工程水文学课程设计新.docx
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工程水文学课程设计新
2006级工程水文学课程设计
一、设计题目
周村水库水文计算
二、目的和要求：
由降雨资料推求设计洪水
三、计算内容与步骤
（一）基本资料
1、流域概况
周村水库位于泰沂山南区，柴汶河上游支流上，流域面积F=189km2，河道干流平均坡度J=0.0042m／m，干流长度L=30.9km。
设计流域内皆为山丘区，土壤为壤土和砂壤土，植被条件一般，每年7--9月份为该流域的主雨期，降水量可达全年的60％以上，多为气旋雨和锋面雨。
2、暴雨洪水特点
据1961～2003年资料统计，水库流域多年平均年降雨量为800mm，多年平均径流量约为340mm，多年平均最大二十四小时降水量约为103mm。
根据周村库区雨量站1973年～2004年32年的实测暴雨资料，最大24小时降雨量与最小24小时降雨量量比为6.6倍；最大三日降雨量与最小三日降雨量丰枯比6.3倍。
且流域内山坡较陡，暴雨后产汇流速度快、洪水来势凶猛，洪峰流量大。
3、实测暴雨资料
周村水库流域内只设有周村雨量站和北庄雨量站两个雨量观测点，记录有1973年～2004年32年的降雨资料系列，符合规范要求。
依据《水文资料整编规范》的要求，对以上实测资料进行统编整理，各计算时段的点暴雨量采用年最大值法进行统计计算，在场次降雨量过程中滑动挑选，得出周村站各年“24小时”和“三日”最大降雨量系列资料。
见附表1、附表2。
（二）设计暴雨推求
1、周村水库各设计频率的点雨量计算，见表1
通过对周村站各个时段的点降雨量的频率、离差系数的计算及理论频率曲线的拟合可以得到周村水库各设计频率的点雨量成果表，具体计算过程见下表6和表7
表1周村水库各设计频率的点雨量成果表（mm）
计算情况（Cs=3.5Cv）
均值
Cv值
P（频率％）
计算
适线
0.02
0.05
0.1
0.2
1
2
3.33
5
24h最大
暴雨量
126.36
0.38
0.40
433.67
409.41
384.13
356.34
318.43
262.83
241.75
224.92
3日最大
暴雨量
140.40
0.36
0.40
481.85
454.89
409.97
383.29
317.30
287.82
265.18
247.10
由附表1可以得到周村站最大1d（24h）年降雨量频率计算表如表2：
表2周村站年最大1d（24h）降雨量单位：
mm
年份
年降雨量Qi（m3／s）
按年降雨量从大到小排序Qi（m3／s）
序号
模比系数Ki
（Ki-1）2
经验频率Pi
1973
115.5
265.5
1
2.1011
1.2125
3.0%
1974
111.7
217.9
2
1.7244
0.5248
6.1%
1975
121.6
212.4
3
1.6809
0.4636
9.1%
1976
93
201.2
4
1.5923
0.3508
12.1%
1977
78.4
183.9
5
1.4554
0.2074
15.2%
1978
93.3
160.4
6
1.2694
0.0726
18.2%
1979
152.1
159.5
7
1.2623
0.0688
21.2%
1980
125.1
152.1
8
1.2037
0.0415
24.2%
1981
57.4
145.2
9
1.1491
0.0222
27.3%
1982
90.5
142.7
10
1.1293
0.0167
30.3%
1983
113
137.5
11
1.0882
0.0078
33.3%
1984
105.4
133.5
12
1.0565
0.0032
36.4%
1985
137.5
133.5
13
1.0565
0.0032
39.4%
1986
108.5
125.1
14
0.9900
0.0001
42.4%
1987
133.5
121.6
15
0.9623
0.0014
45.5%
1988
78.6
115.5
16
0.9141
0.0074
48.5%
1989
145.2
114.9
17
0.9093
0.0082
51.5%
1990
212.4
113
18
0.8943
0.0112
54.5%
1991
183.9
111.7
19
0.8840
0.0135
57.6%
1992
60.4
108.5
20
0.8587
0.0200
60.6%
1993
217.9
105.4
21
0.8341
0.0275
63.6%
1994
89.2
93.3
22
0.7384
0.0685
66.7%
1995
80.8
93
23
0.7360
0.0697
69.7%
1996
85
90.5
24
0.7162
0.0805
72.7%
1997
160.4
89.2
25
0.7059
0.0865
5.8%
1998
159.5
85
26
0.6727
0.1071
78.8%
1999
265.5
80.8
27
0.6394
0.1300
81.8%
2000
201.2
78.6
28
0.6220
0.1429
84.8%
2001
114.9
78.4
29
0.6204
0.1441
87.9%
2002
75.8
75.8
30
0.5999
0.1601
90.9%
2003
133.5
60.4
31
0.4780
0.2725
93.9%
2004
142.7
57.4
32
0.4543
0.2978
97.0%
总计流量
4043.4
4043.4
31.9991
4.6440
平均流量
126.36
126.36
0.1498
由以上周村站年最大1d（24h）降雨量计算成果表可以得到周村站年最大1d（24h）点降雨量的离差系数：
当Cv=0.38,Cs=3Cv时画出经验频率曲线，然后进行配线，得到理论频率曲线,理论曲线配线表如下表3
表3周村站年最大1d（24h）降雨量理论频率配线计算表
频率
第一次适线
第一次适线
x=126.36，Cv=0.4,Cs=3Cv
x=126.36，Cv=0.4,Cs=3.5Cv
Kp
Pp
Kp
Pp
1
2.26
285.57
2.31
291.89
5
1.76
222.39
1.78
224.92
10
1.54
194.59
1.53
193.33
20
1.29
163.00
1.28
161.74
50
0.92
116.25
0.91
114.99
75
0.7
88.45
0.71
89.72
90
0.57
72.03
0.58
73.29
95
0.5
63.18
0.53
66.97
99
0.42
53.07
0.47
59.39
经过两次配线以后，得到周村站年最大1d（24h）降雨量理论频率曲线，即：
当Cv=0.4,Cs=3.5Cv时得到理论频率曲线见附表3
由附表2可以得到周村站最大（3d）年降雨量频率计算表如下表4
表4周村站年最大3d降雨量单位：
mm
年份
年径流量Qi（m3／s）
按流量从大到小排序Qi（m3／s）
序号
模比系数Ki
（Ki-1）2
经验频率Pi
1973
126.2
265.5
1
1.8910
0.7939
3.03%
1974
123.6
236.5
2
1.6845
0.4685
6.06%
1975
139.7
231.2
3
1.6467
0.4183
9.09%
1976
93
220.2
4
1.5684
0.3231
12.12%
1977
84.9
194.5
5
1.3853
0.1485
15.15%
1978
94.9
188.6
6
1.3433
0.1179
18.18%
1979
152.1
169.5
7
1.2073
0.0430
21.21%
1980
137.5
162.1
8
1.1546
0.0239
24.24%
1981
59.3
161.5
9
1.1503
0.0226
27.27%
1982
92.3
155.8
10
1.1097
0.0120
30.30%
1983
128.5
152.1
11
1.0833
0.0069
33.33%
1984
120.6
150.1
12
1.0691
0.0048
36.36%
1985
149.3
149.3
13
1.0634
0.0040
39.39%
1986
145.7
145.7
14
1.0377
0.0014
42.42%
1987
133.5
139.7
15
0.9950
0.0000
45.45%
1988
155.8
137.5
16
0.9793
0.0004
48.48%
1989
150.1
133.5
17
0.9509
0.0024
51.52%
1990
220.2
128.5
18
0.9152
0.0072
54.55%
1991
188.6
126.2
19
0.8989
0.0102
57.58%
1992
91
125
20
0.8903
0.0120
60.61%
1993
236.5
123.6
21
0.8803
0.0143
63.64%
1994
117
120.6
22
0.8590
0.0199
66.67%
1995
80.8
117
23
0.8333
0.0278
69.70%
1996
86.5
94.9
24
0.6759
0.1050
72.73%
1997
194.5
93
25
0.6624
0.1140
75.76%
1998
161.5
92.3
26
0.6574
0.1174
78.79%
1999
265.5
91
27
0.6481
0.1238
81.82%
2000
231.2
86.5
28
0.6161
0.1474
84.85%
2001
125
84.9
29
0.6047
0.1563
87.88%
2002
75.8
80.8
30
0.5755
0.1802
90.91%
2003
169.5
75.8
31
0.5399
0.2117
93.94%
2004
162.1
59.3
32
0.4224
0.3337
96.97%
总计流量
4492.7
4492.7
31.9993
3.9724
平均流量
140.40
140.40
0.1281
由以上周村站年最大3d降雨量计算成果表可以得到周村站年最大3d点降雨量的离差系数：
当Cv=0.36,Cs=3Cv时画出经验频率曲线，然后进行配线，得到理论频率曲线，理论频率曲线配线表如下表5
表5周村站年最大3d降雨量理论频率选配计算表
频率
第一次适线
第二次适线
x=140.40，Cv=0.35,Cs=3Cv
x=140.40，Cv=0.40,Cs=3.0Cv
Kp
Pp
Kp
Pp
1
2.07
290.628
2.26
317.304
5
1.66
233.064
1.76
247.104
10
1.47
206.388
1.54
216.216
20
1.26
176.904
1.29
181.116
50
0.94
131.976
0.92
129.168
75
0.74
103.896
0.70
98.28
90
0.61
85.644
0.57
80.028
95
0.55
77.22
0.50
70.2
99
0.46
64.584
0.42
58.968
经过两次配线以后，得到周村站年最大3d降雨量理论频率曲线，即：
当Cv=0.4,Cs=3.0Cv时的理论频率线见附表4
由内插法可以得到周村站最大1d（24h）的点降雨量如下表6：
频率
Kp（24h）
Kp（3d）
X（24h）
X（3d）
Pp（24h）
Pp（3d）
0.01
3.75
3.56
126.36
140.4
473.85
499.824
0.02
3.432
3.432
126.36
140.4
433.66752
481.8528
0.05
3.24
3.24
126.36
140.4
409.4064
454.896
0.1
3.04
2.92
126.36
140.4
384.1344
409.968
0.2
2.82
2.73
126.36
140.4
356.3352
383.292
1
2.52
2.26
126.36
140.4
318.4272
317.304
2
2.08
2.05
126.36
140.4
262.8288
287.82
3.33
1.9132
1.88876
126.36
140.4
241.75195
265.1819
5
1.78
1.76
126.36
140.4
224.9208
247.104
由内插法可以得到周村站最大3d的面降雨量如下表7：
频率
Kp（24h）
Kp（3d）
X（24h）
X（3d）
Pp（24h）
Pp（3d）
0.01
3.75
3.56
117.51
134.78
440.6625
479.8168
0.02
3.432
3.432
117.51
134.78
403.2943
462.565
0.05
3.24
3.24
117.51
134.78
380.7324
436.6872
0.1
3.04
2.92
117.51
134.78
357.2304
393.5576
0.2
2.82
2.73
117.51
134.78
331.3782
367.9494
1
2.52
2.26
117.51
134.78
296.1252
304.6028
2
2.08
2.05
117.51
134.78
244.4208
276.299
3.33
1.9132
1.88876
117.51
134.78
224.8201
254.5671
5
1.78
1.76
117.51
134.78
209.1678
237.2128
将以上两个表格的数据填入表1就得到周村站点降雨量计算成果表，
2、设计面雨量的计算
根据《山东省大、中型水库防洪安全复核洪水计算办法》中所附的点面换算关系表，查出本水库流域的点面换算系数：
K24h＝0.93、K3d＝0.96，经点面换算可得到不同频率的年最大24小时、3日面雨量，计算成果见表4。
表4周村水库面雨量计算成果表（mm）
设计
时段
统计参数
点面
换算
系数
面
雨
设计频率（P％）
CV适
0.02
0.05
0.1
0.2
1
2
3.33
5
24h
126.4
0.4
0.93
117.51
403.2943
380.7324
357.2304
331.3782
296.1252
244.4208
224.8201
209.1678
3日
140.4
0.4
0.96
134.78
462.565
436.6872
393.5576
367.9494
334.6028
276.299
254.5671
237.2128
根据以上计算结果，绘制周村水库年最大24h和最大3d暴雨量地区综合频率曲线。
综合频率曲线见附表3、4
四、暴雨参数等值线图法计算设计面雨量
用暴雨参数查等值线图法计算面雨量，采用山东省水利厅1975年编制的《山东省水文图集》中的有关图表，查得周村水库流域中心的多年平均年最大24小时暴雨量为120mm，相应的变差系数为Cv＝0.62，取Cs＝3.5Cv，三日最大暴雨换算系数为K＝1.25（即P3d=KP24），点面换算系数分别为K24h=0.93、K3d=0.96，然后计算流域不同频率设计面雨量，计算成果见表-5。
由等值线法时，应用内插法就可以得到周村站面降雨量计算成果表，具体如下表8所示：
表8周村站暴雨参数等值线图法计算成果表
频率
Kp（24h）
Kp（3d）
X（24h）
X（3d）
Pp（24h）
Pp（3d）
0.02
6.0232
6.0232
111.6
144
672.1891
867.3408
0.05
5.566
5.566
111.6
144
621.1656
801.504
0.1
4.804
4.804
111.6
144
536.1264
691.776
0.2
4.342
4.342
111.6
144
484.5672
625.248
1
3.296
3.296
111.6
144
367.8336
474.624
2
2.832
2.832
111.6
144
316.0512
407.808
3.33
2.656
2.656
111.6
144
296.4096
382.464
5
2.24
2.24
111.6
144
249.984
322.56
经过以上计算就可以得到周村水库面降雨量计算成果表9
表9周村水库点、面雨量计算成果表
时段
参数（雨量mm）
各设计频率面雨量（mm）
点
系数
面
Cv
0.02%
0.05％
0.1%
0.2%
1%
2%
3.3％
5％
24h
120
0.93
111.6
0.4
672.1891
621.1656
536.1264
484.5672
367.8336
316.0512
296.4096
249.984
3日
150
0.96
144
0.4
867.3408
801.504
691.776
625.248
474.624
407.808
382.464
322.56
由不同计算方法得到的各种频率的设计面雨量成果见表10。
将周村站3d和最大1d（24h）的频率计算降雨量和用等直线法得到的面雨量计算成果表进行比较，见表10
表10周村水库各种计算方法设计面雨量成果比较表
历时
计算方法
各设计频率面雨量（mm）
0.02%
0.05％
0.1%
0.2%
1%
2%
3.3%
5％
24
小时
实测暴雨资料法
403.2943
380.7324
357.2304
331.3782
296.1252
244.4208
224.8201
209.1678
暴雨参数等值线图法
672.1891
621.1656
536.1264
484.5672
367.8336
316.0512
296.4096
249.984
3日
实测暴雨资料法
462.565
436.6872
393.5576
367.9494
304.6028
276.299
254.5671
237.2128
暴雨参数等值线图法
867.3408
801.504
691.776
625.248
474.624
407.808
382.464
322.56
五、设计洪水标准
1、洪水标准：
执行国家标准《防洪标准》（GB50201－94），正常运用（设计）洪水标准为百年一遇（P＝1％），非常运用（校核）洪水标准为两千年一遇（P＝0.05％）。
2、产流与汇流计算
（1）、产流计算
使用“山东省泰沂山南区P+Pa～R关系表”推算设计净雨，关系见表11。
表11山东降雨径流关系曲线数据表
P+Pa
50
100
150
200
250
300
350
400
450
R
4
33
78
120
168
214
261
308
405
P+Pa
500
550
600
700
800
900
1000
1100
1200
R
404
452
500
596
691
786
881
976
1071
山东降雨径流关系P+Pa～R曲线图如下所示：
本水库设计净雨的时程分配，取计算时段Δt＝1小时。
前期影响雨量Pa的确定，为了较为符合实际，根据经验取第一天Pa1＝40mm，以后每天按公式
Pa，t＋1=K×（Pa，t+Pt）≤Imax计算
式中：
Pa，t＋1—第t+1天的前期影响雨量，mm，
Pt—当日降雨量，mm，
K—折减系数，本水库区取K=0.9，
Imax—土壤最大含水量，取Imax＝60mm。
由以上公式：
Pa，t＋1=K×（Pa，t+Pt）取Pa1＝40mm得
各日的时程分配比例，按“泰沂山南北区一小时雨型表”分配。
用设计日净雨量分别乘以时程分配比，即为时段净雨量。
各日设计净雨量依据各日暴雨量采用连续计算的方法求得。
各日面雨、净雨及分配过程计算成果分别见表12、表13、表14、附表5
表12各频率逐日面雨情况计算成果表
计算
逐日面雨算公式
各设计频率（P％）面雨值（mm）
日次
（mm）
0.02
0.05
0.1
0.2
1
2
5
第一天
H1=0.35（H3d-H1d）
20.74
19.58
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