工程水文课程设计1

1、.目录1工程概况与设计任务 .21.1工程概况及原始资料 .21.2设计任务 .42干流设计洪水推求 .52.1特大洪水重现期 N 与实测系列长度 n 的确定 .52.2洪水经验频率的计算 .52.3洪水频率曲线统计参数估计和确定 .82.4干流设计洪峰流量推求 .103支流小流域设计洪水计算 .113.1最大 24 小时设计暴雨过程推求 .113.2产流计算 .123.3汇流计算 .143.4支流设计洪峰流量的确定 .164桥址设计洪水流量 .165桥址设计断面平均流速和设计水深. . 166设计感悟 .17.下载可编辑 .1 工程概况与设计任务1.1 工程概况及原始资料某高速公路大桥跨越的

2、河流断面来水由干流和支流洪水组成，干流水文站位于桥址上游 1km处，资料可用来推求坝址处洪水，支流洪水由地区降雨资料推求。干，支流与桥址位置示意图如图1 所示。图 1-1 干支流与桥址位置示意图干流洪水资料有年洪峰最大流量，包括调查和实测资料，见表1。另外，还调查到桥址附近干流 1900 年岸坡上洪痕点 2 个，分别位于水文站和桥轴线上，洪痕点高程分别为 121.3m 和 120.8m，桥址断面河床高程为 115.03m，河床比降为 0.5%0 ，床面与边坡曼宁粗糙系数 n=0.012 ，河宽 500m，据此可得该年洪峰流量，作为一个洪水统计样本点。图 1-2 桥址河段年最大洪峰流量.下载可编

3、辑 .支流洪水为一小流域（流域面积为F ）汇流而成。1）该支流流域无实测洪水流量资料，但流域中心附近有一个雨量站资料，经频率计算获得 P=2%， 1%所对应的最大 1d 的设计点雨量分别为 202.4mm, 323.8mm。该地区暴雨点 面折算关系见表 2，该地区的最大日降雨量与最大 24 小时降雨量根据经验其关系为 H 24, p 1.14H日, p ，设计暴雨时程分配见表 3。表 1-1 某地区暴雨点 面折算关系表F（ km2020406080100120140160180）t （ h）11.0000.9450.9110.8840.8640.8470.8340.8230.8150.8073

4、1.0000.9600.9310.9100.8930.8790.8670.8580.8510.84561.0000.9770.9570.9420.9280.9170.9070.8990.8920.886121.0000.9860.9720.9610.9510.9430.9350.9280.9210.915241.0000.9910.9830.9750.9690.9640.9590.9530.9490.944表 1-2 地区最大 24 小时设计暴雨的时程分配表日 程设计暴雨的时段（ 3h）雨量过程时段序号12345678（ 3h）典型分配4.18.313.834.220.411.54.23.5（

5、%）2）该流域位于湿润地区，流域蓄水容量为I m 。用同频率法求得设计Pa90mm( P2%);Pa86mm( P1%) ，该流域的稳定下渗率为f c (mm / h).下载可编辑 .流域所在地区的地区综合瞬时单位线参数nn0 , Kk01.2 设计任务1）推求桥址设计洪水流量2）按均匀流假设，推求坝址断面设计流量的平均流速和水深。设计条件如下表：31）大桥工程设计洪水标准为 2%2） I m 110mm ， f c1.5mm/ h3）综合单位线参数n0 1.5, k0 5.68 ，支流小流域面积F30km2.下载可编辑 .2 干流设计洪水推求2.1 特大洪水重现期 N 与实测系列长度 n 的

6、确定1. 干流设计洪水推求1) 洪水资料的总长度 N：洪水资料的总长度为实测资料期 17 年；调查期 56 年；考证期 4 年的总和，即： Nnn1 n277（年）2) 特大洪水流量判定： Q EM / Q3，若 QiQEM ，可判定为特大洪水Qi,QEM3x 14874.72x4958 . 24n3) 由调查资料推求水文站 1900 年洪峰流量x10000.5%o ，x=0.5m, 推求水文站处河床高程为115.03+0.5=115.53m水文站水深 M 1121.3115.535.77m , 桥址水深 M 2120.8115.035.77m推求水文站处水流断面面积A5.77 5002885

7、m2根据曼宁公式 v1 R 2 / 3i 1 / 2n121水文站处断面平均流速v5.7730.000525.9945m / s0.012根据 Q Av 推求水文站处洪峰流量 Q 28855.9945 17294.1325判定 1900 年， 1904 年， 1927 年为特大洪水。2.2 洪水经验频率的计算其中有 3 项特大洪水，即a=3。其经验频率按以下公式计算：MM 1,2,.a特大洪水系列： PMN1.下载可编辑 .则 3 次特大洪水经验频率分别为：P110.0128P1921771P220.0256P1900771P330.0385P1904771实测洪水：系列长度为n=197619

8、601=17 年实测期的 n 项洪水，认为是在 N 年中任意抽取的部分。如果实测期 n 项中有 l 项是特大洪水，是属于 a 项中的，即已从 n 项中抽出，还剩有（ nl ）项普通洪水都不超过为首的 a 项特大洪水。由于上一步中 3 项特大洪水可看做从 N 年中随意抽取的，故其概率可假定在 01 之间分布。在统一样本法中，认为这（nl ）项洪水的经验频率均匀分布于 1 PMa 范围内，经验频率计算公式为：实测洪水系列： Pm Pa(1Pa )mlm l 1, l 2., l nn l1如 1960 年， Qm6120m3/ s ，M=2，其经验频率为：P1960PMa (1PMa )ml19

9、.88%nl1.下载可编辑 .洪峰流量频率计算MPm Pa (1 Pa ) ml按时间次序排列流量由大到小排列n l1PM1N年份流量年份流量PMPm(%)190017294.11921206000.0128190415100190017294.10.02561921206001904151000.038519606120196486709.19196156101971734014.53196239901960612019.88196353001973592025.22196486701965583030.56196558301961561035.9196636901963530041.241

10、96743901974510046.58196842301972443051.93196939301967439057.27197035401968423062.61197173401962399067.95197244301969393073.29197359201966369078.63197451001976357083.98197527201970354089.32197635701975272094.66.下载可编辑 .2.3 洪水频率曲线统计参数估计和确定1）统计参数初估对于不连续系列样本，假定：（ nl ）年系列的均值和均方差与除去特大洪水后的（N a）年系列的均值和均方差相等，

11、可导出如下统计参数矩法初估公式：x1aNax jnx iNj 1n lil111a( x jx ) 2NanC v( x i x ) 2xN 1 j 1nli l 1anQmj 20600 17294 15100 52994，Qi 84290j 1i 11x77a773nx i5453 . 3x j0j 117i l 111a( x j x)2773n( xi x)20.5311C v77 117l i5453.3j 1l12）目估适线法确定统计参数选频率分布线行为皮尔逊型，并选Cs3Cv进行第一次配线.下载可编辑 .第二次配线采用 Cv=0.71 Cs=2.5Cs/Cv=3.52.下载可编辑

12、 .第一次配线第二次配线（采用）频率 P%EX=5453.293m2EX=5453.293m2Cv=0.531 Cs=1.593 Cs/Cv=3Cv=0.71 Cs=2.5 Cs/Cv=3.52KpXpKpXp（ 1）（ 2）（3）（ 4）（ 5）12.79315229.063.75320466.2352.03911121.222.42713235.16101.7059295.791.88710290.38201.3597409.51.36927466.66500.8664722.60.8524647.6750.6133340.530.6243404.98900.4722572.880.511

13、2787.83950.4192282.40.4742582.16990.3631977.480.4402399.732.4 干流设计洪峰流量推求x px(1Cv)x5453.（3m3 / s） Cv=0.713.85得， x px(1 C v ) 5453 .3 (10.71 3.85) 20359 .90m 3 / s.下载可编辑 .3 支流小流域设计洪水计算3.1 最大 24 小时设计暴雨过程推求该支流流域无实测洪水流量资料，但流域中心附近有一个雨量站资料，经频率计算获得 P=2%，1%所对应的最大 1d 的设计点雨量分别为 202.4mm, 323.8mm。该地区暴雨点面折算关系见表 1

14、-1 ，该地区的最大日降雨量与最大 24小时降雨量根据经验其关系为 H 24, p1.14 H 日, p 。该流域位于湿润地区， 流域蓄水容量为I m 。用同频率法求得设计Pa90mm(P 2%); Pa 86mm( P 1%) ，该流域的稳定下渗率为fc (mm / h) 。流域所在地区的地区综合瞬时单位线参数 n n0 , K k01）最大 1 日面设计暴雨量利用设计资料中所提供的关系式： H 24, p1.14 H 日, pH 日， p 323.8mmH 24, p 1.14 323.8230.736mm，所以2）流域面平均设计雨量及时程分配根据设计资料所提供的点面折算系数进行流域面平均

15、设计雨量的计算由设计资料，支流小流域面积F30km2根据表 1-1 ，t=24 时， F=20时折算系数为 0.991 ， F=40时折算系数为 0.983 。(0.991 0.983)(40 30)利用内插法， F=30Km2 折算系数 =0.983200.98740所以，流域面平均设计雨量为0.987230.736 = 227.736 mm.下载可编辑 .根据设计暴雨时程分配表进行设计暴雨的时程分配日程设计暴雨的时段（3h）雨量过程时段序号（ 3h）12345678典型分配（ %）4.18.313.834.220.411.54.23.5分配量（ mm）9.318.931.477.945.6

16、26.29.68.03.2 产流计算1）设计净雨的推求按照蓄满产流模式（ B=0.2）进行设计净雨计算。根据稳定下渗率进行地面净雨和地下净雨的划分。根据设计资料所提供，Wm110 mm，B=0.2，由公式 Wmm (1B)Wm得， Wmm'(1 0.2)110 132mm根据设计资料所提供， Wo=Pa=90mm由公式 A=W 1(1 W /W )1/(1 B)得， A = 132 1- 90/110 1/ 1.2111.67 已知流mm0m域降雨量 P 和初始土壤含水量 W0 =90 时，蓄满产流模型的产流计算公式归纳为当 A+P<时，RPW0Wm Wm 11 BWmm( A

17、P) /Wmm当 A+P>时，R=P+W0 WmWmm.下载可编辑 .设计净雨计算表PWmmAA+PRWoWm9.3132112121.32.59011018.9132118.29137.197.2102.73811031.4132132163.429.911011077.9132132209.977.911011046.5132132178.546.511011026.2132132158.226.21101109.6132132141.69.6110110813213214081101102）地面净雨与地下净雨的推求根据对设计资料中所提供的数据，本流域的稳定下渗率为1.5mm/h。由

18、设计净雨过程中扣除地下净雨（等于稳定下渗率乘以净雨历时）得地面净雨过程。其中第一时段的净雨历时 tc =（2.202/14.94 ） x3=0.806 （h）地下净雨 下fctc=1.5x0.806=01.2(mm), 故第一时段地面净雨为1.2mm，其余类推。hP=2%设计暴雨过程分配时段数（ t=3h ）12345678合计占最大 1 日的百分数 （ %）4.18.313.834.220.411.54.23.5100设计暴雨（ mm）9.318.931.477.945.626.29.68.0222.7设计净雨（ mm）2.57.229.977.945.626.29.68.05207.8地下

19、净雨（ mm）1.21.74.34.54.54.54.54.529.7地面净雨（ mm）1.35.525.673.442.021.75.13.5178.8.下载可编辑 .3.3汇流计算1）无因次单位线 u( t, t ) 与 10mm单位线 u( t ,t ) 的推求由设计资料得，综合单位线参数 n01.5, k05.68 ，u( t, tk ) S(tk )S(tkt)t(h)t/kS(t)S(t-?t)u( ?t,t)q( ?t,t)00000.00030.5280.20900.2095.80661.0560.450.2090.2416.69491.5850.6340.450.1845.1

20、11122.1130.7610.6340.1273.528152.6410.8470.7610.0862.389183.1690.9040.8470.0571.583213.6970.940.9040.0361.000244.2250.9630.940.0230.639274.7540.9770.9630.0140.389305.2820.9860.9770.0090.250335.810.9910.9860.0050.139366.3380.9940.9910.0030.083396.8660.9970.9940.0030.083427.3940.9980.9970.0010.028457.9230.9990.9980.0010.028488.45110.9990.0010.028518.9791100.000.下载可编辑 .2）设计地面径流过程推求由上表得出大洪水的单位线。由设计地面净雨过程通过单位线推求，得设计地面径流过程。3）设计地下径流过程推求把地下径流概化为等腰三角形初六，其峰值出现在设计地面径流停止时刻（第24 时段），地下径流过程的底长为设计径流底长的2 倍，即 T下2T面 2243144hW下 0.1 h下4F 0.1 31.083