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. 洪水调节课程设计
《洪水调节课程设计》任务书
一、设计目的
1、洪水调节目的：定量地找出入库洪水、下泄洪水、拦蓄洪水的库容、水库
水位的变化、泄洪建筑物型式和尺寸间的关系，为确定水库的有关参数和泄洪建筑型式选择、尺寸确定提供依据；
2、掌握列表试算法和半图解法的基本原理、方法、步骤及各自的特点；
3、了解工程设计所需洪水调节计算要解决的课题；
4、培养学生分析问题、解决问题的能力。
二、设计基本资料
某水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益，电站装机为5000KW，年发电量1372×104 kw·h，水库库容0.55亿m3。挡水建筑物为混凝土面板坝，最大坝高84.80m。溢洪道堰顶高程519.00m，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。水库正常蓄水位525.00m。电站发电引用流量为10m3/s。
本工程采用2孔溢洪道泄洪。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。
上游防洪限制水位Xm（注：X=524.5+学号最后1位/10，即524.5m-525.4m），下游无防汛要求。
三、设计任务及步骤
分别对设计洪水标准、校核洪水标准，按照上述拟定的泄洪建筑物的类型、尺寸和水库运用方式，分别采用列表试算法和半图解法推求水库下泄流量过程，以及相应的库容、水位变化过程。具体步骤：
1、根据工程规模和建筑物的等级，确定相应的洪水标准；
2、用列表试算法进行调洪演算：
a)根据已知水库水位容积关系曲线V～Z和泄洪建筑物方案，用水力学公
式求出下泄流量与库容关系曲线q～Z，并将V～Z，q～Z绘制在图上；
b)决定开始计算时刻和此时的q1、V1，然后列表试算，试算过程中，对每
一时段的q2、V2进行试算；
c)将计算结果绘成曲线：Q～t、q～t在一张图上，Z～t曲线绘制在下方。
3、用半图解法进行调洪计算：
a)绘制三条曲线：V/△t-q/2=f1(z)、V/△t+q/2=f2(z)、q=f(z)；
b)进行图解计算，将结果列成表格。
4、比较分析试算法和半图解法调洪计算的成果
四、 时间安排和要求
1、设计时间为1周；
2、成果要求：
设计说明书编写要求条理清楚、附图绘制标准。
列表试算法要求采用手工计算，熟悉过程后可编程计算，如采用编程计算需提供程序清单及相应说明。
设计成果请独立完成，如有雷同则二者皆取消成绩，另提交成果时抽查质询。
五、 参考书：
1、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)
2、《水利水能规划》 附录：
一、堰顶溢流公式：
2
/30
2q H g m nb ?=ε
式中：q ——通过溢流孔口的下泄流量，m 3/s ；
n ——溢流孔孔口数；
b ——溢流孔单孔净宽，m ； g ——重力加速度，9.81m/s 2；
ε——闸墩侧收缩系数，与墩头形式有关，初步计算可假设为0.92； m ——流量系数，与堰顶形式有关，可查表，本工程取0.48；
H 0——堰顶水头，m 。
二、设计洪水过程
三、水位－库容曲线
库容（104m3）0 18 113.5 359.3 837.2 1573.6 2043.2 高程（m）510 515 520 525 530 535 540 库容（104m3）2583.3 3201.3 3895.7 4683.8 5593.9 6670 7842.6
四、工程分等分级规范和洪水标准
洪水调节课程设计说明书
一、设计说明
由《洪水调节课程设计任务书》中提供的材料可知，该水利枢纽工程电站装机50000KW，水库总容积为0.55亿m3，由《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）知，该水利枢纽工程等级为Ⅲ级，工程规模为中型，故采用100年一遇（1%）进行洪水设计，1000年一遇（0.1%）进行洪水校核。
溢洪道堰顶高程为519.00m，采用2孔8m×6m（宽×高）的弧形门控制。水库正常蓄水位525.00m,上游防洪限制水位为525.0m。电站发电引用流量为10m3/s。在洪水期间洪水来临时，先用闸门控制下泄流量q并使其等于洪水来水量Q，使水库水位保持在防洪限制水位不变；当洪水来水量Q继续增大时，闸门逐渐打开；当闸门达到全开后，就不再用闸门控制，下泄流量q随水库水位z的升高而增大，流态为自由流态，情况与无闸门控制一样。
二、计算过程
根据该水利枢纽工程水库——库容曲线表（表一）绘出Z~V曲线（图一）如下：
530
5593.90 535 6670.00 540 7842.60 545 9015.20
(一)、设计洪水的计算
A 、列表试算法进行调洪演算：
1.列表计算q-Z 曲线关系,计算并绘制q-V 曲线 闸门全开条件下，根据堰顶溢流公式：
2/32o H g m nb q ε= (1)
式中：;519;/81.9;48.0;92.0;8;202m Z H s m g m m b n -======ε
表二：该水利枢纽下泄流量q ——水位Z 关系曲线
库水位Z
（m ） 堰顶水头H （m ） 溢洪道下泄 流量q 溢(m3/s) 发电站引用流量q 电（m3/s） 总泄流量q(m3/s) 库容V(m3) 525.5 6.5
518.64 10 528.64 4774.81 526 7 579.62 10 589.62 4865.82 526.5 7.5 642.82 10 652.82 4956.83 527 8 708.16 10 718.16 5047.84 527.5 8.5 775.58 10 785.58 5138.85 528 9 845.01 10 855.01 5229.86 528.5 9.5 916.40 10 926.40 5320.87 529
10
989.69 10
999.69
5411.88
529.5 10.5 1064.84 10 1074.84 5502.89 530 11 1141.79 10 1151.79 5593.90 530.5 11.5 1220.52 10 1230.52 5701.51 531 12 1300.98 10 1310.98 5809.12 531.5 12.5 1383.13 10 1393.13 5916.73 532 13 1466.94 10 1476.94 6024.34 532.5 13.5 1552.38 10 1562.38 6131.95 533 14 1639.42 10 1649.42 6239.56 533.5 14.5 1728.03 10 1738.03 6347.17 534 15 1818.17 10 1828.17 6454.78 534.5 15.5 1909.84 10 1919.84 6562.39 535 16 2002.99 10 2012.99 6670.00 535.5 16.5 2097.61 10 2107.61 6787.26 536 17 2193.67 10 2203.67 6904.52 536.5 17.5 2291.16 10 2301.16 7021.78 537 18 2390.05 10 2400.05 7139.04 537.5 18.5 2490.33 10 2500.33 7256.30 538 19 2591.96 10 2601.96 7373.56 538.5 19.5 2694.95 10 2704.95 7490.82 539 20 2799.26 10 2809.26 7608.08 539.5 20.5 2904.89 10 2914.89 7725.34 540 21 3011.81 10 3021.81 7842.60
由上表可得该水利枢纽的q—Z关系曲线：
2.调洪计算求q-t 过程和Z-t 过程
（1）确定调洪起始条件。由于水库溢洪道由闸门控制，起调水位为防洪限制水位。
初始时刻洪水来临时，在0至1时段，由闸门控制下泄流量q ，使其等于洪水来水量Q ，水库水位保持在防洪限制水位525m 不变。
第2时段开始，洪水来水量Q 继续增大，溢洪洞闸门逐渐打开直至全开，下泄流量q 随水库水位Z 的升高而增大。
（2）从第2小时开始调洪，取△t=1h=3600s 。根据水量平衡方程
V V V t q q t Q Q t ?=-=?+-?+=?-122121)(2
1)(2
1)q Q (··············②
第（3）栏时段入库平均流量Q =(Q 1+Q 2)/2；
第（4）栏时段入库水量为Q △t=Q *3600s=0.36Q (万m 3)；
第（5）栏由起始已知时段1q 、1V 以及入库流量1Q 、2Q ，假设时段末下泄流量2q ，由②式即可求出△V ，而;12V V V ?+=由表二q-V 关系曲线由2V 线性插值得出2q 。若与假设值相同，则2q 即为所求；否则重新假设试算。上一时段末的2q 、2V 为下一时段初的1q 、1V ，逐时段求出q-t 线； 第（6）栏时段下泄流量()2/21q q q +=； 第（7）栏时段下泄水量q t q 36.0=?（万m 3/s ）； 第（8）栏时段水量变化t q t Q V ?-?=?； 第（9）栏水库存水量;12V V V ?+=
第（10）栏水库水位Z 由q-v 曲线线性插值求得。
当下泄过程中水位回降到防洪限制水位时，如下表中的16时，启用闸门控制下泄流量，使水位保持在防洪限制水位525m不变。
结合水库q=f(V)关系曲线线性插值逐时段对设计洪水进行试算，计算结果如表三所示：
Q-t、q-t曲线相交点可能不是最大值，对洪峰附近处加密，结果如下：
由表三绘制Q~t 、q~t 以及Z~t 曲线：
由上表查得设计洪水最大下泄流量q m =1020.0m 3
/s ，水库最高水位为Z m =529.1m 。
B.半图解法进行调洪演算:
1.计算并绘制单辅助线
计算中V 取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=1h 。计算过程如下： 第（3）栏V =V 总—V 519=V 总—3756.82（m 3）； 第（4）栏
36
.0V t V =?（万m 3/s ）； 第（5）栏由表二q-Z 关系曲线查得； 第（6）栏为第（5）栏的一半；
第（7）栏=第（4）栏+第（6）栏；
利用表五中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如图六所示：
2、调洪计算求q~t 过程和Z~t 过程
调洪的起始条件与试算法相同，计算过程如下： 第（1）、（2）栏由题目中给出；
第（3）栏2/)(21Q Q Q +=，逐时段求平均值，上一时段Q 2为下一时段Q 1； 第（4）栏112)2
()2(
q Q q
t V q t V -++?=+?； 第（5）栏由表五线性插值求得； 第（6）栏由表二q-Z 关系曲线插值得到； 计算结果见表六：
表六：某水利枢纽的设计洪水半图解法计算表(P=1%)
时间
t(h) 入库流量Q(m3/s) 平均入库流量Q (m3/s) V/△t+q/2 (m3/s) q(m3/s) Z(m) （1） （2） （3） （4） （5） （6） 0 35 2810.0 35.0 525.0 115.5
1 196
2890.5
196.0 525.0 360.0
2 524
3054.5 520.8 525.4 625.5
3 727
3159.2 543.1 525.6 973.5
4 1220
3589.6
637.2 526.4 1305.0
5 1390 4257.4 791.7 527.5 1340.0
6
1290
4805.6
925.8
528.5
Q-t、q-t曲线相交点可能不是最大值，对洪峰附近处加密，结果如下：
时间
t(h)
入库流量
Q(m3/s)
平均入库
流量
Q(m3/s)
V/△t+q/2(
m3/s)
q(m3/s)Z(m)
7 1190 5119.8 1005.5 529.0
1105.8
7.5 1021.5 5220.1 1031.4 529.2
937.3
8 853 5135.8 1009.6 529.1 由以上两表绘制Q~t、q~t以及Z~t曲线：
由上表查得设计洪水最大下泄流量q m=1031.4m3/s，水库最高水位为Z m=529.2m。
（二）、校核洪水的计算
A、试算法
1.q~V, V~Z和q~Z曲线与设计洪水中的相同。
2.调洪计算求q~t过程和Z~t过程。
起调水位为525m，相应库容查表一为4683.8万m3。用试算法对每一时段的q2、V2进行调洪计算,计算时段为1h。详细过程同表三，计算结果见表八：
Q-t、q-t曲线相交点可能不是最大值，对洪峰附近处加密，结果如下：
7.5 1465 1565.6 6136.0 532.5
1322.5 476.1 1545.0 556.2 -80.1
8 1180 1524.4 6084.1 532.3 由上表绘制Q~t、q~t以及Z~t曲线：
由上表查得设计洪水最大下泄流量q m=1575.7m3/s，水库最高水位为Z m=532.6m。
B、半图解法
1.由上述列表试算法得到的q~V曲线计算并绘制(f=V/△t+q/2)~Z辅助曲线，见表六；
2.调洪计算求q~t过程和Z~t过程。详细计算过程见表十：