《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；培养学生分析问题、解决问题的能力。

二、设计基本资料1.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10 m3/s。

2.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。

3.上游防洪限制水位524.8m（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：①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；②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；③ 将计算结果绘成曲线：Q ～t 、q ～t 在一图上，Z ～t 曲线绘制在下方。

3. 用半图解法进行调洪计算：① 绘制三条曲线：()2t 1q V Z f -=∆，()2t 2q V Z f +=∆，()Z f=q ；② 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：① 设计说明书编写要求条理清楚、附图绘制标准；② 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；③ 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3. 《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)4. 《水利水能规划》 附录： 一、堰顶溢流公式2/302q 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－库容曲线和库容表库容表高程（m）450 460 470 480 490 500 505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、工程分等分级规和洪水标准五、调洪计算成果表频率设计洪水校核洪水项目列表试算法最大泄量（m3/s）1003.35m3/s 1550.73 m3/s水库最高水位（m）529.03m 532.44m半图解法最大泄量（m3/s）1004.54m3/s 1558.92m3/s水库最高水位（m）528.92m 532.36m洪水调节演算过程一、洪水标准的确定1.工程等别的确定：由设计对象的基本资料可知，该水利枢纽工程以发电为主，兼有防洪、供水、养殖等其他综合效益，电站装机为5000kW，水库库容0.55⨯108m3。

若仅由装机容量5000kW为指标，根据“水利水电工程分等指标”，可将工程等别定为Ⅴ；若仅以水库总库容0.55⨯108m3为指标，则可将工程等别定为Ⅲ。

综合两种指标，取等级最高的Ⅲ等为工程最终等别。

2.洪水标准的确定：该水利工程的挡水建筑物为混凝土面板坝，由已确定的为Ⅲ等的工程等别，根据“山区，丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准”，可查得，该工程设计洪水标准为100~50年，校核标准为1000~500年，不妨取设计标准为100年，校核洪水标准为1000年。

二、试算法洪水调节计算1.计算并绘制水库的q=f(V)关系曲线：应用式2/32q Hgmnb⋅=ε，根据不同水库水位计算H与q,再由H~V关系曲线查得V，并计算于下表，绘制q=f(V) 关系曲线图如下。

2.3.4.5. 确定调洪的起始条件：起调水位也是防洪限制水位，Z=525.2m 。

相应库容4720.20×104m 3。

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。

由公式：10H 2g m nb Q q 230+⋅==ε=2⨯8⨯0.92⨯0.48()5.12.681.92⨯+10= 483.2m 3/s 得调洪开始时的下泄流量为483.2 m 3/s 。

所以在第一时段，以闸门控制入库流量等于下泄流量；以后时段闸门全开不再控制，下泄流量由试算计算。

6. 列表试算泄流量q ，本过程采用C 语言编程试算。

① 基本原理：根据水库容积曲线V=f （Z ）和堰顶溢流公式q=f （H ），得出蓄泄方程q=f （V ）。

联立水量平衡方程)q (2t121212q Q Q V V --++=∆f(V)q =可得q=f(V)=g （q ），即q=g （q ）。

② 编程公式的主要过程a) 已知的电站发电引用流量为10m 3/s ，结合堰顶溢流公式，得出下泄流q=nb εm 230H g 2+10。

（1） b) 水位高程Z 与堰顶水头H 的关系。

基本材料可知溢洪道堰顶高程为519m 则H=Z-519m ；c) 水库容积曲线V=f （Z ）的近似化。

根据该设计的蓄泄情况，水位高程的变化围在525m~535m 之间，又由于水库容积曲线在水位高程属525m~535m 之间的变化率较小，为方便计算，故可将其分段直线化以简化、近似计算。

由水位—库容表V=f （Z ）及上式H=Z -519m ，可得V=f （H ），易算出H=g （V ）= 02.18268.3591V - []9.55938.4683V ，∈ 22.21548.3226V - []0.66709.5593V ，∈。

（2）联立（1）、（2）式得10V g g 2m nb =q 23+）（ε。

（3） d ）将（3）式与水量平衡方程联立。

得 )q (2t 121212q Q Q V V --++=∆10V g g 2m nb =q 23+）（ε。

（4） e ）C 语言程序源代码如下：#include<stdio.h> #include<math.h> void main() {float V1,V2,Q1,Q2,q1,q2,q3, t=0.36; printf("V1=");scanf("%f",&V1); printf("Q1="); scanf("%f",&Q1); printf("Q2="); scanf("%f",&Q2); printf("q1="); scanf("%f",&q1); printf("q2=");scanf("%f",&q2); printf("\n\n"); loop: {V2=V1+ (Q1+Q2-q2-q1) * t/2;if (V2>=4683.8 && V2<=5593.9)q3=(pow((V2-3591.68)/182.02,1.5))*31.281+10;else if (V2>=5593.9 && V2<=6670.0) q3=(pow((V2-3226.48)/215.22,1.5))*31.281+10; }if (fabs(q3-q2)>0.01) { q2=q3;goto loop; }printf("q2=%f\n",q3); printf("V2=%f\n\n\n",V2); }7. 对设计洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。

① 将洪水过程表中P=1%的洪水过程线划分计算时段，初选时段Δt=1h=3600填入下表第一栏，表中第二栏为按计算时段摘录的入库洪水流量，计算的时段平均入库流量和时段入库水量分别填入第三栏和第四栏。

泄流量的计算见第五，六，七栏。

从表中第一，五栏可绘制下泄流量过程线。

第一，十栏可绘制水位过程线；② 为了枯水期能保证兴利部门的用水需求，当水位再次下降到调洪水位时，又需要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。

见第15时段q=f （V ）的程序计算截图； ③ 绘制Q~t 与q~t 曲线，如图所示。

最大下泄流量m ax q =996.78 m 3/s 发生在t=8h 时，正好是q~t 曲线与Q~t 曲线的交点，即为所求的最大下泄流量；④ 推求设计调洪库容设V 和设计洪水位设Z 。

m ax q =996.78对应的库容和水位分别为5408.93万m 3和528.98m ，减去堰顶以下的库容3756.82万m 3 即可得设V =1652.11万m 3，设Z =528.98 m 。

第2时段试算法程序计算截图第7.4375时段试算法的程序计算截图水库水位时间关系曲线(Z~t)524525526527528529530024681012141618202224时间t（h）水位Z （m ）水库水位8. 对校核洪水计算时段平均入库流量和时段入库水量。