水库设计洪水工程水文学课程设计.docx
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水库设计洪水工程水文学课程设计
水文学课程设计
课程名称：
工程水文学
题目：
陂下水库设计洪水
学院：
土木工程系：
水利水电与港口工程
专业：
水利水电工程
班级：
2012级
学号：
学生姓名：
起讫日期：
2014.06.23~2014.06.27
指导教师：
职称：
高工
二O一四年六月
第1章基本资料………………………………………………………………1
1.1工程概况…………………………………………………………………1
1.2设计资料………………………………………………………………1
第2章设计要点……………………………………………………………3
2.1设计标准…………………………………………………………………3
2.2确定流域参数……………………………………………………………3
2.3设计暴雨…………………………………………………………………3
2.4损失参数…………………………………………………………………11
2.5汇流参数…………………………………………………………………11
2.6设计洪峰流量推求………………………………………………………11
2.7设计洪水过程线…………………………………………………………13
第3章设计成果……………………………………………………………18
第4章成果合理性分析……………………………………………………19
附录………………………………………………………………………………20
第1章基本资料
1.1工程概况
1.1.1水库概况
陂下水库位于福建省长汀县四都乡，与江西省毗邻。
坝址位于汀江支流濯田河的小支流陂下河上。
濯田河水力资源丰富，经流域规划，提出水力发电四级开发方案，陂下水库为一级龙头水库。
根据地形、地质条件，总库容初估约为5000~6000万m3，属中型水库，装机容量5000kW左右，属小型电站。
水工建筑物为三级建筑物，大坝为砌石坝。
1.1.2流域概况
陂下水库坝址以上流域面积166km2，流域为山丘区，平均高度500m，主河长30．4km，主河道平均比降7．82‰。
流域内植被良好，土壤以红壤土为主。
流域内雨量丰沛，多年平均降雨量1617．5mm，主要集中在四~九月，其中四~六月份以锋面雨为主，七~九月份以台风雨为主。
流域内多年平均径流深981mm，多年平均陆面蒸发量636．5mm，多年平均水面蒸发量990mm。
1.2设计资料
1.2.1资料概况
陂下水库坝址处无实测流量资料，流域内也无实测雨量资料。
坝址下游约1km处有四都雨量站，具有1956~1975年实测降雨系列。
陂下河1973年5月31日发生过一场特大暴雨，四都站实测最大一日雨量332．5mm，经调查，重现期约为80~100年。
流域附近有观音桥、官庄、上杭、桃溪、杨家坊水文站及长汀、新桥、铁长、庵杰、四都、濯田等雨量站。
资料情况见表1。
其它资料：
水利水电工程设计洪水计算手册，福建省水文手册、龙岩地区简易水文手册、龙岩地区水文图集。
1.2.2设计资料
1．各水文站站有关资料年限统计表，见表1。
2.暴雨资料长汀、四都、濯田站实测短历时暴雨资料，见表2。
3.福建省暴雨点~面折算关系，见表3。
4.福建省设计暴雨时程分配，见表4。
5.福建省次暴雨强度
和损失参数μ关系，见表5。
6.降雨历时等于24小时的径流系数α值表，见表6。
7.福建省汇流参数m经验公式，见表7。
8.汇流参数m值查用表，见表8。
9.福建省24h暴雨洪水概化过程线系数表，见表9。
10.福建省龙岩市和江西省赣州市部分水文站洪峰流量分析成果表，见表10。
第2章设计要点
2.1设计标准
根据工程规模确定设计洪水标准，包括设计洪水标准和校核洪水标准。
该水库为三级建筑物，大坝为砌石坝，设计标准为50年一遇，校核标准为500年一遇。
2.2确定流域参数
根据万分之一地形图，坝址以上集水面积F为166km2，主河道长度L为30.4km，主河道河底比降为7.83‰。
2.3设计暴雨
2.3.1暴雨递减指数
根据长汀雨量站各种历时T=3h、6h、12h、24h实测最大雨量系列进行频率分析，其中1966年暴雨可以认为是1936年以来最大。
求出P=0.2%，1%，2%，10%，20%设计雨量
，并化为降雨强度
，在双对数纸上点绘T和
关系，并图解出暴雨递减指数
。
表2-1长汀3h降雨量经验频率成果表
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
1
154.4
2.4
11
50.1
52.4
2
95.5
9.5
12
50.1
57.1
3
64.1
14.3
13
47.9
61.9
4
63.4
19.0
14
46.5
66.7
5
57
23.8
15
45.4
71.4
6
56.5
28.6
16
43.3
76.2
7
55.9
33.3
17
41.8
81.0
8
53.7
38.1
18
41.1
85.7
9
52.2
42.9
19
39.6
90.5
10
51.3
47.6
20
24.9
95.2
经计算，Ex=54.2mmCv=0.39
调整后得：
图2-1
表2-2长汀6h降雨量经验频率成果表
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
1
174.7
2.4
11
60
52.4
2
130
9.5
12
59.5
57.1
3
96.9
14.3
13
58.5
61.9
4
96.6
19.0
14
56.2
66.7
5
79.2
23.8
15
52.9
71.4
6
78.1
28.6
16
52.5
76.2
7
64.2
33.3
17
51.2
81.0
8
64.1
38.1
18
49.3
85.7
9
62.2
42.9
19
46.4
90.5
10
60.6
47.6
20
37.5
95.2
经计算，Ex=68.8mmCv=0.4
调整后得：
图2-2
表2-3长汀12h降雨量经验频率成果表
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
1
178.8
2.4
19
75.5
52.8
2
141.7
5.6
20
74.6
55.6
3
129.8
8.3
21
74.1
58.3
4
113.7
11.1
22
73.2
61.1
5
111.1
13.9
23
69.1
63.9
6
106.6
16.7
24
67.5
66.7
7
106.4
19.4
25
65.5
69.4
8
100
22.2
26
62.6
72.2
9
98.5
25.0
27
59.3
75.0
10
97.2
27.8
28
58.7
77.8
11
95.6
30.6
29
57.7
80.6
12
92.5
33.3
30
57.4
83.3
13
89.8
36.1
31
53.3
86.1
14
89.4
38.9
32
53.2
88.9
15
85.8
41.7
33
52.7
91.7
16
83.5
44.4
34
51.7
94.4
17
77.4
47.2
35
51.5
97.2
18
77.1
50.0
经计算，Ex=83.4mmCv=0.33
调整后得：
图2-3
表2-4长汀24h降雨量经验频率成果表
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
1
219.6
2.4
20
102.4
51.3
2
167.7
5.1
21
101.8
53.8
3
148.2
7.7
22
100.7
56.4
4
144
10.3
23
95.4
59.0
5
139
12.8
24
95.1
61.5
6
138.9
15.4
25
93.6
64.1
7
137.3
17.9
26
90.4
66.7
8
133.6
20.5
27
89
69.2
9
122
23.1
28
86.6
71.8
10
116.8
25.6
29
84.9
74.4
11
115.8
28.2
30
79.5
76.9
12
113.7
30.8
31
76.7
79.5
13
112.8
33.3
32
70.3
82.1
14
112.5
35.9
33
69.9
84.6
15
112.3
38.5
34
66.2
87.2
16
108.5
41.0
35
61.1
89.7
17
104.3
43.6
36
59.5
92.3
18
103.4
46.2
37
58.3
94.9
19
102.7
48.7
38
56.9
97.4
经计算，Ex=104.9mmCv=0.31
调整后得：
图2-4
表2-5长汀设计雨量成果表
（mm）
P（%）
T（h）
0.2
1
2
10
20
Cv
Cs/Cv
3
214.66
164.7
142.41
92.6
71.52
0.51
3.5
6
229.92
180.26
158.86
109.15
87.72
0.50
3.5
12
240.2
195.08
175.28
127.84
106.29
0.38
3.5
24
264.67
221.1
201.7
154.11
131.68
0.34
4.0
表2-6P=0.2%长汀降雨强度表
T（h）
设计雨量（mm）
降雨强度（mm/h）
3
214.66
71.56
6
229.92
38.32
12
240.2
20.01
24
264.67
11.03
表2-7P=1%长汀降雨强度表
T（h）
设计雨量（mm）
降雨强度（mm/h）
3
164.7
54.9
6
180.26
30.04
12
195.08
16.26
24
221.1
9.21
表2-8P=2%长汀降雨强度表
T（h）
设计雨量（mm）
降雨强度（mm/h）
3
142.41
47.47
6
158.86
26.48
12
175.28
14.61
24
201.7
8.40
表2-9P=10%长汀降雨强度表
T（h）
设计雨量（mm）
降雨强度（mm/h）
3
96.6
30.87
6
109.15
18.19
12
127.84
10.65
24
154.11
6.42
表2-10P=20%长汀降雨强度表
T（h）
设计雨量（mm）
降雨强度（mm/h）
3
71.52
23.84
6
87.72
14.62
12
106.29
8.86
24
131.68
5.49
图2-5
根据长汀站降雨强度与时间对数关系曲线，见图2-5，解出暴雨递减指数
并求其平均值，
为最终的暴雨递减指数。
2.3.2四都站24h设计暴雨计算
根据四都站实测日最大雨量进行频率分析，其中1973年暴雨须作特大值处理，求出设计日雨量，再按经验关系：
，换算为24h设计雨量。
表2-11四都最大一日降水量经验频率成果表
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
序号
降水量（mm）
经验频率（%）
1
332.5
1.0
11
89
52.4
2
171.8
9.5
12
86
57.1
3
130.1
14.3
13
84.2
61.9
4
121.2
19.0
14
83.8
66.7
5
118.9
23.8
15
83.4
71.4
6
110.4
28.6
16
77.3
76.2
7
108.2
33.3
17
74.6
81.0
8
108.2
38.1
18
65.1
85.7
9
93.4
42.9
19
55.2
90.5
10
90
47.6
20
54.3
95.2
经计算，,Ex=97.4mmCv=0.37
调整后得：
图2-6
表2-12四都24h设计暴雨单位：
mm
0.2%
2%
设计日雨量
435.29
274.59
24h设计雨量
496.23
313.03
2.3.3设计雨力SP
当P=2%时，根据公式求出设计雨力
=175.68mm。
当P=0.2%时，
为278.46mm。
2.3.4求各种历时设计雨量
利用暴雨公式：
（
）推求1h、3h、6h、24h设计雨量。
表2-13P=2%时各种历时设计雨量表
T（h）
1
3
6
24
Ht,p（mm）
175.67
214.49
239.02
303.34
表2-14P=0.2%时各种历时设计雨量表
T（h）
1
3
6
24
Ht,p（mm）
278.41
340.02
378.90
480.86
2.3.5陂下水库坝址以上流域面平均设计雨量及时程分配
直接移用四都站设计雨量，按福建省暴雨点~面折算关系求陂下水库各种历时流域设计面平均雨量。
按福建省水文手册中24h设计暴雨典型分配推求设计暴雨时程分配（表3）。
查表并由内插法算得：
表2-15陂下水库坝址以上流域点~面折算系数成果表
T（h）
1
3
6
24
折算系数
0.813
0.849
0.890
0.948
表2-16P=2%时设计面平均雨量表
T（h）
1
3
6
24
设计面平均雨量（mm）
142.81
182.10
212.73
287.56
表2-17设计暴雨时程分配表（p=2%）（mm）
日程
最大24小时
时段历时
6
6
2
1
3
6
占H1%
100
占（H3-H1）%
100
占（H6-H3）%
100
占（H24-H6）%
20
42
38
设计暴雨过程
15.97
31.43
39.292
142.81
30.628
28.44
表2-18P=0.2%时设计面平均雨量表
T（h）
1
3
6
24
设计面平均雨量（mm）
226.39
288.68
337.22
455.86
表2-19P=0.2%时暴雨时程分配表（mm）
日程
最大24小时
时段历时
6
6
2
1
3
6
占H1%
100
占（H3-H1）%
100
占（H6-H3）%
100
占（H24-H6）%
20
42
38
设计暴雨过程
23.727
49.826
62.288
226.387
48.546
45.08
2.3.6求设计净雨过程
按福建省水文手册规定，24h设计暴雨不扣损，直接将设计暴雨过程作为设计净雨过程
2.4损失参数μ
P=2%时，i次=H24,p/24=11.98mm/h，查表并由内插法算得，μ=4.29mm/h
P=0.2时，i次=H24,p/24=18.99mm/h，查表并由内插法算得，μ=6.16mm/h
2.5汇流参数m
按福建省水文手册经验关系：
推求。
主河道长度L=30.4km，主河道河底比降J=7.83‰。
L/J1/3=153.16，查表并由内插法算得，m=1.29
2.6设计洪峰流量推求
用推理公式计算：
当
时：
当
时：
采用试算法，试算法步骤如下：
①由（D）式计算
。
②假定一个
，代入（B）式计算出τ。
③计算
（1）当
时：
由（A1）式计算
。
（2）当
时：
由（A2）式计算
。
④比较
和
，
（1）当
，
即为所求；
（2）当
，将
，返回②。
式中ε为误差标准。
试算法：
P=0.2%时=10.22h
表2-20P=0.2%设计洪峰流量试算表
Qmp（m3/s）
Tc
τ
Qmp’（m3/s
2550
10.22
4.66
2689
2600
10.22
4.64
2701
2650
10.22
4.61
2713
2700
10.22
4.59
2724
2710
10.22
4.59
2726
2720
10.22
4.58
2729
2730
10.22
4.58
2731
2740
10.22
4.58
2733
2750
10.22
4.57
2735
取校核洪峰流量Qmp=2730m3/sτ=4.58
P=2%时=9.05h
表2-21P=2%时试算成果表
Qmp（m3/s
Tc
τ
Qmp’（m3/s）
1400
9.05
5.41
1461
1410
9.05
5.40
1463
1420
9.05
5.39
1466
1430
9.05
5.38
1468
1440
9.05
5.37
1471
1450
9.05
5.37
1473
1460
9.05
5.36
1475
1470
9.05
5.35
1478
1480
9.05
5.34
1480
1490
9.05
5.33
1482
1500
9.05
5.32
1485
取设计洪峰流量Qmp=1480m3/sτ=5.34
2.7设计洪水过程线
2.7.1分割时段地表径流和地下径流
记时段净雨为Ri，时段地表净雨为RSi，时段地下净雨为Rgi。
当Ri>μ：
当
：
地表净雨
（mm）
地下净雨
（mm）
表2-22P=2%时时段地表和地下净雨量表
时段历时（h）
6
6
2
1
3
6
Rgi（mm）
15.97
25.74
8.58
4.29
12.87
25.74
Rsi（mm）
0
5.69
30.71
138.52
17.76
2.70
地表净雨
=195.38mm
地下净雨
=93.19mm
表2-23P=0.2%时时段地表和地下净雨量表
时段历时（h）
6
6
2
1
3
6
Rgi（mm）
23.73
36.96
12.32
6.16
18.48
36.96
Rsi（mm）
0
12.87
49.97
220.23
30.07
8.12
地表净雨
=321.25mm
地下净雨
=134.61mm
2.7.2计算设计洪量
当P=2%时，根据公式算得
地表洪量
=32433080m3
地下洪量
=15469540m3
P=0.2%时，根据公式算得
地表洪量
=53327002m3
地下洪量
=22344762m3
2.7.3地表洪水过程线
采用福建省概化洪水过程线推求。
先计算洪水形状系数
，式中，
，T为地表洪水过程线的底宽，24h设计雨量固定为50h，然后根据γ值查
关系表（见表9），乘以地表洪峰流量即得设计地表洪水过程线（表9）。
P=2%时，
=0.12P=0.2%时，
=0.11
表2-24设计/校核洪水过程线表
t（h）
p=2%
Qt（m3/s）
Qm（m3/s）
Qt+Qm
P=0.2%
Qt（m3/s）
Qm（m3/s）
Qt+Qm
Qt/Qm（%）
（m3/s）
Qt/Qm（%）
（m3/s）
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
2.3
34
5
39
2
63
7
70
6
5.8
86
10
96
5.2
158
15
173
7
7.2
107
12
119
6.4
197
17
214
8
8.6
127
14
141
7.7
235
20
255
9
10.1
149
15
165
9
276
22
298
10
11.8
175
17
192
10.5
322
25
347
11
13.7
203
19
222
12.4
374
27
401
12
16.3
241
21
262
14.7
445
30
475
13
19.6
290
22
312
17.8
535
32
567
14
28.2
417
24
441
25.8
770
35
805
15
46.4
687
26
713
43.1
1267
37
1304
15.5
72.8
1077
27
1104
69.3
1987
38
2026
16
100
1480
28
1508
100
2730
40
2770
16.5
81.8
1211
28
1239
79.8
2233
41
2274
17
67.2
995
29
1024
64.3
1835
42
1877
18
44.6
660
31
691
41.1
1218
45
1262
19
34.1
505
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