水力学与桥涵水文课程设计.docx
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水力学与桥涵水文课程设计
《水力学与桥涵水文》
课程设计任务书
（土木工程专业）
年级：
2010级
学院：
土木建筑学院
专业：
隧道与城市轨道交通工程
班级：
2班
姓名：
学号：
重庆交通大学
1、为测定某阀门的局部阻力系数，在阀门上下游装设三个测压管，已知水管直径＝50mm，＝1m，＝2m，实测数据＝150cm，＝125m，
＝40cm，=3m/s，试计算阀门的
值。
解：
由已知条件可得：
所以阀门的ζ的值为0.0762.
2、水面线定性分析
解：
分析方法：
根据给定的已知条件，判别去到底破的类型。
根据坡度类型绘出线和线（注意其相对位置），并将流动空间分成
不同的区域。
如果已知某一控制水深，即可在相应的流区内定出其水面曲线的类型。
分析水面曲线两端的界限情况，便可确定水面曲线形状。
分析结果如下列图所示：
图2-1
图2-1中，段、段和段均为顺坡渠道。
水流从段过渡到段时，由急流向临界流过渡，会在段
区以
型曲线过渡到正常水深；水流从段过渡到段时，由临界流向缓流过渡，会在段区以型曲线过渡到正常水深。
图2-2
图2-2中，段和段均为顺坡渠道。
水流从段过渡到段时，由急流向缓流过渡，会在段产生水跃。
图2-3
图2-3中，段为逆坡渠道，段为顺坡渠道。
会在段
区通过
型降水曲线过渡到缓流。
图2-3
图2-4中，段为顺坡渠道。
水流从段过渡到段时，由缓流流向断口，会在段产生水跌。
图2-5
图2-5中，段为顺坡渠道，段为逆坡渠道。
水流从段过渡到段时，由急流向逆坡过渡，会在段产生水跃；从段流向断口时，会产生水跌。
图2-6
图2-6中，段、段和段均为顺坡渠道且、及。
水流从段过渡到段时，由急流向缓流过渡，会在段产生水跃；水流从段过渡到段时，由缓流向急流过渡，会在段产生水跌，在区以型曲线过渡到正常水深。
3、流量泥沙计算详见相关excel表格
解：
.断面测算：
水深为水位与河底高程之差，即
平均水深为两个相邻水深的平均值，即
垂线距离为两个相邻起点距之差，即
垂线间面积以测速垂线为分界，岸边部分面积按三角形计算，中间部分面积按梯形计算，即岸边,中间
其中—测深垂线所在位置的水深；
—为测深垂线之间的距离。
部分面积是相邻测速垂线之间的垂线间面积之和，即
.流速测算：
部分面积平均流速为相邻垂线平均流速之间的平均值，对于岸边的部分面积平均流速由相邻垂线平均流速适当折减；即
对于岸边，其中死水边，斜坡岸边，不平整坡岸边，光滑陡岸.本题按斜坡岸边处理，即
.流量测算：
部分流量为部分面积与部分面积平均流速之积，即
断面流量为部分流量之和，即
断面面积为部分面积面积之和，即
平均流速为断面流量与断面面积之商，即
水面宽为右水边起点距与左水边起点距之差，即
平均水深为断面面积与水面宽之商，即
具体计算结果见附表1
根据实测结果可绘出测区的水文断面图，如图3-1所示：
图3-1水文断面图
4、相关分析：
已知某流域154~1965年的年径流量及年降雨量，年径流量与年降雨量在成因上具有联系。
试用解析法推求相关直线。
（同时附有excel数据文件）
年份
年降雨量
x（mm）
年径流量
y（mm）
1954
2014
1362
1955
1211
728
1956
1728
1369
1957
1157
695
1958
1257
720
1959
1029
534
1960
1306
778
1961
1029
337
1962
1310
809
1963
1356
929
1964
1266
796
1965
1052
383
解：
相关分析的方法：
.判定变量间是否存在相关关系，若存在，计算其相关系数，以判断相关的密切程度；
.确定变量间的数量关系――回归方程或相关线；
.根据自变量的值，预报或延长、插补倚变量的值，并对该估值进行误差分析。
由上表数据可得：
、计算的值如表4-1所示
则相关系数：
即：
所以相关系数较大，非常接近于1（），而且，表明两系列（年降雨量x和年径流量y）之间存在直线相关，相关程度也较为密切。
则y倚x的回归直线方程式为：
得
即
年降雨量x和年径流量y的线性相关图如下图所示：
图4-1
表4-1
顺序号
年份
年降雨量x（mm）
年径流量y（mm）
Kxi
Kyi
Kxi2
Kyi2
KxiKyi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1954
2014
1362
1.538
1.731
2.365
2.998
2.663
2
1955
1211
728
0.925
0.925
0.855
0.856
0.856
3
1956
1728
1369
1.320
1.740
1.741
3.028
2.296
4
1957
1157
695
0.883
0.883
0.781
0.781
0.781
5
1958
1257
720
0.960
0.915
0.921
0.838
0.879
6
1959
1029
534
0.786
0.679
0.617
0.461
0.533
7
1960
1306
778
0.997
0.989
0.995
0.978
0.986
8
1961
1029
337
0.786
0.428
0.617
0.184
0.337
9
1962
1310
809
1.000
1.028
1.001
1.058
1.029
10
1963
1356
929
1.035
1.181
1.072
1.395
1.223
11
1964
1266
796
0.967
1.012
0.935
1.024
0.978
12
1965
1052
383
0.803
0.487
0.645
0.237
0.391
合计
15715
9440
12.000
12.000
12.545
13.836
12.951
计算
⎺x
=1309.583
σx
=291.53
⎺y
=786.667
σy
=321.41
r
=0.950
4Er
=0.0752
5、某站有24年实测径流资料，试绘制其经验频率曲线，并用求矩适线法推求年径流量频率曲线的三个统计参数。
（同时附有excel数据文件）
年份
年径流深
（mm）
1952
538
1953
625
1954
663
1955
592
1956
557
1957
998
1958
642
1959
341
1960
964
1961
687
1962
547
1963
510
1964
769
1965
616
1966
417
1967
789
1968
733
1969
1065
1970
607
1971
587
1972
567
1973
588
1974
709
1975
884
解：
绘制经验频率曲线：
由实测径流资料得样本频率：
式中—频率（即累计频率）（%）；
—系列按递减次序排列时，随机变量的顺序号；
—资料总项数（若用年最大值选样法，则为水文资料观测的总年数）。
按上式计算得经验频率，如表5-1所示
根据计算结果绘出经验频率曲线，如图5-1所示
图5-1
求矩适线法步骤：
.将实测资料由大到小排列，计算各项的经验频率，在频率格纸上点绘经验点据。
（纵坐标为变量的取值
，横坐标为对应的经验频率）；
.选定水文频率分布线型。
（一般选用皮尔逊Ⅲ型）；
.先采用矩法估计出频率曲线参数的初估值、
，根据经验取等于一定倍数的
；
.根据拟定的和，查表9.6，计算值。
以为纵坐标，为横坐标，即可得到频率曲线。
将此线画在绘有经验点据的图上，看与经验点据配合的情况。
若不理想，可通过调整、
和点绘频率曲线；
.最后根据频率曲线与经验点据的配合情况，从中选出一条与经验点据配合较好的曲线作为采用曲线，相应于该曲线的参数便看作是总体参数的估值；
.求指定频率的水文变量设计值。
顺序号
按年份顺序排列
按年径流深排列
经验频率（%）P=100m/（n+1）
至p=50%处水平距离
x轴
Ki
（Ki-1）2
（Ki-1）3
年份
年径流深x（mm）
年份
年径流深x（mm）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
1952
538
1969
1065
4.00
-1.75
1.97
1.60
0.36
0.214
2
1953
625
1957
998
8.00
-1.41
2.31
1.50
0.25
0.123
3
1954
663
1960
964
12.00
-1.17
2.54
1.45
0.20
0.089
4
1955
592
1975
884
16.00
-0.99
2.72
1.33
0.11
0.035
5
1956
557
1967
789
20.00
-0.84
2.88
1.18
0.03
0.006
6
1957
998
1964
769
24.00
-0.71
3.01
1.15
0.02
0.004
7
1958
642
1968
733
28.00
-0.58
3.14
1.10
0.01
0.001
8
1959
341
1974
709
32.00
-0.47
3.25
1.06
0.00
0.000
9
1960
964
1961
687
36.00
-0.36
3.36
1.03
0.00
0.000
10
1961
687
1954
663
40.00
-0.25
3.47
0.99
0.00
0.000
11
1962
547
1958
642
44.00
-0.15
3.57
0.96
0.00
0.000
12
1963
510
1953
625
48.00
-0.05
3.67
0.94
0.00
0.000
13
1964
769
1965
616
52.00
0.05
3.77
0.92
0.01
0.000
14
1965
616
1970
607
56.00
0.15
3.87
0.91
0.01
-0.001
15
1966
417
1955
592
60.00
0.25
3.97
0.89
0.01
-0.001
16
1967
789
1973
588
64.00
0.36
4.08
0.88
0.01
-0.002
17
1968
733
1971
587
68.00
0.47
4.19
0.88
0.01
-0.002
18
1969
1065
1972
567
72.00
0.58
4.30
0.85
0.02
-0.003
19
1970
607
1956
557
76.00
0.71
4.43
0.84
0.03
-0.004
20
1971
587
1962
547
80.00
0.84
4.56
0.82
0.03
-0.006
21
1972
567
1952
538
84.00
0.99
4.71
0.81
0.04
-0.007
22
1973
588
1963
510
88.00
1.17
4.89
0.77
0.06
-0.013
23
1974
709
1966
417
92.00
1.41
5.12
0.63
0.14
-0.052
24
1975
884
1959
341
96.00
1.75
5.47
0.51
0.24
-0.116
合计
15995
24.0
1.60
0.263
计算
⎺x
=666.46
Cv
=0.2634
Cs
=0.6862
表5-1
求矩适线法计算时，
和取值如表5-2所示
表5-2
求矩适线法
P%
5
10
20
50
75
90
95
至p=50%处水平距离
-1.64
-1.28
-0.84
0.00
0.67
1.28
1.64
x轴
2.07
2.44
2.88
3.72
4.39
5.00
5.36
x=
666.5
Φ
1.77
1.32
0.81
-0.08
-0.71
-1.22
-1.49
（一）
Cv=
0.26
Kp
1.4602
1.3432
1.2106
0.9792
0.8154
0.6828
0.6126
Cs=
0.52
年径流深Yp
973.22
895.24
806.86
652.64
543.46
455.09
408.3
x=
666.5
Φ
1.80
1.33
0.80
-0.10
-0.72
-1.20
-1.45
（二）
Cv=
0.26
KP
1.468
1.3458
1.208
0.974
0.8128
0.688
0.623
Cs=
0.6
年径流深Yp
978.42
896.98
805.13
649.17
541.73
458.55
415.23
x=
666.5
Φ
1.80
1.33
0.80
-0.10
-0.72
-1.20
-1.45
（三）
Cv=
0.3
KP
1.54
1.399
1.24
0.97
0.784
0.64
0.565
Cs=
0.6
年径流深Yp
1026.4
932.43
826.46
646.51
522.54
426.56
376.57
x=
666.5
Φ
1.84
1.34
0.78
-0.13
-0.73
-1.17
-1.38
（四）
Cv=
0.3
KP
1.552
1.402
1.234
0.961
0.781
0.649
0.586
Cs=
0.8
年径流深Yp
1034.4
934.43
822.46
640.51
520.54
432.56
390.57
x=
650
Φ
1.84
1.34
0.78
-0.13
-0.73
-1.17
-1.38
（五）
Cv=
0.32
KP
1.5888
1.4288
1.2496
0.9584
0.7664
0.6256
0.5584
Cs=
0.8
年径流深Yp
1032.7
928.72
812.24
622.96
498.16
406.64
362.96
经验频率
x=
666.5
Φ
1.82
1.33
0.79
-0.12
-0.72
-1.18
-1.42
一
Cv=
0.3
KP
1.546
1.399
1.237
0.964
0.784
0.646
0.574
Cs=
0.69
年径流深Yp
1030.4
932.43
824.46
642.51
522.54
430.56
382.57
取，，
频率曲线如图5-2所示
图5-2
取，，频率曲线如图5-3所示
图5-3
取，，
频率曲线如图5-4所示
图5-4
取，，频率曲线如图5-5所示
图5-5
取，，频率曲线如图5-6所示
图5-6
总体如图5-7所示
图5-7
利用求矩适线法计算时
其中
最终取
6、已知某坝址断面有30年的洪峰流量实测值，如下表所示，根据历史调查得知1890年和1912年曾发生过特大洪水，推算得洪峰流量分别为8000m3/s和6700m3/s，实测期内也发生过一次特大洪水，流量为7360m3/s，试用求矩适线法推求该坝址断面200年一遇洪峰流量。
（同时附有excel数据文件）
年份
流量
（m3/s）
1890
8000
1912
6700
1952
1720
1953
1560
1954
3440
1955
310
1956
2200
1957
1860
1958
2100
1959
7360
1960
860
1961
1540
1962
2600
1963
3200
1964
1800
1965
2620
1966
620
1967
1300
1968
1400
1969
1700
1970
2520
1971
1820
1972
2400
1973
900
1974
1100
1975
850
1976
1450
1977
2600
1978
480
1979
2400
1980
3100
1981
2100
解：
分析可知，以上资料属于共有3个特大制的不连续系列，即；实测期为30年，即;实测期内有一个特大值（1959年），即；特大洪水出现年份是1890年，而实测期最后年份是1981年，则调查考证期年。
特大洪峰流量的经验频率按计算
式中—历史特大洪峰流量或实测系列中的特大洪峰流量经验频率；
—在调查考证期内，历史和实测系列中特大洪峰流量按递减次序排列的序位；
—调查考证期年数。
其余年按计算的系列各年最大流量对应的经验频率，计算结果如附表2所示
式中—实测洪峰流量经验频率（%）；
—特大洪水的年（个）数；
—实测洪峰流量系列中按特大洪峰流量处理的年（个）数。
按计算的系列平均流量
按计算的系列变差系数
式中—洪峰流量均值；
—历年洪峰流量值；
—观测系列的项数，即年数；
—变差系数。
应用求矩适线法确定采用的统计参数和理论频率曲线：
试取，如图6-1所示
图6-1
试取，
如图6-2所示
图6-2
试取，
如图6-3所示
图6-3
试取，
如图6-4所示
图6-4
试取，
如图6-5所示
图6-5
最终采用值为
附表1
寸滩站流量及悬移质输沙率计算表
测站编码：
60105400
施测号数：
76.00
输沙率：
34.00
相应单沙：
353-354
垂线号
起点距
水位
河底
高程
水深
平均水深
垂线
间距
垂线间面积
部分面积
垂线平
均流速
部分
流速
部分
流量
取样垂线间部分流量
垂线平均
含沙量
部分平均含沙量
部分输沙率
测深
测速
取样
（m）
（m）
（m）
（m）
（m）
（m）
（m2）
（m2）
（m/s）
（m/s）
（m3/s）
（m3/s）
（kg/m3）
（kg/m3）
（kg/s）
左水边
-92.2
165.3
165.30
0.00
1
1
1
-73
165.3
161.95
3.35
1.68
19.2
32.16
32.16
1.06
0.74
23.86
0.31
2
-56
165.3
159.97
5.33
4.34
17.0
73.78
3
2
-40
165.3
158.72
6.58
5.96
16.0
95.28
169.06
1.19
1.13
190.19
4
-20
165.3
157.29
8.01
7.30
20.0
145.90
5
3
2
0
165.3
154.88
10.42
9.22
20.0
184.30
330.20
1.65
1.42
468.88
0.34
6
27
165.3
153.88
11.42
10.92
27.0
294.84
7
4
57
165.3
153.48
11.82
11.62
30.0
348.60
643.44
2.25
1.95
1254.71
8
82
165.3
153.08
12.22
12.02
25.0
300.50
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