报告水利计算

水利计算综合练习报告









系别： 水利工程系
专业： 水利水电建筑工程
题目： 水文与水利计算综合练习
班级： 10级水工( 2 ) 班
姓名:
王

磊

学号: 1002010819
指导教师： 张志刚
成绩：


湖北水利水电职业技术学院水利系水工教研室
二0一二年三月

目 录

第一章 ............................................
基础知识 ......................................... ......................... 1


第二章 ............................................
水库调节计算 ....................................... ....................... 6


第一节 ................................
基本资料 ............................................. 6


第二节 ................................
水库兴利调节计算 ............................. 7


第三节 ................................
水库防洪调节计算 ............................ 10


第三章 ............................................
总结 ........................................... ................................ 13

第一章 基础知识
(1)．水库特征水位与特征库容
答：表示水库工程规模及运用要求的各种库水位，称为水库特征水位。

(1)特征库容：死库容，兴利库容，结合库容，防洪库容，拦洪库容，调洪
库容。

(2)死水位和死库容
水库在正常运用情况下，允许消落的
最低水位，称为死水位
Z
死
。死水位
以下的水库容积称为死库容
V
死
。
(3)正常蓄水位和兴利库容
在正常运用条件下，水库为了满足
设计的兴利要求，在开始供水时应蓄到的水位，称为正常蓄 水位
Z
蓄
，又称正常
高水位。正常蓄水位到死水位之间的库容，是水库可用于 兴利径流调节的库容，
称为兴利库容，又称调节库容或有效库容。正常蓄水位与死水位之间的深度，称< br>为消落深度或工作深度。
(4)防洪限制水位和结合库容
水库在汛期为兴利蓄水允许 达到的上限水位称为防洪限制水位，又称为汛期限制
水位，或简称为汛限水位。若防洪限制水位低于正常 蓄水位，则将这两个水位之
间的水库容积称为结合库容，也称共用库库容或重叠库容。
(5)防洪高水位和防洪库容
水库遇到下游防护对象的设计标准洪水时，坝前达到的最高水位称为防洪 高水位
Z
防
。该水位至防洪限制水位间的水库容积称为防洪库容
V
防
。
(6)设计洪水位和拦洪库容
当遇到大坝设计标准洪水时，水库坝前达到的最高 水位，称为设计洪水位
Z
设
。它至防洪限制水位间的水库容积称为拦洪库容
V
拦
或设计调洪库容
V
设
。
(7)校核洪水位和调洪库容
当遇到大坝校核标准洪水时，水库坝前达到的最高水位，称为校核洪水位
Z
校
。它至防洪限制水位间的水库容积称为调洪库容
V
调
或校核调洪库容
V
校
。

(2)．设计洪水标准
答：是指当洪水发生小于或等于该标准时吗，应保证防护对象的安全
或防洪设施的正常运行的洪水。

(3)．设计保证利
答：灌溉，发电等工程以及保护下游防护对象的安全得到的保证程度。
1 16

(4)．设计洪水过程线推求一般方法
答：同倍比放大法和同频率放大法。

(5)．水库运行方式
答：调节川径流， 防洪，灌溉，发电，渔业，航运，等。

(6)．水库兴利调节和防洪调节的概念和目的
答：提高枯水期的洪水量，满足灌溉和发电以及城镇工业用水的要求，
而进行 的调节称之为兴利调节，拦洪蓄水削减洪峰流量，防止或减轻洪水灾害的
调节称之为防洪调节，通过兴建 一些专门的水利工程，如蓄水、拦洪、引水等措
施。来调节和改变径流的天然状态，解决供和需的要求， 达到兴利除害的目。

(7)．水库防洪调节计算的基本原理
答：在 某一时段内，入库水量与出库水量之差等于该时段内水库需水量
的变化量。一下表示为水库的平衡方程
?
Q
t
?Q
t?1
?
?t?
?
q
t
?q
t?1
?
?t?V?V??V

t?1t
22
式中
?t
--计算时段长度



Q
t
、
Q
t?1
-- 时段初、末的入库流量m3s;
q
t
、
q
t?1
-- 时段初、末的出库、下泄流量m3s;

V
t?1
、
V
t
-- 时段初、末的水库蓄水量m3

?V
-- 时段内库蓄水量的变化量m3;

?t
-- 计算时段，一般取1---6小时，需化为秒数。

(8)、防洪调节计算的基本方法
（一）、列表试算法
步骤如下：
①引用水库的设计洪水过程线Q～t。
②根据已知的水库水位库容关系曲线Z=f（V）和泄 洪建筑物方案，求出下泄流
量与库容的关系曲线q=f（V）。具体方法是：根据水位变化的大致范围， 取不同
的库水位Z计算水头h和下泄流量q，再由Z=f（V）查得相应的V，这样就可绘
制下 泄流量与库容的关系曲线q=f（V）。
③选取合适的计算时段
Δ
t（以s为计算单 位）。由设计洪水过程线Q～t摘
录Q
1
、Q
2
、Q
3、Q
4
……。
④调洪计算。决定起始计算时刻的V
1
、q1
值，然后列表计算，计算过程中，
对每一计算时段的V
2
、q
2
值都要进行试算。
试算方法是：由起始条件，已知时段初的V
1
、q1
和入库流量Q
1
、Q
2
,假设
时段末的下泄流量q
2
，求出时段末水库的蓄水变化量
Δ
V，则V
2
＝V
1
＋
Δ
V,由
V
2
查q=f（V）曲线得q’
2
。若｜q’
2
－q
2
｜＜ε，即q’
2
与q
2
相差很小，则q
2
为所
求；否则，说明原假设的q
2
与 实际不符，重新假设q
2
（可令q
2
＝q’
2
），再进行试
2 16

算。
⑤将计算出的V
2
、q
2
当成下一时段初的V
1
、q
1
，重复上述试算，可求出下
一时段的V
2
、q
2
。这样逐时段试算，就可求得水库下泄流量过程和相应的 水库蓄
水量（水位）过程。
⑥根据计算成果绘下泄流量过程线q～t和水库水位变化过程线Z～t。
⑦由 q
）
查 q-v 关系线，可得最高洪水时的库容v
m
。

（二） 、半图解法
水库水量的平衡方程和水库蓄泄的方程可用图解法和计算相结合的方式求
解，这种方法称为半图解法
（一）．
结合双辅助曲线

?
Q
t
?Q
t?1
?
?
?
q
t
?q
t?1
?
?
V
t?1
?V
t

22?t
移项，整理得
q
?
Vq
?
V
Q ?
?
t
?
t
?
?
t?1
?
t?1

2
?
?t2
?
?t
式中
Q
-- -----
?t
时段的入库平均流量，即
Q
=
因为V是q的函数，故
q=f(
V
?t< br>?
Q
t
?Q
t?1
?
，m3s。
2
Vq
V
t
q
t
?
、
t?1
?
t ?1
也是q的函数因此可以写成
?t2
?t2
?
q
2
) q=f(
V
?t
?
q
2
)

将上述两式绘制成两条曲线，如图，
根据时段初V1,q1，应用这两条辅助曲
线推求时段末的V2，q2.的方法 ，称为
双辅助曲线法。实际上因为q、Z、V
这三个参数是可以相互转化的，
V
?t
?
q
2
、
V
?t
?
q
2
也可以与水库水位Z
或库容V建立函数关系
Z=f(
V
?t
V
?t
?
q
2
q
2
)和Z=f(
V
?t
V
?t
?
q
2
q
2
)

V=f(
?
)和V=f(
?
)

计算步骤：
1、已知时段初的出库流量q1，在图中纵坐标上取OA=q1，得A点。
3 16

V
2、过A点向右平行于横坐标引线，交 q=f(
q
2
V
?t
?
q
2
)曲线与B 点，
则AB=
?t
?
,延长AB至C点，取BC=
Q
。
V
?t
q
2
3、由C点向上作垂线(过了q后则向下作垂线)，交q=f(
?
)
曲线于点D。
4、由D点向左作平行于横坐标的直线交纵坐标于E点，则
DE=
V
?t
?
q
2
,D点的纵坐标OE=q2。
?
Vq
由图可知，DE=BC+AB,即是
Q?
?
t
?
t
?
?t2
?
V
t?1
q
t?1
?
，故点D 的纵坐标OE=q2,
?
?
2
?
?t
即为所求时段末的下泄 流量。
按以上步骤，利用求得的q2作为下一段的q1依次逐时段进行计算，求得
水库下泄流 量过程线q~t。

（二）、单辅助线法
1、 单辅助曲线法原理
将水 量平衡方程改写为：
V
t?1
q
t?1
?
V
tq
t
?
??
?
?
?
?Q?q
t

?t2
?
?t2
?
式中，
Q
为
?t时段内的入库流量，m3s。
V
t 、Vq为时段初已知值，左边
V
t ?1
、
V
t?1
为时段末的未知值，由式子可以看出
V
?t
q
2
V
?t
?
q
2
是q的函数 ，故可将q与
V
?t
q
2
?
的关系绘制成调洪辅助曲线 。 因为两边都有
?
，只需绘制一条辅
助曲线就能求解
V
t?1
、
V
t?1
，故称单辅助曲线法，如图所示，同双辅助曲线一样，
单辅助曲线 也可与建立Z或V与的函数


V
?t
?
q
2
关系。
q
?
Vq
?
V
取OA=q1，由图可见EF=AB+BC- DC,即是
?
1t
?
1
?
?
2
?
2
?Q?q
t
，故
?
?t2
?
?t2
E的 纵坐标OF=q2,即为所求时
4 16

段末的下泄流量







2、单辅助曲线调洪计算方法
首先，根据起始条件（t=1）时q1，在辅助曲线上查出相应的
V
1< br>q
1
?
值，
?t2
q
?
Vq
Vq< br>?
V
然后有式计算出
?
1t
?
1
?
?
2
?
2
?Q?q
t
，再由
2
?
2
在单辅助曲线上查出
?t2
?
?t2
?
?t2
相 应的q2值，以q2作为下一时段的q1重复上述图解计算，即可求得水库下泄
流量过程线q~t。

附加【简化三角形法型】(在精度要求不是很高的时候采用)
（中小型水库在初步 规划阶段进行调洪方案比较时，只要求确定最大调洪库容
Vm和最大泄流qm ，不需计算蓄泄过程，故常采用简化三角法形。













5 16

第二章 水库兴利调节计算
第一节 基本资料
青山水库位于湖北省青山河上游，水库控制流域面积441 平方公里，两岸陡
峻，属大山区，植被良好，集水面积成扇形。降雨、径流资料如下：
1、根据多年降雨、径流资料，求得P=90%的设计年径流量如表1-1所示。
表1-1 青山水库设计年径流量年内分配表 单位：万m
月份 1
W
来
578

1239

988

556

3








7

8
353
9
1971
3
2、设计年灌溉用水过程如表1-2所示。
表1-2 青山水库设计年灌溉用水过程表 单位：万m
月份 1
W
用












283




7

8
520
9 合计
3
2890 19597
3、设计保证率P=90%。
4、水库特性曲线见表1-3。
表1-3 青山水库水位-面积、水位-容积关系
水位Z（m）
面积F（km
2
）
水位Z（m）
面积F（km
2
）
水位Z（m）
面积F（km
2
）
1
9.15
114
13.45
123
18.45

9.5
1.29
1
14.0
2.37
124
19.0
3.79

9.9
1.39

14.4
2.5
125
19.7
4.0

10.3
1.49

15.0
2.64
126
20.3
4.2
1
10.75
1.6

15.6
2.78
127
20.9
4.4

11.35
1.71
119
16.2
2.92
128
21.5
4.6

11.65
1.83
120
16.7
3.09
129
22.15
4.81

12.35
1.96
121
17.35
3.25
130
22.8
5.02
113
12.9
2.09
122
17.9
3.42



库容V（亿m
3
） 1.19
库容V（亿m
3
） 2.22
库容V（亿m
3
） 3.6
5、死水位及死库容的确定。 由于崇阳灌溉面积分布在105m高程以下，为满足自流灌溉要求，确定死水
位为107m，相应死 库容为1.39亿m
3
。本流域植被良好，泥沙极少，此高程完全
能满足淤积要求。
6、库区蒸发量资料
（1）水面蒸发资料如表1-4所示。
6 16

表1-4 青山水库水面蒸发资料 单位：mm
月
份
蒸
发
量
1 7 8 9 合计
62.
7
42.
2
37.
7
42.
9
64.
7
67.
4
72.
7
109.
1
141.
4
166.
4
188.
9
138.
7
1134.
8
注：水面蒸发按上标数字的0.8计。
（2）从“湖北省水 文手册”中查得库区多年平均降水量X
0
=1530mm，多年平均
径流深Y
0
=800mm。
7、库区月渗漏量按当月平均蓄水量的1%计。
第二节 水库新兴利调节计算

一、 绘制水库特征曲线（Z-A、Z-V）

































































































































































二、 水库兴利调节计算

（具体数值以CAD中求得结果为准）
1、 计算情况：不计损失和计损失（P=90％）
7 16

不计损失的调节库容计算表
月份
①
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
合并
来水量W
来
用水量W
用
(万m)


3
(万m)
3
W
来
-W
用
(万m
3
)

∑(W
来
-W
用
)
月末库容V
(万
33
(万m) m)

+ -
⑥
0
578
578
1239 1817
988 2805
556 3361
313 3674
1839 5513
896 6409
10293 167
1982 14720
4521 10199
4167 6032
919 5113
11589
5113
④ ⑤ ⑦
(13900)0
14478
15717
16705
17261
17574
19413
20309

23507
18986
14819
（13900）0
弃水量
C
(万m
3
)

⑧













5113

②
578
③
0
1239 0
988 0
556 0
313 0
1839 0
3726 2830
10293 0
2073 4055
781 5302
353 4520
1971 2890
2471
5113


V
兴
=(∑W来- W用)
max
-c=16702-5113=11589(万m
3
)
V
总=
V
死+
V
兴
=13900+11589=2548 9(万m
3
)
（由上表可知该水库是一回运用）
损失计算
月
份
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
E
皿

62.7
42.2
37.7
42.9
64.7
67.4
72.7
109.1
141.4
166.4
188.9
138.7
比例
0.0553
0.0372
0.0332
0.0378
0.057
0.0594
0.0641
0.0961
0.1246
0.1466
0.1665
0.1222
E
蒸

9.8
6.6
5.9
6.7
10.1
10.6
11.4
17.1
22.2
26.1
29.6
21.7
E水=K*E皿
=1134.8*0.8=907.84(mm)
△W=E水-E陆=907.84-
（1530-800）=177.84(mm)
8 16

9 16

第三节 水库防洪调节计算

一、 绘制辅助线




































































































































10 16

（具体计算数值在CAD中操作查得）
二、 列表计算

时段末水库水
时间 流量 时段 平均流量 时段末的 总库容
的下泄位
V△t+q2

t Q △t Q
平
v
总
流量 q z
3333
(h) (ms) (6h) (ms) (ms) （万m)
3
(ms) （m)
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
0 9 0 9
6 100 1 100
11 373 373
12 461 2 280.50 2767.01 380
18 1590 3 1025.50 3412.51 520.57
24 1590 4 1590.00 4481.94 777.83
30 1460 5 1525.00 5229.11 941.89
36 1080 6 1270.00 5557.22 1029.1 31791.14 120.55
42 600 7 840.00 5368.12 978.05
48 381 8 490.50 4880.57 860.51
54 237 9 309.00 4329.06 745.46
60 124 10 180.50 3764.10 608.6
66 68 11 96.00 3251.51 483.19
72 37 12 52.50 2820.82 390.98
78 25 13 31.00 2460.84 318.88
84 14
90 15
96 16
︰ ︰
︰ ︰

V总=29979(
万
m3）
q
max
=803.2m
3
s
Z洪=119.5（m)
v
拦洪
=V
总
-V
起调=
31791.14-26 400=53914.14（
万
m3)
单辅助曲线法调洪计算


注
:
第11小时到12小时采用试算法计算的到380 m3 s，即假定12
小时时的流量380代人计算只直到excel中计算出的值前后相差不大为止。其后采用的是单辅助线法。


11 16

三、 调洪计算成果表
时间
设计
洪水
下泄
流量
时间
设计
洪水
下泄
流量

9
9
48
381

1
1
54
237



60
124



66
68


.57
72
37


0

36
80
42
600
777.83 941.89 1029.10 978.05
78
25








860.51 745.46 608.6 483.19 390.98 318.88
四、 调洪计算成果图



























































































































































五、 由以上表格中求得的数据可知：最大下泄流量、洪水位和
拦洪库容

设计洪
水情况
最大下泄流量
（m3s)
拦洪库容
(万m3）
设计洪水位
（m)
1027.1 53914.14 120.55
12 16

第三章 小 结
通过本次水利综合练习我明白了如何计算水库兴利调节的计
算方法。将之前所学的水文水利计算 的理论知识运用和水库防洪
与兴利计算相结合，接近现实生活相关的水利工程实际问题方
面。
当刚开始拿到《水力计算综合练习》时看完册子我感觉无从
下手，后来静下心来通过复习相关 知识点、熟悉资料、上网查相
关知识和收集相关资料，经过初步思考，开始做刚开始做库容曲
线 时我发现自己连在Excel插一个双坐标都不会，做了很久才搞
定，通过同学的我最终还是绘出了库容 曲线的双坐标图，后来运
用就得心应手了。其中遇到不少困难，比如：
（1）不会算水量损失；
（2）不会用顺时序法算兴利库容；
（3）不懂单辅助曲线怎么绘制及其运用；
（4）为了得到准确的数据采用CAD辅助，研究了一个多小时才
学会其方法。
（5）试算法极其烦琐（花的时间最多）。。。。。。
通过看教材，查资料，问同学，问老师 ，困难都克服过去了，都
解决了，现在发现自己同过这次水文与水利计算我也学到了不少
东西:
提高分析、收集与整理资料的能力!
提高计算并绘制计算图表的能力!
13 16

我知道了如何用Excel绘双坐标图！
如何用Word的编一些特殊符号和公式！
如何将CAD图中查数据并将图插到Word并进行排版！
回忆起了个方面的知识！
知道了正常水位与防洪水位如何计算！
明白了如何计算水库正常蓄水位与兴利库容！
如何计算设计水位与拦洪库容以及洪水下泄过程线!
最关键是熟悉了水文水利计算的步骤！
我坚信在以后的学习和工作中，一定会带来很多方便，
我会继续努力，增强自己的实力，在以后的生活中锻炼自己超越
自己，争取做到更好！
14 16