水信息技术课程设计.docx

课程设计 水文预报课程设计 学院：水利土木工程学院 专业：水文与水资源管理 班级：* 学号：* 姓名：* 指导老师：程* 时间： 2013年12月20日 第一章 设计要求1、根据所给的资料，分析稳定的水位流量关系的特点，并用单一线法定线（单一线的拟合采用正交函数法通过编程计算完成。正交函数法参考课本P269）；2、对所定的水位流量关系曲线进行符号检验、适线检验和偏离数值检验； 3、推求6月5日至6月11日逐时流量，并计算日平均流量。第二章 设计资料1、 测站1976年实测流量成果表见表1（说明：测流断面为基本测流断面，测流方法为流速仪测流）；2、 测站1976年6月5日至6月12日部分洪水水文要素摘录表见表2；3、 测站水文概况测验河段顺直，河床整齐多卵石，土质坚实，两岸无显著冲淤变化，水位超过10米时，两岸发生漫滩。左岸漫滩约700米，右岸漫滩约1200米。测站上游约五公里处为两个支流的汇合口。测站下游800米处急滩上有一水坝，下游15 公里处有一较大支流汇入。表1 测站1976年实测流量成果表施测号数施测日期基本水尺水位（米）流量（米3/秒）断面面积（米2）平均流速（米/秒）月日起 迄11141.8440.01920.2123133.254354850.903164.3510207421.3744162.852624060.655184.7612908741.486233.947656441.197282.441563230.498304.108766701.299524.8213008631.5110195.78187010801.7311283.786816011.1312626.33245012301.99136.58252013001.941445.2915509631.611554.258747001.251685.58195010401.881798.05422016802.51187.55343015502.2119256.41243012602.0320796.66273013202.0721153.515495511.0022212.1892.12380.3623222.0978.52390.3324261.9656.62150.2625822.0669.32370.292651.7830.91780.1727131.6826.31610.1628211.6018.21420.132910301.9858.32210.263012301.9047.82050.23表2 测站1976年洪水水文要素摘录表日期水位（米）流量（米3/秒）日期水位（米）流量（米3/秒）月日时分月日时分6520：003.696815：005.6562：003.3417：006.088：003.2819：006.5620：003.0620：006.7872：002.9922：007.208：002.9890：007.6210：003.022：007.9212：003.093：008.0114：003.314：008.0516：004.045：008.0517：004.477：007.9018：004.818：007.7619：005.0510：007.3520：005.2412：006.8122：005.4916：005.9223：005.5620：005.3680：005.5822：005.091：005.58102：004.693：005.548：004.295：005.4914：003.988：005.3020：003.7510：005.24118：003.3611：005.2520：003.1412：005.30128：002.9613：005.38第三章 水位流量关系特点2.1 水位流量关系简介水位流量关系 stage-discharge relation 河渠中某断面的流量与其水位之间的对应状态。 这项关系要根据当地的不同水流情况的多次实测流量和其相应的水位来确定，通常用经验曲线、经验方程或表格等形式表达。它是由各种水力因素（如水面宽、断面面积、水力比降、糙率等）决定的。2.2 稳定水位流量关系由上面表1数据作图:从上图可知，在较长时期内，该断面的实测流量与相应水位的点据呈密集带状分布，可用一条单一曲线来表示。这是稳定的水位流量关系。水位流量关系维持稳定，必须具备下列条件之一：断面面积、水力比降和糙率等水力因素在同一水位时,维持不变;在同一水位时，上述各因素虽有变动，但其变动对水位流量关系的影响可以互相补偿。在这种条件下，同一个水位，就只有一个相应的流量，水位流量关系就成为单一的曲线。水文测站断面总是尽可能选择在那些具备基本稳定条件的地方，必要时，用人工铺设固定河床或在断面下游附近建造拦河低堰等方法来创造这种稳定条件。应用稳定的水位流量关系对于编制逐日平均流量、洪水水文要素摘录表和因工程设计或防汛需要推求各种水位或流量都十分方便。第四章 单一曲线定线4.1 单一曲线定线原理应根据定线的原则，用目估的方法，通过点群中心，分别绘出水位流量、水位面积、水位流速单一的光滑曲线，测点应均匀地分面于关系曲线的两旁，不允许测点有系统偏离现象。对初步制定的关系曲线，应检查调正。检查方法是：在三关系曲线的各级水位上，分别查出流量、面积、流速；进行面积乘流速是否等于流量的计算，若误差不超过23%时，即认为合理，否则，应调正曲线，直到符合为止。4.2 单一曲线定线方法1、图解法-人工定线2、解析法-人工或计算机选配方程定线4.3 单一曲线定线步骤1、在同一张图纸上依次点绘Z-Q 、Z-A、Z-V关系曲线。 (1)三条曲线比例尺选择，应使它们与横轴的夹角近似为45、60、60，且互不相交。 (2)测点右侧注明测次号 (3)3条曲线左右顺序为Z-Q 、Z-A 、Z-V。2、分析Z-Q 、Z-A 、Z-V的曲线特征。 (1)符合单一曲线的标准 (2)有无特殊情况出现。 (3)突出点分析。 A、定义：明显偏离所定平均曲线的反常关系点。 B、原因：测验和数据处理各环节中出现差错；因特殊水情造成关系点的突然变化。 C、判断标准：ISO标准用二号标准差。 D、处理：系水力因素变化所致，则应作可靠资料看待；系测算错误造成，则应该设法予以改正；无法改正者，暂时不用，留待核实之后再定是否安全。3、通过点群中心定一条单一线。 (1)误差最小原则。 (2)光滑无反曲4、进行曲线检验 (1)符号检验； (2)适线检验； (3)偏离数值检验； (4)两条曲线需要合并时，还要进行t检验。4.4 正交函数法正交多项式拟合法： 定义关于变量的一组相互正交函数：（ 正交多项式的阶数）（实测水位流量关系点总数） 采用如下的递推方法求解正交函数：当m=0时,P0,j=1，当m=1时，P1，j=Xj-1，当i=2,3m时，最后得到用于拟合多项式方程式的正交多项式：4.5 正交多项式拟合法程序设计 正交多项式拟合水位流量关系Private Sub Form_Load() Dim z(50) As Single, z0 As Single, Q(50) As Single, Qc(50) As Single, Z1(50) As Single, Q1(50) As Single Dim x(50) As Single, y(50) As Single, n1 As Single Dim a(5) As Single, alf(5) As Single, bet(5) As Single, bt(30) As Single Dim P(5, 50) As Single, Sum_p(5) As Single 输入实测数据 Open C:Users郗鸿峰Desktop课件水信息技术-PPT1.txt For Input As #1 Input #1, n For j = 1 To n Input #1, z(j) Next j For i = 1 To n Input #1, Q(i) Next i Input #1, n1 For i = 1 To n1 Input #1, Z1(i) Next i Close #1 拟合多项式 z0 = 1.5 For j = 1 To n x(j) = Log(z(j) - z0) y(j) = Log(Q(j) Next j For j = 1 To n P(0, j) = 1 Next j Sum_p(0) = n s = 0 For j = 1 To n s = s + x(j) Next j alf(1) = s / Sum_p(0) For j = 1 To n P(1, j) = x(j) - alf(1) Next j m = 3 For i = 1 To m Sum_p(i) = 0 For j = 1 To n Sum_p(i) = Sum_p(i) + P(i, j) 2 Next j bet(i) = Sum_p(i) / Sum_p(i - 1) s = 0 For j = 1 To n s = s + x(j) * P(i, j) 2 Next j alf(i + 1) = s / Sum_p(i) For j = 1 To n P(i + 1, j) = (x(j) - alf(i + 1) * P(i, j) - bet(i) * P(i - 1, j) Next j Next i Print alf(1), alf(2), alf(3), bet(1), bet(2), bet(3) Sum_p(3) = 0 For j = 1 To n Sum_p(3) = Sum_p(3) + P(3, j) 2 Next j For i = 0 To m s = 0 For j = 1 To n s = s + P(i, j) * y(j) Next j a(i) = s / Sum_p(i) Next i Print a(0), a(1), a(2), a(3) For j = 1 To n Qc(j) = Exp(a(0) + a(1) * P(1, j) + a(2) * P(2, j) + a(3) * P(3, j) Next j 计算曲线拟合标准差Se s = 0 For i = 1 To n s = s + (Q(i) - Qc(i) * (Q(i) - Qc(i) Next i Se = Sqr(s / (n - 1) Open C:Users郗鸿峰Desktop课件水信息技术-PPT2.txt For Output As #2 Print #2, Print #2, Tab(8); 正交多项式拟合水位流量关系, Print #2, Tab(8); _ Print #2, Print #2, Tab(3); 时刻; Tab(9); 水位; Tab(17); 流量; Tab(24); 计算流量; Tab(35); 相对误差%, Print #2, For j = 1 To n Print #2, Tab(3); Format(j, 0); Tab(11); Format(z(j), 0.00); Print #2, Tab(21); Format(Q(j), 0.0); Tab(34); Format(Qc(j), 0.0); Tab(45); Format(Qc(j) - Q(j) / Q(j) * 100, 0.00), Next j Print #2, Print #2, Print #2, Tab(8); 标准差=; Format(Se, 0.00); 符号检验 k = 0 For j = 1 To n If Qc(j) = Q(j) Then k = k + 1 End If Next j u = (Abs(k - 0.5 * n) - 0.5) / (0.5 * Sqr(n) u_1 = 1.15 If u 0 Then k = k + 1 End If Next j u = (0.5 * n - k - 1) / (0.5 * Sqr(n - 1) u_2 = 1.64 If u = u_2 Then Print #2, Tab(8); 适线检验通过, Else Print #2, Tab(8); 适线检验不能通过, End If 偏离数值检验 Dim det(50) As Single s = 0 For j = 1 To n det(j) = (Q(j) - Qc(j) / Qc(j) s = s + det(j) Next j P_aver = s / n s = 0 For j = 1 To n s = s + (det(j) - P_aver) 2 Next j Sp = Sqr(s / (n - 1) t = P_aver / (Sp / Sqr(n) u_3 = 1.7 If t = u_3 Then Print #2, Tab(8); 偏离数值检验通过, Else Print #2, Tab(8); 偏离数值检验不能通过, End If 推流 For i = 1 To n1 x(i) = Log(Z1(i) - z0) Next i For i = 1 To 49 P(0, i) = 1 P(1, i) = x(i) - alf(1) For j = 2 To m P(j, i) = (x(i) - alf(j) * P(j - 1, i) - bt(j - 1) * P(j - 2, i) Next j Next i For i = 1 To49 s = 0 For j = 0 To m s = s + a(j) * P(j, i) Next j Q1(i) = Exp(s) Next i Print #2, Tab(3); Z1; Tab(11); Q1, For i = 1 To n1 Print #2, Tab(3); Format(Z1(i), 0.00); Tab(11); Format(Q1(i), 0.0); Next i Close #2End Sub数据的读取：C:Users郗鸿峰Desktop课件水信息技术-PPT1.txt30 49 1.84 3.25 4.35 2.85 4.76 3.94 2.44 4.10 4.82 5.78 3.78 6.33 6.58 5.29 4.25 5.58 8.05 7.55 6.41 6.66 3.11151 2.18 2.099999 1.96 2.06 1.78 1.68 1.60 1.98 1.9040.0 435 1020 262 1290 765 156 876 1300 1870 681 2450 2520 1550 874 1950 4220 3430 2430 2730 549 92.1 78.5 56.6 69.3 30.9 26.3 18.2 58.3 47.83.69 3.343.28 3.062.99 2.983.02 3.093.31 4.044.47 4.815.05 5.245.49 5.565.58 5.585.54 5.495.3 5.245.25 5.35.38 5.656.08 6.566.78 7.27.62 7.928.01 8.058.05 7.97.76 7.356.81 5.925.36 5.094.69 4.293.98 3.753.36 3.142.96数据的输出：C:Users郗鸿峰Desktop课件水信息技术-PPT2.txt正交多项式拟合水位流量关系_ 时刻 水位 流量 计算流量 相对误差% 1 1.60 18.2 18.1 -0.41 2 1.68 26.3 24.4 -7.31 3 1.78 30.9 33.9 9.77 4 1.84 40.0 40.6 1.49 5 1.90 47.8 48.0 0.42 6 1.96 56.6 56.2 -0.79 7 1.98 58.3 59.0 1.27 8 2.06 69.3 71.4 3.08 9 2.09 78.5 76.4 -2.63 10 2.18 92.1 92.6 0.55 11 2.44 156.0 149.3 -4.30 12 2.85 262.0 269.0 2.66 13 3.25 435.0 420.5 -3.33 14 3.51 549.0 536.5 -2.27 15 3.78 681.0 670.6 -1.53 16 3.94 765.0 756.2 -1.15 17 4.10 876.0 846.2 -3.40 18 4.25 874.0 934.4 6.91 19 4.35 1020.0 995.1 -2.44 20 4.76 1290.0 1259.2 -2.39 21 4.82 1300.0 1299.7 -0.02 22 5.29 1550.0 1632.1 5.30 23 5.58 1950.0 1848.9 -5.19 24 5.78 1870.0 2002.8 7.10 25 6.33 2450.0 2441.9 -0.33 26 6.41 2430.0 2507.4 3.19 27 6.58 2520.0 2647.8 5.07 28 6.66 2730.0 2714.3 -0.57 29 7.55 3430.0 3470.5 1.18 30 8.05 4220.0 3902.7 -7.52 标准差=75.73符号检验通过适线检验通过偏离数值检验通过 表3 测站1976年推测流量成果表日期水位（米）流量（米3/秒）日期水位