工程水文课程设计
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天福庙水库防洪复核计算 一、 设计任务 天福庙水库水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村,大把以上流域面积553.6km2,河长58.2km,河道比降1.06%,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。 4. 调洪计算。 5. 坝顶高程复核。
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,大坝以上流域面积553.6km2,河长58.2km,河道比降10.6‰,总库容6367万m2,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714万m3,正常蓄水位409m,相应库容6032万m3。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。库区吹成1000m。 (二) 水文气象资料
1. 气象特征 天福庙流域位地处亚热带季风区,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KSI—1。
分乡站历史洪水成果(KSI—1) 序号 年份 洪峰流量 (m3/s) 1d洪量 (×108m3) 3d洪量 (×108m3) 重现期 备注 1 1935 4680 176 不能定量 2 1984 3739 1.0738 1.6664 3 1826 4 1930 5 1958 2820 1.2201 1.9500
三、 防洪标准选择: 根据国家《防洪标准》(GB50201—94)和部颁《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)等的有关规定,选择水库防洪复核的防洪标准。
水利水电枢纽工程的等级(表3.1)
工程等级
水库 防洪 治涝 灌溉 供水 水电站
工程规模 总库容 (×108m3) 城镇及工矿企业的重要性 保护农田 (万亩) 治涝面积 (万亩) 灌溉面积 (万亩)
城镇及工矿企业的重要性 装机容量(×104kw)
一 大(1)型 >10 特别重要 〉500 >200 〉150 特别重要 〉120 二 大(2)型 10~1.0 重要 500~100 200~60 150~50 重要 120~30 三 中型 1.0~0.10 中等 100~30 60~15 50~5 中等 30~5 四 小(1)型 0.10~0.01 一般 30~5 15~3 5~0.5 一般 5~1 五 小(2)型 0.01~0.001 <5 〈3 〈0.5 〈1
水工建筑物的级别(表3.2) 工程等级 永久性水工建筑物级别 临时性水工建筑物级别 主要建筑物 次要建
筑物 1 1 3 4 2 2 3 4 3 3 4 5 4 4 5 5 5 5 5
水库工程建筑物防洪标准(表3.3) 水工建筑物的类别
防洪标准[重现期(年)] 山区、丘陵区 平原区、滨海区
设计 校核 设计 校核 混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑 土坝、堆石坝
一 1000~500 5000~2000 可能最大洪水(PFM)或 10000~5000 300~100 2000~1000 二 500~100 2000~1000 5000~2000 100~50 1000~300 三 100~50 1000~500 2000~1000 50~20 300~100 四 50~30 500~200 1000~300 20~10 100~50 五 30~20 200~100 3000~200 10 50~20 根据水库的库容V=6367万m3=0.6367 ×108m3,查表(3.1)可知此类建筑物的工程等级为三级,且此水库建于低山-丘陵区,大坝为浆砌石双曲拱坝,查表(3.3)由此可知其防洪标准: 设计T=50年 校核T=500年
四、 峰、量选样及历史洪水调查:
天福庙水库洪峰、洪量系列(表KS1-2)
年份 洪峰Qm (m3/s) 1d洪量W1 (×108m3) 3d洪量W3(×108m3) 年份 洪峰Qm (m3/s) 1d洪量W
1
(×108m3)
3d洪量W
3
(×108m3)
1958 1803 0.6237 0.9968 1980 571 0.1725 0.2092 1959 131 0.0434 0.0664 1981 126 0.0841 0.1241 1960 266 0.0921 0.1380 1982 582 0.2127 0.3172 1961 200 0.0664 0.1023 1983 437 0.2124 0.3223 1962 640 0.1999 0.2924 1984 2389 0.5489 0.8518 1963 1036 0.3727 0.5725 1985 121 0.0613 0.1307 1964 452 0.1314 0.1314 1986 218 0.0979 0.1924 1965 519 0.1452 0.2300 1987 438 0.1677 0.2864 1966 189 0.0817 0.1253 1988 222 0.1154 0.1790 1967 774 0.1876 0.2852 1989 592 0.2229 0.3189 1968 838 0.2832 0.6594 1990 634 0.1209 0.1790 1969 428 0.1514 0.2213 1991 804 0.2334 0.3158 1970 598 0.2233 0.3103 1992 851 0.2635 0.3288 1971 389 0.1681 0.2877 1993 425 0.1195 0.1824 1972 64 0.0363 0.0797 1994 167 0.1177 0.2131 1973 445 0.1457 0.2233 1995 261 0.0985 0.1860 1974 240 0.0813 0.1589 1996 487 0.2341 0.4334 1975 848 0.1483 0.2480 1997 544 0.1383 0.3186 1976 272 0.0931 0.1380 1998 974 0.2262 0.4135 1977 162 0.0915 0.1795 1999 170 0.0734 0.1686 1978 299 0.1525 0.2812 2000 613 0.2113 0.3157 1979 634 0.2880 0.5393 2001 471 0.1913 0.2986
注: 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:
Q天福庙=
FF
分乡站天福庙32Q分乡站=(553.6/1083.0)3
2
Q
分乡站
=0.63931 Q分乡站…………………………(4-1) W1d天
=
FF
分乡站天福庙W分1d=0.51117W
分1d…………(4-2)
W3d天
=
FF
分乡站天福庙
W分3d=0.51117W
分3d………(4-3)
②天福庙坝址1978—2001峰、量系列直接采用天福庙入库洪水系列计算。 ③分析分乡站历史洪水,并按公式(4-1)、(4-2)、(4-3)换算至天福庙水库坝址,并填入表4.1中(现以1984年分乡站历史洪水为例):
由(4-1)可得,Q天福庙= Q0.63931分乡站=0.63931×4680=2992m3/ 根据天福庙水库1978—2001年峰、量关系建立峰、量相关关系:
W1=0.0002042*Qm+0.07096……………(4-4) W3=0.0002983*Qm+0.1341……………(4-5)