第十三章 水库洪水调节及计算
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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5000KV,年发电量1372X 104kw • h,水库库容亿卅。
挡水建筑物为混凝土面板坝,最大坝高。
溢洪道堰顶高程,采用2孔8m K 6m (宽X高)的弧形门控制。
水库正常蓄水位。
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=+学号最后1位/10,即),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〜乙并将V〜乙q〜Z绘制在图上;b)决定开始计算时刻和此时的q i、M,然后列表试算,试算过程中,对每一时段的q2、V;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=f i(z)、V/△ t+q/2=f 2(z)、q=f(z);b)进行图解计算,将结果列成表格。
调洪演算计算说明书一、 相关资料中包水利枢纽工程是三等工程,溢洪道设计洪水标准为五十年一遇(P=2%)至一百年一遇(P=1%),校核洪水标准为千年一遇(P=0.1%).二、基本原理1.泄水建筑物尺寸:溢洪道堰顶高程519m ,采用3孔86m m ⨯(宽⨯高)的弧形门控制。
由2/302q H g m nb ⋅=ε (其中侧收缩系数ε=0.92,n 为所开孔数, 流量系数m=0.48,单孔堰顶宽度b=8m ,g=9.812/m s ,堰顶水头0H =水位Z-堰顶高程,。
不计流速水头。
) 计算出下泄流量2.设计洪水来临时,用左右2孔泄洪;校核洪水来临时,用3孔泄洪。
3.基本计算公式为:()()()t V V q q Q Q ∆-=+-+/2/2/122121式中: Q 1, Q 2--分别为计算时段初、末的入库流量,m 3/s ; v 1,v 2--分别为计算时段初、末水库的蓄水量,m 3 ; q 1,q 2--分别为计算时段初、末的下泄流量,m 3/s ; t ∆--计算时段,一般取1小时。
4.下游安全泄量及起调水位该水利枢纽没有下游防洪要求,一般在洪水来临时,水库将预泄库水至水库防洪限制水位,以便有足够的库容蓄洪或滞洪。
防洪限制水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,则调洪计算从水位525.3m 起调。
5.水库运行方式根据题目分析,本工程采用3孔溢洪道泄洪,设计洪水来临时,用左右2孔泄洪;校核洪水来临时,用3孔泄洪。
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525.3m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。
6.计算方法:先决定开始计算时刻和此时的q1、V1,然后假定下泄流量q2值,再由计算V2值,再查q-V表得出q2’值,水量平衡方程()()()t-+2/2/=+/VV-qqQ∆Q211122比较q2和q2’,若二者基本相等,则假定正确,否则重新试算,直到大致相等为止,依次计算下去。
2.4.2 调洪计算方法水库调洪是在水量平衡和动力平衡的支配下进行的,本次计算单辅助线法计算。
水量平衡的数学表达式为:221Q Q +t ∆ -221q q + t ∆=V 2-V 1式中:Q 1,Q 2——时段初、末入库流量,m 3/s ;q 1,q 2——时段初、末出库流量,m 3/s ;V1,V2——时段初、末水库蓄水量,m 3;t ∆——计算时段,t ∆=1h=3600s 。
将水量平衡方程进行变换得到:)(22)2(1112221q t V q Q Q q t V +∆+-+=+∆ 建立q ~2q t V +∆函数关系曲线,绘出q ~2q t V +∆辅助线,连续求出水库的下泄流量过程。
2.4.3 调洪演算成果按照不同频率入库设计洪水过程线,逐时段查算辅助曲线,确定水库出库流量过程。
根据上述入库设计洪水过程线、库容曲线、起调水位进行调洪演算。
本次调洪演算成果见表2-9。
调洪演算成果表2-92.5 坝顶高程计算水库主坝为浆砌石坝,坝顶超高计算公式采用《砌石坝设计规范》(SL25-2006)中公式进行计算:c z b h h H H ++∆=式中:H ∆——坝顶超高,m ;H b ——波浪高,m ;H z ——风浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差,m ;H c ——安全超高,5级坝,设计情况A=0.3m ,校校情况A=0.2m 。
根据当地提供的风速风向资料,水库水面以上10m 高度处,年最大平均风速为16m/s 。
根据《砌石坝设计》(SL25-2006)及《水利水电等级划分及洪水标准》(SL252-2000)有关规定,永久建筑物级别为5级。
根据《砌石坝设计规范》(SL25-2006)波高、波长按官厅公式(C.4.1-1)和(C.4.1-2)计算: )(11.4.)(0076.03/12020121-=C v gD v v gh o b)(21.4.)(33.015/42020157-=C v gD v v gLm o式中:H b ——波高(当2502020-=v gD时,为累积频率5%的波高h s%;当当100025020-=v gD 时,为累积频率10%的波高h 10%),m ;L m ——平均波长,m ;v 0——计算最大风速(设计情况采用多年平均年最大风速的1.5倍 ,校核情况采用多年平均最大风速),m/s ; D ——风区长度,m ;g ——重力加速度,9.81m/s 2。
调洪演算计算说明书一、 相关资料中包水利枢纽工程是三等工程,溢洪道设计洪水标准为五十年一遇(P=2%)至一百年一遇(P=1%),校核洪水标准为千年一遇(P=0.1%).二、基本原理1.泄水建筑物尺寸:溢洪道堰顶高程519m ,采用3孔86m m ⨯(宽⨯高)的弧形门控制。
由2/302q H g m nb ⋅=ε (其中侧收缩系数ε=0.92,n 为所开孔数, 流量系数m=0.48,单孔堰顶宽度b=8m ,g=9.812/m s ,堰顶水头0H =水位Z-堰顶高程,。
不计流速水头。
) 计算出下泄流量2.设计洪水来临时,用左右2孔泄洪;校核洪水来临时,用3孔泄洪。
3.基本计算公式为:()()()t V V q q Q Q ∆-=+-+/2/2/122121式中: Q 1, Q 2--分别为计算时段初、末的入库流量,m 3/s ; v 1,v 2--分别为计算时段初、末水库的蓄水量,m 3 ; q 1,q 2--分别为计算时段初、末的下泄流量,m 3/s ; t ∆--计算时段,一般取1小时。
4.下游安全泄量及起调水位该水利枢纽没有下游防洪要求,一般在洪水来临时,水库将预泄库水至水库防洪限制水位,以便有足够的库容蓄洪或滞洪。
防洪限制水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,则调洪计算从水位525.3m 起调。
5.水库运行方式根据题目分析,本工程采用3孔溢洪道泄洪,设计洪水来临时,用左右2孔泄洪;校核洪水来临时,用3孔泄洪。
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525.3m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。
6.计算方法:先决定开始计算时刻和此时的q1、V1,然后假定下泄流量q2值,再由计算V2值,再查q-V表得出q2’值,水量平衡方程()()()t-+2/2/=+/VV-qqQ∆Q211122比较q2和q2’,若二者基本相等,则假定正确,否则重新试算,直到大致相等为止,依次计算下去。
已知:某综合利用水库以防洪、灌溉为主,兼有发电、渔业等其它效益。
根据具体情况枢纽布局已定。
发电与灌溉有关参数已初步确定。
水库正常蓄水位根据兴利要求已确定为110.0m。
(1)水库水电站共装四台水轮机发电机组,每台容量为4.5万KW。
(2)根据水库库容、防洪保护对象的重要性、灌溉面积等确定本水利枢纽工程属一等工程,其大坝、溢洪道属一级永久性建筑物,设计洪水标准为P=0.2%(五百年一遇),校核洪水标准为P=0.02%(五千年一遇)。
(3)水库下游有城市等防洪要求。
与堤防措施配合运用,下游防洪标准为P=2%(五十年一遇),相应的水库允许下泄流量q2%=7000m3/s。
(4)根据防洪兴利在水库上可能结合的情况,初步确定水库防洪限制水位为106.0m。
(5)根据水库排沙的需要,已确定设一圆形排沙孔,其直径为3.0m,中心高程68.0m,经分析汛期可用于泄洪。
(6)本枢纽泄洪隧洞已经初步选定,采用马蹄形四孔,每孔过水面积等价于5x5 m2,洞心高程为86.0m。
(7)该水库设计风速为V=12m/s,库面最大吹程为D=15km.。
(8)水库库面曲线见下图图一,下游水位流量关系曲线见图二,各种频率的水库设计洪水过程见表一。
求:现需根据所提供资料和设计要求选择溢洪道尺寸,确定防洪库容和坝高。
水库设计洪水过程线。