水资源规划课程设计报告书.doc

目录1、设计目的与要求 22、基本资料及设计方案 22.1、基本资料 22.2、设计方案 33、兴利调度计算 33.1、选取典型年 33.2、兴利计算 3 3.2.1 兴利计算原则 3 3.2.2 兴利计算方法 43.3、兴利计算结果和结论 54、防洪调度计算 64.1、调洪计算原则 64.2、调洪计算方法 64.3、调洪计算结果和结论 8附表 9参考文献 91.设计目的与要求设计目的：加深对水资源规划及利用课程基本理论的理解，更好地掌据水资源规划及利用的基本知识和分析计算方法；培养分析问题、解决问题的能力，以及运算、绘图和编写说明书的能力。基本要求：在课程学习的基础上，通过课程设计，进一步加强学生对所学内容的理解水平和应用能力，培养学生分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：根据梅山水库和龙河口水库的基本资料为依据，应用水资源规划及利用的理论和方法，确定丰、平、枯三个典型年，对水库进行兴利计算和调洪演算。2.基本资料及设计方案2.1基本资料龙河口水库简介：龙河口水库位于舒城县境内的杭埠河上游， 坝址位于龙河与杭埠河汇合处稍下游的龙河口，距舒城县城约25 km，属于长江流域巢湖水系。坝址以上控制流域面积1120 km2，占杭埠河全流域面积2122 km2的53%。流域长度48.9 km，主河道长度74.8 km；河道坡度5.04。流域内地形西南高，东北低，西南各支流的中上游为典型的山区，山高谷深。东北部为低山丘陵区，各支流的下游至坝址主河道之间为宽阔河漫滩地。水库按百年一遇洪水没计，万年一遇洪水校核。死水位53.0 m，相应死库容0.502亿m3；正常蓄水位68.3 m，设计洪水位72.64 m，校核洪水位75.04 m，总库容9.03亿m3，其中调洪库容3.87亿m3，（此调洪库容对应的是设计汛限水位68.3m至校核洪水位的库容）兴利库容4.66亿m3。水库是以防洪、灌溉为主，结合发电、水产养殖、旅游、供水等综合利用的大型(2)水库。水库下游保护合九铁路、206国道、沪蓉高速铁路和舒城县城、龙河镇、三河镇等人口密集区。设计防洪保护面积53万亩。下游灌区有杭淠、舒庐两条干渠，设计灌溉舒城、庐江、肥西、六安四县155万亩农田。龙河口水库水位库容关系表（见附表四）龙河口水库入库洪水过程线表（见附表五）龙河口水库水位泄量关系表（见附表六）龙河口水库典型年入库水量表（见附表七）龙河口水库典型年需水量资料及整理表（见附表八） 设计任务书2.2设计方案2.2.1兴利计算：方案一：正常蓄水位：68.3 m，汛限水位：68.3 m。方案二：正常蓄水位：68.3 m，汛限水位：67.0 m。方案三：正常蓄水位：68.3 m，汛限水位：66.0 m。2.2.2防洪计算（方案一）：汛期限制水位68.3m；调度原则：库水位超过68.3m而低于20年一遇洪水位（71.17m）时，控制下泄流量1000m3/s；库水位在2050年一遇洪水位（72.23m）之间，控制下泄流量1500m3/s；库水位超过50的一遇洪水位时，正常溢洪道全开，不控制；库水位超过100年一遇洪水位时，非常溢洪道自溃泄洪。3.兴利调度计算3.1选取典型年1）根据原始资料按水文年算出入库水量，列入附表一（4）栏中，其中入库水量1为本年度前一年10月至12月的水量，入库水量2为本年度1月至9月底的水量，分别列入附表一（2）、（3）中。 2）将原始资料按入库水量大小次序排列，列入附表一中（6）栏。3）用公式P=m/(n+1)计算经验频率，列入附表一中（8）栏，n=39。4）选典型年，从附表一中选出找出P=10%，P=50%，P=90%对应的年份，分别对应丰水年、平水年、枯水年。5）结论：由附表一中数据知1975年为丰水年；1986年为平水年；1995年为枯水年。3.2兴利计算3.2.1兴利计算原则龙河口水库兴利调度原则：以水文年调节，水位在十月初以正常蓄水位起调；十月到来年六月前水位保持在死水位与正常蓄水位之间；六月到九月前水位保持在死水位与汛限水位之间。为了尽量使水库在汛期末蓄到正常蓄水位，对于方案二和方案三，将9月份当作过渡期，在过渡期，逐步抬高汛限水位，尽量使汛末水库蓄满，使水位达到正常蓄水位。3.2.2兴利调度计算方法1）水库的兴利调节是指利用水库重新分配天然径流，已达到满足兴利部门用水量需要的目的。兴利调节计算是水利计算的主要组成部分。单一水库兴利调节计算的任务，是在已知河川径流过程及用水的要求下，对研究时期的各个计算时段内的水库的水量供需平衡进行计算，求出供水量、水电站出力、水库水位、蓄水量、弃水量及损失水量等水利水能要素的时间过程以及调节流量、兴利库容和设计保证率三者间的关系，作为确定工程规模、效益和运行方式的依据。对于具有水文、水力、水利及水电联系的水库群，径流调节计算还包括研究河流上下游及跨流域之间的水量平衡，提出水文补偿、库容补偿和电力补偿的合理调度方式。 2） 按照对原始径流资料描述和处理方式的差异，兴利调节计算方法可分为三类：时历法；概率法；随机模拟法。3） 径流调节计算的基本依据是水量平衡方程。计算时段的水库水量平衡方程为W末=W初+W入-W出式中：W末为计算时段末水库蓄水量；W初为计算时段初水库蓄水量；W入为计算时段入库水量；W出为计算时段出库水量，包括各部门用水量、水库弃水量及水量损失等。 采用的计算时段取决于调节周期及径流和用水随时间的变化程度。此处兴利计算以旬为计算时段。 蓄水量变化的计算采用下式：V =W =W入-W出=W末-W初则下一个时段蓄水量 W末=W初+W先按方案二进行丰水年（1975年）的兴利调节计算（附表二）正常蓄水位：68.3 m，汛限水位：67.0 m。从供水期第一个月份（10月）开始，逐旬计算供水期的不足水量，其值等于旬用水量减去该旬来水量，多余水量列入附表二（6）栏，不足水量列入附表二（7）栏中。在6月初开始时，逐月将多余的水量全部存入水库直至兴利库容蓄满发生弃水为止。水库蓄满后，若还有多余的来水量，则发生弃水。计算情况见附表二第（8）、（9）栏。第（10）栏为各时段初兴利库容水库蓄水量，汛期水库蓄水，水位上升。非汛期水库供水，水库水位逐渐下降，水库蓄水变化过程见附表二。第（11）栏为各时段出库总水量，等于时段各部门综合用水量与弃水量之和。第（13）栏为时段初水库蓄水量对应的水位，可由水位库容关系表查得。第（14）栏为实际发电流量，龙河口水库共八台机组，单机最大18.02m3/s,所以实际发电流量应小于8*18.02=144.16m3/s，大于144.16m3/s的按144.16m3/s算，多余流量弃之。第（15）栏为对应水电站出力N水=9.81QH=AQH式中：Q为水电站引水流量，m3/s;H为水电站水头；A为出力系数，且A=9.81，其中，为水电站效率，一般取A=6.58.5，本设计取A=8.34。第（16）栏为该时段发电量E=NT式中：T为时间，按旬（10天）计，T=10*24=240h。由表中数据，得到1975年按方案二计算的年发电量为2776.02kwh。同理，1975年按方案三计算和1986年、1995年的两方案计算与1975年方案一兴利计算步骤相同，具体过程见附表二。3.3兴利调度计算结果和结论计算结果如下（其中方案一发电量引自第七组同学）典型年（年）方案一发电量（万Kw.h)方案二发电量（万Kw.h)方案三发电量(万Kw.h)1975（丰水年）2776.942776.022903.611986（平水年）2735.982912.563040.151995（枯水年）2682.982819.252810.07结论：通过以上方案之间的比较知，方案三平均发电量>方案二平均发电量>方案一平均发电量,可得方案三年发电量较多，方案较其它两方案要好。方案三的发电量多于方案二，原因为汛限水位较低，所以汛期水库下泄流量多于方案二，相应发电的水量就大，发的电就多。不同的年份之间的差别主要是各个年份的来水量与蓄水量有差别。因此可以推论，汛限水位较低的方案年平均发电量较大，方案较好。4.防洪调度计算4.1调洪计算原则龙河口水库调洪原则：龙河口水库下游的防洪标准为20年一遇洪水，安全泄量为1000m3/s，50年一遇洪水，安全泄量为1500m3/s。下游防洪标准小于水工建筑物的设计标准，当下泄流量较大时用闸门控制下泄流量小于下游安全泄量，当库水位高于防洪高水位时，闸门全开，自由泄流。4.2调洪计算方法1） 水库调洪计算在规划设计阶段，水库调洪计算的目的是为了找出当一定防洪标准的设计洪水入库后能满足防洪要求的防洪库容、泄洪建筑物型式和尺寸。在水库建成后，调洪计算的目的是寻求合理的、较优的水库汛期控制运用方式。 2） 水库调洪计算的原理已知的基本资料：设计洪水过程线、库容曲线、泄洪建筑物的型式尺寸，调洪方式；调洪计算的直接目的：推求qt。调洪计算的原理：1）水库水量平衡方程在t时段内，入库水量与出库水量之差，应等于该时段内水库蓄水量的变化量。水量平衡方程: 1/2*（Q1+Q2）t1/2*（q1+q2)t=V2-V1 式中: Q1，Q2为时段始、末的入库流量； q1，q2为时段始、末的出库流量；V1，V2为时段始、末水库蓄水量；t为时段，其大小以能较准确地反映洪水过程的形状为原则。此次调洪计算取一小时。水库水量平衡方程中Q1、Q2为已知，根据起调条件，起始水位也为已知，即q1、V1为已知，t选定；未知数有q2和V2，因此方程不能独立求解，还需建立第二个方程。2）水库蓄泄方程或水库泄流曲线因q=f(H)，而H=f(V)，故得水库蓄泄方程q=f(v) 调洪计算中，实际是联解上述两个方程，由于实际水库地形复杂，水库蓄泄方程很难用解析式表达，通常以曲线形式给出，称为水库泄流曲线。从起调水位（起始条件）开始，逐时段连续求解这两个方程， 由Qt求得qt，这就是调洪计算所遵循的基本原理。常用的算法有试算法(迭代法)和图解法。试算法可达到对计算结果高精度的要求，但此法计算工作量大；图解法它适用于人工操作，可大大减轻试算法的人工计算工作量。按方案一进行1969年七月14日到18日水库调洪计算（附表二）汛期限制水位68.3m；调度原则：库水位超过68.3m而低于20年一遇洪水位时，控制下泄流量1000m3/s；库水位在2050年一遇洪水位之间，控制下泄流量1500m3/s； 库水位超过50的一遇洪水位时，正常溢洪道全开，不控制；库水位超过100年一遇洪水位时，非常溢洪道自溃泄洪。20年一遇洪水位71.17m,50的一遇洪水位72.23m。在7月14日7：00以前，q=Q，且均小于1000m3/s，水库不蓄水，无需进行调洪计算。从7月14日7；00开始，Q开始大于1000m3/s，水库开始有蓄水过程。因此，以7月14日7；00为开始调洪计算的时刻，此时初始的q即为1000m3/s，而初始的V1为51607万m3。然后按式1/2*（Q1+Q2）t1/2*（q1+q2)t=V2-V1进行计算。 在14日18：00以前水位在71.17m以下，q恒为1000m3/s。18:00以后，水位高于71.17m,此时下泄流量按1500m3/s计算。15号9:00库水位超过50年一遇洪水位，此时溢洪道全开，不控制，此时需对下泄流量进行试算。试算开始时，先假定Z=78.24m，从水库水位泄量关系表中有内插法求得下泄流量为q=3002.4m3/s，求出相应的水库存水量V=72657.89万m3。查水库水位库容关系表得到水位Z=72.23m,与原假定值不符，说明假定值不合适，需重新假定Z=72.23m,结果Z与假定的Z很接近。至此，试算结束。取此时Z为结果值。最后结果为：下泄流量=2997，水库存水量V=72658.86万m3,水库水位Z=72.23m。以此类推，可求得其他时段下泄流量q、水库存水量V、水库库水位Z。由调洪计算表可得入库洪水流量与下泄流量随时间的变化关系如下图所示：4.3调洪计算结果和结论由图6可以看出，由于水库的调洪作用，很大程度上削减了下泄的洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量，保证了洪峰的安全通过。从图中还可以看出，有一小段时间下泄流量有一段峰值很高，这是由于水库水位过高，为了水库的安全，需要将上游来水尽量泄掉，待水位恢复到正常水平时，再继续通过调洪来使下泄流量保持在一个安全范围内。因此水库调洪过程是一个综合的考虑过程，既要拦蓄洪水，使下泄流量不超过河床的安全流量，又要保证水库水位不能超过安全水位，保证水库安全。当二者冲突时，要以水库的安全为重。附表： 附表一：频率计算表附表二：兴利调节计算表附表三：调洪计算表附表四：龙河口水库水位库容关系表附表五：龙河口水库1969年入库洪水过程资料表附表六：龙河口水库水位泄量关系表附表七：三个典型年的龙河口水库入库水量表附表八：龙河口水库典型年需水量资料及整理表参考文献：水资源规划与设计、工程水文学、运筹学