工程水文课程设计

工程水文课程设计第一章课程设计的目的小流域设计洪水，是水利水电工程中水库设计、农田排涝、城市防洪和排水、桥梁和公路建设、铁路建设必不可少的设计内容，本课程设计系小流域洪水设计。课程设计的目的，是使学生在学习了《工程水文学》课程的基础上，利用所学的知识，完成一座中小型水库洪水设计的任务，理论与实践相结合；在设计过程中不断加深对所学理论知识的理解，提高分析问题和解决实际问题的能力；培养学生独立工作的能力，具备完成水库防洪、城市排水、桥梁和公路建设、铁路建设中小流域设计洪水任务的能力。第二章课程设计的任务和要求本课程设计为福建省长汀县陂下水库洪水设计。通过本设计，使每位学生熟悉小流域设计洪水的主要内容和计算步骤；初步掌握资料收集、整理和分析的基本方法；掌握根据设计条件选用合理计算方法完成设计内容的技巧；训练查阅和使用设计规范、设计手册和参考文献的能力。通过本课程设计，掌握小流域设计洪水的主要计算内容和方法，初步具备编写设计报告的能力。第三章设计内容1．资料收集包括：水库资料、实测和历史调查洪水资料、暴雨资料、流域和河流地形图、流域自然地理和气候等资料。2．参考文献的收集包括：设计洪水规范、设计洪水计算手册、省市水文手册水文图集及有关参考文献等。3．设计暴雨计算包括：设计暴雨量及时程分配4．设计洪水计算包括：设计洪峰流量和设计洪水过程线。5．成果整理分析，编写设计报告书。第四章陂下水库设计洪水一、 工程概况陂下水库位于福建省长汀县四都乡，与江西省毗邻。坝址位于汀江支流濯田河的小支流陂下河上。濯田河水力资源丰富，经流域规划，提出水力发电四级开发方案，陂下水库为一级龙头水库。根据地形、地质条件，总库容初估约为5000~6000万m3属中型水库，装机容量5000kW左右，属小型电站。水工建筑物为三级建筑物，大坝为砌石坝。二、 流域概况陂下水库坝址以上流域面积166km2流域为山丘区，平均高度500m,主河长30.4km，主河道平均比降7.82%。。流域内植被良好，土壤以红壤土为主。流域内雨量丰沛，多年平均降雨量1617.5mm，主要集中在四~九月，其中四~六月份以锋面雨为主，七~九月份以台风雨为主。流域内多年平均径流深981mm，多年平均陆面蒸发量636.5mm，多年平均水面蒸发量990mm。第五章设计资料一、资料概况陂下水库坝址处无实测流量资料，流域内也无实测雨量资料。坝址下游约1km处有四都雨量站，具有1956~1975年实测降雨系列。陂下河1973年5月31日发生过一场特大暴雨，四都站实测最大一日雨量332.5mm，经调查，重现期约为80~100年。流域附近有观音桥、官庄、上杭、桃溪、杨家坊水文站及长汀、新桥、铁长、庵杰、四都、濯田等雨量站。资料情况见表1。其它资料：水利水电工程设计洪水计算手册，福建省水文手册、龙岩地区简易水文手册、龙岩地区水文图集。二、设计资料暴雨资料长汀、四都、濯田站实测短历时暴雨资料，见表2。福建省暴雨点~面折算关系，见表3。福建省设计暴雨时程分配，见表4。福建省次暴雨强度1次和损失参数口关系，见表5。降雨历时等于24小时的径流系数a值表，见表6。福建省汇流参数m经验公式，见表7。汇流参数m值查用表，见表8。福建省24h暴雨洪水概化过程线系数表，见表9。福建省龙岩市和江西省赣州市部分水文站洪峰流量分析成果表，见表10。第六章设计过程一、 设计标准根据给的资料《水库工程水工建筑物的防洪标准》确定设计洪水标准为100年一遇，即设计保证率为1%，校核洪水标准为500年一遇，保证率为0.2%.二、 确定流域参数坝址以上集水面积F为166KM2,主河道长度L为30.4KM，主河道河底比降J为0.782%。

三、设计暴雨①暴雨递减指数n2根据长汀雨量站各种历时T=3h、6h、12h、24h实测最大雨量系列进行频率分析，其中1966年暴雨可以认为是1936年以来最大。（P3型曲线图见图1）。由模拟软件，得出结果如下表11。0.2%1%2%10%20%3h185.001147.323131.02392.27674.9066h226.721181.134161.412114.53193.51512343.461270.737240.064165.526133.20524608.559471.249412.652275.341215.869长汀降雨量频率分析结果见表12.表12长汀3h降水量频率分析计算参数：均值=56.7Cv=0.47采用参数：均值=56.7Cv=0.47Cs=3.5CvXm经验频率理论频率Xp154.44.80.01251.595.59.50.05215.564.114.30.1199.863.4190.2184.65723.80.516356.528.61147

55.933.32130.853.738.15108.952.242.91092.151.347.62074.850.152.43064.250.157.14056.247.961.9505046.566.76044.445.471.47039.643.376.28035.141.8819030.341.185.79527.439.690.59825.824.995.29924.799.524.299.923.7长汀6h降雨量频率分析6h降雨量均值=71.5Cv=0.45均值=71.5Cv=0.45Cs=3.5Cv

Xm经验频率理论频率Xp174.74.80.01306.71309.50.05263.396.914.30.1244.396.6190.2225.979.223.80.5199.978.128.61180.664.233.32160.964.138.15134.662.242.910114.360.647.62093.46052.43080.559.557.14070.958.561.95063.556.266.76056.752.971.47050.952.576.28045.451.2819039.649.385.79536.146.490.59834.237.595.29932.9

99.532.299.931.6长汀12h降雨量频率分析12h降雨量-降水量计算参数：均值=100.2Cv=0.50采用参数：均值=100.2Cv=0.50Cs=3.5CvXm经验频率理论频率Xp178.84.80.01489144.75.60.05414.8129.88.30.1382.8113.711.10.2351.2111.113.90.5308.1106.616.71275.6106.419.4224310022.25199.498.52510166.397.227.820132.395.630.630112.289.833.34097.7

89.436.15086.285.538.96076.283.541.77068.177.444.48060.177.147.29053.175.5509549.175.552.89848.174.655.69945.674.158.399.544.673.261.199.944.669.163.967.566.765.569.462.672.259.37558.777.857.780.657.483.353.386.153.288.952.791.7

51.794.451.597.2长汀24h降雨量24h-降水量计算参数：均值=160.8Cv=0.54采用参数：均值=160.8Cv=0.54Cs=3.5CvXm经验频率理论频率Xp219.64.80.01853.7167.75.10.05720148.27.70.1661.814410.30.2605.413912.80.5528.1138.915.41469.1137.317.92410.9133.620.55333.612223.110274.5116.825.620215.5115.828.230179.9113.730.840154.7

112.833.350135.6112.535.960119.1112.338.570105.2108.5418092.2104.343.69080.9103.446.29575.7102.748.79875.7102.451.39970.5101.853.899.569.6100.756.499.969.695.45995.161.593.664.190.466.78969.286.671.884.974.479.576.976.779.570.382.169.684.6

66.287.261.189.759.592.358.394.956.997.4得出P=0.2%,1%,2%,10%,20%设计雨量Ht,p，并化为降雨强度Ip，如表13。3h6h12h24h0.2%61.66737.78928.62225.3571%49.10830.18922.56119.6352%43.67426.90220.05317.47310%30.75919.08913.82111.47320%24.96915.58611.1008.994在双对数纸上点绘T和*p关系，并图解出暴雨递减指数n2。（图见图2）n2=0.62四都站24h设计暴雨计算根据四都站实测日最大雨量进行频率分析，（P3型曲线见图3）其中1973年暴雨须作特大值处理，求出设计日雨量为322.56mm，校核日雨量为419.4mm再按经验关系：H24,pU4H日,p，换算为24h设计雨量。四都降雨量频率分析见表14。四都日降雨量频率分析四都-降水量

计算参数：均值=106.9Cv=0.56采用参数：均值=106.9Cv=0.56Cs=3.5CvXm经验频率理论频率Xp332.54.80.01598.4171.89.50.05502130.114.30.1460.7121.2190.2419.4118.923.80.5364.3110.428.61323108.233.32281.1108.238.15226.693.442.910184.79047.620143.48952.430118.98657.140102.184.261.95088.383.866.76077.683.471.47068.677.376.28060.2

74.6819053.365.185.79550.155.290.59848.254.395.29947.799.547.399.947.1日,P=1.14*322.56=367.718mm校核H24,P二1.14H已p=1.14*419.4=478.116mm设计雨力SpSP二H24PX24"厂1=367.718*24"(0.62-1)=109.909mm/h校核雨力Sp二H24,pX24"厂1=478.116*24"(0.62-1)=142.907mm/h面平均设计雨力Sp=104.469mm/h校核面平均雨力Sp=135.833mm/h求各种历时设计雨量利用暴雨公式：Ht,P二H x24〃2-1x11-^224,P(1hJt<24h)推求1h、3h、6h、24h设计雨量。设计雨量H1,p=109.909mmH24,p=367.718mmH3,p=166.856mmH6,p=217.136mm校核雨量H1,p=142.907mmH24,p=478.116mmH3,p=219.950mmH6,p=282.326mm陂下水库坝址以上流域面平均设计雨量及时程分配直接移用四都站设计雨量，按福建省暴雨点~面折算关系求陂下水库各种历时流域设计面平均雨量。表15设计雨量时程分配

时段\%占H1占H3-H1占H6-H3占H24-H662017.07864235.865210056.9741100109.909310050.2863832.450100100100100367.718表16校核雨量时程分配时段\%占H1占H3-H1占H6-H3占H24-H662039.15864282.232210077.0431100142.907310062.37663874.400100100100100478.116按福建省水文手册中24h设计暴雨典型分配推求设计暴雨时程分配。（见图4、5）求设计净雨过程按福建省水文手册规定，24h设计暴雨不扣损，直接将设计暴雨过程作为设计净雨过程。损失参数口可用两种方法推求：

按福建省水文手册□与次雨强'次的经验关系推求。利用《水利水电工程设计洪水手册》介绍方法推求先求24h暴雨径流系数a,再求产流量：hR二以H24,严，最后求口nS丄卩=(l-n)ni_n(A)l-nhnR式中，n=n2。用第二种方法求解，由表六，取a为0.70设计值hR二aH24,P=0.70*367.718=257.403mm校核值hR二aH24,p=0.70*478.116=334.681mm卩=(l-n)ni-n(设计值hn=4.180mm/hP=(l-n)ni-n(d)1-n校核值hnR =5.434mm/h汇流参数m①按福建省水文手册经验关系：m~L/J13推求，见表7。得,L/J"(l/3)=153.157M=1.286②利用《水利水电工程设计洪水手册》中经验关系推求，见表8使用方法一，得L/J"(l/3)=153.157M=1.286设计洪峰流量推求用推理公式计算：当tc-T时:当t当tC<T时:(A1)(B)SQ=0.278(—p)FmP 1nt=0.278 --mJ13Q14mP(A2)(A2)(B)nS11-nTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"Q=0.278( )FmP T\o"CurrentDocument"t=0.278 --mJ13Q14mP或采用：(A3)(B)当tc-T(A3)(B)当tc-T时:屮二1--^Tn

SP当tc<T时:屮=n(I)1-nT(1-n)江(C1)_(C2)(D)SQ=0.278屮—FmP Tnt=0.278—mJ13Q14mP式中甲为洪峰径流系数。可采用图解法或试算法，试算法步骤如下：①由（D）式计算tc②假定一个QmP，代入（B）式计算出T。③计算QmP当R>口：Rgi*Si i gi=RR=0i ： giSi在这里当R>口：Rgi*Si i gi=RR=0i ： giSi在这里R>口,设计值：地表净雨R=yRRS= RSi=367.718-24*4.180=267.398(mm)地下净雨gi=24*4.180=100.32(mm)校核值：地表净雨R=yRRS= RSi=478.116-24*5.434=347.7(mm)地下净雨gi=24*5.434=130.416(mm)（1） 当tc-T时：由（A1）式计算QmP，或由（C1）式计算出甲，代入（A3）式求出QmP。（2） 当J<T时：由（A2）式计算QmP，或由（C2）式计算出甲，代入（A3）式求出QmPo④比较QmP和QmP，（1） 当QmP-QmP<S，QmP即为所求;（2） 当QmP-QmP-S，将QmP=QmP，返回②。式中£为误差标准。经迭代计算，最后得出设计值Q=1500m"3/s t=5.32h校核值Q=2100m"3/s t=4.89h7．设计洪水过程线①分割时段地表径流和地下径流gi记时段净雨为R，时段地表净雨为R，时段地下净雨为R。

gi②计算设计洪量设计值：地表洪量 WS二l°°°RsF=1000X267.398X166=4.439X10"7(m3)地下洪量 Wg二1000RgF=1000X100.32X166=1.665X10^7(m3)校核值：地表洪量 Ws=1000RsF=1000X347.7X166=5.772X10^7(m3)地下洪量 Wg二1000RgF=1000X130.416X166=2.165X10^7(m3)地表洪水过程线采用福建省概化洪水过程线推求。W丫= s—先计算洪水形状系数 QmSXTX3600，式中，QmS二QmP,T为地表洪水过Y〜t程线的底宽，24h设计雨量固定为50h,然后根据Y值查 Qm关系表(见表9)，乘以地表洪峰流量即得设计地表洪水过程线。计算结果见表17.Wy= s—设计值： QmsX丫X3600=4.439X10^7/(1500X50X3600)=0.16Wy= s—校核值： QmsXTX3600=5.772X10^7/(1500X50X3600)=0.20地下洪水过程线地下洪水过程线概化为等腰三角形，底宽是地表洪水过程线底宽的两倍，洪WQ= g 峰流量设计值：mgTX3600=1.665X10^7/(50X3600)=92.5m3/sW校核值：Qmg校核值：QmgTX3600=2.165X10^7/(50X3600)=120.278m3/sT为地表洪水过程线的底宽。设计洪水过程线将地下洪水过程线的洪峰流量置于地表洪水过程线的终止点，起涨点和地表洪水过程线的起涨点重合，中间过程按直线内插，然后同时刻地表流量和地下流量叠加即得设计洪水过程线。

计算结果见表17表17设计洪水过程线TQt/QmQt总和000033.65459.5568.8132143.1710.5157.5170.45812.4186200.8914.4216232.651016.7250.52691119.5292.5312.851222.9343.5365.71326.9403.5427.551436.4546571.91559885912.7515.582.51237.51266.1751610015001529.616.587.413111341.5251775.611341165.451857855888.31944.7670.5705.652037.25585952131.4471509.852227.7415.5456.22324.6369411.552421.6324368.42519.8297343.252616.6249297.1308.4126181.5354.161.5126.25401.928.5102.5450.710.593.75500092.550092.592.5100000校核值见表18TQt/QmQt总和000035.1107.1114.3167611.4239.4253.8334713.7287.7304.5389816336355.2445

918.6390.6412.251021.6453.6477.65561125525551.46121229.1611.1639.96671333.8709.8741.07231443.3909.3942.97781570.81486.81522.88315.589.71883.71920.9861610021002138.48916.591.31917.31956.992178217221762.8951866.31392.31435.61953.91131.91177.60620469661014.1112139.6831.6882.11682235.4743.4796.32232331.8667.8723.12792428.3594.3652.03342525.3531.3591.4392622.4470.4532.94463012.8268.8340.9668357.4155.4239.594640484180.2224451.735.7143.95025000120.278500120.278120.278100000设计洪水过程线见图6,校核洪水过程线见图78.成果合理性分析根据福建省及江西省赣州市部分小流域实测洪水频率计算成果分析论证陂下水库设计洪水的合理性和可靠性。见表19福建及江西地区资料处理序号面积F洪峰流量QmpKfKqKf-1Kq-1(Kf-1)辽(Kq-1厂2(Kf-1)*(Kq-1)-0.320.20.100.175370.4530.67839-0.5465479916079987343177417171530452214157425220000.6330.88678-0.36612942-0.110.10.010.041

78717321299334051281724506080.4180.0-0.04740.8911.41885-0.10873225859211180.1755435313200268991235443082.19236.4.8013.33587.0823.192434332299167634445348872000336.08203031409420.00.14-0.01790.952-0.047389940.374022026577484523100611.3745255198646175-0.480.40.230.322280.3360.51433-0.6