水力學(xué)與橋涵水文課程設(shè)計(jì)

1、水力學(xué)與橋涵水文課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（土木工程專業(yè)）年級(jí)：2010級(jí)學(xué)院：土木建筑學(xué)院專業(yè)：隧道與城市軌道交通工程班級(jí)：2班姓名：學(xué)號(hào)：重慶交通大學(xué)1、為測(cè)定某閥門的局部阻力系數(shù)，在閥門上下游裝設(shè)三個(gè)測(cè)壓管，已知水管直徑50 mm，1 m，2 m，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)150 cm，125 m，40 cm，=3 m/s，試計(jì)算閥門的值。解：由已知條件可得：所以閥門的的值為0.0762.2、水面線定性分析解：分析方法：根據(jù)給定的已知條件，判別去到底破的類型。根據(jù)坡度類型繪出線和線（注意其相對(duì)位置），并將流動(dòng)空間分成不同的區(qū)域。如果已知某一控制水深，即可在相應(yīng)的流區(qū)內(nèi)定出其水面曲線的類型。分析水面曲線兩端的界限情況，

2、便可確定水面曲線形狀。分析結(jié)果如下列圖所示：圖2-1圖2-1中，段、段和段均為順坡渠道。水流從段過渡到段時(shí)，由急流向臨界流過渡，會(huì)在段區(qū)以型曲線過渡到正常水深；水流從段過渡到段時(shí)，由臨界流向緩流過渡，會(huì)在段區(qū)以型曲線過渡到正常水深。圖2-2 圖2-2中，段和段均為順坡渠道。水流從段過渡到段時(shí)，由急流向緩流過渡，會(huì)在段產(chǎn)生水躍。圖2-3 圖2-3中，段為逆坡渠道，段為順坡渠道。會(huì)在段區(qū)通過型降水曲線過渡到緩流。圖2-3圖2-4中，段為順坡渠道。水流從段過渡到段時(shí)，由緩流流向斷口，會(huì)在段產(chǎn)生水跌。圖2-5 圖2-5中，段為順坡渠道，段為逆坡渠道。水流從段過渡到段時(shí)，由急流向逆坡過渡，會(huì)在段產(chǎn)生水躍

3、；從段流向斷口時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水跌。圖2-6圖2-6中，段、段和段均為順坡渠道且、及。水流從段過渡到段時(shí)，由急流向緩流過渡，會(huì)在段產(chǎn)生水躍；水流從段過渡到段時(shí)，由緩流向急流過渡，會(huì)在段產(chǎn)生水跌，在區(qū)以型曲線過渡到正常水深。3、流量泥沙計(jì)算詳見相關(guān)excel表格解：.斷面測(cè)算：水深為水位與河底高程之差，即平均水深為兩個(gè)相鄰水深的平均值，即垂線距離為兩個(gè)相鄰起點(diǎn)距之差，即垂線間面積以測(cè)速垂線為分界，岸邊部分面積按三角形計(jì)算，中間部分面積按梯形計(jì)算，即岸邊, 中間其中 測(cè)深垂線所在位置的水深；為測(cè)深垂線之間的距離。部分面積是相鄰測(cè)速垂線之間的垂線間面積之和，即.流速測(cè)算：部分面積平均流速為相鄰垂線平均流速

4、之間的平均值，對(duì)于岸邊的部分面積平均流速由相鄰垂線平均流速適當(dāng)折減；即 對(duì)于岸邊，其中死水邊，斜坡岸邊，不平整坡岸邊，光滑陡岸.本題按斜坡岸邊處理，即.流量測(cè)算：部分流量為部分面積與部分面積平均流速之積，即斷面流量為部分流量之和，即斷面面積為部分面積面積之和，即平均流速為斷面流量與斷面面積之商，即水面寬為右水邊起點(diǎn)距與左水邊起點(diǎn)距之差，即平均水深為斷面面積與水面寬之商，即具體計(jì)算結(jié)果見附表1根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果可繪出測(cè)區(qū)的水文斷面圖，如圖3-1所示：圖3-1 水文斷面圖4、相關(guān)分析：已知某流域1541965年的年徑流量及年降雨量，年徑流量與年降雨量在成因上具有聯(lián)系。試用解析法推求相關(guān)直線。（同時(shí)附有e

5、xcel數(shù)據(jù)文件）年份年降雨量x(mm)年徑流量y(mm)19542014 1362 19551211 728 19561728 1369 19571157 695 19581257 720 19591029 534 19601306 778 19611029 337 19621310 809 19631356 929 19641266 796 19651052 383 解：相關(guān)分析的方法：.判定變量間是否存在相關(guān)關(guān)系，若存在，計(jì)算其相關(guān)系數(shù)，以判斷相關(guān)的密切程度；.確定變量間的數(shù)量關(guān)系回歸方程或相關(guān)線；.根據(jù)自變量的值，預(yù)報(bào)或延長、插補(bǔ)倚變量的值，并對(duì)該估值進(jìn)行誤差分析。由上表數(shù)據(jù)可得：、計(jì)

6、算的值如表4-1所示則相關(guān)系數(shù)：即： 所以相關(guān)系數(shù)較大，非常接近于1（），而且，表明兩系列（年降雨量x和年徑流量y）之間存在直線相關(guān)，相關(guān)程度也較為密切。則y倚x的回歸直線方程式為：得即 年降雨量x和年徑流量y的線性相關(guān)圖如下圖所示：圖4-1表4-1順序號(hào)年份年降雨量x(mm)年徑流量y(mm)KxiKyiKxi2Kyi2KxiKyi12345678911954201413621.538 1.731 2.365 2.998 2.663 2195512117280.925 0.925 0.855 0.856 0.856 31956172813691.320 1.740 1.741 3.028 2

7、.296 4195711576950.883 0.883 0.781 0.781 0.781 5195812577200.960 0.915 0.921 0.838 0.879 6195910295340.786 0.679 0.617 0.461 0.533 7196013067780.997 0.989 0.995 0.978 0.986 8196110293370.786 0.428 0.617 0.184 0.337 9196213108091.000 1.028 1.001 1.058 1.029 10196313569291.035 1.181 1.072 1.395 1.223

8、11196412667960.967 1.012 0.935 1.024 0.978 12196510523830.803 0.487 0.645 0.237 0.391 合000 12.000 12.545 13.836 12.951 計(jì)算x=1309.583 sx=291.53 y=786.667 sy=321.41 r=0.950 4Er=0.0752 5、某站有24年實(shí)測(cè)徑流資料，試?yán)L制其經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，并用求矩適線法推求年徑流量頻率曲線的三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)。（同時(shí)附有excel數(shù)據(jù)文件）年份年徑流深(mm)1952 538 1953 625 1954 663 195

9、5 592 1956 557 1957 998 1958 642 1959 341 1960 964 1961 687 1962 547 1963 510 1964 769 1965 616 1966 417 1967 789 1968 733 1969 1065 1970 607 1971 587 1972 567 1973 588 1974 709 1975 884 解：繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線：由實(shí)測(cè)徑流資料得樣本頻率：式中 頻率（即累計(jì)頻率）（%）；系列按遞減次序排列時(shí)，隨機(jī)變量的順序號(hào)；資料總項(xiàng)數(shù)（若用年最大值選樣法，則為水文資料觀測(cè)的總年數(shù)）。按上式計(jì)算得經(jīng)驗(yàn)頻率，如表5-1所示根據(jù)計(jì)算結(jié)

10、果繪出經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，如圖5-1所示圖5-1求矩適線法步驟：.將實(shí)測(cè)資料由大到小排列，計(jì)算各項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率，在頻率格紙上點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)。（縱坐標(biāo)為變量的取值，橫坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率）；.選定水文頻率分布線型。（一般選用皮爾遜型）；.先采用矩法估計(jì)出頻率曲線參數(shù)的初估值、，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取等于一定倍數(shù)的；.根據(jù)擬定的和，查表9.6，計(jì)算值。以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，即可得到頻率曲線。將此線畫在繪有經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的圖上，看與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合的情況。若不理想，可通過調(diào)整、和點(diǎn)繪頻率曲線；.最后根據(jù)頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的配合情況，從中選出一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線，相應(yīng)于該曲線的參數(shù)便看作是總體參數(shù)的估值；.求指定

11、頻率的水文變量設(shè)計(jì)值。順序號(hào)按年份順序排列按年徑流深排列經(jīng)驗(yàn)頻率(%)P=100m/(n+1)至p=50%處水平距離x軸Ki(Ki-1)2(Ki-1)3年份年徑流深x(mm)年份年徑流深x(mm)123456789101111952538196910654.00 -1.75 1.97 1.60 0.36 0.214 2195362519579988.00 -1.41 2.31 1.50 0.25 0.123 31954663196096412.00 -1.17 2.54 1.45 0.20 0.089 41955592197588416.00 -0.99 2.72 1.33 0.11 0.03

12、5 51956557196778920.00 -0.84 2.88 1.18 0.03 0.006 61957998196476924.00 -0.71 3.01 1.15 0.02 0.004 71958642196873328.00 -0.58 3.14 1.10 0.01 0.001 81959341197470932.00 -0.47 3.25 1.06 0.00 0.000 91960964196168736.00 -0.36 3.36 1.03 0.00 0.000 101961687195466340.00 -0.25 3.47 0.99 0.00 0.000 111962547

13、195864244.00 -0.15 3.57 0.96 0.00 0.000 121963510195362548.00 -0.05 3.67 0.94 0.00 0.000 131964769196561652.00 0.05 3.77 0.92 0.01 0.000 141965616197060756.00 0.15 3.87 0.91 0.01 -0.001 151966417195559260.00 0.25 3.97 0.89 0.01 -0.001 161967789197358864.00 0.36 4.08 0.88 0.01 -0.002 1719687331971587

14、68.00 0.47 4.19 0.88 0.01 -0.002 1819691065197256772.00 0.58 4.30 0.85 0.02 -0.003 191970607195655776.00 0.71 4.43 0.84 0.03 -0.004 201971587196254780.00 0.84 4.56 0.82 0.03 -0.006 211972567195253884.00 0.99 4.71 0.81 0.04 -0.007 221973588196351088.00 1.17 4.89 0.77 0.06 -0.013 231974709196641792.00

15、 1.41 5.12 0.63 0.14 -0.052 241975884195934196.00 1.75 5.47 0.51 0.24 -0.116 合計(jì)1599524.0 1.60 0.263 計(jì)算x=666.46Cv=0.2634Cs=0.6862表5-1求矩適線法計(jì)算時(shí)，和取值如表5-2所示表5-2求矩適線法P%5102050759095至p=50%處水平距離-1.64 -1.28 -0.84 0.00 0.67 1.28 1.64 x軸2.07 2.44 2.88 3.72 4.39 5.00 5.36 x=666.5F1.771.320.81-0.08-0.71-1.22-1.4

16、9（一）Cv=0.26Kp1.46021.34321.21060.97920.81540.68280.6126Cs=0.52年徑流深Yp973.22895.24806.86652.64543.46455.09408.3x=666.5F1.80 1.33 0.80 -0.10 -0.72 -1.20 -1.45 （二）Cv=0.26KP1.4681.34581.2080.9740.81280.6880.623Cs=0.6年徑流深Yp978.42896.98805.13649.17541.73458.55415.23x=666.5F1.80 1.33 0.80 -0.10 -0.72 -1.20

17、-1.45 （三）Cv=0.3KP1.541.3991.240.970.7840.640.565Cs=0.6年徑流深Yp1026.4932.43826.46646.51522.54426.56376.57x=666.5F1.84 1.34 0.78 -0.13 -0.73 -1.17 -1.38 (四)Cv=0.3KP1.5521.4021.2340.9610.7810.6490.586Cs=0.8年徑流深Yp1034.4934.43822.46640.51520.54432.56390.57x=650F1.84 1.34 0.78 -0.13 -0.73 -1.17 -1.38 （五）Cv=

18、0.32KP1.58881.42881.24960.95840.76640.62560.5584Cs=0.8年徑流深Yp1032.7928.72812.24622.96498.16406.64362.96經(jīng)驗(yàn)頻率x=666.5F1.821.330.79-0.12-0.72-1.18-1.42一Cv=0.3KP1.5461.3991.2370.9640.7840.6460.574Cs=0.69年徑流深Yp1030.4932.43824.46642.51522.54430.56382.57取，頻率曲線如圖5-2所示圖5-2取，頻率曲線如圖5-3所示圖5-3取，頻率曲線如圖5-4所示圖5-4取，頻率

19、曲線如圖5-5所示圖5-5取，頻率曲線如圖5-6所示圖5-6總體如圖5-7所示圖5-7利用求矩適線法計(jì)算時(shí)其中最終 取 6、已知某壩址斷面有30年的洪峰流量實(shí)測(cè)值，如下表所示，根據(jù)歷史調(diào)查得知1890年和1912年曾發(fā)生過特大洪水，推算得洪峰流量分別為8000m3/s和6700m3/s，實(shí)測(cè)期內(nèi)也發(fā)生過一次特大洪水，流量為7360m3/s，試用求矩適線法推求該壩址斷面200年一遇洪峰流量。（同時(shí)附有excel數(shù)據(jù)文件）年份流量(m3/s)1890800019126700195217201953156019543440195531019562200195718601958210019597360

20、196086019611540196226001963320019641800196526201966620196713001968140019691700197025201971182019722400197390019741100197585019761450197726001978480197924001980310019812100解：分析可知，以上資料屬于共有3個(gè)特大制的不連續(xù)系列，即；實(shí)測(cè)期為30年，即;實(shí)測(cè)期內(nèi)有一個(gè)特大值（1959年），即；特大洪水出現(xiàn)年份是1890年，而實(shí)測(cè)期最后年份是1981年，則調(diào)查考證期年。特大洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)頻率按計(jì)算式中 歷史特大洪峰流量或?qū)崪y(cè)系列中的

21、特大洪峰流量經(jīng)驗(yàn)頻率；在調(diào)查考證期內(nèi)，歷史和實(shí)測(cè)系列中特大洪峰流量按遞減次序排列的序位；調(diào)查考證期年數(shù)。其余年按計(jì)算的系列各年最大流量對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率，計(jì)算結(jié)果如附表2所示式中 實(shí)測(cè)洪峰流量經(jīng)驗(yàn)頻率（%）；特大洪水的年（個(gè)）數(shù)；實(shí)測(cè)洪峰流量系列中按特大洪峰流量處理的年（個(gè)）數(shù)。按計(jì)算的系列平均流量按計(jì)算的系列變差系數(shù)式中 洪峰流量均值；歷年洪峰流量值；觀測(cè)系列的項(xiàng)數(shù)，即年數(shù)；變差系數(shù)。應(yīng)用求矩適線法確定采用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和理論頻率曲線：試取，如圖6-1所示圖6-1試取，如圖6-2所示圖6-2試取，如圖6-3所示圖6-3試取，如圖6-4所示圖6-4試取，如圖6-5所示圖6-5最終采用值為附表1寸灘站流

22、量及懸移質(zhì)輸沙率計(jì)算表測(cè)站編碼：60105400施測(cè)號(hào)數(shù)：76.00 輸沙率：34.00 相應(yīng)單沙：353-354垂線號(hào)起點(diǎn)距水位河底高程水深平均水深垂線間距垂線間面積部分面積垂線平均流速部分流速部分流量取樣垂線間部分流量垂線平均含沙量部分平均含沙量部分輸沙率測(cè)深 測(cè)速取樣(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m2)(m2)(m/s)(m/s)(m3/s)(m3/s)(kg/m3)(kg/m3)(kg/s)左水邊-92.2165.3 165.30 0.00 1 1 1 -73 165.3 161.95 3.35 1.68 19.2 32.16 32.16 1.06 0.74 23.86 0.3

23、1 2 -56 165.3 159.97 5.33 4.34 17.0 73.78 3 2 -40 165.3 158.72 6.58 5.96 16.0 95.28 169.06 1.19 1.13 190.19 4 -20 165.3 157.29 8.01 7.30 20.0 145.90 5 3 2 0 165.3 154.88 10.42 9.22 20.0 184.30 330.20 1.65 1.42 468.88 0.34 6 27 165.3 153.88 11.42 10.92 27.0 294.84 7 4 57 165.3 153.48 11.82 11.62 30.0

24、 348.60 643.44 2.25 1.95 1254.71 8 82 165.3 153.08 12.22 12.02 25.0 300.50 9 5 3 106 165.3 152.78 12.52 12.37 24.0 296.88 597.38 2.53 2.39 1427.74 0.30 10 137 165.3 152.18 13.12 12.82 31.0 397.42 11 6 4 167 165.3 151.68 13.62 13.37 30.0 401.10 798.52 2.59 2.56 2044.21 0.34 12 192 165.3 151.88 13.42

25、13.52 25.0 338.00 13 7 5 217 165.3 152.88 12.42 12.92 25.0 323.00 661.00 2.47 2.53 1672.33 0.35 14 246 165.3 154.18 11.12 11.77 29.0 341.33 15 8 6 277 165.3 155.88 9.42 10.27 31.0 318.37 659.70 2.30 2.39 1573.38 0.35 16 306 165.3 157.28 8.02 8.72 29.0 252.88 17 323 165.3 157.88 7.42 7.72 17.0 131.24

26、 18 9 7 341 165.3 158.38 6.92 7.17 18.0 129.06 513.18 2.16 2.23 1144.39 0.34 19 376 165.3 158.88 6.42 6.67 35.0 233.45 20 10 8 411 165.3 159.28 6.02 6.22 35.0 217.70 451.15 2.11 2.14 963.21 0.33 21 447 165.3 159.38 5.92 5.97 36.0 214.92 22 11 9 477 165.3 159.28 6.02 5.97 30.0 179.10 394.02 1.47 1.79

27、 705.30 0.34 23 507 165.3 160.48 4.82 5.42 30.0 162.60 24 12 536 165.3 161.08 4.22 4.52 29.0 131.08 293.68 1.11 1.29 378.85 25 567 165.3 162.88 2.42 3.32 31.0 102.92 右水邊594 165.3 165.30 0.00 1.21 27.0 32.67 135.59 0.78 105.35 續(xù)附表1斷面流量11952.4m3/s水面寬686.2 m斷面輸沙率t/s水 位(m)開始水位結(jié)束水位平均水位斷面面積5679m2平均水深8.26

28、m斷面平均含沙量kg/m3基本斷面水位165.31 165.28 165.3 死水面積m2最大水深m相應(yīng)單位含沙量kg/m3測(cè)流斷面水位平均流速2.10 m/s相應(yīng)水位m最大測(cè)點(diǎn)流速m/s測(cè)線數(shù)/測(cè)點(diǎn)數(shù)12/36說測(cè)距方法GPS鉛魚重量310kg流速儀懸吊方式懸索懸吊儀器軸中心至鉛魚底距離(m)0.50 總不確定度明測(cè)深方法回聲儀測(cè)懸索直徑7.70 mm回零誤差0.00 計(jì)算流量所用斷面施測(cè)號(hào)數(shù)2007-7已定系統(tǒng)誤差施測(cè):趙善群計(jì)算:杜明一校:月 日二校:月 日施測(cè)號(hào)數(shù)：76.00 附表2順序號(hào)按年份順序排列 按流量大小順序排列經(jīng)驗(yàn)頻率p(%)至p=50%處水平距離x軸(Qj-Q)2年份流量

29、(m3/s)年份流量(m3/s)123456789118908000189080001.08 -2.298992 1.420024 36086904.0 219126700195973602.15 -2.023606 1.695411 28807239.8 319521720191267003.23 -1.848596 1.870420 22158086.1 219531560195434406.45 -1.517929 2.201087 2094496.8 319543440196332009.68 -1.300153 2.418863 1457422.7 41955310198031001

30、2.90 -1.130978 2.588039 1225975.2 5195622001965262016.13 -0.989169 2.729848 393427.0 6195718601962260019.35 -0.864894 2.854122 368737.5 7195821001977260022.58 -0.752729 2.966288 368737.5 8195973601970252025.81 -0.649324 3.069693 277979.5 919608601972240029.03 -0.552443 3.166574 165842.5 101961154019

31、79240032.26 -0.460495 3.258522 165842.5 11196226001956220035.48 -0.372289 3.346727 42947.4 12196332001958210038.71 -0.286894 3.432123 11499.9 13196418001981210041.94 -0.203544 3.515472 11499.9 14196526201957186045.16 -0.121587 3.597429 17625.8 1519666201971182048.39 -0.040441 3.678576 29846.8 161967

32、13001964180051.61 0.040441 3.759457 37157.3 17196814001952172054.84 0.121587 3.840604 74399.3 18196917001969170058.06 0.203544 3.922561 85709.8 19197025201953156061.29 0.286894 4.005910 187283.3 20197118201961154064.52 0.372289 4.091306 204993.8 21197224001976145067.74 0.460495 4.179511 294591.0 221

33、9739001968140070.97 0.552443 4.271459 351367.2 23197411001967130074.19 0.649324 4.368340 479919.7 2419758501974110077.42 0.752729 4.471745 797024.6 2519761450197390080.65 0.864894 4.583911 1194129.6 2619772600196086083.87 0.989169 4.708185 1283150.6 271978480197585087.10 1.130978 4.849994 1305905.8 2819792400196662090.32 1.300153 5.019170 1884476.5 2919803100197848093.55 1.517929 5.236946 2288450.0 3019812100195531096.77 1.848596 5.56