11水文水力计算课程设计 - 图文

桂林理工大学 GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

水文水利计算 课程设计

学 院： 环境科学与工程 专 业：水文与水资源工程 班 级： 11级01班 学 生：杨 才 兴

学 号： 3110205116 指导教师：范 玉 洁

2015年 1 月

目录

一、实验目标 ....................................................................................................................... 3 二、基本资料 ....................................................................................................................... 3 三、设计任务 ....................................................................................................................... 4 四、设计内容 ....................................................................................................................... 4 1、WTp及Qmp的计算 ............................................................................................................... 4 2、采用同频率放大法推求设计洪水过程线Qp～t，并进行误差分析。 ................... 11 3、绘制水库库容曲线 ....................................................................................................... 14 4、计算并绘制单辅助工作曲线 ....................................................................................... 16 五、设计小结 ..................................................................................................................... 18 六、附表 ............................................................................................................................. 19

2

一、实验目标

1、了解计算设计洪水的目的及方法途径。 2、掌握特大洪水的处理。

3、能用同频率放大法进行设计洪水过程线的计算与修匀。 4、掌握蓄泄曲线q～V的绘制

5、掌握单辅助曲线q～(V/Δt+q/2)法原理及绘制。

6、掌握单辅助曲线法进行调洪计算推求设计洪水位及相应库容。 7、熟练运用 Word、Excel 等进行专业计算及文件处理。 二、基本资料

1、水库坝址站1953～1985年最大洪峰流量及最大 1天、3天、7天洪水总量资料﹙见附表 1﹚

2、调查年的最大洪峰流量﹙调查无遗漏﹚: 1877年:Qm=2790m3/s; 1922年:Qm=2630m3/s; 1914年:Qm=2130m3/s;

3、水库坝址水文站典型水洪过程摘录表﹙见附表 2﹚

4、水库特征资料:根据水库大坝的设计分析,决定拟建泄洪建筑物为无闸门溢洪道,根据试验得 q=MBh3/2，其中 M=1.17，通过技术经济对比分析，溢洪道宽度为B=90m。下游无防护要求，水库特征曲线见附表 3。

3

三、设计任务

1、推求水库P=1%的设计洪水过程线。

2、通过调洪计算确定水库设计洪水位、校核洪水位及相应库容。（注：Z死?70mZ堰顶?90m Z正?90m）。

四、设计内容

1、WTp及Qmp的计算

利用WT～Qm相关关系插补展延调查年相应时段的洪量﹙利用相关分析法，见表5﹚。利用附表1实测资料点绘相关图，相关关系良好，可计算相关方程，调查年的1877年、1922年、1914年的洪峰和最大1天、3天、7天的洪水总量可由方程求出。

1对历史洪水进行排位分析，确定最大重现期 ○

N=﹙1985-1877﹚+1=109﹙年﹚

2通过频率计算适线法推求WTp及Qmp ○

根据已知资料分析，1969年与调查调查年的洪水属同一量级，可从实测系列中抽出作特大值处理，故L=1。经验频率计算采用分开处理法，有

PM=

M

×100% N?1mPm=×100% n?1i

a1N?a由Qm=﹙?Qj+

Nn-Lj?1i?L?1?Q﹚﹙N=109，a=4，n=33，L=1﹚

n4

1Cv=Qm1N?1?a??Qj-Qm??j?1??2?N?an-Li?L?1??Q?Q??

n2im计算该系列的均值Qm和变差系数Cv，计算结果如下：

表1：Qm频率计算表

年 份187719221969191419731960195719831977195419531970198419711961198019811975196219671982196419761985196619591974195819551965195619631979197219681978∑Cv序号按大小排列的Qm一2790二2630三2180四2130217503172041710514806131071290812509122010112511112012965138601485515810167761777318750197182071821640226122355424545255342652727524285162942730421314153237633217372380.554181KiKi-1（K1-1）2P1=M/(N+1)MP1.90921.81832.72743.636P2=m/(n+1)mP2%3.04142.04144.16732.8671.8673.48562.37641.37641.89452.32191.32191.74751.90770.90770.82391.8750.8750.76561.86410.86410.74661.61340.61340.37621.4280.4280.18321.40620.40620.1651.36260.36260.13151.32990.32990.10891.22640.22640.05121.22090.22090.04881.05190.05190.00270.9375-0.06250.00390.932-0.0680.00460.883-0.1170.01370.8459-0.15410.02370.8426-0.15740.02480.8176-0.18240.03330.7827-0.21730.04720.7827-0.21730.04720.6977-0.30230.09140.6671-0.33290.11080.6039-0.39610.15690.5941-0.40590.16480.5821-0.41790.17460.5745-0.42550.18110.5712-0.42880.18390.5625-0.43750.19140.4655-0.53450.28570.4589-0.54110.29280.4524-0.54760.29990.4099-0.59010.34820.2366-0.76340.58299730 /27508962.4552均值5

2345678910111213141516171819202122232425262728293031323311.31/6.67 5.8828.82411.76514.70617.64720.58823.52926.47129.41232.35335.29438.23541.17644.11847.0595052.94155.88258.82461.76564.70667.64770.58873.52976.47179.41282.35385.29488.23591.17694.11897.059

表2：W1频率计算表

年 份187719221969191419571960197019731961195419711977198319531984198219661967198119641958198019561975196219631974198519551965195919681972197919761978ΣCv序号一二三四23456789101112131415161718192021222324252627282930313233按大小排列的W1Ki2.84372.68942.43552.20711.84471.7821.62771.5361.46371.37211.36241.29251.09481.08511.08270.9260.91390.89220.83430.83430.82710.81990.80060.78130.7740.76680.73060.72340.58840.57630.55940.53770.50640.49670.44850.23634.219/12.490均值Ki-11.84371.68941.43551.20710.84470.7820.62770.5360.46370.37210.36240.29250.09480.08510.0827-0.074-0.0861-0.1078-0.1657-0.1657-0.1729-0.1801-0.1994-0.2187-0.226-0.2332-0.2694-0.2766-0.4116-0.4237-0.4406-0.4623-0.4936-0.5033-0.5515-0.76370.464704（K1-1）23.39932.8542.06061.45710.71350.61150.3940.28730.2150.13840.13130.08550.0090.00720.00680.00550.00740.01160.02740.02740.02990.03240.03980.04780.05110.05440.07260.07650.16940.17950.19410.21370.24370.25330.30410.5832P1=M/(N+1)MP1.90921.81832.72743.636P2=m/(n+1)mP2%1.17931.11531.010.91530.7650.7390.6750.6370.6070.5690.5650.5360.4540.450.4490.3840.3790.370.3460.3460.3430.340.3320.3240.3210.3180.3030.30.2440.2390.2320.2230.210.2060.1860.09816.7090.469205234567891011121314151617181920212223242526272829303132339.741/5.2205.8828.82411.76514.70617.64720.58823.52926.47129.41232.35335.29438.23541.17644.11847.0595052.94155.88258.82461.76564.70667.64770.58873.52976.47179.41282.35385.29488.23591.17694.11897.059

6

表3：W3频率计算表 年 份 1954 1961 1969 1983 1963 1957 1970 1973 1953 1971 1980 1960 1977 1968 1964 1981 1984 1958 1966 1955 1956 1974 1967 1982 1985 1975 1979 1959 1972 1962 1976 1965 1978 Σ Cv 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 按大小排列的W3 1.47 1.4 1.34 1.34 1.22 1.04 1 0.967 0.95 0.866 0.857 0.735 0.73 0.694 0.689 0.687 0.685 0.683 0.641 0.629 0.619 0.616 0.595 0.521 0.518 0.512 0.507 0.462 0.441 0.44 0.414 0.388 Ki 1.9495 1.8567 1.7771 1.7771 1.618 1.3793 1.3262 1.2824 1.2599 1.1485 1.1366 0.9748 0.9681 0.9204 0.9138 0.9111 0.9085 0.9058 0.8501 0.8342 0.8209 0.8169 0.7891 0.691 0.687 0.679 0.6724 0.6127 0.5849 0.5835 0.549 0.5146 0.301 均值 Ki-1 0.9495 0.8567 0.7771 0.7771 0.618 0.3793 0.3262 0.2824 0.2599 0.1485 0.1366 -0.0252 -0.0319 -0.0796 -0.0862 -0.0889 -0.0915 -0.0942 -0.1499 -0.1658 -0.1791 -0.1831 -0.2109 -0.309 -0.313 -0.321 -0.3276 -0.3873 -0.4151 -0.4165 -0.451 -0.4854 （Ki-1）2 P=m/n+1 0.9016 0.7339 0.6039 0.6039 0.3819 0.1438 0.1064 0.0798 0.0675 0.0221 0.0186 0.0006 0.001 0.0063 0.0074 0.0079 0.0084 0.0089 0.0225 0.0275 0.0321 0.0335 0.0445 0.0955 0.098 0.103 0.1073 0.15 0.1723 0.1734 0.2034 0.2356 2.941 5.882 8.824 11.765 14.706 17.647 20.588 23.529 26.471 29.412 32.353 35.294 38.235 41.176 44.118 47.059 50 52.941 55.882 58.824 61.765 64.706 67.647 70.588 73.529 76.471 79.412 82.353 85.294 88.235 91.176 94.118 97.059

33 0.227 24.883 0.461725 -0.699 0.4885 5.692 0.77403

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表4：W7频率计算表

年 份196919571954197019731953196019831961197119771980198419741981196419661956196719821963195819851962195519681975195919721965197919761978ΣCv

序号12345678910111213141516171819202122232425262728293031323336.8340.507103按大小排列的W72.031.682.331.551.541.521.211.862.141.431.21.280.9430.7590.9780.9820.9020.8510.7370.7241.710.9070.7230.6250.8611.140.70.6870.680.5320.6990.6120.312KiKi-11.08750.91730.81870.66640.5320.50510.38870.37970.36180.28120.14680.08410.07510.0213-0.1202-0.1238-0.1552-0.1874-0.1919-0.2286-0.2376-0.32-0.3397-0.3514-0.3523-0.3729-0.3738-0.3845-0.3908-0.4401-0.4517-0.5234-0.7205 （Ki-1）2P=m/n+12.9415.8828.82411.76514.70617.64720.58823.52926.47129.41232.35335.29438.23541.17644.11847.0595052.94155.88258.82461.76564.70667.64770.58873.52976.47179.41282.35385.29488.23591.17694.11897.0592.0875 1.91731.8187 1.66641.532 1.50511.3887 1.37971.3618 1.28121.1468 1.0841 1.07511.0213 0.87980.8762 0.84480.8126 0.80810.7714 0.76240.68 0.6603 0.64860.6477 0.62710.6262 0.61550.6092 0.55990.5483 0.47660.2795 均值8

1.18260.84130.67030.44410.2830.25520.15110.14420.13090.0790.02150.00710.00560.00050.01450.01530.02410.03510.03680.05230.05640.10240.11540.12350.12410.1390.13970.14780.15270.19360.2040.27390.51916.68621.136182

图1：Qm频率曲线

图2：W1频率曲线

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图3：W3频率曲线图

图4：W7频率曲线图

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表5： 考虑特大洪水成果表

项目 Qm 均值 917.3 m3/s 0.41亿m3 0.754亿m3 1.116亿m3 Cv 0.554 0.50 0.422 0.457 Cs/ Cv 2.28 2.61 1.98 1.7 P=1% 2477 1.01 1.73 2.61 W1d W2d W7d 2、采用同频率放大法推求设计洪水过程线Qp～t，并进行误差分析。绘制典型洪水过程和洪水过程

经过对流域实测资料分析选择1969年7月的一次洪水过程线作为典型洪水过程线，其洪峰流量及各时段洪量由洪水过程线上摘录而得﹙见表6﹚。

表6 洪峰流量及各时段洪量 项目 典型洪水过程 洪峰流量﹙m3/s﹚ 时段洪量﹙亿m3﹚ 1天 3天 1.47 7天 2.03 2180 1.21 1计算放大倍比，其中设计洪水的放大倍比为 ○

KQ=

QmpQmd=

2477=1.14 2180W1P1.21K1===1.19

W1d1.01K=

1?3W3P?W1pW3d-W1dW7p?W3pW7d?W3d==

1.73?1.03=1.52

1.47?1.012.61?1.73=1.57

2.03?1.47K7?3=

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同理，校核洪水的放大倍比为

KQ=3284/2180=1.51 K1d=1.34/1.01=1.33

K3?1=﹙2.14-1.34﹚/﹙1.47-1.01﹚=1.74 K7?3=﹙3.34-2.14﹚/﹙2.03-1.47﹚=2.14

2过程线的修匀。○将经放大后流量过程线与典型洪水过程线，采用同

一坐标点绘的坐标纸上。如图5所示，修匀的原则是将不连续部分按洪水过程线的涨落特征徒手连城光滑的曲线，并要求将各时段洪量进行演算，使修匀后的流量过程线中各时段流量与设计流量相等或将其误差控制在一定范围内。放大计算过程见表 7 ，修匀后的过程线各时段洪量与设计值的误差见表8。

图5 设计洪水过程线

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表7：同频放大计算过程表

日 时 分1:0011:3020:0023:004:006:009:0012:0013:3015:3015:4816:3018:5421:3023:303:003:306:008:0011:0020:205:2410:3016:3019:0020:000:423:304:004:1211:0023:005:3013:0020:008:0010:0020:001:00∑4 5 6 7 8 910 11

流量设计洪水过程校核洪水过程（m3/s）放大倍比放大流量修匀流量放大倍比放大流量修匀流量62.31.5294.69694.6961.74164.771164.77162.31.5294.69694.6961.74164.771164.77176.51.52116.28116.281.74202.3272202.327285.51.52129.96129.961.74226.1304226.13042631.2315.6315.61.33419.748356.78586281.2753.6753.61.331002.288851.944813401.2160816081.332138.641817.84417801.2213621361.332840.882414.74821501.2258025801.333431.42916.6921801.2261626161.513950.163752.65221601.2259225921.333447.36325020801.2249624961.333319.68300014901.2178817881.332378.042021.3349631.21155.61155.61.331536.94816007401.28888881.331181.0413005151.52782.88001.741362.07212504831.52734.167101.741277.43811504001.526086081.741057.921057.923341.52507.68507.681.74883.3632883.36322781.52422.56422.561.74735.25448002141.52325.283501.74565.98727002081.57326.56326.562.14698.8384698.83841981.57310.863002.14665.24046101621.57254.34254.342.14544.2876544.28761591.57249.63249.632.14534.2082534.20821631.57255.91255.912.14547.6474547.64742811.57441.17441.172.14944.1038944.10383401.57533.8533.82.141142.3321142.3323381.57530.66530.662.141135.6121135.6123371.57529.09529.092.141132.2531132.2532491.57390.93390.932.14836.5902836.59021421.57222.94222.942.14477.0916477.09161101.57172.7172.72.14369.578369.57899.31.57155.901155.9012.14333.6281333.628183.41.57130.938130.9382.14280.2073280.207389.31.57140.201140.2012.14300.0301300.030188.11.57138.317138.3172.14295.9984295.998465.51.57102.835102.8352.14220.0669220.0669491.5776.9376.932.14164.6302164.630213

表8设计洪水过程修匀前后洪量误差统计表 洪量 P=1%的设计洪水过程 修匀前 修匀后 相对误差（%） 1天洪量 3天洪量 7天洪量 1.03 1.73 2.61 1.04 1.74 2.90 0.97 0.58 0.38 3、绘制水库库容曲线

1绘制库容曲线Z～V,按照表9所给数据，即可绘制Z～V曲线。 ○

表9 水位特征资料 高程 面积（万m2） 库容（万m3） 累积（万m3） 50 0 0 0 60 50 280 280 70 150 1250 1530 80 200 3500 5030 90 500 7500 12530 100 750 13500 26030

图 6 Z~V曲线

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2列表计算q～V。如表10所示在堰顶高程90m以上假设不同的水库○

水位Z，列于表中第①栏，将其减去90m，得第栏②所示的堰顶水头h，带入堰流公式

q溢=MBh32=1.17×90h32=105.3h32

从而计算出各h下溢洪道泄流能力，得Z值相应的水库泄流能力q列于第③栏。再由第①栏值查Z～V曲线，得Z相应的库容V，见表第④栏。

表10 R水库q～V关系计算表 库水位Z(m) ① 堰顶水位H(m) 泄流能力（m3/s） 库容V（万m3） ② ③ ④ 90 0 0 75 92 2 271 87 94 4 767 99 96 6 98 8 100 10 1410 2170 3033 111 123 135 3绘制该水库的蓄泄曲线q～V，由表10中第③、④栏对应值，即可○

绘出q～V曲线。

图 7 q—V曲线

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4、计算并绘制单辅助工作曲线 水库水量平衡方程为

Q1?Q2q?q2Δt+12Δt=V2-V1 2水库蓄泄方程活蓄泄曲线为q=f（v）或q～V曲线

采用单辅助曲线法求得：

单辅助曲线法的基本原理仍然是逐时段连续求解水库的水量平衡方程和蓄泄方程，但公式水量平衡方程作了变换。分离已知项和未知项后，可改变为

V2q2Q1?Q2Vq+=-q1+（2?1） Δt2Δt22为与之相照应，将蓄泄方程改为

q=f（

列表绘出q～

Vq?辅助曲线。 Δt2VΔt?q1） 2接着进行调洪演算。对于第一时段，将Q1=62m3/s、Q2=62m3/s、q1=0、V1qVq?=0代入水量平衡方程，得2?=62m3/s，以此查表得q2?t2?t2=10m3/s。对于其他时段，计算方法完全一样，计算结果列于表11中。

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表11 R水库设计洪水调洪计算表（单辅助曲线法，?t=6h） Vq3时间t（h） ?(m/s) Q1?Q23Q(m3/s) q(m3/s) (m/s) ?t22① 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 132 138 144 150 156 162 ② 62 62 69 81 245 1470 2180 963 483 306 247 213 209 200 168 201 190 268 209 155 120 106 94 84 87 88 76 61 ③ 62 66 75 163 860 1828 1572 723 395 277 230 211 205 185 185 271 304 239 182 138 113 100 89 86 88 82 69 ④ 0 10 30 60 240 430 1300 1530 1530 690 390 300 240 240 225 210 240 250 260 215 180 150 120 120 90 90 90 90 ⑤ 0 62 118 163 163 266 886 2294 2486 1679 1144 881 721 632 597 542 502 563 627 616 538 461 394 344 313 279 277 269 按表11中第①、②、④栏的数据绘出Q～t线和（q～t线见图8），由q～t线得出峰值qm，按趋势绘于Q～t线的退水段上，并量得qm=1530m3/s，由此可求得

V总=110.69×106m3；V设=35.69×106m3；Z设=95.9m

由Q～t和q～t的交点求qm（设计）。

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图 8 水库设计洪水调洪示意图

同理，可用同样的方法计算出校核洪水qm=1980m3/s，则有

V总=117.21×106m3 V核=42.21×106m3 Z核=97.0m

五、设计小结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关《水文水利计算》的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

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六、附表

附表1 R站1953～1985年洪水资料统计表 年份 Qm﹙m3/s) W1﹙亿m3﹚ W3﹙亿m3﹚ W7﹙亿m3﹚ 1953 1250 0.450 1.04 1.52 1954 1290 0.569 1.34 2.33 1955 527 0.244 0.518 0.861 1956 516 0.332 0.683 0.851 1957 1710 0.765 1.40 1.68 1958 534 0.343 0.616 0.907 1959 554 0.232 0.462 0.687 1960 1720 0.739 1.00 1.21 1961 965 0.607 0.950 2.14 1962 776 0.321 0.521 0.625 1963 427 0.318 0.619 1.71 1964 718 0.346 0.687 0.982 1965 524 0.239 0.440 0.532 1966 612 0.379 0.685 0.902 1967 773 0.370 0.641 0.737 1968 376 0.233 0.512 1.14 1969 2180 1.01 1.47 2.03 1970 1220 0.675 1.34 1.55 1971 1120 0.565 0.866 1.43 1972 415 0.210 0.441 0.680 1973 1750 0.637 1.22 1.54 1974 545 0.303 0.694 0.759 1975 810 0.324 0.507 0.700 1976 718 0.186 0.388 0.612 1977 1310 0.536 0.857 1.20 1978 217 0.098 0.227 0.312 1979 421 0.206 0.414 0.699 1980 860 0.340 0.735 1.28 1981 855 0.346 0.689 0.978 1982 750 0.384 0.629 0.724 1983 1480 0.454 0.967 1.86 1984 1125 0.449 0.730 0.943 1985 640 0.300 0.595 0.723

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附表2 R站1969年7月洪水要素摘录表（典型） 时间（日T时：分） 流量﹙m3/s) 时间（日T时：分） 流量﹙m3/s) 04T01:00 62.3 06T20:20 214 11:30 62.3 07T05:24 208 20:00 76.5 10:30 198 23:00 85.5 16:30 162 05T04:00 263 19;00 159 06:00 628 20:00 163 09:00 1340 08T00:42 281 12:00 1780 03:30 340 13:30 2150 04:12 337 15:30 2180 11:00 249 15:48 2160 23:00 142 16:30 2080 09T05:30 110 18:54 1490 13:00 99.3 21:30 963 20:00 83.4 23:30 740 10T08:00 89.3 06T03:30 483 10:00 88.1 08:00 334 20:00 65.5 11:00 278 11T01:00 49.0

附表3 水库特征资料 高程 库水面积（万m2） 库容（万m2） 50 0 0 60 50 280 70 150 1250 80 200 3500 90 500 7500 100 750 13500

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