水资源规划及利用设计报告书.docx

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1、前言b5E2RGbCAPp1EanqFDPwDXDiTa9E3d目录1 4 2 52.152.26383.1103.2103.3121/194134.1134.2144.31551920211.12.23.31987<14. 41971<15.52001<16.61987<37.71971<38.82001<39.91975<210. 101986<211.112007<212.121975<313.131986<314.142007<315. 15199663<12/1916. 附表 16 梅山水库 1996 年

2、6 月第 3 次洪水调洪计算列表试算法 <方案3）17. 附表 17 龙河口水库 1975 年调洪计算列表试算法 <方案 2）18. 附表 18 龙河口水库 1975 年水库调洪计算列表试算法 <方案 3）19. 附表 19 到附表 24 基础资料第 1 章 课程设计目的和要求1. 本次设计的课题是 ：梅山水库和龙河口水库优化运行研究2. 课程设计的时间和地点 ：2018 年 1 月 1 日到 2018 年 1 月 6 日 <第 18 周），地点在西教4293. 课程设计的基本目的和基本要求 ：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

3、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。RTCrpUDGiT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。5PCzVD7HxA第 2 章 基本资料及设计方案2.1 基本资料3/19基本资料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

4、 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。jLBHrnAILg2.龙河口水库

5、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 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。xHAQX74J0X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

6、 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。 LDAYtRyKfE2.2 设计方案1.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

7、 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4/19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。Zzz6ZB2Ltk2.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

8、计算方案如下： dvzfvkwMI1方案 1：汛限水位 125.27m，防洪高水位 130.2，控泄流量 75m3/s 方案 3：汛限水位 125.27m，防洪高水位 132.2，控泄流量 73m3/s 方案 2：汛限水位 125.27m，防洪高水位 131.2，控泄流量 74m3/s <本组选择方案为 方案一、方案三 ）3.龙河口水库兴利调度原则： 汛期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。非汛期水库水位到正常蓄水位和死水位之间变化。rqyn14ZNXI4.龙河口水库调洪原则： 龙河口水库下游的防洪

9、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。 EmxvxOtOco 方案 1：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。方案 2：汛期限制水位

10、67.0m；调度原则：库水位 67.067.5m，控制下泄流量800m3/s；5/19库水位 67.571.17m，控制下泄流量 1200m3/s；库水位 71.1772.23m，控制下泄流量 1500m3/s；库水位超过 72.23 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。方案 3：汛期限制水位 66.0m；调度原则：库水位 66.067.0m，控制下泄流量 400600m3/s；库水位 67.067.5m，控制下泄流量 800m3/s；库水位 67.571.17m，控制下泄流量 1200m3/s；库水位 71.1772.23m，控制下泄流量 15

11、00m3/s；库水位超过 72.23 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。<本组选择方案为方案2、方案 3）第 3 章兴利调度计算3.1 典型年的选取1. 基本原理 ：根据不同的年份的来水量或入库流量进行从大到小排列，分别算出各自的频率，再在根据已知的频率从图表上找出与之对应的年份，即是典型年。2. 计算过程 ( 以梅山水库为例，龙河口水库方法相同 >：将已经给定的梅山水库自 1969 年到 2008 年的年总入库洪水量从大到小进行排列。计算出每个水文年 <十月到次年的九月）的全年年入库水量。得到每年的总水量之后，将每年的年来水

12、量从大到小排列。根据频率计算公式计算出各个水文年的频率；式中m 为排列序号， n 为资料水文年总年数。由各个水文年的频率绘制出频率曲线图 <，图 3-2），相应计算见附表图 3-11 、附表 2.6/19附图 1 梅山水库频率图350000300000量 250000 总 200000 库 150000入 100000 50000 0%012234556788996307418529633579024579024.4.7.0.3.7.0.3.6.9.2.6.9.2297419630852012334566789频率图 3 1梅山水库排频图附图 2 龙河口水库频率图200000180000

13、160000140000量 120000流100000库入8000060000400002000000.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%频率系列1系列2系列1图 3 2 龙河口水库排频图根据设计保证率选择设计代表年时，在误差允许范围内，应选择经验频率与设计保证率最接近的年份。在频率曲线上查出P=10%,P=50%,P=90%对应的年份，结果如表 3 1、表 3 2 所示：表 3 1梅山水库典型年年份频率典型年7/191987 年9.7561%丰水年1971 年51.2195%中水年2001 年90.2439%枯水年表3 2龙河口水库典型年年份频率典型年197

14、5 年11.11%丰水年1986 年51.11%中水年2007 年93.33%枯水年注：龙河口水库枯水年本应该为1966 年，但由于该年资料缺失，故改2007 年为枯水年。3.2 兴利计算1. 水库的兴利调节是指利用水库重新分配天然径流，以达到满足各兴利部门用水需要的目的。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水库的供需平衡进行计算，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、兴利库容和计算保证率三者之间的关系，作为确定工程规模、效益和运行方式的依据。兴利调节计算方法可分为三类：时历法概率法

15、随机模拟法。本次课程设计是用第一种方法。 SixE2yXPq5时历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。6ewMyirQFL2. 兴利计算原则梅山水库与龙河口水库的兴利计算原则已经在2.1 节设计方案中详细说明，现在不再做详细叙述，下面重点讨论兴利计算所用到的时历列表法方法。kavU42VRUs时历列表法 <以梅山水库为例）步骤 : 绘出表格，将各个典型年的天然来水量和各部门综合用水量填入表中8/19图 3 3 梅山水库时历列表法表头由已知的天然来水量W 来 、用水量W 用，做水量平衡计算。从而可以得到每旬的多余

16、或不足水量 W。其中计算结果为正值则为多余水量，计算结果为负值则为不足水量； y6v3ALoS89W=W 来 -W 用(3-1>W 来 为计算时段来水量； W 用为为各部门综合用水量。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 来-W 用-W 弃(3-2>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 来 为计算时段来水量； W 用为各部门综合用水量，即为需水量。 W 弃为弃水量。 M2ub6vSTnP利用公式 (3-1> 和 (3-2> 以及已知的正常蓄水位 128m，由库容 <V）水位&

17、lt;Z）关系查到正常蓄水位对应的库容是 V 初 =135880 万 m3，分别计算出各个时段末对应的水库水量，填入表中。 0YujCfmUCw注： W 弃 的确定要根据相应时段前后来水量、用水量和水库的当前的蓄水量来确定。当某一时间段的段末水量超过 V 初=135880 万 m3 时，即发生弃水现象。当到达 5 月末即 5 月下旬时，需要保证水位在汛限水位之下。当在此时水位仍超过汛限水位时要有集中弃水，以保证汛期来临时有足够的库容蓄水。同时，应该考虑水库的泄水能力，适当选择泄水量。 eUts8ZQVRd 枯水年各部门用水会比较多，水库会放水，水位不断降低，但要保证在死水水位以上才行。梅山水库

18、死水位为94m，对应死库容为12601 万 m3。如图3-49/19图 3 4 枯水年水位控制在死水位截图计算出库水量和出库流量以及发电流量；由公式计算时段的出库水量 <式中：为时段的出库水量；为时段的出库流量；为时段的时长；为时段的发电流量）。由计算时段的出库流量，一般等于 ，梅山水库现有 4 台发电机组，单机最大过水流量 29.8m3/s，发电机最大总过流量为 119.2m3/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。因此，当水库出库总流量小于119.2 m3/s，发电机总过流量即为出库总流量；当水库出库总流量大于119.2m3/s 时，发

19、电机的总过流量为发电机的最大总过流量。 sQsAEJkW5T计算发电出力和发电量；由公 式 E 发 =W 发 /k 计算发电量；式中 :为发电量； k 为耗水率，其值可查寻梅山水库逐月耗水率统计表； W发=T*为发电水量， T 为时段时间，单位s。GMsIasNXkA按时段末水库蓄水量对照所给资料中的水库水位库容关系表查找对应的水位 Z。此次课设中由于没有给出水库下游的水位资料，无法使用水库上游水位值单独求算发电水头 H，因此在梅山水库中采用耗水率求算发电量，在龙河口水库采用平均水头 H=12.6m 求算发电量。 TIrRGchYzg按照上述方法与原则，计算出各个典型年不同方案的发电量，进行比

20、较。<梅山水库与龙河口水库兴利计算表格参见附表3 到附表 14）3.3 兴利计算结果和结论1. 兴利结果表 3 3梅山水库发电量10/191987 年丰水年1971 年中水年2001 年 枯水年方案 120603.4万 kW· h131215.8万16665.6 万 kW· hkW· h方案 319197.1万 kW· h11958.0 万 kW·h16665.6 万 kW· h表34龙河口水库发电量1975丰水年1986中水年2007 枯水年方案 23363.0万 kW·h2760.6万 kW· h1693

21、.3 万 kW·h方案 33536.7万 kW·h2552.5万 kW· h1559.7 万 kW·h2. 方案比较及结论梅山水库在丰水年采用方案 1 发电量比较多，经济效益比较大，在中水年两方案方案 1 比较大，枯水年的话，两方案一样。但任何事情都有其两面性，用于发电的水量多，则用于其他方面的水量一定会相应减少，如航运、渔业等效益必将减少。现实工作中，不能只考虑发电效益。在抓住主要矛盾的同时，要综合考虑各方面的利益，充分考虑各个方案，一定要使大坝安全运行，使整体效益最大化。 7EqZcWLZNX龙河口水库丰水年和中水年方案发电相差不大，枯水年用方案 1

22、 略好，但龙河口水电站是以灌溉为主，发电所占比重不大，首先必须满足灌溉要求，才能考虑其他方面的效益。 lzq7IGf02E第 4 章 防洪调度计算4.1 调洪计算原理当水库有下游防洪任务时，它的作用主要是消减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全流量。水库的任务有<1）滞洪 <2）错峰 <3）蓄洪。多数情况下，水库对下游承担的防洪任务常常是蓄洪。当水位超过防洪高水位的时候，此时应该顾及水库本身的安全，以当时水位情况最大下泄流量下泄洪水。调洪演算所采用的方法是列表试算法。 zvpgeqJ1hk1.调洪计算原理：水量平衡方程11/19静库容法仅考虑坝前水位水平面以下的库容对洪水进

23、行调节，连续性方程可以写成有限差形式的水量平衡方程：<4-1 ）计算时段的平均入库流量，单位为；时段的平均下泄流量，单位；计算时段，以秒为单位；、分别为计算时段初、末水库的蓄水量，单位为2. 试算法当水位达到防洪高水位时，下泄流量为未知，此时要通过列表试算法来确定合理的下泄流量。试算法过程：达到防洪高水位后，决定开始计算的时刻，每一时段中的Q1、 Q2、q1、 V 1均为已知。先假定一个q2 值，带入式 <4-1）中，求出相应的V 2 值。然后按此q2 值在水位泄流关系表中，通过内插，算出V2 值。进行若干次上述计算后，直到得出的 V 2 最相近为止。此时的q2 即定为该时刻的泄流

24、量。逐时段依次试算的结果即为调洪计算的成果。NrpoJac3v14.2 调洪计算方法下面以梅山水库 1996年6月第 3次洪水调洪过程采用方案3为例，说明试算法步骤。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。 1nowfTG4KI方案 3：汛限水位 125.27m，防洪高水位 132.2m，控泄流量 73m3/s表4 1 1996 年第 3次洪水调洪计算列表试算法表头12/19时段平均时段平均下时段内水库存水水库存水水库水时入库洪水流入库流量下泄流量泄流量量变化 V(万量 V<万位段时分量 Q<

25、;m3/s>Q(m3/s>q< m3/s）q< m3/s）m3）m3）Z(m ）计算时段平均入库流量；<4-2 ）计算出所有时段的平均入库流量，填入表中。选择下泄流量；当入库流量小于 89.4m3/s时按，按入库流量下泄，当入库流量大于控泄流量时，按控泄流量下泄；即大于 163.4 m3/s时,按 163.4 m3/s下泄。在 89.4m3/s - 163.4m3/s之间的入库流量对应的下泄流量应参考梅山水库水位泄量关系图，确定合理的下泄流量。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。当水位在洪峰后降到防洪高水位以下后，又按照控泄流量下泄。

26、 ( 见附表 16>fjnFLDa5Zo梅山水库水位 - 泄量关系图80006 - 0.0898x5 + 2.3641x 4 - 26.441x 3 +7000 y = 0.0012x量6000121x2 - 133.56x + 385.615000下泄流量流4000泄多项式 ( 下泄流量)下 3000200010000001020262830323436384011111111111水位图 4 1梅山水库水位泄量关系图计算时段内水库存水量变化V ，水库存水量 V ；计算相应库容的水位：通过线性内插法计算出相应库容的水位：Z=Z1+<Z2-Z 1）* <V-V1） /(V2-

27、V1><4-3 ）13/19 得出选择时间段内所有的洪水过程后，画出水库水位关系曲线。4.3 调洪计算结果和结论调洪计算结果以图表形式给出<图 4 2 至图 4 - 9 ），计算图表见附表15到附表 18附图3梅山水库 1996年方案 1 调洪4500400035003000量 2500入库洪水流量 Q(m3/s)流 2000时段平均下泄流量 q均(m3/s)150010005000)5757575754242424h11111111（t间时时间图 4 2 梅山水库1996 年调洪方案 1附图4梅山水库 1996年调洪方案 1 水库水位 Z(m)131130129128量 1

28、27水库水位 Z(m)流 126125124123122) 2105 438 72 105 005 438 7 210h12121123212112（:2t1间时时间图 4 3 梅山水库1996 年调洪方案1 水库水位变化图14/19量流附图 5 梅山水库 96年方案 3调洪45004000350030002500入库洪水流量 Q(m3/s)下泄流量 q(m3/s)2000150010005000h)21120514238 17211205: 3020514238 1721120t（21时间时间图 4 4梅山水库1996 年调洪方案3附图 6 梅山水库 96年方案 3水库水位 Z(m)1321

29、31130129位 128水127水库水位 Z(m)库水1261251241231222381721120513238172101721120514238172时间图 4 5梅山水库1996 年调洪方案3 水库水位变化图量流附图 7 龙河口水库75年方案 2 调洪350030002500入库洪水流量 Q(m3/s)2000下泄流量 q(m3/s)150067010005000（h) :00:00:00:00: 00: 00:00: 00: 00: 00: 00: 00: 00: 00: 00: 00:00:00:00:00:00:00: 00:00:00:00:00:00:00: 00:00

30、间t 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18 21 0 3 6时时间图 4 6 龙河口水库75 年方案 2 调洪图15/19附图 8龙河口75 年方案2水位过程线6867.867.6位67.4水库水水67.2位Z(m)67水库水66.8位Z(m)67.0066.666.4):0:0:0:0:0:000:0:0:0:0:0:0:000:0:0:0:0:000:0:0:0:0:0h000000:0:00000000:0 :000000:0:000000t（25810369258103692581036

31、9258101112111211121112间时间时图 4 7 龙河口水库75 年方案 2 水位过程线附图9龙河口水库75 年方案3调洪量流3500300025002000150010005000 )00000000h00000000（:51395139t1212间时0000000000000000000000000000:5139513951395112121212时间入库洪水流量 Q(m3/s)下泄流量 q(m3/s)55068.56867.567位水66库.5水6665.565图 4 8 龙河口水库 75年方案 3 调洪图附图10龙河口水库75 年方案3 水库水位Z(m)64.5)000000000h000000000（:490505016t11112间时00:11000000000000000000:61272723812时间1120000000000:3834911200:41图 4 9 龙河口水库75