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水文学课程设计

工程水文学课程设计

一、基本资料

拟在某河上修建蓄水工程。

坝址断面水文站内有1960-2006年的洪水流量观测资料，如表1所示。

历史洪水洪峰流量调查资料如下：

1878年为

=14720m3/s,1901年为

=22100m3/s，为1901年以来的最大洪峰流量，1942年为8400m3/s。

1878-1900年间其他洪水未能查清。

分析选定的典型洪水过程如表2所示。

表1实测历年洪水资料统计表

年份

洪峰流量m3/s

最大1d洪量（m3/s）h

最大3d洪量（m3/s）h

年份

洪峰流量m3/s

最大1d洪量

（m3/s）h

最大3d洪量（m3/s）h

1960

9200

110300

187230

1984

9812

115840

211570

1961

8500

100020

183600

1985

3248

38830

70148

1962

7512

90110

152990

1986

8421

97810

178650

1963

6524

13048

139820

1987

3264

38650

70024

1964

2100

25200

45360

1988

5671

68500

40326

1965

6325

76216

138620

1989

5421

65420

115980

1966

5412

58340

116800

1990

6487

76840

140020

1967

5486

65600

118490

1991

9120

105420

189683

1968

2400

28560

51840

1992

8845

103110

191020

1969

3241

39000

68950

1993

6124

73450

132180

1970

6245

74230

135620

1994

2456

29400

52850

1971

980

10264

21152

1995

3210

37920

68936

1972

1600

18250

35310

1996

8451

101220

182540

1973

3245

37932

70005

1997

6243

74102

133980

1974

6328

12350

136420

1998

8515

102150

183682

1975

3261

39950

70420

1999

6278

75300

135800

1976

2369

27450

51124

2000

3164

36890

67842

1977

1620

18430

34820

2001

2489

28960

54160

1978

2458

27856

52852

2002

1189

14260

25640

1979

1540

17580

33240

2003

6120

72340

129806

1980

1200

13420

25860

2004

4832

58010

103740

1981

5412

64520

116583

2005

1006

12042

21560

1982

3214

38500

68490

2006

3216

39480

68654

表2典型洪水过程

日

时

流量m3/s

日

时

流量m3/s

日

时

流量m3/s

日

时

流量m3/s

7

0

1240

18

3980

14

4890

9

4

4890

4

1652

20

3420

15

5634

8

4560

8

2430

24

3146

16

6572

10

4235

12

2880

8

4

2653

17

6310

12

3980

13

3832

8

3130

18

6150

14

3674

14

4430

10

3582

20

5648

18

3325

16

4100

12

4200

24

5260

24

3000

二、设计任务

根据以上资料推求百年一遇设计洪水的洪峰流量和洪水过程线。

三、设计内容和步骤

1、分别选取洪峰流量和时段洪量组成计算样本，计算相应频率，绘制P-Ⅲ频率曲线；

2、根据P-Ⅲ频率曲线推求设计洪峰流量和时段洪量；

3、频率计算成果合理性检查；

4、计算放大倍比；

5、推求设计洪水过程线。

四、设计要求

1、根据由流量资料推求设计洪水的方法进行相关计算分析。

2、设计报告层次清楚、语言通顺、用语规范，绘图正确、书写整洁。

3、设计时间：

4月22——4月29日。

4月29日下午2：

00提交设计报告，组织答辩。

五、提交成果

每人提交计算说明书一份，用A4纸打印或手写。

六、成绩考核：

综合成绩=设计报告书60%+设计答辩30%+出勤10%。

出现以下情况者设计成绩不及格：

（1）没有完成设计任务；

（2）没有按期提交报告；

（3）抄袭他人设计报告；

（4）答辩成绩为零者。

一、设计洪峰流量的推求

（1）有资料知，实测系列n为46年，调查考证期N=2006-1878+1=129年，1901年和1878年洪水为N年中第一、第二大洪峰流量。

用独立样本法计算经验频率，结果见表1。

表1某坝址断面年最大流量经验频率计算

年份

洪峰流量（m3/s）

序号

经验频率

M（N=129年）

m（n=46年）

PM（%）

Pm（%）

1901

22100

1

0.77

0.77

1878

14720

2

1.54

1.54

1984

9812

1

2.13

1960

9200

2

4.26

1991

9120

3

6.38

1992

8845

4

8.51

1998

8515

5

10.64

1961

8500

6

12.77

1996

8451

7

14.89

1986

8421

8

17.02

1962

7512

9

19.15

1963

6524

10

21.28

1990

6487

11

23.40

1974

6328

12

25.53

1965

6325

13

27.66

1999

6278

14

29.79

1970

6245

15

31.91

1997

6243

16

34.04

1993

6124

17

36.17

2003

6120

18

38.30

1988

5671

19

40.43

1967

5486

20

42.55

1989

5421

21

44.68

1966

5412

22

46.81

1981

5412

23

48.94

2004

4832

24

51.06

1987

3264

25

53.19

1975

3261

26

55.32

1985

3248

27

57.45

1973

3245

28

59.57

1969

3241

29

61.70

2006

3216

30

63.83

1982

3214

31

65.96

1995

3210

32

68.09

2000

3164

33

70.21

2001

2489

34

72.34

1978

2458

35

74.47

1994

2456

36

76.60

1968

2400

37

78.72

1976

2369

38

80.85

1964

2100

39

82.98

1977

1620

40

85.11

1972

1600

41

87.23

1979

1540

42

89.36

1980

1200

43

91.49

2002

1189

44

93.62

2005

1006

45

95.74

1971

980

46

97.87

（2）点绘洪峰流量经验频率曲线，曲线图见附表。

从经验频率曲线上读取3点Q5%=9180m3/s、Q50%=5110m3/s、Q95%=1105m3,按三点法公式计算洪峰系列的参数。

求得S=0.641。

有附表3S=f（CS）关系得CS=2.28，有附表4CS=f（

）关系得：

50%=-0.337,（

5%-

95%）=2.875。

=

m3/s

=

=

m3/s

（3）经多次适线，最后取

=6056.5m3/s,Cv=0.46,Cs=3.5Cv,查Kp值表，得出相应于不同频率P的Kp值，Kp值乘以

得相应的Qp值，绘出理论频率曲线。

然后改变参数，重新配线。

根据第一次适线结果，均值和Cv不变，减小Cs值，取Cs=3Cv，再查Kp值，计算Qp值，再次点绘理论频率曲线，发现理论频率曲线与经验点据配合较好，即作为最后采用的理论频率曲线。

理论频率曲线选配计算表见表2。

由此求得P=1%的设计设计洪峰流量Q1%=15141.25m3/s。

表2理论频率曲线选配计算表

频率（%）

第一次适线

第二次适线

Q=6056.5,Cv=0.46,Cs=3.5Cv=1.61

Q=6056.5,Cv=0.46,Cs=3Cv=1.38

Kp

Qp

Kp

Qp

1

2.56

15504.64

2.5

15141.25

5

1.9

11507.35

1.89

11446.79

10

1.61

9750.97

1.61

9750.97

20

1.31

7934.02

1.33

8055.15

50

0.88

5329.72

0.9

5450.85

75

0.66

3997.29

0.66

3997.29

90

0.54

3270.51

0.52

3149.38

95

0.5

3028.25

0.46

2785.99

99

0.45

2725.43

0.39

2362.04

二、由最大1d的实测洪量资料组成样本推求最大1d设计洪量

（1）用独立样本法计算经验频率，计算结果见表3。

表3某坝址断面最大1d洪量经验频率计算

年份

最大1d洪量（m3/s）h

序号

经验频率

m（n=46）

Pm（%）

1984

115840

1

2.13

1960

110300

2

4.26

1991

105420

3

6.38

1992

103110

4

8.51

1998

102150

5

10.64

1996

101220

6

12.77

1961

100020

7

14.89

1986

97810

8

17.02

1962

90110

9

19.15

1990

76840

10

21.28

1965

76216

11

23.40

1999

75300

12

25.53

1970

74230

13

27.66

1997

74102

14

29.79

1993

73450

15

31.91

2003

72340

16

34.04

1988

68500

17

36.17

1967

65600

18

38.30

1989

65420

19

40.43

1981

64520

20

42.55

1966

58340

21

44.68

2004

58010

22

46.81

1975

39950

23

48.94

2006

39480

24

51.06

1969

39000

25

53.19

1985

38830

26

55.32

1987

38650

27

57.45

1982

38500

28

59.57

1973

37932

29

61.70

1995

37920

30

63.83

2000

36890

31

65.96

1994

29400

32

68.09

2001

28960

33

70.21

1968

28560

34

72.34

1978

27856

35

74.47

1976

27450

36

76.60

1964

25200

37

78.72

1977

18430

38

80.85

1972

18250

39

82.98

1979

17580

40

85.11

2002

14260

41

87.23

1980

13420

42

89.36

1963

13048

43

91.49

1974

12350

44

93.62

2005

12042

45

95.74

1971

10264

46

97.87

（2）点绘最大1d洪量频率曲线，曲线图见附表。

从经验频率曲线上读取三点W5%=110000（m3/s）h、W50%=39730（m3/s）h、W95%=12115（m3/s）h，按三点法公式计算洪量系列的参数。

求得S=

有附表3S=f（Cs）关系得Cs=3.28，由附表4Cs=f（

）关系得：

=-0.406，（

-

）=2.60。

=

（m3/s）h

（m3/s）h

Cv=

（3）选定

=55015.1（m3/s）h，Cv=0.68，并假定Cs=3.5Cv,查Kp值表，得出相应于不同频率P的Kp值，Kp值乘以

得相应的Wp值，绘出理论频率曲线。

然后改变参数，重新配线。

根据第一次适线结果，均值和Cv不变，减小Cs值，取Cs=3Cv，再查Kp值，计算Wp值，再次点绘理论频率曲线，发现理论频率曲线与经验点据配合较好，即作为最后采用的理论频率曲线。

理论频率曲线选配计算表见表4。

由此求得P=1%的设计设计洪峰流量W1%=183750.43（m3/s）h。

表4理论频率曲线选配计算表

频率（%）

第一次适线

第二次适线

W=55015.1,Cv=0.68,Cs=3.5Cv=2.38

W=55015.1,Cv=0.68,Cs=3Cv=2.04

Kp

Wp

Kp

Wp

1

3.58

196954.06

3.34

183750.43

5

2.37

130385.79

2.32

127635.03

10

1.86

102328.09

1.88

103428.39

20

1.36

74820.54

1.40

77021.14

50

0.76

41811.48

0.79

43461.93

75

0.54

29708.15

0.51

28057.70

90

0.46

25306.95

0.40

22006.04

95

0.44

24206.64

0.36

19805.44

99

0.43

23656.49

0.34

18705.13

三、由最大3d的实测洪量资料组成样本推求最大3d设计洪量

（1）用独立样本法计算经验频率，计算结果见表5。

表5某坝址断面最大3d洪量经验频率计算

年份

最大3d洪量（m3/s）h

序号

经验频率

m（n=46）

Pm（%）

1960

187230

1

2.13

1961

183600

2

4.26

1962

152990

3

6.38

1963

139820

4

8.51

1964

45360

5

10.64

1965

138620

6

12.77

1966

116800

7

14.89

1967

118490

8

17.02

1968

51840

9

19.15

1969

68950

10

21.28

1970

135620

11

23.40

1971

21152

12

25.53

1972

35310

13

27.66

1973

70005

14

29.79

1974

136420

15

31.91

1975

70420

16

34.04

1976

51124

17

36.17

1977

34820

18

38.30

1978

52852

19

40.43

1979

33240

20

42.55

1980

25860

21

44.68

1981

116583

22

46.81

1982

68490

23

48.94

1984

211570

24

51.06

1985

70148

25

53.19

1986

178650

26

55.32

1987

70024

27

57.45

1988

40326

28

59.57

1989

115980

29

61.70

1990

140020

30

63.83

1991

189683

31

65.96

1992

191020

32

68.09

1993

132180

33

70.21

1994

52850

34

72.34

1995

68936

35

74.47

1996

182540

36

76.60

1997

133980

37

78.72

1998

183682

38

80.85

1999

135800

39

82.98

2000

67842

40

85.11

2001

54160

41

87.23

2002

25640

42

89.36

2003

129806

43

91.49

2004

103740

44

93.62

2005

21560

45

95.74

2006

68654

46

97.87

（2）点绘最大3d洪量频率曲线，曲线图见附表。

从经验频率曲线上读取三点W5%=190000（m3/s）h、W50%=70520（m3/s）h、W95%=23640（m3/s）h，按三点法公式计算洪量系列的参数。

求得S=

有附表3S=f（Cs）关系得Cs=3.38，由附表4Cs=f（

）关系得：

=-0.409，（

-

）=2.575。

=

（m3/s）h

（m3/s）h

Cv=

（3）选定

=96943.8（m3/s）h，Cv=0.67，并假定Cs=3.5Cv,查Kp值表，得出相应于不同频率P的Kp值，Kp值乘以

得相应的Wp值，绘出理论频率曲线。

然后改变参数，重新配线。

根据第一次适线结果，均值和Cv不变，减小Cs值，取Cs=3Cv，再查Kp值，计算Wp值，再次点绘理论频率曲线，发现理论频率曲线与经验点据配合较好，即作为最后采用的理论频率曲线。

理论频率曲线选配计算表见表6。

由此求得P=1%的设计设计洪峰流量W1%=345119.93（m3/s）h。

表6理论频率曲线选配计算表

频率（%）

第一次适线

第二次适线

W=96943.8,Cv=0.67,Cs=3.5Cv=2.35

W=96943.8,Cv=0.67,Cs=3Cv=2.01

Kp

Wp

Kp

Wp

1

3.65

353844.87

3.56

345119.93

5

2.39

231695.68

2.36

228787.37

10

1.86

180315.47

1.88

182254.34

20

1.36

131843.57

1.40

135721.32

50

0.77

74646.73

0.79

76585.60

75

0.54

52349.65

0.51

49441.34

90

0.46

44594.15

0.40

38777.52

95

0.44

42655.27

0.36

34899.77

99

0.43

41685.83

0.34

32960.89

四、设计洪峰流量和时段洪量值

（1）先由频率计算出设计洪峰和各种不同时段的设计流量，并求典型过程线的洪峰Qm和各种不同时段的洪量W1d、W2d等，然后按洪峰、最大1d洪量、最大3d洪量的顺序，采用不同倍比值分别将典型过程线进行放大。

典型及设计洪峰、洪量统计见表7

表7某水库典型及设计洪峰、洪量统计

项目

洪峰Qm（m3/s）

洪量W（106m3）

1d

3d

P=1%的设计值

15141.25

661.50

1242.43

典型洪水

6572.00

407.16

973.56

（2）计算洪峰和各时段洪量的放大倍比：

KQm=

K1=

K3-1=

（3）由于各时段放大倍比值不同，时段分界处出现不连续现象所以要修匀。

设计洪水过程线计算表见表8。

表8设计洪水过程线计算表

典型洪水过程线

放大倍比

放大流量（m3/s）

修匀后的流量（m3/s）

时间

日

时

流量m3/s

7

0

1240

1.03

1277.2

1277

4

1652

1.03

1701.56

1702

8

2430

1.03

2502.9

2502

12

2880

1.03

2966.4

2966

13

3832

1.03

3946.96

3947

14

4430

1