工程水文學(xué)課程設(shè)計

1、工程水文學(xué)課程設(shè)計 2006級工程水文學(xué)課程設(shè)計一、設(shè)計題目周村水庫水文計算二、目的和要求：由降雨資料推求設(shè)計洪水三、計算內(nèi)容與步驟（一）基本資料1、流域概況 周村水庫位于泰沂山南區(qū)，柴汶河上游支流上，流域面積 F=189km2，河道干流平均坡度J=0.0042mm，干流長度L=30.9km。設(shè)計流域內(nèi)皆為山丘區(qū)，土壤為壤土和砂壤土，植被條件一般，每年7-9月份為該流域的主雨期，降水量可達全年的60以上，多為氣旋雨和鋒面雨。2、暴雨洪水特點據(jù)19612003年資料統(tǒng)計，水庫流域多年平均年降雨量為800mm，多年平均徑流量約為340mm，多年平均最大二十四小時降水量約為103mm。根據(jù)周村庫區(qū)雨

2、量站1973年2004年32年的實測暴雨資料，最大24小時降雨量與最小24小時降雨量量比為6.6倍；最大三日降雨量與最小三日降雨量豐枯比6.3倍。且流域內(nèi)山坡較陡，暴雨后產(chǎn)匯流速度快、洪水來勢兇猛，洪峰流量大。3、實測暴雨資料周村水庫流域內(nèi)只設(shè)有周村雨量站和北莊雨量站兩個雨量觀測點，記錄有1973年2004年32年的降雨資料系列，符合規(guī)范要求。依據(jù)水文資料整編規(guī)范的要求，對以上實測資料進行統(tǒng)編整理，各計算時段的點暴雨量采用年最大值法進行統(tǒng)計計算，在場次降雨量過程中滑動挑選，得出周村站各年“24小時”和“三日”最大降雨量系列資料。見附表1、附表2。（二）設(shè)計暴雨推求1、周村水庫各設(shè)計頻率的點雨量

3、計算，見表1通過對周村站各個時段的點降雨量的頻率、離差系數(shù)的計算及理論頻率曲線的擬合可以得到周村水庫各設(shè)計頻率的點雨量成果表，具體計算過程見下表6和表7 表1 周村水庫各設(shè)計頻率的點雨量成果表 (mm)計算情況（Cs=3.5Cv）均值Cv值P （頻 率）計算適線0.020.050.10.2123.33524h 最 大暴 雨 量126.360.380.40433.67409.41384.13356.34318.43262.83241.75224.923日 最 大暴 雨 量140.400.360.40481.85454.89409.97383.29317.30287.82265.18247.10由

4、附表1可以得到周村站最大1d（24h）年降雨量頻率計算表如表2：表2 周村站年最大1d（24h）降雨量 單位：mm年份年降雨量Qi(m3s)按年降雨量從大到小排序Qi(m3s)序號模比系數(shù)Ki(Ki-1)2經(jīng)驗頻率Pi1973115.5265.512.10111.21253.0%1974111.7217.921.72440.52486.1%1975121.6212.431.68090.46369.1%197693201.241.59230.350812.1%197778.4183.951.45540.207415.2%197893.3160.461.26940.072618.2%1979152

5、.1159.571.26230.068821.2%1980125.1152.181.20370.041524.2%198157.4145.291.14910.022227.3%198290.5142.7101.12930.016730.3%1983113137.5111.08820.007833.3%1984105.4133.5121.05650.003236.4%1985137.5133.5131.05650.003239.4%1986108.5125.1140.99000.000142.4%1987133.5121.6150.96230.001445.5%198878.6115.5160.

6、91410.007448.5%1989145.2114.9170.90930.008251.5%1990212.4113180.89430.011254.5%1991183.9111.7190.88400.013557.6%199260.4108.5200.85870.020060.6%1993217.9105.4210.83410.027563.6%199489.293.3220.73840.068566.7%199580.893230.73600.069769.7%19968590.5240.71620.080572.7%1997160.489.2250.70590.08655.8%199

7、8159.585260.67270.107178.8%1999265.580.8270.63940.130081.8%2000201.278.6280.62200.142984.8%2001114.978.4290.62040.144187.9%200275.875.8300.59990.160190.9%2003133.560.4310.47800.272593.9%2004142.757.4320.45430.297897.0%總計流量4043.44043.431.9991 4.6440 平均流量126.36126.360.1498 由以上周村站年最大1d（24h）降雨量計算成果表可以得到

8、周村站年最大1d(24h)點降雨量的離差系數(shù)：當(dāng)Cv=0.38,Cs=3Cv時畫出經(jīng)驗頻率曲線，然后進行配線，得到理論頻率曲線,理論曲線配線表如下表3表3 周村站年最大1d（24h）降雨量理論頻率配線計算表頻率第一次適線第一次適線x=126.36，Cv=0.4,Cs=3Cvx=126.36，Cv=0.4,Cs=3.5CvKpPpKpPp12.26285.57 2.31291.89 51.76222.39 1.78224.92 101.54194.59 1.53193.33 201.29163.00 1.28161.74 500.92116.25 0.91114.99 750.788.45 0.

9、7189.72 900.5772.03 0.5873.29 950.563.18 0.5366.97 990.4253.07 0.4759.39 經(jīng)過兩次配線以后，得到周村站年最大1d（24h）降雨量理論頻率曲線，即：當(dāng)Cv=0.4,Cs=3.5Cv時得到理論頻率曲線見附表3由附表2可以得到周村站最大(3d)年降雨量頻率計算表如下表4表4 周村站年最大3d降雨量 單位：mm年份年徑流量Qi(m3s)按流量從大到小排序Qi(m3s)序號模比系數(shù)Ki(Ki-1)2經(jīng)驗頻率Pi1973126.2265.511.89100.79393.03%1974123.6236.521.68450.46856.0

10、6%1975139.7231.231.64670.41839.09%197693220.241.56840.323112.12%197784.9194.551.38530.148515.15%197894.9188.661.34330.117918.18%1979152.1169.571.20730.043021.21%1980137.5162.181.15460.023924.24%198159.3161.591.15030.022627.27%198292.3155.8101.10970.012030.30%1983128.5152.1111.08330.006933.33%1984120

11、.6150.1121.06910.004836.36%1985149.3149.3131.06340.004039.39%1986145.7145.7141.03770.001442.42%1987133.5139.7150.99500.000045.45%1988155.8137.5160.97930.000448.48%1989150.1133.5170.95090.002451.52%1990220.2128.5180.91520.007254.55%1991188.6126.2190.89890.010257.58%199291125200.89030.012060.61%199323

12、6.5123.6210.88030.014363.64%1994117120.6220.85900.019966.67%199580.8117230.83330.027869.70%199686.594.9240.67590.105072.73%1997194.593250.66240.114075.76%1998161.592.3260.65740.117478.79%1999265.591270.64810.123881.82%2000231.286.5280.61610.147484.85%200112584.9290.60470.156387.88%200275.880.8300.57

13、550.180290.91%2003169.575.8310.53990.211793.94%2004162.159.3320.42240.333796.97%總計流量4492.74492.731.99933.9724平均流量140.40140.400.1281由以上周村站年最大3d降雨量計算成果表可以得到周村站年最大3d點降雨量的離差系數(shù)：當(dāng)Cv=0.36,Cs=3Cv時畫出經(jīng)驗頻率曲線，然后進行配線，得到理論頻率曲線，理論頻率曲線配線表如下表5表5 周村站年最大3d降雨量理論頻率選配計算表頻率第一次適線第二次適線x=140.40，Cv=0.35,Cs=3Cvx=140.40，Cv=0.40

14、,Cs=3.0CvKpPpKpPp12.07290.6282.26317.30451.66233.0641.76247.104101.47206.3881.54216.216201.26176.9041.29181.116500.94131.9760.92129.168750.74103.8960.70 98.28900.6185.6440.5780.028950.5577.220.50 70.2990.4664.5840.4258.968經(jīng)過兩次配線以后，得到周村站年最大3d降雨量理論頻率曲線，即：當(dāng)Cv=0.4,Cs=3.0Cv時的理論頻率線見附表4由內(nèi)插法可以得到周村站最大1d（24h）

15、的點降雨量如下表6：頻率Kp(24h)Kp(3d)X(24h)X(3d)Pp(24h)Pp(3d)0.013.753.56126.36140.4473.85499.8240.023.4323.432126.36140.4433.66752481.85280.053.243.24126.36140.4409.4064454.8960.13.042.92126.36140.4384.1344409.9680.22.822.73126.36140.4356.3352383.29212.522.26126.36140.4318.4272317.30422.082.05126.36140.4262.82

16、88287.823.331.91321.88876126.36140.4241.75195265.181951.781.76126.36140.4224.9208247.104由內(nèi)插法可以得到周村站最大3d的面降雨量如下表7：頻率Kp(24h)Kp(3d)X(24h)X(3d)Pp(24h)Pp(3d)0.013.753.56117.51134.78440.6625479.81680.023.4323.432117.51134.78403.2943462.5650.053.243.24117.51134.78380.7324436.68720.13.042.92117.51134.78357.

17、2304393.55760.22.822.73117.51134.78331.3782367.949412.522.26117.51134.78296.1252304.602822.082.05117.51134.78244.4208276.2993.331.91321.88876117.51134.78224.8201254.567151.781.76117.51134.78209.1678237.2128將以上兩個表格的數(shù)據(jù)填入表1就得到周村站點降雨量計算成果表，2、設(shè)計面雨量的計算根據(jù)山東省大、中型水庫防洪安全復(fù)核洪水計算辦法中所附的點面換算關(guān)系表，查出本水庫流域的點面換算系數(shù)：K24h

18、0.93、K3d0.96，經(jīng)點面換算可得到不同頻率的年最大24小時、3日面雨量，計算成果見表4。表4 周村水庫面雨量計算成果表 （mm）設(shè)計時段統(tǒng)計參數(shù)點面換算系數(shù)面雨設(shè) 計 頻 率 （P）CV適0.020.050.10.2123.33524h126.40.40.93117.51403.2943380.7324357.2304331.3782296.1252244.4208224.8201209.16783日140.40.40.96134.78462.565436.6872393.5576367.9494334.6028276.299254.5671237.2128根據(jù)以上計算結(jié)果，繪制周村水

19、庫年最大24h和最大3d暴雨量地區(qū)綜合頻率曲線。綜合頻率曲線見附表3、4四、暴雨參數(shù)等值線圖法計算設(shè)計面雨量用暴雨參數(shù)查等值線圖法計算面雨量，采用山東省水利廳1975年編制的山東省水文圖集中的有關(guān)圖表，查得周村水庫流域中心的多年平均年最大24小時暴雨量為120mm，相應(yīng)的變差系數(shù)為Cv0.62，取Cs3.5Cv，三日最大暴雨換算系數(shù)為K1.25（即P3d=KP24），點面換算系數(shù)分別為K24h=0.93、K3d=0.96，然后計算流域不同頻率設(shè)計面雨量，計算成果見表-5。由等值線法時，應(yīng)用內(nèi)插法就可以得到周村站面降雨量計算成果表，具體如下表8所示：表8 周村站暴雨參數(shù)等值線圖法計算成果表頻率K

20、p(24h)Kp(3d)X(24h)X(3d)Pp(24h)Pp(3d)0.026.02326.0232111.6144672.1891867.34080.055.5665.566111.6144621.1656801.5040.14.8044.804111.6144536.1264691.7760.24.3424.342111.6144484.5672625.24813.2963.296111.6144367.8336474.62422.8322.832111.6144316.0512407.8083.332.6562.656111.6144296.4096382.46452.242.241

21、11.6144249.984322.56經(jīng)過以上計算就可以得到周村水庫面降雨量計算成果表9表9 周村水庫點、面雨量計算成果表時段參數(shù)（雨量mm）各 設(shè) 計 頻 率 面 雨 量 （mm）點系數(shù)面Cv0.02%0.050.1%0.2%1%2%3.3524h1200.93111.60.4672.1891621.1656536.1264484.5672367.8336316.0512296.4096249.9843日1500.961440.4867.3408801.504691.776625.248474.624407.808382.464322.56由不同計算方法得到的各種頻率的設(shè)計面雨量成果見表1

22、0。將周村站3d和最大1d（24h）的頻率計算降雨量和用等直線法得到的面雨量計算成果表進行比較，見表10 表 10 周村水庫各種計算方法設(shè)計面雨量成果比較表歷 時計 算 方 法各 設(shè) 計 頻 率 面 雨 量（mm）0.02%0.050.1%0.2%1%2%3.3%524小時實測暴雨資料法403.2943380.7324357.2304331.3782296.1252244.4208224.8201209.1678暴雨參數(shù)等值線圖法672.1891621.1656536.1264484.5672367.8336316.0512296.4096249.9843日實測暴雨資料法462.565436.

23、6872393.5576367.9494304.6028276.299254.5671237.2128暴雨參數(shù)等值線圖法867.3408801.504691.776625.248474.624407.808382.464322.56五、設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)1、洪水標(biāo)準(zhǔn)：執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB5020194），正常運用（設(shè)計）洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇（P1），非常運用（校核）洪水標(biāo)準(zhǔn)為兩千年一遇（P0.05）。2、 產(chǎn)流與匯流計算（1）、 產(chǎn)流計算使用 “山東省泰沂山南區(qū)P+PaR關(guān)系表”推算設(shè)計凈雨，關(guān)系見表11。表11 山東降雨徑流關(guān)系曲線數(shù)據(jù)表P+Pa501001502002503003504004

24、50R43378120168214261308405P+Pa500550600700800900100011001200R4044525005966917868819761071山東降雨徑流關(guān)系P+Pa R曲線圖如下所示：本水庫設(shè)計凈雨的時程分配，取計算時段t1小時。前期影響雨量Pa的確定，為了較為符合實際，根據(jù)經(jīng)驗取第一天Pa140mm，以后每天按公式Pa，t1=K×(Pa，t+Pt)Imax計算式中： Pa，t1 第t+1天的前期影響雨量，mm， Pt 當(dāng)日降雨量，mm， K折減系數(shù)，本水庫區(qū)取K=0.9， Imax 土壤最大含水量，取Imax60mm。由以上公式： Pa，t1=

25、K×(Pa，t+Pt) 取Pa140mm 得各日的時程分配比例，按“泰沂山南北區(qū)一小時雨型表”分配。用設(shè)計日凈雨量分別乘以時程分配比，即為時段凈雨量。各日設(shè)計凈雨量依據(jù)各日暴雨量采用連續(xù)計算的方法求得。各日面雨、凈雨及分配過程計算成果分別見表12、表13、表14、附表5表12 各頻率逐日面雨情況計算成果表計 算逐日面雨算公式各 設(shè) 計 頻 率（ P）面 雨 值 (mm)日 次（mm）0.020.050.10.2125第一天H1=0.35(H3d-H1d)20.7419.5812.7112.8013.4711.1610.41第二天H2=0.65(H3d-H1d)38.5336.3723

26、.6123.7725.0120.7219.34第三天H3=H1d462.57436.69393.56367.95304.60276.30237.21最大三日521.86492.69429.99404.72344.08310.18271.96 表13各頻率逐日降雨量前期影響雨量計算成果表計 算計 算 公 式各 設(shè) 計 頻 率（ P）的計 算 值(mm)日 次（mm）0.020.050.10.2125第一天0.35(H3d-H1d)+Pa，160.7459.5852.7152.8053.4751.1650.41第二天0.65(H3d-H1d)+Pa，293.2091.0478.2878.4479.

27、6875.3974.01第三天H24h+Pa，3581.86552.69489.99464.72404.08370.18331.96根據(jù)山東降雨徑流關(guān)系P+Pa R曲線圖，通過內(nèi)插法可以得到各頻率逐日凈雨計算成果表14表14 各頻率逐日凈雨查算成果表計 算 日 次各 設(shè) 計 頻 率 （ P）凈 雨 值 (mm)0.02 0.05 0.10 0.20 1.00 2.00 5.00 第 一 天10.23 9.56 5.57 5.62 6.01 4.67 4.24 第 二 天29.06 27.80 20.40 20.50 21.21 18.73 17.93 第 三 天482.59 454.58 40

28、4.20 404.71 315.92 279.97 244.04 最大三日521.87 491.94 430.17 430.82 343.14 303.37 266.21 對于設(shè)計洪水為百年一遇（P=1%）和設(shè)計洪水為兩千年一遇（P=0.05%）時，將頻率為（P=1%）和（P=0.05%）的逐日凈雨量按照不同頻率設(shè)計凈雨時程分配表進行分配。如下附表5（2）. 流域匯流計算周村水庫流域處于山丘區(qū)，徑流易于集中，入庫洪水呈陡漲陡落型。根據(jù)本水庫較大場次暴雨洪水資料分析，洪峰多呈單峰型，降雨后622小時出現(xiàn)洪峰；洪水歷時一般為6682小時。本次計算設(shè)計雨期確定為1日，計算控制時段為24小時?；髁堪?/p>

29、2.0m3/s計算，用單位線法推求周村水庫不同設(shè)計頻率設(shè)計洪水過程線，其中地下徑流岸三角形概化過程計算。表15 流域出口斷面實測1h洪水過程線 . 流量：m3/s時段12345678910111213流量03.985.82523673853025727621002136018603140時段1415161718182021222324/流量3620265815489537246614621707.03.60/a、根據(jù)流域出口斷面實測1h洪水過程線和不同頻率設(shè)計凈雨時程分配表由分析法可以推算同頻率不同時段洪水單位線如下表16表16 分析法求時段單位線時段t地面徑流地面凈雨部分徑流單位線h1的形成

30、h2的形成h3的形成h4的形成h5的形成h6的形成1234567890000000000100000000023.900000003.90 385.8139.185.80 0.00 0.00 0.00 0.00 06.17 4252105.92217.61 65.33 0.00 0.00 0.00 015.64 5367144.56112.13 165.71 89.17 0.00 0.00 08.06 638537.2850.47 85.38 226.16 23.00 003.63 730210.4682.27 38.43 116.53 58.32 6.45 05.91 857217.2739

31、9.84 62.64 52.45 30.05 16.36 10.65 28.74 9762323.06 304.46 85.50 13.53 8.43 27.02 23.23 101002300.70 246.00 415.53 22.05 3.80 13.92 21.62 111360675.67 228.97 335.74 107.16 6.19 6.27 48.57 121860906.13 514.50 312.50 86.58 30.07 10.21 65.14 1331401593.29 689.99 702.19 80.59 24.29 49.64 114.54 14362012

32、21.25 1213.24 941.70 181.09 22.61 40.11 87.80 1526580.00 929.94 1655.83 242.85 50.81 37.33 0.00 1615480.00 0.00 1269.19 427.02 68.14 83.89 0.00 17953393.38 0.00 0.00 327.31 119.81 112.50 28.28 18724134.80 299.55 0.00 0.00 91.84 197.82 9.69 196610.00 102.65 408.82 0.00 0.00 151.63 0.00 20462216.48 0.

33、00 140.09 105.43 0.00 0.00 15.56 211700.00 164.84 0.00 36.13 29.58 0.00 0.00 2270.00 0.00 224.97 0.00 10.14 48.84 0.00 233.60.00 0.00 0.00 58.02 0.00 16.74 0.00 2400.00 0.00 0.00 0.00 16.28 0.00 0.00 b、根據(jù)時程分配計算該地的暴雨時程分配，即P=0.05%是的暴雨時程分配表17周村水庫P=0.05%的暴雨時程分配表時段數(shù)123456合計占最大一天的百分數(shù)%30.623.331.88.22.33.8

34、100設(shè)計暴雨139.1105.92144.5637.2810.4617.27454.59設(shè)計凈雨139.1105.92144.5637.2810.4617.27454.59地面凈雨99999954地面凈雨130.196.92135.5628.281.468.27400.59C、設(shè)計凈雨的推求和設(shè)計洪水工程的推求 周村水庫P=0.05%的設(shè)計洪水過程推算表時段地面凈雨單位線部分徑流h1=130.1h2=96.9h3=135.5h4=28.2h5=1.4h=68.2地面徑流地下徑流設(shè)計洪水12345678910111200000000000010000000002220.0 3.9 0.0 0.

35、0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 4.0 4.0 3130.1 6.2 91.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 91.7 6.0 97.7 496.9 15.6 233.5 69.9 0.0 0.0 0.0 0.0 303.3 8.0 311.3 5135.6 8.1 122.9 177.8 95.3 0.0 0.0 0.0 396.0 10.0 406.0 628.3 3.6 56.9 93.6 242.6 24.6 0.0 0.0 417.7 12.0 429.7 71.5 5.9 100.7 43.3 127.7 62.6 6.9 0.0 341.2 14.0 355

36、.2 88.3 28.7 442.1 76.7 59.1 32.9 17.6 11.4 639.8 16.0 655.8 923.2 351.8 336.7 104.7 15.3 9.2 29.0 846.6 18.0 864.6 1021.6 318.2 267.9 459.5 27.0 4.3 15.3 1092.1 20.0 1112.1 1148.6 749.6 242.3 365.7 118.5 7.6 7.1 1490.7 22.0 1512.7 1265.1 1010.9 570.8 330.7 94.3 33.3 12.5 2052.4 24.0 2076.4 13114.5

37、1721.9 769.7 779.0 85.3 26.5 54.9 3437.3 26.0 3463.3 1487.8 1345.5 1311.2 1050.6 200.9 23.9 43.7 3975.7 28.0 4003.7 150.0 0.0 929.9 1655.8 270.9 56.4 39.5 3180.8 30.0 3210.8 160.0 1269.9 427.0 37.3 93.1 2028.9 32.0 2060.9 170.0 327.3 83.9 125.5 1258.5 34.0 1292.5 180.0 112.5 213.8 975.1 36.0 1011.1

38、190.0 167.1 965.1 38.0 1003.1 200.0 526.1 40.0 566.1 21228.4 38.0 266.4 22276.0 36.0 312.0 2368.5 34.0 102.5 2413.3 32.0 45.3 25303026282827262628242429222230202031181832161633141434121235101036883766384439224000表16 設(shè)計洪水要素計算成果表方 法設(shè)計頻率（）0.05實測暴雨資料地區(qū)綜合頻率曲線法Qmax(m3/s)4003.7W1(萬m3)37.8W3(萬m3)1847.286W6(

39、萬m3)8120.8W24(萬m3)855.603- 10 -附表1 周村站年最大1d（24h）降雨量 單位：mm年份1973197419751976197719781979198019811982198319841d115.5111.7121.69378.493.3152.1125.157.490.5113105.4年份1985198619871988198919901991199219931994199519961d137.5108.5133.578.6145.2212.4183.960.4217.989.280.885年份199719981999200020012002200320041d160.4159.5265.5201.2114.975.8133.5142.7附表2 周村站年最大3d降雨量 單位：mm年份1973197419751976197719781979198019811982198319843d126.2123.6139.79384.994.9152.1137.559.392.3128.5120.6年份1985198619871988198919901991199219931994199519963d149.3145.7133.5155.8150.1220.2188.691