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水利水电工程师进行水利水文计算探讨

更新时间:2019-04-16 15:12:10 来源:环球网校 浏览74收藏37

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水利工程建设目的在于通过各种施工调节、改变区域水量分布状况和地区水利条件,使之符合工业、农业及其他各部门的需要。水利工程从修建到运用,一般要经过规划设计、施工、管理三个阶段,每一个阶段都需要进行水文水利计算工作。水文工作中的水利计算、水文预报及水资源评价都为工程在各阶段提供了所需数据,而水文水利计算就是这些数据的基础,通过分析,定出工程规模和建筑尺寸,编制水量调度方案,并对工程的经济性和安全性连个方面进行权衡并制定对策,力求在复杂的问题中得到规划设计和调度运行的最优方案。本次设计就是从这一方面出发,通过对兴利调节、防洪调节和水能计算等各种任务的运算,求得死库容、兴利库容、防洪库容和保证出力等,使得到的成果能运用到生产当中。

水利水电工程师进行水利水文计算探讨

1流域概况

某水库位于黄河某支流的中游,控制面积为5370km2。坝址以上流域大部分属于石山区和山路丘陵地,川地甚少。坝址以下大部分属黄土丘陵地区,河道开阔,滩地多。

该地区气候多变,完全受季风支配,每年六月以后夏季季风开始活跃,南方暖湿空气不断北迁,形成多雨气候。多年平均年降雨量一般为600~800mm,主要集中于七、十月,其降雨量占全年降水量的60%以上,大洪水主要集中在七、八月。由于降水量在年内分配极不均匀,容易造成春秋两季干旱。

该区工农业发展缓慢,工业在公民经济中比重较小,农业一种职业为主,约占农业总产值的59.6%。

为提高该地区工业和农业生产,解决经济发展中的需水问题,急需修建此水库。

2水库兴利调节计算

天然情况下的河川径流,有着年内和年际的变化,且地区间的分布也不平衡,因此无法满足国民经济各用水部门对水资源利用的要求。为解决这种供与需的矛盾,人们通过修建各种水利工程(如水库、引水渠、分洪蓄洪工程等)对河床径流进行控制,并按各用水部门的要求对其进行时间和空间上的重新分配,已解决来水与用水在时间上不相适应的矛盾,这就是所谓的径流调节。

为兴利目的进行的径流调节称为兴利调节;为防洪进行的调节称为防洪调节或洪水调节。水库来水、用水和蓄水都是经常变化的,水库由库空(死水位)到库满(正常蓄水位)再到库空,循环一次所经历的时间,称为调节周期。按调节周期的长短来分,兴利调节可划分为日调节、周调节、年调节和多年调节等类型。以灌溉为主的水库常为年调节或多年调节。

3设计年径流的分析与计算

在一个年度内通过河流某一过水断面的水量,称为这个断面以上流域的年径流量,简称年径流。年径流可以用年平均流量Q(通常以sm/3计)、年径流总量W(通常以万3m计)。根据水量的大小,大致可分为三种年型:年水量接近多年平均年径流量的年份称为平水年,年水量较多的年份称为丰水年,年水量较少的年份称为枯水年。

年径流分析计算的目的就是为满足国民经济各用水部门的需水要求,提供在设计条下的年径流资料。就是推求在各种径流资料情况下的设计年径流量及其年内分配过程,用来预估未来工程进行期间的径流情势,并以此作为水库兴利调节计算的基本资料。

对于有充分实测径流资料的情况,经过审查、分析、还原修正等一系列工作符合要求,即可运用频率计算方法来分析年径流量的年际变化规律。

3.1.1统计参数的意义及其对频率曲线的影响

从对国内外大量的年径流系列分析的实践表明,皮尔逊Ⅲ型(P-Ⅲ型)分布能和经验频率分布较好的配合,故我国目前大多数采用P-Ⅲ型曲线的分布来分析研究年径流两大额年际变化规律,众所周知,P-Ⅲ型分布的三个参数通常可用矩法公式计算,其公式如下:

均值x、变差系数Cv和偏态系数Cs是P-Ⅲ型频率曲线方程式中的三个参数,参数值的变化,必然会影响频率曲线的形状和位置。因此,有必要对这三个参数的意义及其对频率曲线的影响加以说明。

(1)年径流流量的均值x一般称为正常径流量,它反映了设计断面所在流域蕴藏的水资源的多少。均值的大小影响到频率曲线位置的高低。Cv、Cs不变时,均值越大,则频率曲线越陡、越高;反之,均值越小,频率曲线越平、越低。

(2)年径流量变差系数Cv反映年径流量的年际变动程度或相对离散程度。相对离散程度大,则Cv大。当x、Cs不变时,Cv值越大,则频率曲线的变化幅度越大,及频率曲线越陡;反之频率曲线越平。

(3)偏态系数Cs反映系列中各种大小数值偏离均值的分布情况。具体来说,其表示这些数值在均值两边的分布是否对称。当系列对于均值对称时,Cs=0,此时随机变量大于均值与小于均值的出现机会相等,亦即均值所对应的频率为50%。当系列对于均值不对称时,0Cs,若正离差的立方占优势时,0Cs,称为正偏;反之则成为负偏。正偏情况下,随机变量大于均值比小于均值的出现机会小,亦即均值所对应的频率小于50%;副负偏情况下恰好相反。在水文系列中,通常是丰水年出现的机会较枯水年出现的机会多,所以多属于正偏系列。当x和vC不变时,在正偏情况下,Cs值越大,曲线上部变得越陡,中部下凹,下部变得越平缓。

4径流量年内分配的分析和计算

天然河流的径流在一年内的分配是很不均匀的。即便是在同一个河流断面,各年的径流年内分配亦不尽相同。同时,河川径流的年内分配特征在不同的地区之间有很大的差别。由于同一年径流值的不同分配形式对工程设计成果的影响不同,因此在求得设计年径流量或设计年时段径流量之后,还需要根据设计断面的径流分配特征和水利计算的要求,确定它的分配过程。

4.1设计洪水线的推求

设计洪水过程线是具有某一设计标准的洪水过程线。洪水过程是一种随机过程,目前,水文学中尚无完善的方法求得一定频率的过程线。但是却有推求设计洪水过程的思路:为适应工程要求,在实测洪水过程中寻找一次与设计的条件最为接近的洪水过程,称为典型洪水,通过一定的方法处理后,使它的一些特征值恰好符合设计标准,这条洪水过程线就成为设计洪水过程线

4.2 水库调洪计算的任务和基本原理

4.2.1水库防洪调节计算的任务

根据设计洪水计算成果,通过调洪计算,确定水库防洪库容、最高洪水位、坝高和泄洪建筑物尺寸。其计算过程大体归纳以下几点:

(1)基本资料的收集

资本资料收集包括:设计洪水资料、泄洪能力资料、库容曲线及有关淹没损失、淹没控制高程等社会经济资料。

(2)拟定比较方案

根据地形、工程地质、施工能力和施工设备等条件,拟定不同方案的泄洪建筑物型式、位置、尺寸及其可供选择的几种起调水位。

(3)防洪调节计算

根据下游防洪要求和泄洪建筑物特性的不同,水库调洪计算也有所区别:下游无防洪任务时,泄洪建筑物的尺寸和水库的调洪库容,主要由大坝等水工建筑物对防洪安全的要求确定。

下游有防洪任务时,水库的防洪库容和相应的泄洪建筑物尺寸,应在确保水库主要建筑物防洪安全的前提下,同时满足下游防洪要求。所谓下游防洪要求,就是在一定标准的洪水前提下,通过水库调洪和选定的闸门操作方式,控制其最大下泄量,使之不超过下游河道的安全泄量,以保证下游防护对象的安全。

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