水资源规划课程设计报告书 徐得潜版.docx

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水资源规划课程设计报告书徐得潜版

目录

1、前言·····································································2

2、课程设计概况····························································2

3、课程设计计算说明书····················································3

1、资料概述······························································3

2、选择典型年····························································4

3、水库的兴利调节························································5

4、水库的调洪演算·······················································7

5、总结·································································12

4、计算结果图表···························································10

5、附录：

原始资料表格及附表··············································15

6、参考文献·······························································16

1、前言

所谓课程设计，就是课程工作者从事的一切活动，包括对达成课程目标所需的因素、技术和程序，进行构思、设计和方案比选的过程。

对于我们大学生的课程设计，就是对在校期间所学的专业课程进行实际的工程设计，进一步巩固已学到的知识。

同时，本次的梅山水库与龙河口水库的优化运行的课程设计也是对《水资源规划及利用》的学习情况的自我检查。

作为水利学专业的我们，在未来的就业里，本课程所学的知识是必备的。

特别是对于水库的兴利计算、电能的计算和调洪过程的设计更是我们必须掌握的。

通过此次的课程设计可以培养我们的分析问题、解决问题的能力，以及运算、绘图和编写说明书的能力。

这对于我们以后的工作是大有裨益的。

2、课程设计概况

一、设计题目：

梅山水库和龙河口水库优化运行研究

二、课程设计学时：

1周

三、课程设计目的、要求：

1、目的

让学生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；培养学生分析问题、解决问题的能力，以及运算、绘图和编写说明书的能力。

2、基本要求

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。

根据计算结量，编写设计说明书，并附上必要的图表。

四、主要内容

1、熟悉，分析有关资料，并绘制有关曲线；

2、根据梅山水库和龙河口水库长系列降雨量资料，定出对应设计保证率为10%，50%，90%的设计典型年；

3、分别对梅山水库和龙河口水库设置三种不同方案进行设计典型年兴利调节和水能计算，求水电站年平均发电量，并比较各方案计算结果；

梅山水库：

①方案一：

正常蓄水位：

128m，汛限水位：

125.27m。

②方案二：

正常蓄水位：

128m，汛限水位：

124.57m。

③方案三：

正常蓄水位：

128m，汛限水位：

126.27m。

龙河口水库：

①方案一：

正常蓄水位：

68.3m，汛限水位：

68.3m。

②方案二：

正常蓄水位：

68.3m，汛限水位：

67.0m。

③方案三：

正常蓄水位：

68.3m，汛限水位：

66.0m。

4、对设计丰水年的洪水过程设置不同调度原则进行调洪演算。

五、需提交的成果

1、计算说明书一份，详细说明计算方法和过程；

2、详细列出梅山水库和龙河口水库设计丰水年、设计平水年和设计枯水年三年兴利调节结果。

3、详细列出梅山水库和龙河口水库设计丰水年调洪演算结果（需附图）

3、课程设计计划说明书

3.1、资料概述

3.1.1、梅山水库简介：

梅山水库位于淮河支流史河上游的安徽省金寨县境内，东与淠河西源为邻，西与灌河隔岭为界，南源于大别山北麓，北距史河入淮口130km。

水库流域南北长约70km，东西宽约40km，流域面积1970km

。

梅山水库按500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，设计洪水位137.66m，校核洪水位139.93m，正常蓄水位128.0m，汛限水位125.27m，死水位94.00m，总库容22.64亿m3，兴利库容9.57亿m3，调洪库容5.0亿m3，死库容1.26亿m3，为年调节水库。

梅山水库现有水电站装机容量为4万kW，4台发电机组，单机最大过水流量29.8m3/s，电站主要结合灌溉供水或利用泄洪弃水发电，原则上不单独为发电目的而放水入横排头水库。

现状情况下多年平均发电量为9925万kW·h。

3.1.2、梅山水库兴利调度原则：

非汛期为5-10月，汛期为6-9月，其中9月为过渡期，即从9月份开始水库开始慢慢蓄水，并在9月末时保证水库水位在死水位和正常高水位之间，10-5月份水库处于非汛期，这段时间保证水库水位在死水位和正常高蓄水位之间，并保证非汛期末时水库水位在死水位与汛限水位之间。

3.1.3、梅山水库调洪原则：

从汛限水位125.27m起调，设计洪水位139.17m。

电站装机4台，为安全计，按3台发电机组满载下泄流量，其余泄流设备均关闭，但水库水位上涨到防洪高水位时，除泄水底孔外其余泄流设备均全开，按泄流能力下泄，不受下游及淮河干流限制；之后水库来水较小时，按维持设计蓄洪水位控制下泄，但最小下泄流量不小于3台机组发电流量。

三种调洪计算方案如下：

方案一：

汛限水位125.27m，防洪高水位130.2，控泄流量75m³/s

方案三：

汛限水位125.27m，防洪高水位132.2，控泄流量73m³/s

方案二：

汛限水位125.27m，防洪高水位131.2，控泄流量74m³/s

3.1.4、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25km，属于长江流域巢湖水系。

坝址以上控制流域面积1120km2，占杭埠河全流域面积2122km2的53%。

流域长度48.9km，主河道长度74.8km；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53.0m，相应死库容0.502亿m3；正常蓄水位68.3m，设计洪水位72.64m，校核洪水位75.04m，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。

3.2、选择典型年

3.2.1、梅山水库典型年的选择

方法步骤：

1、根据1969-2008年梅山水库入库水量表，先将各年的入库水量进行求和。

2、将年份及对应的年入库水量列入表中，然后使用excel的排序功能，将入库水量降序排列

3、使用公式P=N/（M+1）求出求出排列好的水量对应的频率，梅山水库资料年数为40年，所以频率P=N/41

4、选出频率分别为10%、50%、90%的三个年份分别作为本设计的丰水年、中水年、枯水年。

梅山水库资料中所选的三个典型年分别为：

1987年（丰水年）、1971年（中水年）、2001年（枯水年），具体计算列表见附录。

3.2.2、龙河口水库典型年的选择

方法步骤与梅山水库一致。

具体计算过程见附录。

3.3、水库的兴利调节

3.3.1什么是兴利调节

水库的兴利调节是指利用水库重新分配天然径流，以达满足各部门用水需要的目的。

兴利调节计算是水利计算的主要组成部分。

单一的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，作为确定工作规模、效益和运行方式的依据。

在此次课设中，根据已经选出的典型年，分别对其进行兴利过程计算。

在此之前，已经知道的水库的兴利库容，主要是对来水和用水进行平衡计算。

3.3.2、兴利调节的原理方法

具体采用的是时历列表法。

该方法以实测径流资料为基础，按历时顺序逐时段进行水库水量蓄泄平衡的径流调节计算，并给出调节流量、水库蓄水量等计算结果。

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。

（3-1）

W末式中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入为计算时段入库流量；W出为计算时段出库流量，包括各部门的用水量、水库弃水量及水量损失等。

根据上式，计算时段水库蓄水量变化值为△V=△W=W入-W出=W末-W初。

3．3.3、举例

现举梅山水库1971年中水年方案二的计算过程。

1、先使用excel将计算列表列出，表头有：

时段、天然来水水量、蓄水量、多余水量、不足水量、弃水水量、时段末兴利库容蓄水量、出库水量、平均耗水率、各旬发电量。

2、将梅山水库入库水量表中的1971年的各旬蓄水量复制并粘贴到兴利调节计算表中的需水量一列中。

3、时段多余水及不足水量计算：

用兴利调节计算表中的天然来水量减去需水量，如果是正值，则计入多余水量一列，如果是负值，则变为正值后计入不足水量一列中。

4、时段末兴利库容蓄水量及弃水量的计算：

根据课程设计任务书，从9月末时保证水库水位在死水位和正常水位之间，所以十月初的水库库容为正常蓄水位的库容。

非汛期：

由水库概况知梅山水库正常蓄水位为128.00米，查水位库容关系表知（可采用了线性内插法），此时库容为135880万立方米。

所以在10月初时的水库库容为135880万立方米。

在综合考虑后期流量分摊的情况下。

如果在以后的时段里水量仍有多余，则多余的水量填入弃水水量一列中；如果以后的时段里水量不足，则水库的时段末蓄水量应减去不足水量，没有弃水。

汛期：

由课程设计任务书，汛期为6-9月，汛期初的水位应保持在汛限水位以下，即124.57米，汛限水位对应库容为115884.5万立方米，所以，6月上旬的水库水量为115884.5万立方米。

5、总库容水量和总出库流量的计算:

需水水量加上弃水的水量即为总出库水量，算好以后列入总出库水量一列中；一旬时间可记为876000秒。

所以总出库流量等于总出库水量除以876000秒。

6、发电量计算：

每旬发电量=发电流量*每旬时间/所在月的耗水率（3-2）

耗水率可有资料查得。

我由上述步骤得梅山水库1971年方案二的发电量为12570.17万kw.h。

同理可求出方案三及龙河口水库方案一和方案二发电量。

在算龙河口水库发电量时应注意按

E=NT=AQHT（3-3）

计算。

式中A=8.34、多年平均发电水头为H=12.6米。

3.3.4、方案比较

先对两个水库各个方案的兴利调节进行比较如下

梅山水库

年份

方案二发电量（万kw.h）

方案三发电量（万kw.h）

1971年（中水年）

12570.17

12571.10543

1987年（丰水年）

21777.66115

21487.77571

2001年（枯水年）

13671.74483

16363.74

龙河口水库

年份

方案一发电量（万kw.h）

方案二发电量（万kw.h）

1975年（丰水年）

3350.3897

3413.7355

1986年（中水年）

2628.4028

2570.2807

2007年（枯水年）

1452.7484

1598.5799

对于各方案，应根据需求选择。

3.4水库的调洪演算

3.4.1、水库调洪的作用

水库调洪的作用有滞洪、错峰、蓄洪。

梅山水库和龙河口主要是滞洪与蓄洪的作用。

3.4.2、水库调洪的计算原理

水库调洪计算的原理：

主要是应用水量平衡和动力平衡两大条件。

水量平衡方程为

△t-

△t=1/2（Q1+Q2）△t-1/2（q1+q2）△t=V2-V1（3-4）

式中：

Q1、Q2分别为计算时段初、末的入库流量，m³/s；

为计算时段中的平均入库流量，m³/s；q1、q2为分别为计算时段初、末的下泄流量，m³/s；

为计算时段中的平均下泄流量，m³/s；V2、V1分别为计算时段初、末水库的蓄水量，m³；△V为V1、V2之差；△t为计算时段，一般取1-6小时，以秒记单位。

当已知入库洪水过程线时，上式中Q1、Q2、

均为已知；V1、q1则是计算时段△t开始时的初始条件，未知数有二个（V2q2），须增加一个方程才能求解。

假定不考虑自水库取水的兴利部门泄向下游的流量，则q应是泄洪建筑物泄流水头H的函数。

当泄洪建筑物的型式、尺寸等已定时，有

q=f（H）=AHB（3-5）

式中：

A为随建筑物型式和尺寸、闸孔开度以及淹没系数等而变化的系数，可查阅水力书籍。

B为指数，对于堰流，B一般等于3/2；对于闸孔出流，一般等于1/2。

3.4.3、举例

在对梅山水库和龙河口水库进行了调洪，均采用了列表试算法。

在整个调洪过程中要明确各个水位的作用，如果概念不清所调的方式必定不合理。

在这里我重点提出防洪高水位和设计洪水位的概念以及它们在调洪演算中的作用。

当遇下游防护对象的设计洪水时，水库控制下泄流量而拦蓄洪水，在坝前达到的最高水位即为防洪高水位。

通俗的说即是为了保护下游对象水库水位的上限。

一般在一次洪水来临之前，水库水位在汛限水位和防洪高水位之间。

为了保护下游，使下泄流量小于入库流量，此时水库蓄水，水位上涨，当达防洪高水位时，为了考虑水库本身的安全，须加大下泄流量，但必须小于控泄流量。

如果水位继续上涨达设计洪水位时，即为了保护大坝在坝前可达的最高水位。

此时应自由泄流，保护大坝的安全。

在综合考虑水位的影响时，具体还应结合灌溉、兴利、放电的要求调节洪峰。

现举例如下

对于梅山水库，我选取了1996年第三次洪水（方案二）为调节对象来说明，因为其资料比较齐全。

由简介知梅山水库主要是结合灌溉供水或利用泄洪弃水发电，原则上不单独为发电目的而放水入横排头水库。

所以在调洪过程中要注意一定蓄洪功能。

我从汛限水位开始起调，控制下泄流量在89.4-163.4立方米每秒之间。

入库流量小于89.4立方米每秒时按89.4立方米每秒下泄。

大于163.4立方米每秒的按163.4立方米每秒下泄。

在89.4-163.4立方米之间的入库流量对应的下泄流量应根据水库蓄水以及调洪时段末水库水位接近汛限水位的原则确定。

在调洪过程中要注意水库水位不能超过防洪高水位，超过部分应进行试算。

由于我选的时段资料的问题，在进行梅山水库调洪计算的过程中水库水位均未超过防洪高水位，所以不必进行试算。

由于时间有限，我也就没有重选时段进行调洪演算。

不过对于试算的原理，我也进行了了解。

3.4.4、试算法步骤

在此简单说明一下列表试算步骤：

1、先假定一个水库水位Z,并且根据库容和水位关系表查出它所对应的库容W1。

2、根据水库水位与下泄流量之间的关系表，查出水位为Z时的下泄流量Q1。

3、将Q1输入该时刻对应的下泄流量一格，此时水库库容变化量及水库库容都发生变化，水库库容为W2。

4、比较W1、W2，如果两数相接近，则试算结束，如果两数相差较大，则需重新选取Z重复以上步骤进行试算，直到W1、W2相等或相近为止，列入表中。

直到水库水位小于防洪高水位时，试算结束。

3.4.5、龙河口水库调洪

对于龙河口水库，应注意它是一防洪、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。

有八台发电机组，单机最大下泄流量为18.02立方米每秒。

水库下游保护合九铁路、206国道、芙蓉高速铁路和书城县、龙河镇、三河镇等人口密集区。

在一次洪水过程中，从汛限水位开始起调，初期水量较小，由于后一时段洪峰即到。

所以在入库流量较小时可使下泄流量大于入库流量。

对于入库流量小于18.02×8=144.16立方米每秒时，我选择了下泄流量为144.16立方米每秒，因为这样可最大限度的发电。

龙河口水库我选取了1975年丰水年的第三次洪水位研究对象。

在洪峰来临时增大下泄流量，对于方案一，控泄泄流量控制在1000立方米每秒。

对于方案二，库水位在67.0-67.5米时，控泄流量为800立方米每秒。

库水位在67.5-71.17米时，控泄流量为1200立方米每秒。

通过调节使洪水末期水位接近与汛限水位。

3.4.6、调洪总结

在整个调洪演算中遇到了不少困难。

在这里须指出的是在求水库水位的时候，由于我没能做出拟合曲线所以起初我不知怎么做。

但在同学的帮助下采用了多段内插函数，通过水库库容和水库水位的函数关系求得了水库水位。

具体的多段函数我都附在了电子版的设计书中了。

3.5课设总结

一周的课程结束了，在这次课设中不仅检验了我所学的知识，也培养我如何去把我一件事情，如何去做一件事情，又如何去完成一件事。

在课设过程中，和同学互相探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，也学会了宽容,也学会了做人。

课设中难免出现错误走了不少弯路，但我觉得这还是比较值得。

就像徐老师说的就是在这样的错误中才能正真掌握知识，讲课本上死的知识活学活用。

通过此次课设，我觉得我在多发面得到了提高。

尤其是excel的使用。

在之前看来是很简单的工具，可真正用的时候却不是那么简单。

在课设的初期，我们还从来都没有接触过这样的工作，还不知道如何下手，不知道从什么地方开始做，但是，通过组里每个同学的努力和老师的帮助，更重要的是自己的刻苦钻研，终于研究出来了如何计算，通过这个过程，我们不仅锻炼了团队合作的能力，还巩固了我们在课堂上学到的知识，做到了理论与实践相结合。

在课设的中期，我在演算的时候遇到了各种各样大大小小的问题，这些问题在以后的工作还是在学习中都会遇到，有很多问题都是经验性的问题，通过解决这些问题，让我们解决问题的能力得到了提高，还让我得到了很多实战经验，这在以后的工作中是十分重要的。

在课设后期，我们认认真真的进行了总结和计算过程，这让我们对知识的认识更加全面系统。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们走向工作岗位必不可少的过程。

我们应该一步一个脚印，踏踏实实的完成课设。

为以后的工作打下基础。

4、计算结果图

图一龙河口水库入库流量概率曲线

图二梅山水库入库流量概率曲线

图三龙河口1975年第三次洪水入库流量（方案一）

图四龙河口1975年第三次洪水下泄流量（方案一）

图五龙河口1975年第三次洪水水库水位（方案一）

图六龙河口1975年第三次洪水入库流量、下泄流量（方案二）

图七龙河口1975年第三次洪水水库水位（方案二）

图八梅山水库1996年第三次洪水入库流量（方案二）

图九梅山水库1996年第三次洪水下泄流量（方案二）

图十梅山水库1996年第三次洪水水库水位（方案二）

图十一梅山水库1996年第三次洪水入库流量、下泄流量（方案三）

图十二梅山水库1996年第三次洪水水库水位（方案三）

5、原始资料表格及计算附表

附表：

表1：

梅山水库入库流量；

表2：

梅山水库需水量；

表3：

龙河口水库需水量；

表4：

梅山水库水库特性曲线；

表5：

龙河口水库水库特性曲线;

表6：

梅山水库耗水率特性曲线；

表7：

梅山水库入库洪水过程线；

表8：

龙河口水库入库洪水过程线；

表9：

梅山水库1987年兴利调节（方案二）;

表10：

梅山水库1987年兴利调节（方案三）；

表11：

梅山水库1971中水年兴利调节（方案二）；

表12：

梅山水库1971中水年兴利调节（方案三）；

表13：

梅山水库2001枯水年兴利调节（方案二）；

表14：

梅山水库2001枯水年兴利调节（方案二）；

表15：

梅山水库2001枯水年兴利调节（方案三）；

表16：

梅山水库1996年第三次洪水调洪（方案二）；

表17：

梅山水库1996年第三次洪水调洪（方案三）；

表18：

龙河口水库1975丰水年兴利调节（方案一）；

表19：

龙河口水库1975丰水年兴利调节（方案二）；

表20：

龙河口水库1986中水年兴利调节（方案一）；

表21：

龙河口水库1986中水年兴利调节（方案二）；

表22：

龙河口水库2007枯水年兴利调节（方案一）；

表22：

龙河口水库2007枯水年兴利调节（方案二）；

表23：

龙河口水库1975年第三次洪水调洪（方案一）；

表23：

龙河口水库1975年第三次洪水调洪（方案二）；

表24：

梅山水库典型年求算列表；

表25：

龙河口水库典型年求算列表；

6、参考文献

参考文献：

[1]《水资源规划及利用》徐得潜，顾圣平，田福强，沈冰，.中国水利水电出版社，2009

[2]周之豪，沈曾源，施熙灿等.水利水能规划（第二版）.北京：

中国水利水电出版社，1997

[3]《运筹学》