水文分析与计算课设报告.doc

课 程 设 计 报 告课程名称 水文分析计算 学院 资源环境学院学生姓名 王莲 专业 水文与水资源工程 学 号 222101320210134 年级 2010级 指导教师 靳军英 一、 根据所给资料推求设计年径流与设计年内分配过程1. 点绘经验频率曲线如表1-1将原始资料按由大到小次序排列，用公式P=m/(n+1)*100%算出经验频率，再求出模比系数Ki=Xi/X，以及Ki-1，（Ki-1）2。表1-1某站年最大径流量频率设计表年份年平均流量Q年（m3/s）序号降序（m3/s）p（%）降序（m3/s）KiKi-1(Ki-1)25859111.917.75.26 17.71.61 0.61 0.38 596027.7816.910.53 16.91.54 0.54 0.29 606131015.215.79 15.21.39 0.39 0.15 616249.6414.421.05 14.41.31 0.31 0.10 6263514.412.626.32 12.61.15 0.15 0.02 636464.7311.931.58 11.91.08 0.08 0.01 646577.8711.336.84 11.31.03 0.03 0.00 6566810.410.942.11 10.90.99 -0.01 0.00 6667910.210.447.37 10.40.95 -0.05 0.00 67681010.910.352.63 10.30.94 -0.06 0.00 68691112.610.257.89 10.20.93 -0.07 0.00 69701210.31063.16 100.91 -0.09 0.01 70711315.29.6468.42 9.640.88 -0.12 0.01 7172147.248.4173.68 8.410.77 -0.23 0.05 72731511.37.8778.95 7.870.72 -0.28 0.08 73741617.77.7884.21 7.780.71 -0.29 0.08 7475178.417.2489.47 7.240.66 -0.34 0.12 75761816.94.7394.74 4.730.43 -0.57 0.32 2. 按无偏估计公式计算统计参数 1） 年最大洪峰流量的均值 Qa=Qi/n=10.97 m3/s 2) 变差系数 Cv=【(Ki-1)2/(n-1)】 =0.31 均值SUM(Ki-1)2)Cv10.97 1.64 0.31 3. 选取理论频率曲线 1）Qa=10.97 m3/s，取Cv=0.3，并假定Cs=2Cv=0.6，查离势系数表得出相应于不同频率P的p值，在得出相应的Qp=Xp*(1+Cv*p)值。理论频率曲线1为蓝色曲线，曲线的中部于经验频率点据配合较好，而理论频率曲线的头部位于经验频率点据的下方而尾部又位于经验频率点据的上方。2）改变参数，重新配线。增大Cv值，随着Cv的增大，频率曲线的偏离程度也随之增大，显得越来越陡。现取Cv=0.325 Cs=2Cv=0.65 。再次计算理论频率曲线，得到红色的第二条理论频率曲线，由于经验点频率据配合较好，即作为采用的理论频率曲线。表1-2第一次配线第二次配线频率p（%）Q=10.97Q=10.97Cv=0.3Cv=0.325Cs=2Cv=0.6Cs=2Cv=0.65pQppQp0.015.05 27.58 5.16 29.37 0.054.29 25.10 4.38 27.78 0.13.96 23.99 4.03 26.44 0.53.13 21.28 3.18 23.17 12.76 20.04 2.79 21.68 51.80 16.88 1.81 17.91 101.33 15.34 1.33 16.08 200.80 13.60 0.80 14.02 250.61 12.97 0.60 13.29 300.44 12.43 0.44 12.64 400.16 11.48 0.15 11.54 50-0.10 10.64 -0.11 10.56 60-0.34 9.84 -0.35 9.63 70-0.59 9.04 -0.59 8.70 75-0.72 8.61 -0.72 8.21 80-0.86 8.15 -0.86 7.68 90-1.20 7.02 -1.19 6.39 95-1.46 6.17 -1.44 5.44 97-1.61 5.66 -1.59 4.87 99-1.88 4.78 -1.84 3.89 99.5-2.02 4.34 -1.97 3.40 99.9-2.27 3.51 -2.20 2.51 4. 推求P=10%的设计丰水年、P=50%的设计平水年、P=90%的设计枯水年的设计年径流量；并计算P=90%的设计枯水年径流年内分配过程。 1）由图可知，查P=10%、P=50%、P=90%的最大流量分别为：P=10% Q=16.08 m3/sP=50% Q=10.56 m3/sP=90% Q=6.39 m3/s 2）设计年径流年内分配过程代表年的选取 P=90%的设计枯水年Q=6.39 m3/s,与之相近枯水年年平均流量的实际年份有19591960 年 Q=7.78m3/s ；19631964年 Q=4.73 m3/s；19641965年 Q=7.87 m3/s ；19711972年 Q=7.24 m3/s考虑分配不利，即枯水期水量较枯。选取19641965年 作为枯水代表年，19711972年做比较用。以年水量控制求缩放同倍比K= Q年p/Q年代K1=6.39/7.87=0.811944 (19641965年代表年)K1=6.39/7.24=0.882596 (19711972年代表年)设计年径流年内分配计算以缩放倍比K乘以各自代表年逐月径流，即设计年径流年内分配表1-3 某站以年水量控制，同倍比缩放的设计年、月径流量表年份月 平 均 流 量 Q月 （m3/s）全年（m3/s）345678910111212平均总量64659.9112.512.934.66.95.5523.271.621.170.993.067.8794.47 P=90%设计枯水年8.05 10.15 10.47 28.09 5.60 4.51 1.62 2.66 1.32 0.95 0.80 2.48 6.39 76.70 71725.086.124.322.83.43.454.922.791.761.32.238.767.2486.89 P=90%设计枯水年4.12 4.95 19.73 18.51 2.76 2.80 3.99 2.27 1.43 1.06 1.81 7.11 5.88 70.55 二、掌握考虑历史特大洪水的设计洪水的计算方法1 独立样本法11 点绘经验频率点曲线采用独立样本法处理历史特大洪水，原始数据处理拷贝原始数据到Excle中，并将其进行按流量由大到小排序，实测系列的经验频率按连续系列的经验频率公式P=m/(n+1)*100%算出经验频率，特大洪水系列的经验频率计算公式为P=M/(N+1)，如图2-1：表2-1年份流量Q(m3/s)序号Pm19101160011.54 19241000023.08 1966800034.62 1959778046.15 1933768057.69 Sum450601966800014.00 1959778028.00 19636980312.00 19586780416.00 19726640520.00 19675840624.00 19735800728.00 19625420832.00 19535290936.00 195552501040.00 196152001144.00 196952001248.00 197148601352.00 196446201456.00 195245201560.00 196843801664.00 195040101768.00 197038801872.00 195736201976.00 195435002080.00 196534402184.00 195631882288.00 195129402392.00 196025902496.00 2 按无偏估计公式计算统计参数 1）统计自最远调查年份至今的年数N=64 实测系列的年数n=24 在历史调查期N年中的特大洪水项a=5 发生在n年实测系列的特大洪水项l=2年最大洪峰流量的均值 Xa=Xj+(N-a)/(n-l)Xi/N m3/s 2) 变差系数 Cv=【(Xj-Xa)2+(N-a)*(Xi-Xa)2/(n-l)】/(N+1)/Xa =0.34 均值x5059.84 Cv0.34 3. 选取理论频率曲线图2-1 某站洪峰流量频率曲线（独立）表2-2 独立样本法配线表频率p（%）第一次配线第二次配线第二次配线Q=5059.84Q=5059.84Q=5059.84Cv=0.35Cv=0.4Cv=0.45Cs=3Cv=1.05Cs=3Cv=1.2Cs=3Cv=1.35pQppQppQp0.016.07115811.23 6.41318039.33 6.9820952.790.025.63515039.10 5.93717075.94 6.43719716.420.055.05114004.87 5.30115788.72 5.71518072.480.14.60213209.72 4.81514805.09 5.16416817.890.24.14712403.94 4.32313809.31 4.6115556.470.53.53211314.81 3.66112469.46 3.86913869.2713.05510470.07 3.14911433.21 3.30112575.9722.5649600.54 2.62610374.69 2.72511264.4632.2689076.34 2.3139741.20 2.38210483.4851.8868399.84 1.918925.55 1.9459488.461101.3417434.67 1.3417773.94 1.3358099.536200.7526391.59 0.7336543.38 0.6986649.133250.5476028.54 0.5246120.38 0.4846161.871300.3735720.40 0.3485764.17 0.3045752.024400.0795199.74 0.0535167.11 0.015082.60750-0.1724755.24 -0.1954665.17 -0.2334529.31460-0.44351.46 -0.4184213.83 -0.4454046.60570-0.6213960.08 -0.6293786.78 -0.6393604.88275-0.7333761.74 -0.7353572.25 -0.7343388.57480-0.853554.54 -0.8443351.64 -0.8293172.26590-1.1183079.92 -1.0862861.84 -1.032714.60395-1.2992759.38 -1.2432544.09 -1.152441.37297-1.3982584.06 -1.3272374.08 -1.2082309.3199-1.5532309.56 -1.4492127.16 -1.2872129.43399.5-1.6222187.37 -1.5012021.91 -1.3162063.40299.9-1.7311994.34 -1.5771868.09 -1.3531979.156 1）如图2-1所示；Xa=5059.84 m3/s，取Cv=0.35，并假定Cs=3Cv=1.05，查离势系数表得出相应于不同频率P的p值，在得出相应的Qp=Xp*(1+Cv*p)值填入表2-2中Qp值中。理论频率曲线1为蓝色曲线，曲线的中部于经验频率点据配合较好，而理论频率曲线的头部位于经验频率点据的下方而尾部又位于经验频率点据的上方。2）改变参数，重新配线。增大Cv值，随着Cv的增大，频率曲线的偏离程度也随之增大，显得越来越陡。现取Cv=0.4 Cs=3Cv=1.2。再次计算理论频率曲线，得到红色的第二条理论频率曲线。3）现取Cv=0.45 Cs=3Cv=1.35。再次计算理论频率曲线，得到绿色的第三条理论频率曲线,使曲线尽量靠近历史特大洪水的点。由于经验点频率据配合较好，即作为采用的理论频率曲线。 4）以上参数即为所求，200年一遇洪峰流量即为13869.27 (m3/s)。 2 统一样本法21 点绘经验频率点曲线采用独立样本法处理历史特大洪水，原始数据处理拷贝原始数据到Excle中，并将其进行按流量由大到小排序，并计算出经验频率。表2-3 同一样本法求算流量资料年份流量Q(m3/s)序号PmPm%Q-Qa(Q-Qa)219101160010.01538 1.538 6540 42773718 19241000020.03077 3.077 4940 24405200 1966800030.04615 4.615 2940 8644552 1959778040.06154 6.154 2720 7399281 1933768050.07692 7.692 2620 6865249 总和4506019761 90088000 1963698030.11706 11.706 1920 3687022 1958678040.15719 15.719 1720 2958957 1972664050.19732 19.732 1580 2496912 1967584060.23746 23.746 780 608653 1973580070.27759 27.759 740 547840 1962542080.31773 31.773 360 129717 1953529090.35786 35.786 230 52975 19555250100.39799 39.799 190 36162 19615200110.43813 43.813 140 19645 19695200120.47826 47.826 140 19645 19714860130.51839 51.839 -200 39935 19644620140.55853 55.853 -440 193458 19524520150.59866 59.866 -540 291425 19684380160.63880 63.880 -680 462180 19504010170.67893 67.893 -1050 1102160 19703880180.71906 71.906 -1180 1392018 19573620190.75920 75.920 -1440 2073134 19543500200.79933 79.933 -1560 2433095 19653440210.83946 83.946 -1620 2623875 19563188220.87960 87.960 -1872 3503778 19512940230.91973 91.973 -2120 4493713 19602590240.95987 95.987 -2470 6100100 总和1039482.2 按无偏估计公式计算统计参数1） 统一样本法中，实测系列的经验频率按连续系列的经验频率公式:P=PMa+（1PMa）*（m-l）/(n-l+1)*100%算出经验频率，特大洪水系列的经验频率计算公式为P=M/(N+1)， 如图上表2-3：其中：实测系列的年数n=24 在历史调查期N年中的特大洪水项a=5 发生在n年实测系列的特大洪水项l=2年最大洪峰流量的均值 Xa=Xj+(N-a)/(n-l)Xi/N m3/s 2) 变差系数 Cv=【(Xj-Xa)2+(N-a)*(Xi-Xa)2/(n-l)】/(N+1)/Xa =0.34 均值x5059.84 Cv0.34 与独立样本法的计算方法一样。2.3 选取理论频率曲线图2-2 某站洪峰流量频率曲线（统一）表2-4 同一样本法配线表频率p（%）第一次配线第二次配线Q=5059.84Q=5059.84Cv=0.35Cv=0.45Cs=2Cv=0.7Cs=3Cv=1.35pQppQp0.015.27414399.796.75320435.930.024.92813787.056.23719261.030.054.46212961.795.5517696.780.14.112320.715.02516501.40.23.7311665.464.49615296.90.53.22310767.593.78713682.5612.82410060.983.24112439.3622.4079322.4992.68611175.6632.1538872.6792.35610424.2851.8198281.1841.9329458.861101.3337420.5061.3388106.367200.796458.8830.7126681.01250.5966115.320.56198.302300.4295819.5730.3225793.00950-0.1164854.409-0.2184563.46860-0.3564429.382-0.4344071.65270-0.5964004.356-0.6363611.71275-0.7223781.217-0.7353386.29780-0.8573542.14-0.8353158.60490-1.1832964.812-1.0532662.23495-1.4232539.786-1.1872357.12697-1.5662286.541-1.2552202.29599-1.8061861.514-1.351985.98699.5-1.9261649.001-1.3871901.7499.9-2.1411268.248-1.4371787.8941）如图2-1所示；Xa=5059.84 m3/s，取Cv=0.35，并假定Cs=2Cv=0.7，查离势系数表得出相应于不同频率P的p值，在得出相应的Qp=Xp*(1+Cv*p)值填入表2-4中Qp值中。理论频率曲线1为蓝色曲线，曲线的中部于经验频率点据配合较好，而理论频率曲线的头部位于经验频率点据的下方而尾部又位于经验频率点据的上方。2）改变参数，重新配线。增大Cv值，随着Cv的增大，频率曲线的偏离程度也随之增大，显得越来越陡。现取Cv=0.45 Cs=3Cv=1.35。再次计算理论频率曲线，得到红色的第二条理论频率曲线，使得曲线尽量靠近历史特大洪水的点。由于经验点频率据配合较好，即作为采用的理论频率曲线。4）以上参数即为所求，200年一遇洪峰流量即为17696.78 (m3/s)。三 、设计洪水过程线的计算方法1 同频率放大法 1.1 资料分析 将某测站时段流量观测值输入excel中，并计算日观测流量。 月 日 时典型洪水Q （m3/s）日流量Q （m3/s） 8 4 82689168.00 8 4 20375 8 5 8 51036675 8 5 20915 8 6 2178063468 8 6 84900 8 6 143150 8 6 202583 8 7 2186021414 8 7 81070 8 7 20 885 8 8 872913752 8 8 20576 8 9 84118718 8 9 20365 8 10 83126054 8 10 20236 8 11 822554001.2 将日流量数据进行降序排列，挑选出最大1日洪量，最大3日洪量、最大7日洪量。如下图所示：序号时间日流量最大1日洪量最大3日洪量最大7日洪量18 6634686346828 5366753667538 7214142141412155748 813752137527184158 4916891684433468 9871887183163878 1060546054239401592491.3 由已知的设计值的洪峰流量Qmp和不同时段的（一天，三天，七天）的最大洪量W1p、W3p、W7p，并求出典型洪水过程线的相应峰值QmD，和不同时段的洪量W1D、W3D、W7D。洪峰Q （m3/s）洪峰Q （m3/s）Qm，p10245Qm，D4900W1d,p114000W1d,D63468W3d,p226800W3d,D121557W7d,p348720W7d,D159249然后按洪峰、最大一天洪量、最大三天洪量、最大七天洪量的顺序，采用以下不同倍比值分别进行放大。洪峰放大倍比 RQm=Qmp/QMd最大一天洪量放大倍比 R1= W1p/ W1d,D最大三天洪量放大倍比 R3= （W3p- W1p ）/ （W3d,D- W1d,D）最大七天洪量放大倍比 R7= （W7p- W3p ）/ （W7d,D- W7d,D）同频率放大洪峰放大倍比Rq=Qp/Qd2.09 最大1日放大倍比R1= W1p/ W1d,D1.80 最大3日放大倍比R3=（W3p- W1p ）/ （W3d,D- W1d,D）1.94 最大7日放大倍比R7=（W7p- W3p ）/ （W7d,D- W7d,D）3.23 1.4 将典型洪水过程线的洪峰和不同时段的洪量乘以相应的放大倍比值，得到放大的设计洪水过程线。如下表所示： 月 日 时典型洪水Q （m3/s）天数洪峰放大倍比不同倍比最大1日最