工程水文水力學(xué)思考題和計(jì)算題詳細(xì)解答(25題思考問答題,20題計(jì)算題)

1、一、思考問答1、水文現(xiàn)象是一種自然現(xiàn)象，它具有什么特性，各用什么方法研究？【具有確定性（也可說周期性）與隨機(jī)性，確定性決定了水文現(xiàn)象的相似性，決定了水文現(xiàn)象的隨機(jī)性。 確定性規(guī)律用成因分析發(fā)研究，隨機(jī)性規(guī)律用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法研究。1）成因分析法 :情勢的方法。如降雨徑流預(yù)報(bào)法、河流洪水演算法等。2）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：進(jìn)行水文情勢預(yù)測、預(yù)報(bào)的方法。如設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式等。水文計(jì)算常常是二種方法綜合使用， 相輔相成，例如由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水，就是先由數(shù)理統(tǒng)計(jì)法求設(shè)計(jì)暴雨， 再按成因分析法將設(shè)計(jì)暴雨轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)洪水。此外，當(dāng)沒有水文資料時(shí)， 可以根據(jù)水文現(xiàn)象的變化在地區(qū)分布上呈現(xiàn)的一定規(guī)

2、律（水文現(xiàn)象在各流域、 各地區(qū)的分布規(guī)律） 來研究短缺和無資料地區(qū)的水文特征值?！?、何謂水量平衡？試敘閉合流域水量平衡方程在實(shí)際工作中的應(yīng)用和意義。【對(duì)任一地區(qū)、任一時(shí)段進(jìn)入的水量與輸出的水量之差， 必等于其蓄水量的變化量，這就是水量平衡原理，是水文計(jì)算中始終要遵循的一項(xiàng)基本原理。依此，可得任一地區(qū)、任一時(shí)段的水量平衡方程。對(duì)一閉合流域：設(shè)P 為某一特定時(shí)段的降雨量， E 為該時(shí)段內(nèi)的蒸發(fā)量， R 為該時(shí)段該流域的徑流量，則有： P R E c UU 為該時(shí)段流域內(nèi)的蓄水量，UU2U1 。_對(duì)于多年平均情況，U 0，則閉合流域多年平均水量平衡方程變?yōu)椋篜_R E影響水資源的因素十分復(fù)雜， 水

3、資源的許多有關(guān)問題， 難于由有關(guān)的成因因素直接計(jì)算求解，而運(yùn)用水量平衡關(guān)系，往往可以使問題得到解決。因此，水量平衡原理在水文分析計(jì)算和水資源規(guī)劃的分析計(jì)算中有廣泛的應(yīng)用。如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素。例如：某閉合流域的多年平_均降雨量P1020mm，多年平均徑流深R420mm，試求多年平均蒸發(fā)量E 。_P R600mm。】3、何謂年徑流？它的表示方法和度量單位是什么？徑流深度、徑流總量、平均流量、徑流模數(shù)的概念及相互關(guān)系。【一個(gè)年度內(nèi)在河槽里流動(dòng)的水流叫做年徑流。年徑流可以用年徑流總量Wm3）、年平均流量 Q（m3/s）、年徑流深 R（mm）、年徑流模數(shù) M（L/(s

4、 km2)）等表示?！?、流量的觀測與水位流量關(guān)系曲線的延長?！緶y站測流時(shí)，由于施測條件限制或其他種種原因， 致使最高水位或最低水位的流量缺測或漏測， 在這種情況下， 須將水位流量關(guān)系曲線作高、 低水部分的外延，才能得到完整的流量過程。1）根據(jù)水位面積、水位流速關(guān)系外延：河床穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流速關(guān)系點(diǎn)常較密集， 曲線趨勢較明確， 可根據(jù)這兩根線來延長水位流量關(guān)系曲線。2）根據(jù)水力學(xué)公式外延：此法實(shí)質(zhì)上與上法相同，只是在延長 Z V 曲線時(shí)，利用水力學(xué)公式計(jì)算出需要延長部分的 V 值。最常見的是用曼寧公式計(jì)算出需要延長部分的 V 值，并用平均水深代替水力半徑 R。由于大斷面資料已知，因

5、此關(guān)鍵在于確定高水時(shí)的河床糙率 n 和水面比降 I 。3）水位流量關(guān)系曲線的低水延長：低水延長常采用斷流水位法。所謂斷流何確定斷流水位，最好的辦法是根據(jù)測點(diǎn)縱橫斷面資料確定?！?、流域平均降水量的計(jì)算方法?！居捎炅空居^測到的降雨量,只代表該雨量站所在處或較小范圍的降雨情況,而實(shí)際工作中往往需要推求全流域或某一區(qū)域的平均降雨量,常用的計(jì)算方法有以下幾種。1）.算術(shù)平均法當(dāng)流域內(nèi)地形起伏變化不大,雨量站分布比較均勻時(shí) ,可根據(jù)各站同一時(shí)段內(nèi)的降雨量用算術(shù)平均法推求。其計(jì)算式為:x1 x2xn 1 nxixn i 1n（2-10）2）.泰森多邊形法（垂直平分法）首先在流域地形圖上將各雨量站 （可包括

6、流域外的鄰近站） 用直線連接成若干個(gè)三角形 ,且盡可能連成銳角三角形 ,然后作三角形各條邊的垂直平分線 ,如圖2-9,這些垂直平分線組成若干個(gè)不規(guī)則的多邊形 ,如圖中實(shí)線所示。 每個(gè)多邊形內(nèi)必然會(huì)有一個(gè)雨量站 ,它們的降雨量以 xi 表示 ,如量得流域范圍內(nèi)各多邊形的面積為 f i ，則流域平均降雨量可按下式計(jì)算 :f1 x1f2 x2fn xn1xf1f 2fnFnnfi xiAi xii1i1（ 2-11）此法能考慮雨量站或降雨量分布不均勻的情況,工作量也不大 ,故在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用比較廣泛。3）等雨量線法在較大流域或區(qū)域內(nèi) ,如地形起伏較大 ,對(duì)降水影響顯著,且有足夠的雨量站,則宜用等雨量

7、線法推求流域平均雨量。如圖2-10 所示 ,先量算相鄰兩雨量線間的面積fi,再根據(jù)各雨量線的數(shù)值 xi ,就可以按下式計(jì)算 :1 nxixi 1) f ix(F i 12（ 2-12）此法比較精確 ,但對(duì)資料條件要求較高,且工作量大 ,因此應(yīng)用上受到一定的限制。主要用于典型大暴雨的分析。 】6、如何繪制累積頻率曲線？設(shè)計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)如何確定？【 將實(shí)測水文樣本系列按大小遞減順序重新排列； 統(tǒng)計(jì)各實(shí)測值 XI 的頻數(shù)及累積頻率數(shù)； 按數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算各實(shí)測值的累積頻率； 經(jīng)驗(yàn)頻率聚集點(diǎn)繪于平面坐標(biāo)系中，通過這些點(diǎn)群的分布中心繪制一條光滑曲線，即得實(shí)測水文樣本系列的經(jīng)驗(yàn)累積頻率曲線； 若實(shí)測系列樣本容

8、量 N100,也可根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求選取設(shè)計(jì)頻率 P 作橫坐標(biāo)值，在上述經(jīng)驗(yàn)累積頻率曲線上查得對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)，得設(shè)計(jì)值。主管部門根據(jù)工程的規(guī)模、 工程在國民經(jīng)濟(jì)中的地位以及工程失事后果等因素，在各種工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定各種水文特征值的設(shè)計(jì)頻率 (或重現(xiàn)期 )作為工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。各地工程業(yè)務(wù)部門，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)測的水文資料，通過水文分析計(jì)算，求出對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率的水文特征值，作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。 】頻率公式計(jì)算系列中各項(xiàng)的頻率， 稱為經(jīng)驗(yàn)頻率。 以水文變量 x 為縱坐標(biāo)，以經(jīng)驗(yàn)頻率 p 為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)， 根據(jù)點(diǎn)群趨勢繪出一條平滑的曲線， 稱為經(jīng)驗(yàn)頻率曲線， 下右圖為某站年最大洪峰流量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。

9、有了經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，即可在曲線上求得指定頻率 p 的水文變量值 Xp。對(duì)經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算，目前我國水文計(jì)算上廣泛采用的是數(shù)學(xué)期望公式:式中p-等于和大于 xm 的經(jīng)驗(yàn)頻率；m xm 的序號(hào)，即等于和大于 xm的項(xiàng)數(shù)；n 系列的總項(xiàng)數(shù)?！?、頻率曲線的三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)各表示什么意義？對(duì)頻率曲線各有什么影響？【為了避免配線時(shí) 調(diào)整參數(shù) 的盲目性，必須了解皮爾遜型分布的統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)頻率曲線 的影響。（1）均值對(duì)頻率曲線的影響當(dāng)皮爾遜型 頻率曲的兩個(gè)參數(shù) cv 和 cs 不變時(shí)，由于均值的不同，可以使頻率曲線發(fā)生很大的變化，如右圖所示。（2）變差系數(shù) cv 對(duì)頻率曲線的影響為了消除均值的影響， 我們以 模比系數(shù)

10、 K 為變量繪制 頻率曲線 ，如下圖所示。圖中cs=1.0。cv=0 時(shí)，隨機(jī)變量 的取值都等于均值， 此時(shí)頻率曲線即為 k=1 的一條水平線，隨著cv 的增大，越陡。（3）偏態(tài)系數(shù) cs 對(duì)頻率曲線的影響下圖表示 cv=0.1 時(shí)種種不同的 cs 對(duì)頻率曲線 的影響情況。從圖中可以看出， 正偏情況下， cs 愈大，均值（即圖中 k=1）對(duì)應(yīng)的頻率愈小， 頻率曲線 的中部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈平緩。 】9、偏態(tài)系數(shù) Cs0 或0，各說明隨機(jī)變量x 的分布有何特點(diǎn)？【在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中采用偏態(tài)系數(shù)CS 作為衡量系列不對(duì)稱程度的參數(shù)，當(dāng)系列對(duì)于對(duì)稱時(shí)， CS0；當(dāng)系列對(duì)于不對(duì)稱時(shí)， CS0，若CS

11、0，稱為正偏；若 CS0，稱為負(fù)偏，如下圖。會(huì)少；偏態(tài)系數(shù)Cs0，說明隨機(jī)變量x 出現(xiàn)大于均值的機(jī)會(huì)比出現(xiàn)小于均值的機(jī)會(huì)多】10、重現(xiàn)期（T）與頻率（P）有何關(guān)系？千年一遇洪水， 是指什么意思？ 95的年徑流其重現(xiàn)期為多少？ P=90%的枯水年，其重現(xiàn)期（T）為多少年？以 P=90%的枯水年為設(shè)計(jì)依據(jù)，其安全率和風(fēng)險(xiǎn)率各為多少，【頻率曲線繪制后，就可在頻率曲線上求出指定頻率p 的設(shè)計(jì)值 xp。由于 頻率 較為抽象，水文上常用 重現(xiàn)期 來代替 頻率 。所謂重現(xiàn)期是指某隨機(jī)變量的取值在長時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次， 又稱多少年一遇。 根據(jù)研究問題的性質(zhì)不同，頻率 P 與重現(xiàn)期 T 的關(guān)系有兩種表示方

12、法。1、當(dāng)為了防洪研究暴雨洪水問題時(shí)，一般設(shè)計(jì)頻率P 50，則 :式中： T重現(xiàn)期，年；頻率，。（2）當(dāng)考慮水庫興利調(diào)節(jié)研究枯水問題時(shí)，設(shè)計(jì)頻率 P50，則:千年一遇洪水是指在長時(shí)期內(nèi)平均 1000 年出現(xiàn)一次的洪水情況，換句話說，大于等于這樣的洪水平均 1000 年可能出現(xiàn)一次； 95的年徑流其重現(xiàn)期 T=20 年； P=90%的枯水年，其重現(xiàn)期 T=10 年，在長時(shí)期內(nèi)平均 10 年出現(xiàn)一次的枯水情況，若以 P=90%的枯水年為設(shè)計(jì)依據(jù)，其安全率和風(fēng)險(xiǎn)率分別為 90和 10】11、若年徑流量與年降水量之間的回歸線近似為冪函數(shù)，試以分析法為例說明推求其回歸方程的方法步驟？【冪函數(shù) y=axb

13、 兩邊取對(duì)數(shù)后變?yōu)橹本€方程 A=lga 。因此，此時(shí)建立回歸方程的步驟為：將Y=A+bX ，其中 Y=lgy ，X=lgx ， xj ，yj 變換為 Xj ，Yj ；按一元線性回歸方法計(jì)算 A 、b；將 A 取反對(duì)數(shù)得 a；把 a、b 代入 y=axb 中，即得要推求的回歸方程?！?2、推求設(shè)計(jì)洪水過程線的基本方法是什么，洪水過程線放大有哪兩類方法？目前，生產(chǎn)上一般采用放大典型洪水過程線的方法確定設(shè)計(jì)洪水過程線。 進(jìn)行洪水過程線放大通常采用兩種方法，即同倍比法和同頻率法。同倍比法較為簡單，可采用設(shè)計(jì)洪峰流量與典型洪峰流量的比值或某時(shí)段的設(shè)計(jì)洪量與典型洪量的比值對(duì)典型洪水過程線進(jìn)行放大。但按此法

14、進(jìn)行放大后，不能保證設(shè)計(jì)洪水過程線各個(gè)時(shí)段的洪量或洪峰流量都與設(shè)計(jì)值相等。采用同頻率法放大典型洪水過程線時(shí)， 對(duì)洪峰流量和各個(gè)時(shí)段的洪量采用不同倍比，使得放大以后的過程線洪峰流量以及各時(shí)段的洪量可分別等于設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪量值?！?3、某流域下游有一個(gè)較大的湖泊與河流連通，后經(jīng)人工圍墾湖面縮小很多。試定性地分析圍墾措施對(duì)正常年徑流量、徑流年際變化和年內(nèi)變化有何影響？【由于水面蒸發(fā)減小，使年徑流增加；由于調(diào)蓄能力減小，使年際、年內(nèi)變化加劇?！?4、人類活動(dòng)對(duì)年徑流有哪些方面的影響？其中間接影響如修建水利工程等措施的實(shí)質(zhì)是什么？如何影響年徑流及其變化？【有直接與間接兩方面的影響。 修建水利工程等

15、措施的實(shí)質(zhì)是改變下墊面性質(zhì)而影響年徑流，它們將使蒸發(fā)增加，從而使年徑流量減少；調(diào)蓄能力增加，從而使徑流的年內(nèi)、年際變化趨于平緩。 】15、水文資料的三性審查是指對(duì)資料的可靠性、一致性 和 代表性進(jìn)行審查。對(duì)年徑流系列一致性審查是建立在氣候條件和下墊面條件穩(wěn)定性上的， 一般認(rèn)為氣候條件 是相對(duì)穩(wěn)定的，主要由于 下墊面條件 受到明顯的改變使資料一致性受到破壞。16、缺乏實(shí)測資料時(shí)，怎樣推求設(shè)計(jì)年徑流量？【缺乏實(shí)測資料時(shí)，一般可采用水文比擬法或年徑流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖、分區(qū)圖法求得均值、 Cv 、Cs，并確定線型，推求年徑流理論頻率曲線，再由設(shè)計(jì)頻率查此曲線得設(shè)計(jì)年徑流量。 】一般較其實(shí)際值偏大還是

16、偏??？為什么？【因年徑流變化主要受氣候因素的影響，后者在地區(qū)上的變化具有緩變的規(guī)律性，因此，年徑流Cv 值可繪成隨地區(qū)變化的等值線圖。因Cv等值線圖大多是由中等流域資料計(jì)算的Cv值繪制的，而中等流域比小流域有較大的調(diào)蓄補(bǔ)償作用，故從等值線圖上查得的小流域Cv值常常比實(shí)際的偏小?！?8、推求設(shè)計(jì) 年徑流量 的年內(nèi)分配時(shí)，應(yīng)遵循什么原則選擇典型年？【選擇典型年的原則有二： 典型年的年徑流量應(yīng)接近設(shè)計(jì)年徑流量； 對(duì)工程設(shè)計(jì)偏于安全?！?9、簡述具有長期 實(shí)測資料 情況下，用設(shè)計(jì)代表年法推求年內(nèi)分配的方法步驟？【方法步驟為：根據(jù)長期年徑流系列進(jìn)行頻率計(jì)算，推求設(shè)計(jì)年徑流量Qp；按選擇代表年（典型年）的

17、原則，在實(shí)際資料中選擇典型年 Q 典；以 K=Qp/Q 典分別乘典型年各月的月徑流量，得設(shè)計(jì)年徑流的各月徑流量，即設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配?！?0、簡述年徑流年內(nèi)、年際變化的主要特性？【（1）年內(nèi)變化具有一年為周期的周期性變化；（2）年際變化具有豐、枯年組的交替現(xiàn)象，但周期很不固定；（3）年內(nèi)、年際變化還具有明顯的地區(qū)性，我國北方的徑流變化一般比南方多雨地區(qū)劇烈?！?1、何謂保證率？若某水庫在運(yùn)行100 年中有 85 年保證了供水要求，其保證率為多少？破壞率又為多少？【用水的保證程度。 p=85%；q=1-85%=15%】22、何為抽樣誤差，如何減少抽樣誤差？【用一個(gè)樣本的統(tǒng)計(jì)參數(shù)來代替總體的統(tǒng)計(jì)

18、參數(shù)是存在一定誤差的，這種誤差是由于從總體中隨機(jī)抽取的樣本與總體有差異而引起的，與計(jì)算誤差不同， 稱為抽樣誤差。遜型分布且用矩法估算參數(shù)時(shí)，用、分別代表、Cv和Cs樣本參數(shù)的均方誤，計(jì)算公式略。抽樣誤差的大小，隨樣本項(xiàng)數(shù)、 cv、和cs 的大小而變化。樣本容量大， 對(duì)總體的代表性就好，其抽樣誤差就小，這就是為什么在水文計(jì)算中總是想方設(shè)法取得較長的水文系列的原因】23、設(shè)計(jì)洪水的概念【由于流域內(nèi)降雨或溶雪，大量徑流匯入河道，導(dǎo)致流量激增，水位上漲，這種水文現(xiàn)象， 稱為洪水。 在進(jìn)行水利水電工程設(shè)計(jì)時(shí)， 為了建筑物本身的安全和防護(hù)區(qū)的安全， 必須按照某種標(biāo)準(zhǔn)的洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)， 這種作為水工建筑物設(shè)計(jì)

19、依據(jù)的洪水稱為設(shè)計(jì)洪水。 在工程設(shè)計(jì)中 ,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由國家制定 ,以設(shè)計(jì)規(guī)范給出。規(guī)劃中按工程的種類、大小和重要性 ,將水工建筑物劃分為若干等級(jí) ,按不同等級(jí)給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。24、等流時(shí)線的原理以及應(yīng)用【同一時(shí)刻在流域各處形成的凈雨距流域出口斷面遠(yuǎn)近、流速不相同,所以不可能全部在同一時(shí)刻到達(dá)流域出口斷面。但是,不同時(shí)刻在流域內(nèi)不同地點(diǎn)產(chǎn)生的凈雨 ,卻可以在同一時(shí)刻流達(dá)流域的出口斷面，如下圖。-等流時(shí)線：流域上匯流時(shí)間相等點(diǎn)子的連線，如下圖中標(biāo)有1、2、的虛線（為單位匯流時(shí)段長）。-等流時(shí)面積：兩條相鄰等流時(shí)線間的面積。利用等流時(shí)線概念，分析下圖流域上不同凈雨情況下所形成的出口斷面地面徑流過程

20、。為計(jì)算上的方便，取計(jì)算時(shí)段t 等于匯流時(shí)段，分兩種情況進(jìn)行討論。地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（Ts=t= ） 流域上一次均勻凈雨，歷時(shí)，凈雨深 Rs，雨強(qiáng)。-凈雨開始 t=0時(shí)，雨水尚未匯集到出口，此時(shí)流量為零，即Q0=0-第1時(shí)段末 t=1時(shí)，最初降落在 1線上的凈雨在向下流動(dòng)過程中，沿途不斷地匯集F1上持續(xù)的凈雨，當(dāng)它到達(dá)出口時(shí)（t=1），此時(shí)的流量為 :1RsQ =t F1i s F 1第2時(shí)段末 t=2時(shí)，最初降落在 2線上的凈雨在向下流動(dòng)過程中，沿途不斷地匯集 F2上持續(xù)的凈雨，當(dāng)它到達(dá) 1線位置時(shí)，凈雨停止，所以再繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)中，將不繼續(xù)匯集雨水。在第2時(shí)段末流量為 : Q2Rs

21、=t F 2i s F 2-第3時(shí)段末 t=3時(shí)，與上面同樣的道理， 此時(shí)的流量為 Q3=Rst F 3 is F 3-第4時(shí)段末 t=4時(shí)，凈雨最末時(shí)刻（ t=1）降落在流域最遠(yuǎn)點(diǎn)的凈雨，正好流過出口，故此時(shí)流量為零。Q4=0地面凈雨歷時(shí)多于一個(gè)匯流時(shí)段(ts2 t )按等流時(shí)線原理計(jì)算地面徑流過程示例-一個(gè)時(shí)段的凈雨在流域出口斷面形成的地面徑流過程，等于該凈雨強(qiáng)度與各塊等流時(shí)面積的乘積，即Qi=IsFi 。 -多時(shí)段凈雨在流域出口形成的地面徑流過程，等于它們各自在出口形成的地面徑流過程疊加。-當(dāng)凈雨歷時(shí) Ts小于流域匯流時(shí)間 m時(shí)，稱為流域部分面積匯流造峰（部分匯流造峰）；當(dāng)凈雨歷時(shí)Ts大

22、于或等于 m時(shí)，稱為流域全面積匯流造峰（全面匯流造峰）。-地面徑流總歷時(shí) T等于凈雨歷時(shí)Ts與流域匯流時(shí)間 m之和，即 : T=Ts +】m25、推求設(shè)計(jì)洪水有哪幾種基本途徑？【絕大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)洪水就是某一頻率的洪水。故推求設(shè)計(jì)洪水一般就是推求符合設(shè)計(jì)頻率的洪峰流量、 洪水總量和洪水過程線。 因掌握資料的情況和工程規(guī)劃設(shè)計(jì)要求不同，推求設(shè)計(jì)洪水有不同途徑。當(dāng)設(shè)計(jì)流域具有較長期的實(shí)測洪水資料，且具有歷史洪水調(diào)查和考證資料時(shí)，可直接由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水。當(dāng)流域具有較長期實(shí)測暴雨資料，而且有多次暴雨洪水對(duì)應(yīng)觀測資料，可以分析產(chǎn)流和匯流規(guī)律時(shí)，可由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。小流域往往既缺乏洪水資料，

23、又缺乏暴雨資料，此時(shí)可采用推理公式法和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式等方法推求設(shè)計(jì)洪水。當(dāng)采用可能最大洪水作為校核洪水時(shí)，需由可能最大降雨求得可能最大洪水，從而確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水 ( 可能最大洪水的計(jì)算屬較專門的問題，在本課程中未作介紹?！慷?、分析計(jì)算題1、某水文站控制流域面積F=560KM2 ，已知多年平均降雨量P820mm ，多年平均徑流系數(shù)0.40，試求其多年平均年徑流總量W ，多年平均年徑流量，多年平均徑流深 R 及多年平均年徑流模數(shù) M 。解答如下： 多年平均徑流深 RP0.4820328mm年平均年徑流總量 WRF328560 10 310618368（萬 m3）QW1836800005.824(

24、m3 / s)多年平均年徑流量T365243600多年平均年徑流模數(shù) MQ1035.82410310.4 L /(s km2F5602深 R650mm ，試 求多 年平 均蒸 發(fā) 量 E 。 又 該 地 多年 平 均水 面 蒸 發(fā)量Ew1500mm，如該河修建水庫后， 在該河流域面積之內(nèi)的水面面積比之未建水庫時(shí)增加 60KM 2，試分析建水庫后流域多年平均蒸發(fā)量是增大還是減小？并計(jì)算建水庫后的多年平均徑流深 R 及多年平均年徑流量 Q 。解答如下：根據(jù)流域多年平均水量平衡關(guān)系有：EPR1280650630( mm)修建水庫后，由于增加了水面面積，而水面蒸發(fā)量大于陸面蒸發(fā)量，因此，修建水庫后增大

25、了蒸發(fā)量。 可近似取陸面蒸發(fā)量為流域多年平均蒸發(fā)量，則建水庫后多年平均增加的蒸發(fā)量：W Ew EF 1500 630 60 10 3 106522 104 m3故修建水庫后的多年平均蒸發(fā)量為：E E W/F 63052210436305.8635.8mm90061010故建水庫后的多年平均徑流深R 為：RP E1280 635.8 644.2(mm)多年平均年徑流量 QR F644.2 900 10318.38 m3 / sT3652436003、某水庫屬大（ 2）型水庫，已知年最大7 天暴雨系列的頻率計(jì)算結(jié)果為=432mm、CV=0.48 ，CS=3CV。試確定大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，并計(jì)算該工程

26、7 天設(shè)計(jì)暴雨。提示已知適線結(jié)果的情況下，推求設(shè)計(jì)值均用如下公式：或解答如下： 因?yàn)樵撍畮鞂俅?（2）型水庫，根據(jù)水利部 2000 年頒發(fā)的編號(hào)為 SL 252-2000 的水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn) ，水庫工程為等，大壩為 2 級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為 500100年一遇，從工程的重要性考慮， 最后選定按500 年一遇洪水設(shè)計(jì)。因?yàn)楸┯旰秃樗l率，因此要推求500 年一遇的設(shè)計(jì)暴mm4、某工程設(shè)計(jì)暴雨的設(shè)計(jì)頻率為P=2%，試計(jì)算該工程連續(xù)2 年發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨的可能性？解答如下： 因?yàn)楸┯晔请S機(jī)事件， 每年都有 P=2%的可能性發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨， 連續(xù) 2 年發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨的概率為：5、已

27、知某流域多年平均最大3 天暴雨頻率曲線：=210mm、CV=0.45，CS=3.5CV，試求該流域百年一遇設(shè)計(jì)暴雨。解答如下：mm6、某流域根據(jù)實(shí)測暴雨和歷史調(diào)查大暴雨資料，已經(jīng)繪制出 7d 暴雨量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)頻率曲線上讀取三點(diǎn)（ 945，5%）、（345，50%）、（134，95%），試按三點(diǎn)法計(jì)算這一 7d 暴雨系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。解答如下： （1）計(jì)算 S=（ 945+134-2345）/ （945-134 ）=0.48 ，由 S 查 S=fCS）關(guān)系表得 CS=1.70 。（2）由 CS 查離均系數(shù)值表得：，。計(jì)算mm（3）mm（4）CV=/=267.7/417.3=0.6427

28、、已知某流域 50 年一遇 24h 設(shè)計(jì)暴雨為 490mm，徑流系數(shù)等于 0.83 ，后損率為 1.0mm/h，后損歷時(shí)為17h，試計(jì)算其總凈雨及初損。因后損率=1.0mm/h，后損歷時(shí)17h，故總后損量為17mm，則初損為：mm8、已知某流域百年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程如下表，徑流系數(shù)等于0.85 ，后損率為1.5mm/h，試用初損、后損法確定初損和設(shè)計(jì)凈雨過程。時(shí)段 (234561t=6h)雨 量5.61769982516.4（ mm ）解答如下： 總設(shè)計(jì)凈雨量為：mm按 =1.5mm/h 將降雨過程從后向前逐時(shí)段扣除后損，并累加凈雨，當(dāng)累加凈雨量等于總設(shè)計(jì)凈雨量時(shí)，其前的降雨即為初損I 0，從下

29、表可知，I 0=27 mm。9、已知百年一遇的設(shè)計(jì)暴雨，其過程如下表， 徑流系數(shù)，后損，試用初損、后損法確定初損及設(shè)計(jì)凈雨過程。時(shí)段123456（）雨量（ mm）6.45.6176998251解答如下： 1）設(shè)計(jì)總降雨量為=0.88 420=369.6mm2）按=1mm/h在降雨過程線上自前向后計(jì)算累計(jì)凈雨，當(dāng)=369.6mm時(shí)，其前面的降雨即為，依此求得=27.0mm用初損、后損法確定初損和設(shè)計(jì)凈雨過程時(shí)段 (123456t=6h)初損t9999mm）后損 I 0（ mm）6.45.615設(shè)計(jì)凈雨152907342mm）10、已知百年一遇暴雨為460mm，暴雨徑流系數(shù)，后損歷時(shí)，試確定其初損

30、。解答如下： P1%=460mm，=0.87 ，=1mm/h，t c=24hIc +t c=(1-) P 1%所以 I c=(0.13 460)-1 24=59.8-24=35.8mm11、如圖所示為一溢流壩上的弧形門。已知：R=10m，門寬b=8m， =30，試求：作用在弧形閘門上的靜水總壓力及壓力中心的位置。解答如下： 靜水壓力的計(jì)算 HR sin30 10 0.55m水平分力的計(jì)算 Pxhc Ax(4H ) (bH )9.8 (45) 5 8 2548 KN22靜水總壓力的鉛直分力的計(jì)算PzVAabcdeb（A矩形 abveA扇形 eodA三角形 cod） b(41.3430102158

31、.66)9.883602774.6KN靜水總壓力 PPx2Py225482774.122663 KN合力與水平線的夾角tg 1 ( pz )tg1(774.6) 16.91px2548壓力中心 D： h D410sin16.916.91m12、水從水箱流入一管徑不同的管道， 管道連接情況如圖所示。 已知：d1為 150mm，l 1 為 25m， 1 為 0.037；d2 為 125mm，l 2 為 10m， 2 為 0.039。局部水頭損失系數(shù)：進(jìn)口 1 為 0.5，逐漸收縮 2 為 0.15，閥門 3 為 2.0。（以上值相應(yīng)的流速均采用發(fā)生局部水頭損失后的流速。 ）試求：（ 1）沿程水頭損

32、失 hf；（2）局部水頭損失 hj；（3）要保持流量 Q 為 25000cm3/s 所需要的水頭 H。解答如下：（ 1）求沿程水頭損失l1v 2第一管段：11 d1hf 12gv1Q 40.025（）A10.1521.415 m / shf 10.037251.4152（）0.1529.80.63 m第二管段： hf 22l2 v22v2Q4 0.025（）A20.12522.04m / shf 20.039102.042（）0.12520.663 m9.8故h fhf 1hf 20.630.663（）1.293 m（ 2）求局部水頭損失進(jìn)口水頭損失hj 1v120.51.4152（）12g2

33、9.80.051 m逐漸收縮水頭損失hj 2v220.152.042（）2 2g29.80.032 m閥門水頭損失hj 33v322.042（）9.82g2故hjhj 3hj 2hj 30.0510.0320.423（）0.506 m3）要保持 Q 為 25000cm3/s 所需要的水頭以 0-0 為基準(zhǔn)面，對(duì)水箱液面上與管子出口取能量方程式H 0000v22hw2g得 Hv22hw2g因 hwhfh j1.2930.506 1.799（m）2.042（）故所需水頭 H1.79929.813、一簡單管道，如圖所示。長為800m，管徑為 0.1m，水頭為 20m，管道中間有 2 個(gè)彎頭，每個(gè)彎頭

34、的局部水頭損失系數(shù)為0.3，已知沿程阻力系數(shù) =0.025，試求通過管道的流量。解答如下：（ 1）先將管道作為短管，求通過管道的流量。不考慮行近流速水頭，則Qc A 2gHc11Ld局部損失共包括進(jìn)口損失和彎頭損失。進(jìn)口局部損失系數(shù)e=0.5，故c18000.070310.0250.5230.1Q 0.0703 3.14 0.1219.6200.01093m3 / s4（ 2）計(jì)算沿程損失及局部損失Q0.010931.39m / s管中流速 v3.140.12A4流速水頭 v21.3920.0989m2g19.6沿程損失 hfL v20.025 800 0.098919.79md 2g0.1局

35、部損失 hjv2(0.5 20.3)0.0989 0.109m2g故沿程水頭損失占總水頭的百分?jǐn)?shù)為hf19.79H200.989 98.9%（ 3）按長管計(jì)算管道所通過的流量Qh fKlKACRC8g8 9.855.9m1/ 2 / s0.025Q3.14 0.1255.90.1200.01097m3 / s44800故按長管計(jì)算與短管計(jì)算所得流量相差0.00004m3/s ，相 對(duì) 誤 差 為0.00004/0.01093=0.36%。由此可見，將上述管道按長管計(jì)算，誤差很小。、一矩形斷面的棱柱體渠道， 底寬，底坡-4，粗糙系數(shù) n=0.025。14b=6mi=1.2510當(dāng)正常水深 h0時(shí)

36、，問能否通過設(shè)計(jì)流量Q設(shè) =20m3 。=3m/s解答如下： 當(dāng)正常水深 h0=3m 時(shí)，相應(yīng)過水?dāng)嗝娴母鲄?shù)計(jì)算如下：過水?dāng)嗝婷娣e Abh063 18(m2 )濕周b2h06 2312(m)水力半徑 RA181.5(m)12流量 QA R2/3 i1/ 2181.52/30.0001251/ 210.545(m3 / s)n0.025計(jì)算渠道通過的流量 Q=10.55m3/s 小于設(shè)計(jì)流量， 所以該渠道不能滿足設(shè)計(jì)要求。15、某梯形斷面渠道，土質(zhì)為粘土，其底寬b=0.4m，邊坡系數(shù)m=1.5，渠道底坡 i=0.001，糙率 n=0.025，渠道的設(shè)計(jì)流量 Qp=0.55m3/s，渠底至渠頂高

37、差為 0.86m，渠頂?shù)陌踩邽?0.2m，渠道不淤流速 v 不淤 =0.5m/s。試校核渠道的輸水能力和流速。解答如下： 渠頂?shù)陌踩邽?0.2m，則渠中水深為 h=0.66m。過水?dāng)嗝婷娣eA(b mh0 )h0(0.41.50.66) 0.660.917(m2 )濕周b2h1m20.42 0.66 11.522.78( m)水力半徑 RA0.9170.33(m)2.78AR2/3i1/ 20.9172/31/ 20.554(m3/ s)流量 Q0.330.001n0.025計(jì)算的流量基本等于設(shè)計(jì)流量， QQp=0.55m3/s，表明該渠道滿足設(shè)計(jì)要求。渠道的穩(wěn)定校核按 v 不淤 v 不

38、沖 進(jìn)行，查表可知，當(dāng)水力半徑 R=1m 時(shí)，粘土的不沖流速 v 不沖 =0.85m/s；當(dāng)水力半徑 R=0.33m 時(shí)，不沖流速 v 不沖 =0.850.331/4=0.64m/s，渠道不淤流速v 不淤 =0.5m/s。渠中實(shí)際流速Q(mào)0.554v0.604(m / s)A0.917所以，渠中流速滿足v 不淤 v 不沖 ，渠道是穩(wěn)定的。16、一矩形渠道，渠中水深 h=0.8m，渠道底寬 b=2m，通過的流量 Q=2.0m3/s，試用波速 c 和弗勞德數(shù) Fr 判別渠中流態(tài)。解答如下： 斷面平均流速 vQ21.25(m / s)A2 0.8微波波速 cgh9.8 0.82.8(m / s)v1.

39、25弗勞德數(shù) Fr2.80.45gh因?yàn)?Fr1、vc，所以水流為緩流。17、某一矩形斷面棱柱體渠道，底寬 b=4.0m，通過的流量 Q=16m3/s，渠道上修建一閘門，閘后產(chǎn)生一水躍， 躍前水深 h=0.6m，計(jì)算躍后水深 h和水躍的長度。解答如下：（ 1）求躍后水深 h。躍前斷面流速 v1Q16bh 46.67(m / s)0.6躍前弗勞德數(shù) Fr1v16.67gh 2.759.8 0.6（2）計(jì)算水躍長度。Lj6.9(hh )6.9(2.050.6)10(m)18、某水閘為平板閘門，無底坎，閘前水頭H=3.5m，閘孔過水凈寬 B=3.0m，閘門開啟度 e=0.7m，下游水深較小，為自由出

40、流，不計(jì)閘前行近流速v0，求閘的泄流量；若考慮閘前行近流速，閘前渠道為矩形斷面，且渠道寬B0=4.0m，其他條件不變，求閘的泄流量。解答如下：（ 1）不計(jì)行近流速（ H0=H）。首先判別流態(tài)，根據(jù)e0.70.20.65H3.5可知為閘孔出流。計(jì)算泄流量Q0 Be 2gH 0因?yàn)槭瞧桨彘l門，所以0.60 0.18 0.2 0.564Q0.5643.00.719.63.59.81(m3 / s)（2）考慮行近流速。先設(shè)行近流速 v00，H0H，由上面計(jì)算可求出Q=9.81m3/s。根據(jù)求出的流量可算閘前行近流速Q(mào)9.81v00.7(m / s)B0 H4 3.5H 0v020.72H3.523.53(m / s)2g9.8Q 0.564 3.00.719.63.53 9.84(m3 / s)19、有一帶底坎的寬頂堰上有三孔進(jìn)水閘，如圖所示。已知當(dāng)閘門