河海本科水文分析与计算课程设计报告推求江西良田站设计洪水过程线--学位论文.doc

水文分析计算课程设计报告书学 院： 水文水资源 专 业： 水文与水资源工程 学 号： 姓 名： 指导老师： 梁忠民、李国芳 2015年06月12日 南 京目 录1、设计任务12、流域概况13、资料情况及计算方案拟定14、计算步骤及主要成果241 设计暴雨Xp(t)计算2411 区域降雨资料检验2412 频率分析与设计雨量计算342计算各种历时同频率雨量Xt,P943 选典型放大推求XP (t)944 产汇流计算9441 径流划分及稳渗值率定12442 地表汇流1745 由设计暴雨XP(t)推求QP(t)18451 产流计算18452 地面汇流18453地下汇流计算19454 设计洪水过程线205、心得体会221、设计任务 推求江西良田站设计洪水过程线,本次要求做P校,即推求Q0.01%(t)。2、流域基本概况 良田是赣江的支流站。良田站以上控制的流域面积仅为44.5km2，属于小流域，如右图所示。年降水均值在15001600mm之内，变差系数Cv为0.2，即该地区降雨充沛，年际变化小，地处湿润地区。暴雨集中。暴雨多为气旋雨、台风雨，季节为38月，暴雨历时为23日。3、资料情况及计算方案拟定 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分，具体如表3-1：表3-1 良田站及邻近地区的实测暴雨系列、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7578 （4年）Q=216m3/s，N=80（转化成X1日，移置峡江站）峡江5380 （28年）吉安3680 （45年）桑庄5780 （24年）X1日=416mm，N=100150（74.8.11）寨头5780 （24年）沙港特大暴雨X1日=396mm，N=100150（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分。） 3.2 方案拟定 本次课设采用间接法推求设计洪水，即是由推求的设计暴雨，经过产汇流计算得到设计洪水。示意图如下：4、设计暴雨XP(t)的计算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，选取吉安、桑庄、寨头与峡江四站降雨检验该区降雨是否选同一总体。选择四站19812013年数据（74年出现极值暴雨，不参加检验），对各站数据取自然对数，对转换后数据进行均值与方差检验，各站转换后系列的均值及方差见表4-1。 表4-1 吉安、桑庄、寨头与峡江站最大一日降雨资料均值、方差情况 1） 均值检验选取均值差异最大的吉安站（X 1 ）和峡江站（X 2）两站进行检验。假设H : X 1 = X 2 构造统计变量： = 0.78取=0.10，查得 |t/2| =1.68 |t|，接受假设H，即可认为吉安、桑庄、寨头与峡江站均值相等。2） 方差检验选取方差差异最大的桑庄站（S1）和寨头站（S2）两站进行检验。假设H : S 1 = S 2构造统计变量： =1.19查得F/2(55,55)=1.567 ,F1-/2(55,55)=0.638,所以接受域为 （0.638,1.567）,则可以认为统计量F满足接受域,即认为四个站的降雨量数据满足方差相等。综上所述，可认为区域降雨资料来自同一总体，可以进行综合。4.1.2频率分析与设计雨量计算（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）的X1日=293.9mm。公式如下（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的最长距离（km），J为沿L的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的特大暴雨系列值。各站的频率计算见表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mmmmmmmm1177.51.3 293.91.2 415.51.0 3961.0 2169.82.6 272.92.8 227.24.4 173.74.4 31613.8 192.94.4 168.26.1 170.8 6.1 4159.55.1 185.76.0 158.27.8 163.0 7.8 5154.66.4 183.37.6 150.29.5 155.1 9.5 6145.27.7 178.99.2 142.711.2 148.611.2 7143.59.0 169.210.8 142.612.9 146.2 12.9 812810.3 156.212.4 133.214.6 145.114.6 9126.711.5 152.714.0 130.616.4 140.7 16.4 10125.612.8 13915.6 129.518.1 135.4 18.1 11123.214.1 135.917.2 124.819.8 133.3 19.8 12120.315.4 12918.8 123.821.5 126.6 21.5 1312016.7 127.820.4 12123.2 122.223.2 14115.817.9 12521.9 11524.9 116.9 24.9 15115.619.2 121.823.5 112.726.6 11426.6 16115.320.5 115.125.1 111.428.3 113.3 28.3 17114.521.8 113.826.7 111.230.0 110.230.0 18114.323.1 112.928.3 109.831.7 110.0 31.7 1911424.4 11229.9 109.433.4 107.133.4 20113.225.6 111.631.5 108.735.1 106.535.1 21112.926.9 110.633.1 103.836.8 106.0 36.8 22109.828.2 110.434.7 101.238.5 104.7 38.5 23109.529.5 106.236.3 99.940.3 104.5 40.3 24107.530.8 105.537.9 97.242.0 9942.0 25107.432.1 105.239.5 97.143.7 97.6 43.7 26106.633.3 103.541.1 95.445.4 97.5 45.4 2710534.6 10342.7 94.347.1 97.2 47.1 28102.335.9 101.544.2 9448.8 96.748.8 29101.537.2 99.345.8 92.550.5 95.450.5 30101.438.5 9947.4 90.952.2 95.4 52.2 3199.539.7 95.349.0 90.753.9 90.2 53.9 3299.141.0 90.950.6 88.355.6 89.555.6 3397.642.3 90.652.2 85.157.3 88.1 57.3 349543.6 87.553.8 85.159.0 84.859.0 3588.544.9 87.555.4 83.260.7 84.760.7 3688.446.2 86.857.0 82.562.4 83.762.4 3787.747.4 8658.6 82.364.2 83.4 64.2 3887.548.7 85.860.2 79.565.9 82.8 65.9 398650.0 85.661.8 7867.6 82.2 67.6 4084.451.3 84.563.4 77.669.3 79.569.3 4184.352.6 83.765.0 76.771.0 79.1 71.0 4282.253.8 82.166.5 74.572.7 78.5 72.7 4381.955.1 80.968.1 72.474.4 76.5 74.4 4481.356.4 80.469.7 72.476.1 75.6 76.1 4580.857.7 7871.3 70.877.8 74.177.8 4680.359.0 77.472.9 70.779.5 70.6 79.5 4779.660.3 77.274.5 70.281.2 70.581.2 487961.5 76.976.1 7082.9 69.7 82.9 4976.662.8 7577.7 6984.6 69.584.6 507664.1 7479.3 64.486.3 68.286.3 5174.265.4 71.880.9 63.788.1 63.588.1 5273.966.7 70.982.5 60.889.8 62.0 89.8 5373.167.9 70.484.1 60.691.5 59.7 91.5 5472.669.2 69.985.7 59.493.2 59.0 93.2 5571.770.5 69.487.3 57.894.9 58.4 94.9 5671.571.8 61.588.8 54.196.6 57.796.6 5770.973.1 60.690.4 41.398.3 50.498.3 5870.574.4 60.392.0 597075.6 58.893.6 6069.976.9 50.795.2 6169.878.2 45.296.8 626979.5 44.598.4 6368.780.8 6467.982.1 6564.383.3 6663.684.6 676385.9 6862.287.2 6960.988.5 7059.589.7 7158.491.0 7257.992.3 7357.293.6 7456.594.9 755696.2 7655.697.4 7744.398.7 （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。42计算各种历时同频率雨量Xt,P 由暴雨公式推算t=3h，6h，9h，12h，15h，18h，21h，24h的设计暴雨值，结果如表4-3。 表4-3 各短历时设计暴雨43 选典型放大推求XP (t)44 产汇流计算在设计暴雨中，由于稀遇频率的设计暴雨量很大，损失相对较小，因此，一般采用简化模型。即前段降雨尽量满足土壤蓄水量，即初损，而后假定稳渗率，算定地面径流深R上和地下径流深R下，再列表求出，如与假定的相符，则假定的即为所求值。径流分割点绘良田站76.6、毛背站75.5、76.7以及77.6的流量和雨量过程。利用平割法计算Rt，利用斜线分割法进行水源划分。先寻找洪水过程的直接径流终止点B，然后用斜线连接起涨点A与终止点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。本次课设先采用梯形面积法求得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1、假定，计算R下和R上。时段取t=1h。若时段的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）时，全部产生底下径流，则R下（t）=，R上（t）=0；当X（t）时，R下（t）=，R上（t）=X（t）-。2、判断值的正确性。若RS=R上，RG=R下，则值即为良田站76.6所确定的值；否则重新假定，转1。441 径流划分及稳渗值率定（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日次洪值率定 （5）各场次洪水的径流分割结果及率定所得值表4-8 各场次洪水的径流分割结果及率定所得值 442 地表汇流地面汇流的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）。本次采用八省一院公式。 （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的最长距离（km），J为沿L的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，因此采用式（2）。（1）m初值的确定表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值的检验（以毛背站76.7为例）计算步骤（1）根据表18中计算的初值m、八省一院公式，对该次的降雨过程的每个推求，（2）对每个Qi，假定过程线为三角形，底宽为Qi出现在处。（3）将各时段的三角形过程进行叠加，与实测洪水（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时的地表流量Qs及对应底宽T 表4-11 m=0.62时的地表流量演算 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时的地表流量Qs及对应底宽 表4-13 m=0.56时的地表流量演算 毛背站1976年7月9日地表径流过程线（m=0.56） 可以看出m=0.56时实测与计算径流量线拟合的更好。（3）m值综合（以毛背站76.7为例）点绘各次洪水的 Q/Fm图，取上端趋于稳定的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 由各次洪水的 Q/Fm图，取上端趋于稳定的m值（为0.8），设计暴雨之m值（实际运用时，选用通过检验后的四站m值进行综合，为0.7）。45 由设计暴雨XP(t)推求QP(t)451 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 452 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 453地下汇流计算Ts（t=1h）为37，则Tg（t=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 454 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、心得体会一周的水文分析计算课设很快结束了。由于刚结束水利计算枯燥的课程设计，本以为水文分析的工作量应该会有所减少，但事实证明其过程并不如预想的美好。由于种种原因，我第一天都没有进行课设，所以直到第二天开始入手后，始终有一种追赶者的感觉。可我并没有敷衍过程，每一步都是经过了自己的认真计算。在具体计算分析过程中，我遇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取误差；（2）对m值检验时，由实测值和计算值的图形拟合程度来判断是否正确。但拟合程度也是凭个人主观意识，并没有具体的误差要求。（估计是老师很善良，减少了我们的工作量）；（3）在产汇流计算时，涉及到了大量的插值计算工作。之前我是自己在每一行或列都插入公式，后来运用了trend函数，不过在行列树比较多的情况下也十分繁琐。但如果能运用VBA程序，就能有效解决这个问题。这也是我如后需要努力的地方。21