水信息技術(shù)課程設(shè)計(jì).docx

課程設(shè)計(jì) 水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì) 學(xué)院：水利土木工程學(xué)院 專業(yè)：水文與水資源管理 班級(jí)：* 學(xué)號(hào)：* 姓名：* 指導(dǎo)老師：程* 時(shí)間： 2013年12月20日 第一章 設(shè)計(jì)要求1、根據(jù)所給的資料，分析穩(wěn)定的水位流量關(guān)系的特點(diǎn)，并用單一線法定線（單一線的擬合采用正交函數(shù)法通過(guò)編程計(jì)算完成。正交函數(shù)法參考課本P269）；2、對(duì)所定的水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)； 3、推求6月5日至6月11日逐時(shí)流量，并計(jì)算日平均流量。第二章 設(shè)計(jì)資料1、 測(cè)站1976年實(shí)測(cè)流量成果表見(jiàn)表1（說(shuō)明：測(cè)流斷面為基本測(cè)流斷面，測(cè)流方法為流速儀測(cè)流）；2、 測(cè)站1976年6月5日至6月12日部分洪水水文要素摘錄表見(jiàn)表2；3、 測(cè)站水文概況測(cè)驗(yàn)河段順直，河床整齊多卵石，土質(zhì)堅(jiān)實(shí)，兩岸無(wú)顯著沖淤變化，水位超過(guò)10米時(shí)，兩岸發(fā)生漫灘。左岸漫灘約700米，右岸漫灘約1200米。測(cè)站上游約五公里處為兩個(gè)支流的匯合口。測(cè)站下游800米處急灘上有一水壩，下游15 公里處有一較大支流匯入。表1 測(cè)站1976年實(shí)測(cè)流量成果表施測(cè)號(hào)數(shù)施測(cè)日期基本水尺水位（米）流量（米3/秒）斷面面積（米2）平均流速（米/秒）月日起 迄11141.8440.01920.2123133.254354850.903164.3510207421.3744162.852624060.655184.7612908741.486233.947656441.197282.441563230.498304.108766701.299524.8213008631.5110195.78187010801.7311283.786816011.1312626.33245012301.99136.58252013001.941445.2915509631.611554.258747001.251685.58195010401.881798.05422016802.51187.55343015502.2119256.41243012602.0320796.66273013202.0721153.515495511.0022212.1892.12380.3623222.0978.52390.3324261.9656.62150.2625822.0669.32370.292651.7830.91780.1727131.6826.31610.1628211.6018.21420.132910301.9858.32210.263012301.9047.82050.23表2 測(cè)站1976年洪水水文要素摘錄表日期水位（米）流量（米3/秒）日期水位（米）流量（米3/秒）月日時(shí)分月日時(shí)分6520：003.696815：005.6562：003.3417：006.088：003.2819：006.5620：003.0620：006.7872：002.9922：007.208：002.9890：007.6210：003.022：007.9212：003.093：008.0114：003.314：008.0516：004.045：008.0517：004.477：007.9018：004.818：007.7619：005.0510：007.3520：005.2412：006.8122：005.4916：005.9223：005.5620：005.3680：005.5822：005.091：005.58102：004.693：005.548：004.295：005.4914：003.988：005.3020：003.7510：005.24118：003.3611：005.2520：003.1412：005.30128：002.9613：005.38第三章 水位流量關(guān)系特點(diǎn)2.1 水位流量關(guān)系簡(jiǎn)介水位流量關(guān)系 stage-discharge relation 河渠中某斷面的流量與其水位之間的對(duì)應(yīng)狀態(tài)。 這項(xiàng)關(guān)系要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟煌髑闆r的多次實(shí)測(cè)流量和其相應(yīng)的水位來(lái)確定，通常用經(jīng)驗(yàn)曲線、經(jīng)驗(yàn)方程或表格等形式表達(dá)。它是由各種水力因素（如水面寬、斷面面積、水力比降、糙率等）決定的。2.2 穩(wěn)定水位流量關(guān)系由上面表1數(shù)據(jù)作圖:從上圖可知，在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，該斷面的實(shí)測(cè)流量與相應(yīng)水位的點(diǎn)據(jù)呈密集帶狀分布，可用一條單一曲線來(lái)表示。這是穩(wěn)定的水位流量關(guān)系。水位流量關(guān)系維持穩(wěn)定，必須具備下列條件之一：斷面面積、水力比降和糙率等水力因素在同一水位時(shí),維持不變;在同一水位時(shí)，上述各因素雖有變動(dòng)，但其變動(dòng)對(duì)水位流量關(guān)系的影響可以互相補(bǔ)償。在這種條件下，同一個(gè)水位，就只有一個(gè)相應(yīng)的流量，水位流量關(guān)系就成為單一的曲線。水文測(cè)站斷面總是盡可能選擇在那些具備基本穩(wěn)定條件的地方，必要時(shí)，用人工鋪設(shè)固定河床或在斷面下游附近建造攔河低堰等方法來(lái)創(chuàng)造這種穩(wěn)定條件。應(yīng)用穩(wěn)定的水位流量關(guān)系對(duì)于編制逐日平均流量、洪水水文要素摘錄表和因工程設(shè)計(jì)或防汛需要推求各種水位或流量都十分方便。第四章 單一曲線定線4.1 單一曲線定線原理應(yīng)根據(jù)定線的原則，用目估的方法，通過(guò)點(diǎn)群中心，分別繪出水位流量、水位面積、水位流速單一的光滑曲線，測(cè)點(diǎn)應(yīng)均勻地分面于關(guān)系曲線的兩旁，不允許測(cè)點(diǎn)有系統(tǒng)偏離現(xiàn)象。對(duì)初步制定的關(guān)系曲線，應(yīng)檢查調(diào)正。檢查方法是：在三關(guān)系曲線的各級(jí)水位上，分別查出流量、面積、流速；進(jìn)行面積乘流速是否等于流量的計(jì)算，若誤差不超過(guò)23%時(shí)，即認(rèn)為合理，否則，應(yīng)調(diào)正曲線，直到符合為止。4.2 單一曲線定線方法1、圖解法-人工定線2、解析法-人工或計(jì)算機(jī)選配方程定線4.3 單一曲線定線步驟1、在同一張圖紙上依次點(diǎn)繪Z-Q 、Z-A、Z-V關(guān)系曲線。 (1)三條曲線比例尺選擇，應(yīng)使它們與橫軸的夾角近似為45、60、60，且互不相交。 (2)測(cè)點(diǎn)右側(cè)注明測(cè)次號(hào) (3)3條曲線左右順序?yàn)閆-Q 、Z-A 、Z-V。2、分析Z-Q 、Z-A 、Z-V的曲線特征。 (1)符合單一曲線的標(biāo)準(zhǔn) (2)有無(wú)特殊情況出現(xiàn)。 (3)突出點(diǎn)分析。 A、定義：明顯偏離所定平均曲線的反常關(guān)系點(diǎn)。 B、原因：測(cè)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理各環(huán)節(jié)中出現(xiàn)差錯(cuò)；因特殊水情造成關(guān)系點(diǎn)的突然變化。 C、判斷標(biāo)準(zhǔn)：ISO標(biāo)準(zhǔn)用二號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差。 D、處理：系水力因素變化所致，則應(yīng)作可靠資料看待；系測(cè)算錯(cuò)誤造成，則應(yīng)該設(shè)法予以改正；無(wú)法改正者，暫時(shí)不用，留待核實(shí)之后再定是否安全。3、通過(guò)點(diǎn)群中心定一條單一線。 (1)誤差最小原則。 (2)光滑無(wú)反曲4、進(jìn)行曲線檢驗(yàn) (1)符號(hào)檢驗(yàn)； (2)適線檢驗(yàn)； (3)偏離數(shù)值檢驗(yàn)； (4)兩條曲線需要合并時(shí)，還要進(jìn)行t檢驗(yàn)。4.4 正交函數(shù)法正交多項(xiàng)式擬合法： 定義關(guān)于變量的一組相互正交函數(shù)：（ 正交多項(xiàng)式的階數(shù)）（實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系點(diǎn)總數(shù)） 采用如下的遞推方法求解正交函數(shù)：當(dāng)m=0時(shí),P0,j=1，當(dāng)m=1時(shí)，P1，j=Xj-1，當(dāng)i=2,3m時(shí)，最后得到用于擬合多項(xiàng)式方程式的正交多項(xiàng)式：4.5 正交多項(xiàng)式擬合法程序設(shè)計(jì) 正交多項(xiàng)式擬合水位流量關(guān)系Private Sub Form_Load() Dim z(50) As Single, z0 As Single, Q(50) As Single, Qc(50) As Single, Z1(50) As Single, Q1(50) As Single Dim x(50) As Single, y(50) As Single, n1 As Single Dim a(5) As Single, alf(5) As Single, bet(5) As Single, bt(30) As Single Dim P(5, 50) As Single, Sum_p(5) As Single 輸入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) Open C:Users郗鴻峰Desktop課件水信息技術(shù)-PPT1.txt For Input As #1 Input #1, n For j = 1 To n Input #1, z(j) Next j For i = 1 To n Input #1, Q(i) Next i Input #1, n1 For i = 1 To n1 Input #1, Z1(i) Next i Close #1 擬合多項(xiàng)式 z0 = 1.5 For j = 1 To n x(j) = Log(z(j) - z0) y(j) = Log(Q(j) Next j For j = 1 To n P(0, j) = 1 Next j Sum_p(0) = n s = 0 For j = 1 To n s = s + x(j) Next j alf(1) = s / Sum_p(0) For j = 1 To n P(1, j) = x(j) - alf(1) Next j m = 3 For i = 1 To m Sum_p(i) = 0 For j = 1 To n Sum_p(i) = Sum_p(i) + P(i, j) 2 Next j bet(i) = Sum_p(i) / Sum_p(i - 1) s = 0 For j = 1 To n s = s + x(j) * P(i, j) 2 Next j alf(i + 1) = s / Sum_p(i) For j = 1 To n P(i + 1, j) = (x(j) - alf(i + 1) * P(i, j) - bet(i) * P(i - 1, j) Next j Next i Print alf(1), alf(2), alf(3), bet(1), bet(2), bet(3) Sum_p(3) = 0 For j = 1 To n Sum_p(3) = Sum_p(3) + P(3, j) 2 Next j For i = 0 To m s = 0 For j = 1 To n s = s + P(i, j) * y(j) Next j a(i) = s / Sum_p(i) Next i Print a(0), a(1), a(2), a(3) For j = 1 To n Qc(j) = Exp(a(0) + a(1) * P(1, j) + a(2) * P(2, j) + a(3) * P(3, j) Next j 計(jì)算曲線擬合標(biāo)準(zhǔn)差Se s = 0 For i = 1 To n s = s + (Q(i) - Qc(i) * (Q(i) - Qc(i) Next i Se = Sqr(s / (n - 1) Open C:Users郗鴻峰Desktop課件水信息技術(shù)-PPT2.txt For Output As #2 Print #2, Print #2, Tab(8); 正交多項(xiàng)式擬合水位流量關(guān)系, Print #2, Tab(8); _ Print #2, Print #2, Tab(3); 時(shí)刻; Tab(9); 水位; Tab(17); 流量; Tab(24); 計(jì)算流量; Tab(35); 相對(duì)誤差%, Print #2, For j = 1 To n Print #2, Tab(3); Format(j, 0); Tab(11); Format(z(j), 0.00); Print #2, Tab(21); Format(Q(j), 0.0); Tab(34); Format(Qc(j), 0.0); Tab(45); Format(Qc(j) - Q(j) / Q(j) * 100, 0.00), Next j Print #2, Print #2, Print #2, Tab(8); 標(biāo)準(zhǔn)差=; Format(Se, 0.00); 符號(hào)檢驗(yàn) k = 0 For j = 1 To n If Qc(j) = Q(j) Then k = k + 1 End If Next j u = (Abs(k - 0.5 * n) - 0.5) / (0.5 * Sqr(n) u_1 = 1.15 If u 0 Then k = k + 1 End If Next j u = (0.5 * n - k - 1) / (0.5 * Sqr(n - 1) u_2 = 1.64 If u = u_2 Then Print #2, Tab(8); 適線檢驗(yàn)通過(guò), Else Print #2, Tab(8); 適線檢驗(yàn)不能通過(guò), End If 偏離數(shù)值檢驗(yàn) Dim det(50) As Single s = 0 For j = 1 To n det(j) = (Q(j) - Qc(j) / Qc(j) s = s + det(j) Next j P_aver = s / n s = 0 For j = 1 To n s = s + (det(j) - P_aver) 2 Next j Sp = Sqr(s / (n - 1) t = P_aver / (Sp / Sqr(n) u_3 = 1.7 If t = u_3 Then Print #2, Tab(8); 偏離數(shù)值檢驗(yàn)通過(guò), Else Print #2, Tab(8); 偏離數(shù)值檢驗(yàn)不能通過(guò), End If 推流 For i = 1 To n1 x(i) = Log(Z1(i) - z0) Next i For i = 1 To 49 P(0, i) = 1 P(1, i) = x(i) - alf(1) For j = 2 To m P(j, i) = (x(i) - alf(j) * P(j - 1, i) - bt(j - 1) * P(j - 2, i) Next j Next i For i = 1 To49 s = 0 For j = 0 To m s = s + a(j) * P(j, i) Next j Q1(i) = Exp(s) Next i Print #2, Tab(3); Z1; Tab(11); Q1, For i = 1 To n1 Print #2, Tab(3); Format(Z1(i), 0.00); Tab(11); Format(Q1(i), 0.0); Next i Close #2End Sub數(shù)據(jù)的讀取：C:Users郗鴻峰Desktop課件水信息技術(shù)-PPT1.txt30 49 1.84 3.25 4.35 2.85 4.76 3.94 2.44 4.10 4.82 5.78 3.78 6.33 6.58 5.29 4.25 5.58 8.05 7.55 6.41 6.66 3.11151 2.18 2.099999 1.96 2.06 1.78 1.68 1.60 1.98 1.9040.0 435 1020 262 1290 765 156 876 1300 1870 681 2450 2520 1550 874 1950 4220 3430 2430 2730 549 92.1 78.5 56.6 69.3 30.9 26.3 18.2 58.3 47.83.69 3.343.28 3.062.99 2.983.02 3.093.31 4.044.47 4.815.05 5.245.49 5.565.58 5.585.54 5.495.3 5.245.25 5.35.38 5.656.08 6.566.78 7.27.62 7.928.01 8.058.05 7.97.76 7.356.81 5.925.36 5.094.69 4.293.98 3.753.36 3.142.96數(shù)據(jù)的輸出：C:Users郗鴻峰Desktop課件水信息技術(shù)-PPT2.txt正交多項(xiàng)式擬合水位流量關(guān)系_ 時(shí)刻 水位 流量 計(jì)算流量 相對(duì)誤差% 1 1.60 18.2 18.1 -0.41 2 1.68 26.3 24.4 -7.31 3 1.78 30.9 33.9 9.77 4 1.84 40.0 40.6 1.49 5 1.90 47.8 48.0 0.42 6 1.96 56.6 56.2 -0.79 7 1.98 58.3 59.0 1.27 8 2.06 69.3 71.4 3.08 9 2.09 78.5 76.4 -2.63 10 2.18 92.1 92.6 0.55 11 2.44 156.0 149.3 -4.30 12 2.85 262.0 269.0 2.66 13 3.25 435.0 420.5 -3.33 14 3.51 549.0 536.5 -2.27 15 3.78 681.0 670.6 -1.53 16 3.94 765.0 756.2 -1.15 17 4.10 876.0 846.2 -3.40 18 4.25 874.0 934.4 6.91 19 4.35 1020.0 995.1 -2.44 20 4.76 1290.0 1259.2 -2.39 21 4.82 1300.0 1299.7 -0.02 22 5.29 1550.0 1632.1 5.30 23 5.58 1950.0 1848.9 -5.19 24 5.78 1870.0 2002.8 7.10 25 6.33 2450.0 2441.9 -0.33 26 6.41 2430.0 2507.4 3.19 27 6.58 2520.0 2647.8 5.07 28 6.66 2730.0 2714.3 -0.57 29 7.55 3430.0 3470.5 1.18 30 8.05 4220.0 3902.7 -7.52 標(biāo)準(zhǔn)差=75.73符號(hào)檢驗(yàn)通過(guò)適線檢驗(yàn)通過(guò)偏離數(shù)值檢驗(yàn)通過(guò) 表3 測(cè)站1976年推測(cè)流量成果表日期水位（米）流量（米3/秒）日期水位