108m3 Cv=0.59 Cs=2.5 Cv=1.5</p><p>　　W2%=0.1677×108×（0.59×2.74+1）=0.4388×108m3</p>

28、<p>　　W0.2%=0.1677×108×（0.59×4.68+1）=0.6308×108m3</p><p>　　計(jì)算3 d洪量：由上述可得=0.2721×108m3 Cv=0.59 Cs=2.5 Cv=1.5</p><p>　　W2%=0.2721×108×(0.59×2.7

29、4+1)=0.7120×108m3 </p><p>　　W0.2%=0.2721×108×(0.59×4.68+1)=1.0234×108m3</p><p>　　2，頻率計(jì)算成果合理性分析：</p><p>　　在洪水峰、量頻率計(jì)算中，不可避免地存在各種誤差，為了防止因各種原因帶來(lái)的差錯(cuò)，必須對(duì)計(jì)算成果

30、進(jìn)行合理性分析，以便盡可能提高精度。通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算和做出的頻率曲線分析可以看出，頻率計(jì)算成果滿足精度要求，基本符合設(shè)計(jì)要求：</p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)本站洪峰、洪量及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨時(shí)間變化的分析和從洪峰、洪量及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨地區(qū)的變化規(guī)律的分析，以及從形成洪水的暴雨方面分析，都得出了相應(yīng)的合理結(jié)論。</p><p>　　（2）將各種統(tǒng)計(jì)時(shí)段洪量的頻率曲線點(diǎn)繪制在一張圖上，在適用范圍內(nèi)不能

31、相交。因?yàn)槿绻嘟?，就不能保證同一頻率下長(zhǎng)時(shí)段的洪量大于短時(shí)段的洪量。3，選擇典型洪水過(guò)程線：</p><p>　　根據(jù)典型洪水過(guò)程線的選擇原則，特選定**廟水庫(kù)19884年7月26-28日的流量作為典型洪水過(guò)程線分析 </p><p>　　典型洪水過(guò)程線（1984.7.26—28） (表KS1-3)</p><p>　　4、按同頻率放大法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

32、，并按選擇時(shí)段Δt=1h繪制洪水過(guò)程線</p><p>　　在表KS1—3中運(yùn)用，由公式，分別算出典型Qm=2389m3/s, </p><p>　　W1d=（96.6/2+572.0+1085.0+1345.0+……+138.0+121.0+103.9/2）=0.7158×108m3，</p><p>　　W3d=(96.6/2+572.2+……+11.

33、8+11.0+10.6/2)=0.7779×108m3，</p><p><b>　　表5.5</b></p><p><b>　?、儆?jì)算放大倍比:</b></p><p>　　②放大流量（下表5.6） </p><p>　?、劾L制△t=1h洪水過(guò)程線（圖5.1）：</p&g

34、t;<p><b>　　圖5.1</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪計(jì)算</b></p><p>　　推求庫(kù)容曲線Z~V和蓄泄曲線q~V</p><p>　　**廟水庫(kù)為有閘溢洪道，調(diào)洪時(shí)段Δt=1h，進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，并繪制入庫(kù)和下泄流量過(guò)程線圖。調(diào)洪起調(diào)水位為正常蓄水位409m，在此水位下，左岸

35、溢洪道2孔、壩頂溢洪道4孔全開(kāi)的泄流量為2940m3/s。當(dāng)入庫(kù)洪水流量小于此流量時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟溢洪道閘門數(shù)，使泄流量等于來(lái)水流量，保持設(shè)計(jì)蓄水位409m不變。當(dāng)入庫(kù)洪水流量大一2940 m3/s時(shí)，6孔閘門全開(kāi)泄洪，庫(kù)水位開(kāi)始上漲，直至達(dá)到最高洪水位，然后再回落至設(shè)計(jì)蓄水位409m。</p><p>　　**廟水庫(kù)庫(kù)容曲線和泄洪建筑物泄流曲線</p><p>　　**廟水庫(kù)庫(kù)容曲線根據(jù)原庫(kù)

36、區(qū)1：2000地形圖進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，與《湖北省中型水庫(kù)調(diào)度規(guī)定》刊布成果一致。左岸溢洪道堰頂高程398.0m，2孔，每孔凈寬13.0m，為弧形閘門控制。壩頂溢洪道堰頂高程402.4m，4孔，每孔凈寬8.0m，亦為弧形閘門控制。兩溢洪道堰型均為WES標(biāo)準(zhǔn)型剖面實(shí)用堰，流量計(jì)算公式為</p><p>　　Q=δcmnb3/2</p><p>　　**廟水庫(kù)庫(kù)容曲線和泄洪建筑物泄流曲線 （表KS

37、1—4）</p><p>　　由表（KS1—4）的數(shù)據(jù)，可求得庫(kù)容曲線Z~V和蓄泄曲線q~V繪于下圖中，并求得各自的相關(guān)關(guān)系，也標(biāo)注于圖中。</p><p><b>　　圖6.1</b></p><p>　　2，確定調(diào)洪的起始條件</p><p>　　溢洪道屬于閘門控制，調(diào)洪起調(diào)水位為正常蓄水Z=409m,相應(yīng)的庫(kù)容V=

38、6032萬(wàn)m3，q=0，允許的最大泄流量q允=2940m3/s，Q1=0，Q2=610.7 m3/s</p><p>　　3，推求下泄流量過(guò)程線q~t</p><p>　　由于設(shè)計(jì)洪水量Q小于允許的最大泄流量q允,因此各時(shí)段下泄流量q就等于來(lái)水量，再代入公式=( +)△t—(+) △t＋ 計(jì)算出各時(shí)段相應(yīng)Vi，再由V~Z的相關(guān)關(guān)系：Zi= 0.004Vi + 383.9 計(jì)算出對(duì)應(yīng)的水位Z

39、，填入下表（表6.1）中,并繪制下泄流量過(guò)程線q～t(圖6.2)</p><p>　　調(diào)洪計(jì)算 （表6.1）</p><p><b>　　圖6.2</b></p><p>　　七、壩頂高程復(fù)核計(jì)算</p><p>　　根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL282—2003），壩頂高程應(yīng)不低于校核洪水位，壩頂上游側(cè)放浪墻頂高程與

40、設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差Δh按下式計(jì)算 Δh= hb+ hz+ hc</p><p>　　式中 hb—波高，m；</p><p>　　hz—波浪中心線超出靜水位的風(fēng)壅高度，m；</p><p>　　hc—安全超高，根據(jù)建筑物等級(jí)選取表（表7.1）</p><p>　　波高： </p><p>

41、;　　波長(zhǎng)： </p><p>　　風(fēng)壅高度： </p><p>　　式中 V—計(jì)算風(fēng)速，設(shè)計(jì)工況采用1.5倍的多年平均最大風(fēng)速，校核工況，采用多年平均最大風(fēng)速；</p><p><b>　　H—壩前水深，m；</b></p><p><b>　　g—重力加速度；</

42、b></p><p>　　D—庫(kù)區(qū)長(zhǎng)度，即吹成，m。</p><p>　　由流域自然地理概況，流域水文氣象特性可知</p><p>　　D=1000m g=9.81m/s2 H=348m V=15.5m/s</p><p><b>　　則：</b></p><p&g

43、t;<b>　　hb=0.805</b></p><p><b>　　hz=6.067</b></p><p><b>　　hc=0.34</b></p><p>　　根據(jù)凝土拱壩安全超高h(yuǎn)c表可知 :hc=0.4</p><p>　　則 </p>

44、<p>　　Δh= hb+ hz+ hc=0.805+0.34+0.4=1.505m</p><p>　　根據(jù)調(diào)洪計(jì)算表(6.1)知最大洪水位為409.6m</p><p>　　則409.6+Δh=411.1m<防浪墻頂高程411.3m </p><p>　　故復(fù)核水庫(kù)高程安全.</p><p><b>　　八、

45、結(jié)論與建議</b></p><p>　　第一次課程設(shè)計(jì),本以為會(huì)無(wú)從下手,但在仔細(xì)查閱課設(shè)的說(shuō)明和要求后,發(fā)現(xiàn)跟著書(shū)中課設(shè)的設(shè)計(jì)步驟,并結(jié)合第七章—由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水和第十三章—水庫(kù)防洪計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，一切就水到渠成了。由于在處理**廟的洪峰和洪量系列時(shí)，有特大洪水存在，為更加精確，選擇了統(tǒng)一樣本法，但在5年特大洪水系列中有2年的特大洪水?dāng)?shù)據(jù)缺失且不能定量，雖不影響參數(shù)的頻率計(jì)算，但在計(jì)算均值和C

46、v卻不能略去所缺失2年的洪水系列（否則就不滿足統(tǒng)一樣本法計(jì)算公式的那兩個(gè)假設(shè)：① ；② ，在N—n的缺測(cè)年份內(nèi)，通過(guò)洪水調(diào)查，確實(shí)沒(méi)有漏掉特大洪水，公式成立）。因此在計(jì)算均值和Cv時(shí)，根據(jù)1984年洪水于1826年、1930年洪水相當(dāng)，以及歷史洪水洪峰、量的相關(guān)關(guān)系，假設(shè)了1826和1930年峰、量值，由于非實(shí)測(cè)值，因此不可避免的出現(xiàn)了較大的誤差，影響了后期的各項(xiàng)計(jì)算（①在設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算中，1d洪水的放大倍比小于1，相應(yīng)的放大的流量也比

47、較小，并影響了調(diào)洪計(jì)算中，下泄流量q的推求——由于放大流量小，其最大的來(lái)水量都小于水庫(kù)允許的下泄流量q允,因而就不必采用試算法，下泄流量q直接等于來(lái)水量，如果計(jì)算出來(lái)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程相應(yīng)的來(lái)水量，比</p><p>　　通過(guò)此次水文課程設(shè)計(jì)，讓我真實(shí)的感受了將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中那種過(guò)程，并加深了對(duì)此門課程的理解以及更加熟練的掌握了在處理水文問(wèn)題中所運(yùn)用的各類軟件。但由于缺乏指導(dǎo)，在一些問(wèn)題上，總感覺(jué)有點(diǎn)問(wèn)題，就是