天福庙课程设计

一、设计任务

天福庙水库水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天福庙村，大把以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降1.06%，总库容6367万m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，已运行近30年。1975年技术设计时，水文系列年限仅20年，系列太短，也缺乏大洪水的资料。本次课程设计的任务，是在延长基本资料的基础上，按现行规范要求对水库的防洪标准进行复核，其具体任务是：

1．选择水库防洪标准。

2．历史洪水调查分析及洪量插补。

3．设计洪水和校核洪水的计算。

4．调洪计算。

5．坝顶高程复核。

二、流域自然地理概况，流域水文气象特性。

（一）流域及工程概况

天福庙水库位于湖北省远安县黄柏河东支的天赋庙村，大坝以上流域面积553.6km2，河长58.2km，河道比降10.6‰，总库容6367万m2，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、拦沙、养殖等综合利用的水利工程。

天福庙水库于1974年冬开工建设，1978年建设成，大坝为浆砌石双曲拱坝，坝前河底高程348m，坝高63.3m，电站总装机6040kw。水库死水位378m，死库容714万m3，正常蓄水位409m，相应库容6032万m3。设计洪水位（P=2%）409.28m,校核（P=0.2%）洪水位409.28m，坝顶高程410.3m，防浪墙顶高程411.3m。库区吹成1000m。

（二）水文气象资料

1.气象特征。天福庙流域位地处亚热带季风区，四季分明，夏季炎热多雨，冬季低温少雨，秋温高于春温，春雨多于秋雨，气温年内变化较大，无霜期长。多年平均气温16.8℃，历年最高气温达40℃，最低气温-12℃，平均风速 1.2m/s,多年平均最大风速15.5m/s，风向多为NE。流域多年平均降水量1036.3mm，流域暴雨频繁，洪水多发，4~10月为汛期，汛期降雨量占全年降雨量的86.7%左右，尤其以7月最大，占全年的19.5%。月降雨量最少是12月，仅占全年的1.3%。

2.水文测站。黄柏河干流上1958年设立池湾河水文站，1971年设立小溪塔水文站，1961年在东支设立分乡水文站。天天福庙水库建成后，先后开展了降雨、水位、泄流观测，有比较完整的运行资料。分乡水文站是重要的参证站，控制流域面积108

3.0km2。

3.分乡站历史洪水。根据1982年省雨洪办对宜昌市历史洪水调查成果的审定结果，分乡站洪水的排位为1935年、1984年、1826年、1930年、1958年，资料可靠，可直接采用。经审定认为，分乡站1935年洪水1826年以来的第1位，重现期为176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相当，分别确定为1826年以来的地2~4位，1958年洪水为1826年以来的地5位。分乡站历史洪水成果见表KSI—1。

水利水电枢纽工程的等级

水工建筑物的级别

混凝土拱坝安全超高h c

坝的级别 1 2 3 正常运用 0.7 0.5 0.4 非常运用

0.5

0.4

0.3

水库工程建筑物防洪标准

核T=500年

N 年流量选择及历史洪水调查

1、天福庙水库坝址1959—1977年峰量系列更具分乡站资料换算得到，洪峰按面积比指数的2/3次方换算，洪量按面积的一次方换算

2、天福庙坝址1978—2001峰量系列直接采用天福庙入库洪水计算

3、分乡站历史洪水换算天福庙水库峰量根据1978—2001年峰量关系得1935年得天福庙峰量Q=2992m3/s

设计洪水计算

1、对天福庙坝址峰量1d 、3d 系列进行频率计算，推求出各种设计频率的实际峰量及1d 、3d 的设计洪量

具体以根据公式

Q

天福庙=⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛F F 分乡站天福庙3

2Q

分乡站

W

1d

天=⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛F F 分乡站天福庙W

分1d

W

3d 天=⎪⎪

⎭

⎫

⎝⎛F F 分乡站天福庙W

分3d

2、洪峰和洪量成果分析

3、选在典型洪水过程

4、按同频率放大法计算设计洪水过程线，并按选择时段Δt=1h 绘制洪水过程线

根据《混凝土拱坝设计规范》（SL282—2003），坝顶高程应不低于校核洪水位，坝顶上游侧放浪墙顶高程与设计洪水位或校核洪水位的高差Δh按下式计算

Δh= h b+ h z+ h c

式中h b—波高，m；

h z—波浪中心线超出静水位的风壅高度，m；

h c—安全超高，根据建筑物等级选取表。

波高h b=0.076V1/12（gD/V2）1/3（V2/g）

波长L m=0.331V-7/15（gD/V2）4/15（V2/g）

风壅高度h z=π（h b）2/L m cth2πH/L m

式中V—计算风速，设计工况采用1.5倍的多年平均最大风速，校核工况，采用多年平均最大风速；

H—坝前水深，m；

g—重力加速度；

D—库区长度，即吹成，m。

由流域自然地理概况，流域水文气象特性可知

D=1000m g=9.81m/s2 H=348m V=15.5m/s

则

h b=0.076V1/12(gD/V2)1/3(V2/g)=0.805

L m=0.331V-7/15(gD/V2)4/15(V2/g)=6.067

h z=π(h b)2/L m cth2πH/L m=0.34

根据凝土拱坝安全超高h c表可知h c=0.4

则

Δh= h b+ h z+ h c=0.805+0.34+0.4=1.505m

根据调洪计算表知最大洪水位为408.8m

则408.8+Δh=410.305m<防浪墙顶高程411.3m 故复合水库高程安全

设计洪水调洪计算

天福庙水库为有闸溢洪道，调洪时段Δt=1h ，进行调洪计算，并绘制入库和下泄流量过程线图。调洪起调水位为正常蓄水位409m ，在此水位下，左岸溢洪道2孔、坝顶溢洪道4孔全开的泄流量为2940m 3/s 。当入库洪水流量小于此流量时，通过开启溢洪道闸门数，使泄流量等于来水流量，保持设计蓄水位409m 不变。当入库洪水流量大一2940 m 3/s 时，6孔闸门全开泄洪，库水位开始上涨，直至达到最高洪水位，然后再回落至设计蓄水位409m 。 天福庙水库库容曲线和泄洪建筑物泄流曲线

天福庙水库库容曲线根据原库区1：2000地形图进行了复核计算，与《湖北省中型水库调度规定》刊布成果一致。左岸溢洪道堰顶高程398.0m ，2孔，每孔净宽13.0m ，为弧形闸门控制。坝顶溢洪道堰顶高程402.4m ，4孔，每孔净宽8.0m ，亦为弧形闸门控制。两溢洪道堰型均为WES 标准型剖面实用堰，流量计算公式为

Q=δc

mnb

3/2

推求下泄流量过程线q~t 。整个下泄流量过程的计算如下表所示；已知第一时段的Q 1=128，Q 2=755.04，并由起始条件得V 1=3460，q 1=0，现在要求出第一时段末的V 2和q 2；求法是假定q 2，由式子

V 2=21(Q 1 +Q 2)△t —2

1(q 2+q 1) △t ＋V 1

由分乡站洪水的排位即1935年、1984年、1826年、1930年、1958年得分析得，资料可靠，可直接采用。经审定认为，分乡站1935年洪水1826年以来的第1位，重现期为176年，1984年洪水于1826年、1930年洪水相当，分别确定为1826年以来的地2~4位，1958年洪水为1826年以来的地5位。

将洪峰流量数据代入公式Q平均j中计算平均流量W1平均=0.18×108m3

W3平均=0.29×108m3 C V=0.85;Cs=2.38

由上述得Q平均=561.47m3/s； C v=0.85； C s=2.38；所以C s/C v=2.8 由公式：Q0.2%=Q平均（Cv×φ0.2%+1）可算得 Q0.2%=3435.62m3/s

计算1d洪量：由上述得W1平均=0.18×108m3 C v=0. Cs=2.04

W0.2%=0.18×108（0.×5.22+1）=0.781×108m3

计算3 d洪量：由上述可得W3平均=0.29×108m3 Cv=0.67 Cs=2.18

W0.2%=0.29×108(0.67×5.43+1)=1.21×108m3

计算放大倍比：K Q=3435.62/23=1.438

K W1=21694/19866=1.092

K W3—1=（33611-21694）/（21652/19866）=6.672

洪峰、洪量关系

课程设计

天福庙水库防洪计算

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