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《工程水文学离线作业》

题 目: 同频率放大法计算设计洪水过程线

学习中心: 伊犁州经贸培训中心
专 业: 水利水电工程
年 级: 年 秋 季
学 号:
学 生: 李 阳
指导教师:

1 基本知识
1.1 典型洪水过程线的选取与推求

仅有设计洪峰流量和设计洪水量还难以确定水库的防洪库容和泄水建筑物的尺寸, 这是因为洪峰流量出现的迟早和洪量集中的程度不同, 即洪水过程线形状的不同, 会得到不同的设计防洪库容和最大泄量。
因此, 设计洪水过程线亦是设计洪水的一个不可缺的重要内容。设计洪水过程线指符合某一设计标准的洪水过程线, 生产实践中一般采用放大典型洪水过程线的方法。
思路: 先从实测资料中选取一场典型洪水过程, 然后按设计洪峰流量、 设计洪量进行放大, 即得设计洪水过程线。
选择资料完整精度较高且洪峰流量和洪量接近设计值的实测大洪水过程线;
具代表性, 洪水发生季节、 洪水的历时、 峰量关系、 主峰位置、 峰型等均能代表该流域较大洪水特性的实测洪水过程;
选择对工程防洪不利的典型洪水过程线, 尽量选择峰高量大的洪水, 而且峰型集中, 主峰靠后的过程。

1.2 放大方法

同倍比放大法
用同一放大系数放大典型洪水过程线, 以求得设计洪水过程线的方法。该法的关键是确定以谁为主的放大倍比值, 有以下两种方法:
以洪峰流量控制的同倍比放大法(以峰控制)
适合于无库容调节的工程设计, 如桥梁、 涵洞及排水沟及调节性能低的水库等。
以洪量控制的同倍比放大法(以量控制)
适合于蓄洪为主的工程设计, 如调节性能高的水库, 分洪、 滞洪区等。
放大倍比按上述方法求到后, 以放大倍比乘实测的典型洪水过程线的各纵坐标, 即得设计洪水过程线。该法简单易行, 能较好地保持典型洪水过程的形态。
但该法使得设计洪水过程线的洪峰或洪量的设计频率不一致, 这是由于两种放大倍比不同(KQm ¹KW )造成的。如按KQm放大后的洪水过程线所对应的时段洪量不一定等于设计洪量值。反之如按KW 放大洪水过程线, 其洪峰值不一定为设计洪峰值。
故为了克服这种矛盾, 为使放大后过程线的洪峰和各时段洪量分别等于设计洪峰和设计洪量, 可用下述的同频率放大法。
分时段同频率放大法: 该法在放大典型洪水过程线时, 洪峰和不同时段( 1d, 3d, 7d, …) 洪量采用不同的倍比, 以使得放大后的过程线的洪峰和各时段的洪量均分别等于设计洪峰和设计洪量值。
对典型洪水过程线的放大
按KQm放大典型洪水的洪峰流量;
从短时段到长时段次序按相应的放大倍比KT对典型洪水进行放大。
计算典型过程线的时段洪量时, 采用”长包短”的方法进行, 即短时段洪量是在长时段洪量内统计, 如典型过程线的洪峰是在一天内选出, 而一天洪量是在三天洪量时间内选出, 以求得设计洪水过程线峰高量大。
洪水过程线的修匀
由于各时段放大倍比的不同, 则在二个时段的衔接处洪水过程线会出现突变现象, 这是不合理的, 故应徒手修匀, 使其成为光滑的曲线。其原则是修匀后的各时段的设计洪水量和洪峰流量应保持不变, 误差不超过1%。修匀后的过程线即为设计洪水过程线, 如图1.1所示。

图1.1 设计洪水过程线
两种放大方法比较
同倍比放大法
计算简便, 放大后设计洪水过程线保持典型洪水过程线的形状不变。常见于峰量关系好及多峰型的河流。”峰比”放大、 ”量比”放大分别常见于防洪后果主要由洪峰控制、 时段洪量控制的水工建筑物。
同频率放大法
当前大、 中型水库规划设计主要采用此法, 成果较少受典型不同的影响, 放大后洪水过程线与典型洪水过程线形状可能不一致。常见于峰量关系不够好、 洪峰形状差别大的河流; 适用于有调洪作用的水利工程( 如调洪作用大的水库等) ; 较能适应多种防洪工程的特性, 解决控制时段不易确定的困难。

1.3 古洪水及其应用

古洪水
洪水发生的时间早于现代系统水文测验和历史(调查)洪水的古代洪水。
作用
当前洪水频率计算的根本问题是资料过短、 代表性不足、 难于推估出可靠的稀遇洪水。古洪水资料能够大大降低洪水频率曲线外延幅度, 甚至将外延变为内插。
在取得洪水平流沉积物的基础上, 算出古洪水量和发生的年代, 用以加入频率计算, 大幅度加长了历史洪水和特大洪水的考证期, 提高了系列的展延精度, 使频率曲线稀遇部分的确定更有把握。

图1.2 长江三峡工程有古洪水的洪水频率曲线图

图1.3 黄河小浪底工程有古洪水的洪水频率曲线图

2 计算内容
2.1 计算资料
按照所给基本资料进行计算, 详细写明计算过程。

已求得某站千年一遇洪峰流量和1天、 3天、 7天洪量分别为: Qm, p=10245m3/s、 W1d, p=114000、 W3d, p=226800、 W7d, p=348720。选得典型洪水过程线如表2.1。 试按同频率放大法计算千年一遇设计洪水过程
表2.1 典型设计洪水过程线
月 日 时
典型洪水Q ( m3/s)
月 日 时
典型洪水Q ( m3/s)
8 4 8
268
8 7 8
1070
20
375
20
885
5 8
510
8 8
727
20
915
20
576
6 2
1780
9 8
411
8
4900
20
365
14
3150
10 8
312
20
2583
20
236
8 7 2
1860
11 8
230

2.2 求1、 3、 7d洪量
按照所给基本资料进行计算, 详细写明计算过程和最终结果。
解: ( 1) 1d洪量计算:
6日2时—7日2时
( 1780+4900) /2=3340, ( 4900+3150) /2=4025, ( 3150+2583) /2=2866.5, ( 2583+1860) /2=2221.5, 3340×6+4025×6+2286.5×6+2221.5×6=74718
(2) 3d洪量计算:
5日8时—8日8时
( 510+915) /2=712.5, ( 915+1780) /2=1347.5, ( 1780+4900) /2=3340, ( 4900+3150) /2=4025, ( 3150+2583) /2=2866.5, ( 2583+1860) /2=2221.5, ( 1860+1070) /2=1465, ( 1070+885) /2=977.5, ( 885+727) /2=806, 712.5×12+1347.5×6+3340×6+4025×6+2286.5×6+2221.5×6+1465×6+977.5×12+806×12=12154
(3) 7d洪量计算:
4日8时—11日8时
( 286+375) /2=321.5, ( 375+510) /2=442.5, ( 510+915) /2=712.5, ( 915+1780) /2=1347.5, ( 1780+4900) /2=3340, ( 4900+3150) /2=4025, ( 3150+2583) /2=2866.5, ( 2583+1860) /2=2221.5, ( 1860+1070) /2=1465, ( 1070+885) /2=977.5, ( 885+727) /2=806, ( 727+576) /2=651.5, ( 576+411) /2=493.5, ( 411+365) /2=388, ( 365+312) /2=338.5, ( 312+236) /2=274, ( 236+230) /2=233, 321.5×12+442.5×12+442.5×12+712.5×12+1347.5×6+3340×6+4025×6+2286.5×6+2221.5×6+1465×6+977.5×12+806×12+651.5×12+493.5×12+388×12+338.5×12+274×12+233×12=159255
2.3 确定洪峰放大倍比
按照所给基本资料进行洪峰放大倍比计算, 详细写明计算过程和最终结果。
解: 102045/4900=2.09
2.4 确定洪量放大倍比
按照所给基本资料进行调节系数计算, 详细写明计算过程和最终结果。
解: ( 1) 设计洪水洪量差:
1d:114000
2d:22=112800
3d:34=121920
(2)典型洪水洪量差:
1d:74718
2d:121545-74718=46827
3d:15=37710
( 3) 洪量放大倍比:
1d:114000/74718=1.53
2d:112800/46827=2.41
3d:121920/37710=3.23
2.5 同频率放大法设计洪水过程线计算表
按照上述计算, 完成表2.2同频率放大法设计洪水过程线计算表。

表2.2 同频率放大法设计洪水过程线计算表
月 日 时
典型洪水
Q( m3/s)
放大倍比
设计洪水过程线
QP( m3/s)
修匀后的设计洪水
过程线QP( m3/s)
8 4 8
268
3.23
866
866
20
375
3.23
1211
1211
5 8
510
3.23/2.41
1647/1229
1440
20
915
2.41
2205
2205
6 2
1780
2.41/1.53
4290/2723
7010
8
4900
2.09/1.53
10245/7497
10245
14
3150
1.53
4820
4820
20
2583
1.53
3952
3952
8 7 2
1860
1.53/2.41
2846/4483
3660
8 7 8
1070
2.41
2579
2579
20
885
2.41
2133
2133
8 8
727
2.41/3.23
1752/2348
2050
20
576
3.23
1860
1860
9 8
411
3.23
1328
1328
20
365
3.23
1179
1179
10 8
312
3.23
1008
1008
20
236
3.23
762
762
11 8
230
3.23
743
743