河海大学水文分析与计算专业课程设计方案报告.doc

水文分析计算课程设计汇报书

学 院： 水文水资源

专 业： 水文和水资源工程

学 号：

姓 名：

指导老师： 梁忠民、李国芳

06月12日
南 京
目 录
1、设计任务 1
2、流域概况 1
3、资料情况及计算方案确定 1
4、计算步骤及关键结果 2
4．1 设计暴雨Xp(t)计算 2
4．1．1 区域降雨资料检验 2
4．1．2 频率分析和设计雨量计算 3
4．2计算多种历时同频率雨量Xt,P 9
4．3 选经典放大推求XP (t) 9
4．4 产汇流计算 9
4．4．1 径流划分及稳渗μ值率定 12
4．4．2 地表汇流 17
4．5 由设计暴雨XP(t)推求QP(t) 18
4．5．1 产流计算 18
4．5．2 地面汇流 18
4．5．3地下汇流计算 19
4．5．4 设计洪水过程线 20
5、心得体会 22

1、设计任务

推求江西良田站设计洪水过程线,此次要求做P校,即推求Q0.01%(t)。

2、流域基础概况

良田是赣江支流站。良田站以上控制流域面积仅为44.5km2，属于小流域，如右图所表示。年降水均值在1500～1600mm之内，变差系数Cv为0.2，即该地域降雨充沛，年际改变小，地处湿润地域。暴雨集中。暴雨多为气旋雨、台风雨，季节为3～8月，暴雨历时为2～3日。

3、资料情况及计算方案确定

3.1资料情况
设计站（良田）流量资料缺乏，邻近站雨量资料相对充足，具体如表3-1：
表3-1 良田站及邻近地域实测暴雨系列、历时洪水、特大暴雨资料
站名
实测暴雨流量系列
特大暴雨、历史洪水
良田
75～78 （4年）
Q=216m3/s，N=80（转化成X1日，移置峡江站）
峡江
53～80 （28年）

吉安
36～80 （45年）

桑庄
57～80 （24年）
X1日=416mm，N=100～150（74.8.11）
寨头
57～80 （24年）

沙港
　特大暴雨
X1日=396mm，N=100～150（69.6.30）
（移置到寨头站）

（设计站(良田)流量资料缺乏，邻近站雨量资料相对充足。）
3.2 方案确定
此次课设采取间接法推求设计洪水，即是由推求设计暴雨，经过产汇流计算得到设计洪水。示意图以下：

4、设计暴雨XP(t)计算
4.1 设计暴雨Xp(t)计算
4.1.1区域降雨资料检验
为推求该区域设计面降雨量，选择吉安、桑庄、寨头和峡江四站降雨检验该区降雨是否选同一总体。选择四站1981～数据（74年出现极值暴雨，不参与检验），对各站数据取自然对数，对转换后数据进行均值和方差检验，各站转换后系列均值及方差见表4-1。

表4-1 吉安、桑庄、寨头和峡江站最大一日降雨资料均值、方差情况

1） 均值检验
选择均值差异最大吉安站（X 1 ）和峡江站（X 2）两站进行检验。
假设H : X 1 = X 2
结构统计变量：
= 0.78

取α=0.10，查得 |tα/2| =1.68 > |t|，接收假设H，即可认为吉安、桑庄、寨头和峡江站均值相等。
2） 方差检验
选择方差差异最大桑庄站（S1）和寨头站（S2）两站进行检验。
假设H : S 1 = S 2
结构统计变量：
=1.19

查得Fα/2(55,55)=1.567 ,F1-α/2(55,55)=0.638,所以接收域为 （0.638,1.567）,则能够认为统计量F满足接收域,即认为四个站降雨量数据满足方差相等。
总而言之，可认为区域降雨资料来自同一总体，能够进行综合。

4.1.2频率分析和设计雨量计算
（1）特大值处理
峡江站特大暴雨由良田站历史洪水转换而来，则良田站（峡江站）X1日=293.9mm。公式以下（其中，Q为地表净峰流量（m3/s），m为汇流参数，取0.7，F为流域面积（km2），L为出口断面沿主河道至分水岭最长距离（km），J为沿L坡面和河道平均比降，tc为净雨历时（h），为汇流历时（h），R为地表径流深（mm），n为暴雨参数，取0.6，为稳渗率（mm/h），取4.5，用良田站计算）：

沙港站特大暴雨取重现期N=150年，放置寨头站进行频率计算。
桑庄站最大一日暴雨取重现期N=150年。
（2）排位分析及频率计算
先对吉安、峡江、桑庄、寨头四个站进行频率计算，要考虑各站可能存在特大暴雨系列值。各站频率计算见表4-2
表4-2 各站频率计算
序号
吉安
峡江
桑庄
寨头
雨量值
频率
雨量值
频率
雨量值
频率
雨量值
频率
mm
％
mm
％
mm
％
mm
％
1
177.5
1.3
293.9
1.2
415.5
1.0
396
1.0
2
169.8
2.6
272.9
2.8
227.2
4.4
173.7
4.4
3
161
3.8
192.9
4.4
168.2
6.1
170.8
6.1
4
159.5
5.1
185.7
6.0
158.2
7.8
163.0
7.8
5
154.6
6.4
183.3
7.6
150.2
9.5
155.1
9.5
6
145.2
7.7
178.9
9.2
142.7
11.2
148.6
11.2
7
143.5
9.0
169.2
10.8
142.6
12.9
146.2
12.9
8
128
10.3
156.2
12.4
133.2
14.6
145.1
14.6
9
126.7
11.5
152.7
14.0
130.6
16.4
140.7
16.4
10
125.6
12.8
139
15.6
129.5
18.1
135.4
18.1
11
123.2
14.1
135.9
17.2
124.8
19.8
133.3
19.8
12
120.3
15.4
129
18.8
123.8
21.5
126.6
21.5
13
120
16.7
127.8
20.4
121
23.2
122.2
23.2
14
115.8
17.9
125
21.9
115
24.9
116.9
24.9
15
115.6
19.2
121.8
23.5
112.7
26.6
114
26.6
16
115.3
20.5
115.1
25.1
111.4
28.3
113.3
28.3
17
114.5
21.8
113.8
26.7
111.2
30.0
110.2
30.0
18
114.3
23.1
112.9
28.3
109.8
31.7
110.0
31.7
19
114
24.4
112
29.9
109.4
33.4
107.1
33.4
20
113.2
25.6
111.6
31.5
108.7
35.1
106.5
35.1
21
112.9
26.9
110.6
33.1
103.8
36.8
106.0
36.8
22
109.8
28.2
110.4
34.7
101.2
38.5
104.7
38.5
23
109.5
29.5
106.2
36.3
99.9
40.3
104.5
40.3
24
107.5
30.8
105.5
37.9
97.2
42.0
99
42.0
25
107.4
32.1
105.2
39.5
97.1
43.7
97.6
43.7
26
106.6
33.3
103.5
41.1
95.4
45.4
97.5
45.4
27
105
34.6
103
42.7
94.3
47.1
97.2
47.1
28
102.3
35.9
101.5
44.2
94
48.8
96.7
48.8
29
101.5
37.2
99.3
45.8
92.5
50.5
95.4
50.5
30
101.4
38.5
99
47.4
90.9
52.2
95.4
52.2
31
99.5
39.7
95.3
49.0
90.7
53.9
90.2
53.9
32
99.1
41.0
90.9
50.6
88.3
55.6
89.5
55.6
33
97.6
42.3
90.6
52.2
85.1
57.3
88.1
57.3
34
95
43.6
87.5
53.8
85.1
59.0
84.8
59.0
35
88.5
44.9
87.5
55.4
83.2
60.7
84.7
60.7
36
88.4
46.2
86.8
57.0
82.5
62.4
83.7
62.4
37
87.7
47.4
86
58.6
82.3
64.2
83.4
64.2
38
87.5
48.7
85.8
60.2
79.5
65.9
82.8
65.9
39
86
50.0
85.6
61.8
78
67.6
82.2
67.6
40
84.4
51.3
84.5
63.4
77.6
69.3
79.5
69.3
41
84.3
52.6
83.7
65.0
76.7
71.0
79.1
71.0
42
82.2
53.8
82.1
66.5
74.5
72.7
78.5
72.7
43
81.9
55.1
80.9
68.1
72.4
74.4
76.5
74.4
44
81.3
56.4
80.4
69.7
72.4
76.1
75.6
76.1
45
80.8
57.7
78
71.3
70.8
77.8
74.1
77.8
46
80.3
59.0
77.4
72.9
70.7
79.5
70.6
79.5
47
79.6
60.3
77.2
74.5
70.2
81.2
70.5
81.2
48
79
61.5
76.9
76.1
70
82.9
69.7
82.9
49
76.6
62.8
75
77.7
69
84.6
69.5
84.6
50
76
64.1
74
79.3
64.4
86.3
68.2
86.3
51
74.2
65.4
71.8
80.9
63.7
88.1
63.5
88.1
52
73.9
66.7
70.9
82.5
60.8
89.8
62.0
89.8
53
73.1
67.9
70.4
84.1
60.6
91.5
59.7
91.5
54
72.6
69.2
69.9
85.7
59.4
93.2
59.0
93.2
55
71.7
70.5
69.4
87.3
57.8
94.9
58.4
94.9
56
71.5
71.8
61.5
88.8
54.1
96.6
57.7
96.6
57
70.9
73.1
60.6
90.4
41.3
98.3
50.4
98.3
58
70.5
74.4
60.3
92.0

59
70
75.6
58.8
93.6

60
69.9
76.9
50.7
95.2

61
69.8
78.2
45.2
96.8

62
69
79.5
44.5
98.4

63
68.7
80.8

64
67.9
82.1

65
64.3
83.3

66
63.6
84.6

67
63
85.9

68
62.2
87.2

69
60.9
88.5

70
59.5
89.7

71
58.4
91.0

72
57.9
92.3

73
57.2
93.6

74
56.5
94.9

75
56
96.2

76
55.6
97.4

77
44.3
98.7

（3）四站适线结果图
吉安站：

峡江站：

桑庄站：

寨头站：

（4） 四站均值计算结果及其适线图

图4-2 5个雨量站年最大雨量频率曲线

（5） 推求X1日，P=0.01%
由上表查处X（1日，P=0.01%）=461.9mm，则X（24h，P=0.01%）=1.1*X（1日，P=0.01%）=508.09mm。

4．2计算多种历时同频率雨量Xt,P
由暴雨公式推算t=3h，6h，9h，12h，15h，18h，21h，24h设计暴雨值，结果如表4-3。

表4-3 各短历时设计暴雨

4．3 选经典放大推求XP (t)

4．4 产汇流计算
在设计暴雨中，因为稀遇频率设计暴雨量很大，损失相对较小，所以，通常采取简化模型。即前段降雨尽可能满足土壤蓄水量，即初损，以后假定稳渗率，算定地面径流深R上和地下径流深R下，再列表求出，如和假定相符，则假定即为所求值。
径流分割
点绘良田站76.6、毛背站75.5、76.7和77.6流量和雨量过程。利用平割法计算Rt，利用斜线分割法进行水源划分。先寻求洪水过程直接径流终止点B，然后用斜线连接起涨点A和终止点B，将实测流量过程线分为两部分，斜线AB上部分为直接径流RS，下部分为地下径流RG。此次课设先采取梯形面积法求得RG，再用Rt-RG求得RS。

计算初损
，其中,x为总降雨量，R为总径流，R=Rt。
率定μ
1、假定μ，计算R下和R上。时段取△t=1h。
若时段降雨量累积和小于初损量，则全部雨量补充初损值。
当累积降雨量大于初损值时，开始产生径流。
当X（t）≤μ时，全部产生底下径流，则R下（t）=μ，R上（t）=0；
当X（t）>μ时，R下（t）=μ，R上（t）=X（t）-μ。
2、判定μ值正确性。
若RS=ΣR上，RG=ΣR下，则μ值即为良田站76.6所确定μ值；
不然重新假定μ，转1。
4．4．1 径流划分及稳渗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）各场次洪水径流分割结果及率定所得μ值
表4-8 各场次洪水径流分割结果及率定所得μ值

4．4．2 地表汇流
地面汇流计算方法有经验公式法（如单位线、经验公式等）和推理公式法（如等流时线法、水科院推理公式法、推理△过程线法、汇流系数法等）。此次采取八省一院公式。
（1）
（2）
其中，Q为地表洪峰流量（m3/s），m为汇流参数，取0.7，F为流域面积（km2），L为出口断面沿主河道至分水岭最长距离（km），J为沿L坡面和河道平均比降，tc为净雨历时（h），为汇流历时（h），R为地表径流深（mm），n为暴雨参数，取0.6，为稳渗率（mm/h），取4.5。
对于良田流域，，所以采取式（2）。

（1）m初值确实定
表4-9 m初值确定

故四站综合, =(0.31+0.6+0.8+0.75)/4=0.62
（2）m值检验（以毛背站76.7为例）
计算步骤
（1）依据表18中计算初值m、八省一院公式，对该次降雨过程每个推求，
（2）对每个Qi，假定过程线为三角形，底宽为Qi出现在处。
（3）将各时段三角形过程进行叠加，和实测洪水（扣除地下径流）对比。如相差太大重新假定m，重新计算。

表4-10 m=0.62时地表流量Qs及对应底宽T

表4-11 m=0.62时地表流量演算

毛背站1976年7月9日地表径流过程线（m=0.62）

表4-12 m=0.56时地表流量Qs及对应底宽

表4-13 m=0.56时地表流量演算

毛背站1976年7月9日地表径流过程线（m=0.56）

能够看出m=0.56时实测和计算径流量线拟合愈加好。

（3）m值综合（以毛背站76.7为例）
点绘各次洪水 Q/F～m　图，取上端趋于稳定m值，为设计暴雨之m值。
表4-14 各场次洪水Qs/F～ m关系统计

由各次洪水 Q/F～m图，取上端趋于稳定m值（为0.8），设计暴雨之m值（实际利用时，选择经过检验后四站m值进行综合，为0.7）。

4．5 由设计暴雨XP(t)推求QP(t)
4．5．1 产流计算
由4.4可知，mm/h，再按前面过程分水源，（I=0）。计算结果见表20。

表4-15 产流计算及分水源

4．5．2 地面汇流
计算步骤同4.4.2地表汇流计算中m值检验方法相同。取m=0.7。
表4-16 Qs、Ti计算

表4-17 地表汇流计算

4．5．3地下汇流计算
Ts（Δt=1h）为37，则Tg（Δt=1h）为74，Rg（mm）为105.6mm，Qgm(m3/s)为35.3。具体计算表格如表4-17。

表4-17 地下汇流计算表格

4．5．4 设计洪水过程线

计算结果见表4-18。

表4-18 设计洪水过程线

5、心得体会
一周水文分析计算课设很快结束了。因为刚结束水利计算枯燥课程设计，本认为水文分析工作量应该会有所降低，但事实证实其过程并不如预想美好。
因为种种原因，我第一天全部没有进行课设，所以直到第二天开始入手后，一直有一个追赶者感觉。可我并没有敷衍过程，每一步全部是经过了自己认真计算。在具体计算分析过程中，我碰到了以下几点问题或收获：（1)利用斜线法进行径流分割时，更多地是靠自我感觉，而并没有定量地算出应选择某一段，所以每个人会存在选择误差；
（2）对m值检验时，由实测值和计算值图形拟合程度来判定是否正确。但拟合程度也是凭个人主观意识，并没有具体误差要求。（估量是老师很善良，降低了我们工作量）；（3）在产汇流计算时，包含到了大量插值计算工作。之前我是自己在每一行或列全部插入公式，以后利用了trend函数，不过在行列树比较多情况下也十分繁琐。但假如能利用VBA程序，就能有效处理这个问题。这也是我如后需要努力地方。