大學(xué)水文分析與計(jì)算課程設(shè)計(jì)報(bào)告

.專業(yè)資料水文分析計(jì)算課程設(shè)計(jì)報(bào)告書學(xué)院：水文水資源專業(yè)：水文與水資源工程學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)老師：梁忠民、國(guó)芳2015年06月12日南京目錄HYPERLINK1、設(shè)計(jì)任務(wù) 1HYPERLINK2、流域概況 13、HYPERLINK資料情況及計(jì)算方案擬定 1HYPERLINK4、計(jì)算步驟及主要成果 2HYPERLINK4．1設(shè)計(jì)暴雨Xp(t)計(jì)算 2HYPERLINK4．1．1區(qū)域降雨資料檢驗(yàn) 2HYPERLINK4．1．2頻率分析與設(shè)計(jì)雨量計(jì)算 3HYPERLINK4．2計(jì)算各種歷時(shí)同頻率雨量Xt,P 9HYPERLINK4．3選典型放大推求XP(t) 9HYPERLINK4．4產(chǎn)匯流計(jì)算 9HYPERLINK4．4．1徑流劃分及穩(wěn)滲μ值率定 12HYPERLINK4．4．2地表匯流 17HYPERLINK4．5由設(shè)計(jì)暴雨XP(t)推求QP(t) 18HYPERLINK4．5．1產(chǎn)流計(jì)算 18HYPERLINK4．5．2地面匯流 18HYPERLINK4．5．3地下匯流計(jì)算 19HYPERLINK4．5．4設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線 20HYPERLINK5、心得體會(huì) 22專業(yè)資料1、設(shè)計(jì)任務(wù)推求良田站設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線,本次要求做P校,即推求Q0.01%(t)。2、流域基本概況良田是贛江的支流站。良田站以上控制的流域面積僅為44.5km2，屬于小流域，如右圖所示。年降水均值在1500～1600mm之，變差系數(shù)Cv為0.2，即該地區(qū)降雨充沛，年際變化小，地處濕潤(rùn)地區(qū)。暴雨集中。暴雨多為氣旋雨、臺(tái)風(fēng)雨，季節(jié)為3～8月，暴雨歷時(shí)為2～3日。3、資料情況及計(jì)算方案擬定3.1資料情況設(shè)計(jì)站（良田）流量資料缺乏，鄰近站雨量資料相對(duì)充分，具體如表3-1：表3-1良田站及鄰近地區(qū)的實(shí)測(cè)暴雨系列、歷時(shí)洪水、特大暴雨資料站名實(shí)測(cè)暴雨流量系列特大暴雨、歷史洪水良田75～78（4年）Q=216m3/s，N=80（轉(zhuǎn)化成X1日，移置峽江站）峽江53～80（28年）36～80（45年）桑莊57～80（24年）X1日=416mm，N=100～150（74.8.11）寨頭57～80（24年）沙港特大暴雨X1日=396mm，N=100～150（69.6.30）（移置到寨頭站）（設(shè)計(jì)站(良田)流量資料缺乏，鄰近站雨量資料相對(duì)充分。）3.2方案擬定本次課設(shè)采用間接法推求設(shè)計(jì)洪水，即是由推求的設(shè)計(jì)暴雨，經(jīng)過(guò)產(chǎn)匯流計(jì)算得到設(shè)計(jì)洪水。示意圖如下：4、設(shè)計(jì)暴雨XP(t)的計(jì)算4.1設(shè)計(jì)暴雨Xp(t)計(jì)算4.1.1區(qū)域降雨資料檢驗(yàn)為推求該區(qū)域設(shè)計(jì)面降雨量，選取、桑莊、寨頭與峽江四站降雨檢驗(yàn)該區(qū)降雨是否選同一總體。選擇四站1981～2013年數(shù)據(jù)（74年出現(xiàn)極值暴雨，不參加檢驗(yàn)），對(duì)各站數(shù)據(jù)取自然對(duì)數(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)進(jìn)行均值與方差檢驗(yàn)，各站轉(zhuǎn)換后系列的均值及方差見(jiàn)表4-1。表4-1 、桑莊、寨頭與峽江站最大一日降雨資料均值、方差情況均值檢驗(yàn)選取均值差異最大的站（X1）和峽江站（X2）兩站進(jìn)行檢驗(yàn)。假設(shè)H:X1=X2構(gòu)造統(tǒng)計(jì)變量：=0.78取α=0.10，查得|tα/2|=1.68>|t|，接受假設(shè)H，即可認(rèn)為、桑莊、寨頭與峽江站均值相等。方差檢驗(yàn)選取方差差異最大的桑莊站（S1）和寨頭站（S2）兩站進(jìn)行檢驗(yàn)。假設(shè)H:S1=S2構(gòu)造統(tǒng)計(jì)變量：=1.19查得Fα/2(55,55)=1.567,QUOTEF1-α/2(55,55)=0.638,所以接受域?yàn)椋?.638,1.567）,則可以認(rèn)為統(tǒng)計(jì)量F滿足接受域,即認(rèn)為四個(gè)站的降雨量數(shù)據(jù)滿足方差相等。綜上所述，可認(rèn)為區(qū)域降雨資料來(lái)自同一總體，可以進(jìn)行綜合。4.1.2頻率分析與設(shè)計(jì)雨量計(jì)算（1）特大值處理 峽江站特大暴雨由良田站歷史洪水轉(zhuǎn)換而來(lái)，則良田站（峽江站）的X1日=293.9mm。公式如下（其中，Q為地表凈峰流量（m3/s），m為匯流參數(shù)，取0.7，F(xiàn)為流域面積（km2），L為出口斷面沿主河道至分水嶺的最長(zhǎng)距離（km），J為沿L的坡面和河道平均比降，tc為凈雨歷時(shí)（h），QUOTE為匯流歷時(shí)（h），R為地表徑流深（mm），n為暴雨參數(shù)，取0.6，QUOTE為穩(wěn)滲率（mm/h），取4.5，QUOTE用良田站計(jì)算）：沙港站特大暴雨取重現(xiàn)期N=150年，放置寨頭站進(jìn)行頻率計(jì)算。桑莊站最大一日暴雨取重現(xiàn)期N=150年。（2）排位分析及頻率計(jì)算先對(duì)、峽江、桑莊、寨頭四個(gè)站進(jìn)行頻率計(jì)算，要考慮各站可能存在的特大暴雨系列值。各站的頻率計(jì)算見(jiàn)表4-2表4-2各站頻率計(jì)算序號(hào)峽江桑莊寨頭雨量值頻率雨量值頻率雨量值頻率雨量值頻率mm％mm％mm％mm％1177.51.3293.91.2415.51.03961.02169.82.6272.92.8227.24.4173.74.431613.8192.94.4168.26.1170.86.14159.55.1185.76.0158.27.8163.07.85154.66.4183.37.6150.29.5155.19.56145.27.7178.99.2142.711.2148.611.27143.59.0169.210.8142.612.9146.212.9812810.3156.212.4133.214.6145.114.69126.711.5152.714.0130.616.4140.716.410125.612.815.6129.518.1135.418.111123.214.1135.917.2124.819.8133.319.812120.315.412918.8123.821.5126.621.51312016.7127.820.412123.2122.223.214115.817.912521.911524.9116.924.915115.619.2121.823.5112.726.611426.616115.320.5115.125.1111.428.3113.328.317114.521.8113.826.7111.230.0110.230.018114.323.1112.928.3109.831.7110.031.71911424.411229.9109.433.4107.133.420113.225.6111.631.5108.735.1106.535.121112.926.9110.633.1103.836.8106.036.822109.828.2110.434.7101.238.5104.738.523109.529.5106.236.399.940.3104.540.324107.530.8105.537.997.242.09942.025107.432.1105.239.597.143.797.643.726106.633.3103.541.195.445.497.545.42710534.610342.794.347.197.247.128102.335.9101.544.29448.896.748.829101.537.299.345.892.550.595.450.530101.438.59947.490.952.295.452.23199.539.795.349.090.753.990.253.93299.141.090.950.688.355.689.555.63397.642.390.652.285.157.388.157.3349543.687.553.885.159.084.859.03588.544.987.555.483.260.784.760.73688.446.286.857.082.562.483.762.43787.747.48658.682.364.283.464.23887.548.785.860.279.565.982.865.9398650.085.661.87867.682.267.64084.451.384.563.477.669.379.569.34184.352.683.765.076.771.079.171.04282.253.882.166.574.572.778.572.74381.955.180.968.172.474.476.574.44481.356.480.469.772.476.175.676.14580.857.77871.370.877.874.177.84680.359.077.472.970.779.570.679.54779.660.377.274.570.281.270.581.2487961.576.976.17082.969.782.94976.662.87577.76984.669.584.6507664.17479.364.486.368.286.35174.265.471.880.963.788.163.588.15273.966.770.982.560.889.862.089.85373.167.970.484.160.691.559.791.55472.669.269.985.759.493.259.093.25571.770.569.487.357.894.958.494.95671.571.861.588.854.196.657.796.65770.973.160.690.441.398.350.498.35870.574.460.392.0597075.658.893.66069.976.950.795.26169.878.245.296.8626979.544.598.46368.780.86467.982.16564.383.36663.684.6676385.96862.287.26960.988.57059.589.77158.491.07257.992.37357.293.67456.594.9755696.27655.697.47744.398.7（3）四站適線結(jié)果圖站：峽江站：桑莊站：寨頭站：四站均值計(jì)算結(jié)果及其適線圖圖4-25個(gè)雨量站年最大雨量頻率曲線（5）推求X1日，P=0.01%由上表查處X（1日，P=0.01%）=461.9mm，則X（24h，P=0.01%）=1.1*X（1日，P=0.01%）=508.09mm。4．2計(jì)算各種歷時(shí)同頻率雨量Xt,P由暴雨公式QUOTE推算t=3h，6h，9h，12h，15h，18h，21h，24h的設(shè)計(jì)暴雨值，結(jié)果如表4-3。表4-3各短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨4．3選典型放大推求XP(t)4．4產(chǎn)匯流計(jì)算在設(shè)計(jì)暴雨中，由于稀遇頻率的設(shè)計(jì)暴雨量很大，損失相對(duì)較小，因此，一般采用簡(jiǎn)化模型。即前段降雨盡量滿足土壤蓄水量，即初損，而后假定穩(wěn)滲率QUOTE，算定地面徑流深R上和地下徑流深R下，再列表求出QUOTE，如與假定的QUOTE相符，則假定的QUOTE即為所求值。徑流分割點(diǎn)繪良田站76.6、毛背站75.5、76.7以及77.6的流量和雨量過(guò)程。利用平割法計(jì)算Rt，利用斜線分割法進(jìn)行水源劃分。先尋找洪水過(guò)程的直接徑流終止點(diǎn)B，然后用斜線連接起漲點(diǎn)A與終止點(diǎn)B，將實(shí)測(cè)流量過(guò)程線分為兩部分，斜線AB上部分為直接徑流RS，下部分為地下徑流RG。本次課設(shè)先采用梯形面積法求得RG，再用Rt-RG求得RS。計(jì)算初損QUOTE，其中,x為總降雨量，R為總徑流，R=Rt。率定μ1、假定μ，計(jì)算R下和R上。時(shí)段取△t=1h。若時(shí)段的降雨量累積和小于初損量，則全部雨量補(bǔ)充初損值。當(dāng)累積降雨量大于初損值時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生徑流。當(dāng)X（t）≤μ時(shí)，全部產(chǎn)生底下徑流，則R下（t）=μ，R上（t）=0；當(dāng)X（t）>μ時(shí)，R下（t）=μ，R上（t）=X（t）-μ。2、判斷μ值的正確性。若RS=ΣR上，RG=ΣR下，則μ值即為良田站76.6所確定的μ值；否則重新假定μ，轉(zhuǎn)1。4．4．1徑流劃分及穩(wěn)滲μ值率定（1）良田站76年6月17日表4-4良田站1976年6月17日次洪μ值率定（2）毛背站75年5月13日表4-5毛背站1975年5月13日次洪μ值率定（3）毛背站76年7月9日表4-6毛背站1976年7月9日次洪μ值率定（4）毛背站77年6月26日表4-7毛背站1977年6月26日次洪μ值率定（5）各場(chǎng)次洪水的徑流分割結(jié)果及率定所得μ值表4-8各場(chǎng)次洪水的徑流分割結(jié)果及率定所得μ值4．4．2地表匯流地面匯流的計(jì)算方法有經(jīng)驗(yàn)公式法（如單位線、經(jīng)驗(yàn)公式等）和推理公式法（如等流時(shí)線法、水科院推理公式法、推理△過(guò)程線法、匯流系數(shù)法等）。本次采用八省一院公式。QUOTE（1）QUOTE（2）其中，Q為地表洪峰流量（m3/s），m為匯流參數(shù)，取0.7，F(xiàn)為流域面積（km2），L為出口斷面沿主河道至分水嶺的最長(zhǎng)距離（km），J為沿L的坡面和河道平均比降，tc為凈雨歷時(shí)（h），QUOTE為匯流歷時(shí)（h），R為地表徑流深（mm），n為暴雨參數(shù)，取0.6，QUOTE為穩(wěn)滲率（mm/h），取4.5。對(duì)于良田流域，QUOTE，因此采用式（2）。（1）m初值的確定表4-9m初值確定故四站綜合,=(0.31+0.6+0.8+0.75)/4=0.62（2）m值的檢驗(yàn)（以毛背站76.7為例）計(jì)算步驟（1）根據(jù)表18中計(jì)算的初值m、八省一院公式，對(duì)該次的降雨過(guò)程的每個(gè)QUOTE推求QUOTE，QUOTE（2）對(duì)每個(gè)Qi，假定過(guò)程線為三角形，底寬為QUOTEQi出現(xiàn)在QUOTE處。（3）將各時(shí)段的三角形過(guò)程進(jìn)行疊加，與實(shí)測(cè)洪水（扣除地下徑流）對(duì)比。如相差太大重新假定m，重新計(jì)算。表4-10m=0.62時(shí)的地表流量Qs及對(duì)應(yīng)底寬T表4-11m=0.62時(shí)的地表流量演算毛背站1976年7月9日地表徑流過(guò)程線（m=0.62）表4-12m=0.56時(shí)的地表流量Qs及對(duì)應(yīng)底寬表4-13m=0.56時(shí)的地表流量演算毛背站1976年7月9日地表徑流過(guò)程線（m=0.56）可以看出m=0.56時(shí)實(shí)測(cè)與計(jì)算徑流量線擬合的更好。（3）m值綜合（以毛背站76.7為例）點(diǎn)繪各次洪水的Q/F～m圖，取上端趨于穩(wěn)定的m值，為設(shè)計(jì)暴雨之m值。表4-14各場(chǎng)次洪水Qs/F～m關(guān)系統(tǒng)計(jì)由各次洪水的Q/F～m圖，取上端趨于穩(wěn)定的m值（為0.8），設(shè)計(jì)暴雨之m值（實(shí)際運(yùn)用時(shí)，選用通過(guò)檢驗(yàn)后的四站m值進(jìn)行