水文水利计算课程设计说明书姓名：班级：学号：学院：水利与环境学院指导老师：2012年6月一、设计任务在太湖流域的西苕溪支流西溪上，拟修建赋石水库，因而要进行水库规划的工程水文及水利计算，其具体任务是：1. 设计年径流分析计算；2. 选择水库死水位；3. 选择正常蓄水位；4. 计算保证出力、多年平均发电量和选择装机容量；5. 推求丰、中、枯设计年径流过程；6. 推求防洪标准、设计标准和校核标准的设计洪水过程线。
二、基本资料1、流域和水库情况简介西苕溪为太湖流域一大水系，流域面积为22602km，发源于浙江省安吉县天目山，干流全长150km，上游坡陡流急，安城以下堰塘遍布，河道曲折，排泄不畅，易遭洪涝灾害，又因域拦蓄工程较少，灌溉水源不足，易受旱灾。
根据解放后二十多年的统计，仅安吉县因洪涝旱灾每年平均损失稻谷1500万斤，严重的1961~1963年，连续三年洪水损失稻谷9300万斤，冲毁耕地万余亩。
赋石水库为根治西苕溪流域水旱灾害骨干工程之一，位于安吉县丰城以西十公里，km。
流域内气候温和、湿润、多年控制西苕溪主要支流西溪，坝址以上流域面积3282平均雨量丰站为1450mm，国民经济以农、林业为主，流域内大部为山区，小部为丘陵，平地较少。
水库以防洪为主，结合发电、灌溉、航运及水产，是一座综合利用水库。
库区位于区域的斜构造内，周边岩石多为不透水或弱透水的砂页岩，仅在局部地区有奥陶纪石灰岩及钙质页岩，但因层薄，并有砂页岩隔层，岩溶现象不甚发育，加之山体宽厚其高程一般均在200 m以上，故库区渗漏问题可以不考虑。
西苕溪流域受洪水灾害25 万亩，其中安吉9万亩，长兴15万亩，吴兴3万亩，水库建成后，可使20年一遇洪水减轻到5年一遇以下，使圩区淹没面积11.3 万亩减至4万亩，使3万亩圩区农田免除洪水直接威胁，其它十几万亩可以不同程度的减轻洪水危害。
水库兴建后，可灌溉赤坞、安城等地区的水田计4万亩，溪滩还田3000亩，河道整治还田4000亩，旱改水3000亩，共计可灌溉5万亩。
航运发电水产方面，可解决上游每年200万支毛竹的水路运输以及水运康山的煤、化肥等。
发电装机容量约3750千瓦，年发电量为14000度，补充电源不足，水库建成后，增加了6000亩水面面积，可以发展水产。
库区包括有耕地5766亩，3310户人家，征用地5610亩，迁移居民1500户，人口7400人，房屋6910间，还有国家粮库、商店等房屋约300间，有两条公路需要改线，总长11公里。
2、水文气象资料情况流域内有天锦堂、坑垓、权岱三个雨量站，分别从1956 年、1961年和1962年开始观测到今，流域附近有潜渔站 1954 年开始观测，章村站 1961 年开始观测，孝丰站有较长的资料，1922 年开始观测，但中间有缺测年份，因此可以利用孝丰站的雨量资料来延长流域雨量资料。
在坝址下游1 公里处设有潜渔水文站，自 1954 年开始有观测的流量资料。
通过频率计算，得各设计频率的设计年径流量，选择典型年，计算缩放倍比，成果见表 1。
通过典型缩放得丰（P=15％）、中 (P=50％)、枯 (P=85％)设计年径流过程，见表2。
根据调查1922年 9月 1 日在坝址附近发生一场大洪水，推算得潜渔站洪峰流量为1350 3/m s 。
这场洪水是发生后至今最大的一次洪水。
缺测年份内，没有大于 1160 3/m s 的洪水发生。
3、根据地区用电要求和电站的可能情况，发电要求为保证出力不能低于 800千瓦，发电保证率为 85％，灌溉和航运任务不大，均可利用发电尾水得到满足。
4、水库水位库容曲线5、水电站下游水位流量关系曲线三、计算及分析1、选择水库死水位（1）泥沙资料计算水库的淤积体积和水库相应的淤积高程（按百年运用估计） 水库使用T 年后的淤积总容积V 沙，总：V TV =沙，总沙，年 (1)年淤积量：γρα)1(W )(1V 00P m-+=沙，年 (2)式中，T 为水库正常使用年限(年)；α为推移质淤积量与悬移质淤积量之比；V 沙、年为多年平均年淤沙容积(m ³/年)；0ρ为多年平均含沙量(kg/年)；0W 为多年平均年径流量(m ³)；m 为库中泥沙沉积率(%)；P 为淤积体的孔隙率；γ为泥沙颗粒的干容重(kg/m ³)。
根据实测泥沙资料得多年平均含沙量300.237kg /m ρ=，泥沙干容重31650kg /m γ=，泥沙沉积率m ＝90％，孔隙率p ＝0.3，推移质与悬移质淤积量之比值15α＝％，用P=50%的设计年的流量资料求得多年平均径流量6307.53652436002365.2310W m =⨯⨯⨯=⨯由公式（2）求得3V =50231.32m 沙、年,取水库使用年限为100年363V =10050231.325023132 5.02310m m ⨯==⨯沙、总查水位容积曲线(见表3)对应的水位为57.389m ，加上安全超高即得水库死水位，Z 57.389259.389m =死＋＝。
（2）水轮机的情况确定水库的最低死水位；由下游流量关系曲线可知下游最低水位为46m ，适应最小水头为 16m 。
m Z 621646=+=死（3）综合前几种情况得Z 死=62m2、选择正常蓄水位初步给定正常蓄水位为79.9m ，根据本地区的兴利要求，发电方面要求保证出力不低于800千瓦，所以要对正常蓄水位进行检验，若满足发电要求则正常蓄水位就确定为79.9m ，若不满足发电要求则需要调整正常蓄水位。
出力公式为净AQH N =上式中，A 为出力系数，取A=7.5，Q 为调节流量， H H H =-∆净，水头损失H ∆取0.5m 。
H Z Z =-下上。
假设正常蓄水位79.9m 查水位容积曲线得库容为6393.71810m ⨯，查水位库容曲线36m 1012⨯=死V 。
所以兴利库容363610718.81m 1012.8-71.93m V V V ⨯=⨯==）（—死正常兴 ])/[(01.313600245.3010718.8136月兴⋅=÷÷÷⨯=s m V在枯水年供水期为6月到次年2月共9个月 ，相应的调节流量为 )/(40.4901.3155.83ds m T V QQp =+=+=∑兴供用样，蓄水期为3到5月，相应的调节流量为 )/(53.7358.3118.54-3s m T V QQp f=-==∑兴蓄故枯水年水能计算表如下表5所示：则苦水年的平均出力kw N 800kw 6.982>=,所以正常蓄水位为79.9m 。
3、保证出力、多年平均发电量和装机容量的计算3.1 丰、中、枯三个代表年水能计算对枯水年的水能计算前面已经算出平水年水能计算：在平水年供水期为7月到次年2月共8个月 ，相应的调节流量为)/(10.7858.3119.253ds m T V Q Qp =+=+=∑兴供用样，蓄水期为3到6月，相应的调节流量为)/(3.3458.3176.44-3s m T V Q Qp f=-==∑兴蓄故平水年水能计算表如下表6所示：丰水年的水能计算：在丰水年供水期为7月到次年2月共8个月 ，相应的调节流量为)/(19.7858.3194.253ds m T V Q Qp =+=+=∑兴供用样，蓄水期为3到6月，相应的调节流量为)/(51.11458.3171.77-3s m T V QQp f=-==∑兴蓄故设计丰水年水能计算表如下表7所示：3.2 装机容量和多年平均发电量的计算图1 装机容量与装机年平均利用小时数曲线图2 装机容量与多年平均发电量曲线根据装机年利用小时数h h 3440=装，内插得装机容量为kw N 2.3327=装 多年平均发电量为kwh E 万年.21144=4、各种设计标准洪水过程线的推求本水库为大(2)型水库，工程等别为Ⅱ等，永久性水工建筑级别为2级。
下游防洪标准为5%，设计标准为1％，校核标准为0.1%,需要推求5%、1％、0.1%设计洪水过程线。
按年最大值选样方法在实测资料中选取年最大洪峰流量及各历时洪量，根据洪水特性和防洪计算的要求，确定设计历时为7天，控制历时为1天和3天，因而可得洪峰和各历时的洪量系列。
7天洪量只有1957~1972年有数据，故需用相关分析方法延长插补。
经比较三天-七天洪量比较吻合，所以用三天洪量为据对七天洪量进行插补延展，相关性如图3，图4。
图3 七天和24小时洪量相关图图4 七天和三天洪量相关图即可得潜渔站洪峰及定时段洪量统计表如表8所示。
年洪峰mQ(m3/s)24 小时洪量W（106m3）三W(106m3)七天洪量W(106m3)1954 702 27.94 58.40 67.27 1955 284 8.17 13.30 22.32 1956 748 29.80 36.00 44.95 1957 402 22.80 37.19 52.46 1958 200 8.72 15.85 22.151959 237 11.13 19.80 32.90 1960 478 15.70 20.80 33.20 1961 659 52.50 79.10 88.20 1962 585 43.70 49.20 53.10 1963 1160 55.60 86.60 95.90 1964 409 14.32 31.70 40.70 1965 510 15.62 24.40 27.00 1966 232 9.50 14.00 25.40 1967 244 11.82 19.00 28.00 1968 167 9.90 18.40 35.50 1969 387 20.90 32.80 48.40 1970 305 17.20 31.90 35.60 1971 500 23.40 31.80 35.30 1972 108 5.34 10.20 12.23 1973 484 19.87 42.85 51.77 1974 287 16.16 39.05 47.99 1975 166 11.58 22.05 31.04 1976 119 8.29 19.95 28.95 19772387.6120.4529.45对洪峰和各时段洪量系列进行频率计算，其中洪峰1922年9月1日有个特大值1350m 3/s ，因此要进行特大值处理，利用统一处理法进行频率计算，同过计算机软件绘制出P Ⅲ曲线后即可得各设计频率的洪峰和洪量值。
对洪峰和各时段进行的频率计算成果表分别如表9、表10、表11、表12所示，绘制出的P Ⅲ曲线分别如图5、图6、图7、图8所示。
表9 洪峰频率计算表洪峰 )/(3s m Q mN 排序频率P(%) 1350 56 1 0.02 1160 56 20.04 748 24 2 0.08 702 24 3 0.12 659 24 4 0.16 585 24 5 0.2 510 24 6 0.24 500 24 7 0.28 4842480.32478 24 9 0.36406 24 10 0.4402 24 11 0.44387 24 12 0.48305 24 13 0.52287 24 14 0.56284 24 15 0.6244 24 16 0.64238 24 17 0.68237 24 18 0.72232 24 19 0.76200 24 20 0.8167 24 21 0.84166 24 22 0.88119 24 23 0.92 表10 24h洪量频率计算表24 小时洪量W(106m3) 序号m频率P(%)24 小时洪量W(106m3)序号m频率P(%)55.6 1 0.04 15.62 13 0.52 52.5 2 0.08 14.32 14 0.56 43.7 3 0.12 11.82 15 0.6 29.8 4 0.16 11.58 16 0.64 27.94 5 0.2 11.13 17 0.68 23.4 6 0.24 9.9 18 0.72 22.8 7 0.28 9.5 19 0.76 20.9 8 0.32 8.72 20 0.8 19.87 9 0.36 8.29 21 0.84 17.2 10 0.4 8.17 22 0.88 16.16 11 0.44 7.61 23 0.92 15.7 12 0.48 5.34 24 0.96表11 三天洪量频率计算表序号m 24 小时洪量W(106m3)频率P(%) 序号m24 小时洪量W(106m3)频率P(%)1 86.60 0.04 13 24.40 0.522 79.10 0.08 14 22.05 0.563 58.40 0.12 15 20.80 0.64 49.20 0.16 16 20.45 0.645 42.85 0.2 17 19.95 0.686 39.05 0.24 18 19.80 0.727 37.19 0.28 19 19.00 0.768 36.00 0.32 20 18.40 0.89 32.80 0.36 21 15.85 0.8410 31.90 0.4 22 14.00 0.8811 31.80 0.44 23 13.30 0.9212 31.70 0.48 24 10.20 0.96表12 七天洪量频率计算表序号m 3天洪量W(106m3)频率P(%) 序号m3天洪量W(106m3)频率P(%)1 95.90 0.04 13 35.30 0.522 88.20 0.08 14 33.20 0.563 67.27 0.12 15 32.90 0.64 53.10 0.16 16 31.04 0.645 52.46 0.2 17 29.45 0.686 51.77 0.24 18 28.95 0.727 48.40 0.28 19 28.00 0.768 47.99 0.32 20 27.00 0.89 44.95 0.36 21 25.40 0.8410 40.70 0.4 22 22.32 0.8811 35.60 0.44 23 22.15 0.9212 35.50 0.48 24 12.23 0.96由PⅢ曲线查得5%、1%、0.1%分别对应的洪峰、24小时洪量、3天洪量、7天洪量如表13所示。