工程水文課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　工程水文課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一章 課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　小流域設(shè)計(jì)洪水，是水利水電工程中水庫(kù)設(shè)計(jì)、農(nóng)田排澇、城市防洪和排水、橋梁和公路建設(shè)、鐵路建設(shè)必不可少的設(shè)計(jì)內(nèi)容，本課程設(shè)計(jì)系小流域洪水設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)的目的，是使學(xué)生在學(xué)習(xí)了《工程水文學(xué)》課程的基礎(chǔ)上，利用所學(xué)的知識(shí)，完成一座中小型水庫(kù)洪水設(shè)計(jì)的任務(wù)，

2、理論與實(shí)踐相結(jié)合；在設(shè)計(jì)過程中不斷加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，提高分析問題和解決實(shí)際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作的能力，具備完成水庫(kù)防洪、城市排水、橋梁和公路建設(shè)、鐵路建設(shè)中小流域設(shè)計(jì)洪水任務(wù)的能力。</p><p>　　第二章 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)為福建省長(zhǎng)汀縣陂下水庫(kù)洪水設(shè)計(jì)。通過本設(shè)計(jì)，使每位學(xué)生熟悉小流域設(shè)計(jì)洪水的主要內(nèi)容和計(jì)算步驟；初步掌握資料收集、

3、整理和分析的基本方法；掌握根據(jù)設(shè)計(jì)條件選用合理計(jì)算方法完成設(shè)計(jì)內(nèi)容的技巧；訓(xùn)練查閱和使用設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)和參考文獻(xiàn)的能力。通過本課程設(shè)計(jì)，掌握小流域設(shè)計(jì)洪水的主要計(jì)算內(nèi)容和方法，初步具備編寫設(shè)計(jì)報(bào)告的能力。</p><p><b>　　第三章 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1．資料收集 包括：水庫(kù)資料、實(shí)測(cè)和歷史調(diào)查洪水資料、暴雨資料、流域和河流地形圖、流

4、域自然地理和氣候等資料。</p><p>　　2．參考文獻(xiàn)的收集 包括：設(shè)計(jì)洪水規(guī)范、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)、省市水文手冊(cè)、水文圖集及有關(guān)參考文獻(xiàn)等。</p><p>　　3．設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 包括：設(shè)計(jì)暴雨量及時(shí)程分配</p><p>　　4．設(shè)計(jì)洪水計(jì)算 包括：設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪水過程線。</p><p>　　5．成果整理分析，編寫設(shè)計(jì)報(bào)告

5、書。</p><p>　　第四章 陂下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水</p><p><b>　　一、工程概況</b></p><p>　　陂下水庫(kù)位于福建省長(zhǎng)汀縣四都鄉(xiāng)，與江西省毗鄰。壩址位于汀江支流濯田河的小支流陂下河上。濯田河水力資源豐富，經(jīng)流域規(guī)劃，提出水力發(fā)電四級(jí)開發(fā)方案，陂下水庫(kù)為一級(jí)龍頭水庫(kù)。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，總庫(kù)容初估約為5000~6000萬m

6、3，屬中型水庫(kù)，裝機(jī)容量5000kW左右，屬小型電站。水工建筑物為三級(jí)建筑物，大壩為砌石壩。</p><p><b>　　二、流域概況</b></p><p>　　陂下水庫(kù)壩址以上流域面積166 km2，流域?yàn)樯角饏^(qū)，平均高度500 m，主河長(zhǎng)30．4 km，主河道平均比降7．82 ‰ 。流域內(nèi)植被良好，土壤以紅壤土為主。流域內(nèi)雨量豐沛，多年平均降雨量1617．5 m

7、m，主要集中在四~九月，其中四~六月份以鋒面雨為主，七~九月份以臺(tái)風(fēng)雨為主。流域內(nèi)多年平均徑流深981 mm，多年平均陸面蒸發(fā)量636．5 mm，多年平均水面蒸發(fā)量990 mm。</p><p><b>　　第五章 設(shè)計(jì)資料</b></p><p><b>　　一、資料概況</b></p><p>　　陂下水庫(kù)壩址處無實(shí)測(cè)

8、流量資料，流域內(nèi)也無實(shí)測(cè)雨量資料。壩址下游約1 km 處有四都雨量站，具有1956~1975年實(shí)測(cè)降雨系列。陂下河1973年5月31日發(fā)生過一場(chǎng)特大暴雨，四都站實(shí)測(cè)最大一日雨量332．5 mm ，經(jīng)調(diào)查，重現(xiàn)期約為80~100年。流域附近有觀音橋、官莊、上杭、桃溪、楊家坊水文站及長(zhǎng)汀、新橋、鐵長(zhǎng)、庵杰、四都、濯田等雨量站。資料情況見表1。</p><p>　　其它資料：水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)，福建省水文手冊(cè)

9、、龍巖地區(qū)簡(jiǎn)易水文手冊(cè)、龍巖地區(qū)水文圖集。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　?、?暴雨資料 長(zhǎng)汀、四都、濯田站實(shí)測(cè)短歷時(shí)暴雨資料，見表2。</p><p>　?、?福建省暴雨點(diǎn)~面折算關(guān)系，見表3。</p><p>　　③ 福建省設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配，見表4。</p><

10、;p>　　④ 福建省次暴雨強(qiáng)度和損失參數(shù)μ關(guān)系，見表5。</p><p>　?、?降雨歷時(shí)等于24小時(shí)的徑流系數(shù)α值表，見表6。</p><p>　?、?福建省匯流參數(shù)m 經(jīng)驗(yàn)公式，見表7。</p><p>　　⑦ 匯流參數(shù) m 值查用表，見表8。</p><p>　?、?福建省24h暴雨洪水概化過程線系數(shù)表，見表9。</p>

11、;<p>　?、?福建省龍巖市和江西省贛州市部分水文站洪峰流量分析成果表，見表10。</p><p><b>　　第六章 設(shè)計(jì)過程</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　根據(jù)給的資料《水庫(kù)工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)》確定設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，即設(shè)計(jì)保證率為1%，校核

12、洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，保證率為0.2%.</p><p><b>　　二、確定流域參數(shù)</b></p><p>　　壩址以上集水面積F為166KM²，主河道長(zhǎng)度L為30.4KM，主河道河底比降J為0.782%。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)暴雨</b></p><p><b

13、>　?、?暴雨遞減指數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)長(zhǎng)汀雨量站各種歷時(shí)T=3h、6h、12h、24h實(shí)測(cè)最大雨量系列進(jìn)行頻率分析，其中1966年暴雨可以認(rèn)為是1936年以來最大。（P3型曲線圖見圖1）。由模擬軟件，得出結(jié)果如下表11。</p><p>　　長(zhǎng)汀降雨量頻率分析結(jié)果見表12.</p><p>　　表12長(zhǎng)汀3h降水量頻率分析<

14、/p><p>　　長(zhǎng)汀6h降雨量頻率分析</p><p>　　長(zhǎng)汀12h降雨量頻率分析</p><p><b>　　長(zhǎng)汀24h降雨量</b></p><p>　　得出P=0.2%，1%，2%，10%，20%設(shè)計(jì)雨量，并化為降雨強(qiáng)度，</p><p><b>　　如表13。</b>

15、</p><p>　　在雙對(duì)數(shù)紙上點(diǎn)繪T和關(guān)系，并圖解出暴雨遞減指數(shù)。（圖見圖2）</p><p><b>　　=0.62</b></p><p>　?、?四都站24h設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算</p><p>　　根據(jù)四都站實(shí)測(cè)日最大雨量進(jìn)行頻率分析，（P3型曲線見圖3）其中1973年暴雨須作特大值處理，求出設(shè)計(jì)日雨量為322.56

16、mm，校核日雨量為419.4mm再按經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：，換算為24h設(shè)計(jì)雨量。四都降雨量頻率分析見表14。</p><p>　　四都日降雨量頻率分析</p><p>　　=1.14*322.56=367.718mm</p><p>　　校核=1.14*419.4=478.116mm</p><p><b>　?、?設(shè)計(jì)雨力SP</b&

17、gt;</p><p>　　=367.718*24^(0.62-1)=109.909mm/h</p><p>　　校核雨力=478.116*24^(0.62-1)=142.907mm/h</p><p>　　面平均設(shè)計(jì)雨力 Sp=104.469mm/h</p><p>　　校核面平均雨力Sp=135.833 mm/h</p>&

18、lt;p>　　④ 求各種歷時(shí)設(shè)計(jì)雨量</p><p>　　利用暴雨公式： （）推求1h、3h、6h、24h設(shè)計(jì)雨量。</p><p>　　設(shè)計(jì)雨量H1,p=109.909mm H3,p=166.856mm H6,p=217.136mm H24,p=367.718mm</p><p>　　校核雨量H1,p=142.907mm H3,p=219.950mm

19、 H6,p=282.326mm H24,p=478.116mm</p><p>　?、葳橄滤畮?kù)壩址以上流域面平均設(shè)計(jì)雨量及時(shí)程分配 </p><p>　　直接移用四都站設(shè)計(jì)雨量，按福建省暴雨點(diǎn)~面折算關(guān)系求陂下水庫(kù)各種歷時(shí)流域設(shè)計(jì)面平均雨量。</p><p>　　表15設(shè)計(jì)雨量時(shí)程分配</p><p>　　表16校核雨量時(shí)程分配<

20、;/p><p>　　按福建省水文手冊(cè)中24h設(shè)計(jì)暴雨典型分配推求設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配。（見圖4、5）</p><p><b>　　⑥ 求設(shè)計(jì)凈雨過程</b></p><p>　　按福建省水文手冊(cè)規(guī)定，24h設(shè)計(jì)暴雨不扣損，直接將設(shè)計(jì)暴雨過程作為設(shè)計(jì)凈雨過程。</p><p><b>　　4．損失參數(shù)μ</b>

21、;</p><p><b>　　可用兩種方法推求：</b></p><p>　?、?按福建省水文手冊(cè)μ與次雨強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系推求。</p><p>　?、?利用《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水手冊(cè)》介紹方法推求</p><p>　　先求24h暴雨徑流系數(shù)α，再求產(chǎn)流量：，最后求μ</p><p><b&g

22、t;　　式中，n=n2 。</b></p><p>　　用第二種方法求解，由表六，取a為0.70</p><p>　　設(shè)計(jì)值=0.70*367.718=257.403mm</p><p>　　校核值=0.70*478.116=334.681mm</p><p>　　設(shè)計(jì)值=4.180mm/h</p><p>

23、;　　校核值=5.434 mm/h</p><p><b>　　5．匯流參數(shù)m</b></p><p>　?、?按福建省水文手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 推求，見表7。得，</p><p>　　L/J^(1/3)=153.157</p><p><b>　　M=1.286</b></p><p

24、>　?、?利用《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水手冊(cè)》中經(jīng)驗(yàn)關(guān)系推求，見表8。</p><p><b>　　使用方法一，得</b></p><p>　　L/J^(1/3)=153.157</p><p><b>　　M=1.286</b></p><p>　　6．設(shè)計(jì)洪峰流量推求</p>&

25、lt;p><b>　　用推理公式計(jì)算：</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)：</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)：</b></p><p><b>　　或采用：</b></p><p>　　式中Ψ為洪峰徑流系數(shù)。</p>&

26、lt;p><b>　　當(dāng)時(shí)： </b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)： </b></p><p>　　可采用圖解法或試算法，試算法步驟如下：</p><p>　　① 由（D）式計(jì)算。</p><p>　?、?假定一個(gè)，代入（B）式計(jì)算出τ。</p><p

27、><b>　?、?計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）當(dāng)時(shí)：</b></p><p>　　由（A1）式計(jì)算，或由（C1）式計(jì)算出Ψ，代入（A3）式求出。</p><p><b>　?。?）當(dāng)時(shí)：</b></p><p>　　由（A2）式計(jì)算，或由（C2）式計(jì)算

28、出Ψ，代入（A3）式求出。</p><p><b>　?、?比較和，</b></p><p>　　（1）當(dāng)，即為所求；</p><p>　?。?）當(dāng)，將，返回 ②。</p><p><b>　　式中ε為誤差標(biāo)準(zhǔn)。</b></p><p>　　經(jīng)迭代計(jì)算，最后得出</p&

29、gt;<p>　　設(shè)計(jì)值Q=1500m^3/s τ=5.32h</p><p>　　校核值Q=2100m^3/s τ=4.89h</p><p><b>　　7．設(shè)計(jì)洪水過程線</b></p><p>　?、?分割時(shí)段地表徑流和地下徑流</p><p>　　記時(shí)段凈雨為Ri，時(shí)段地表凈雨為RSi，時(shí)

30、段地下凈雨為Rgi。</p><p><b>　　當(dāng)Ri >μ：</b></p><p><b>　　當(dāng)：</b></p><p>　　在這里 Ri >μ， </p><p>　　設(shè)計(jì)值：地表凈雨 =367.718-24*4.180=267.398（mm）<

31、/p><p>　　地下凈雨 =24*4.180=100.32（mm）</p><p>　　校核值：地表凈雨 =478.116-24*5.434=347.7（mm）</p><p>　　地下凈雨 =24*5.434=130.416（mm）</p><p><b>　　

32、② 計(jì)算設(shè)計(jì)洪量</b></p><p>　　設(shè)計(jì)值： 地表洪量 =1000×267.398×166=4.439×10^7（m3）</p><p>　　地下洪量 =1000×100.32 ×166=1.665×10^7（m3）</p><p>　　校核值：地表洪量 =100

33、0×347.7×166=5.772×10^7（m3）</p><p>　　地下洪量 =1000×130.416×166=2.165×10^7（m3）</p><p><b>　?、?地表洪水過程線</b></p><p>　　采用福建省概化洪水過程線推求。</p>

34、<p>　　先計(jì)算洪水形狀系數(shù),式中，，T為地表洪水過程線的底寬，24h設(shè)計(jì)雨量固定為50h，然后根據(jù)γ值查關(guān)系表（見表9），乘以地表洪峰流量即得設(shè)計(jì)地表洪水過程線。計(jì)算結(jié)果見表17.</p><p>　　設(shè)計(jì)值：=4.439×10^7/(1500×50×3600)=0.16</p><p>　　校核值：=5.772×10^7/(150

35、0×50×3600)=0.20</p><p><b>　?、?地下洪水過程線</b></p><p>　　地下洪水過程線概化為等腰三角形，底寬是地表洪水過程線底寬的兩倍，洪峰流量設(shè)計(jì)值：=1.665×10^7/（50×3600）=92.5m³/s</p><p>　　校核值：=2.165

36、15;10^7/（50×3600）=120.278 m³/s</p><p>　　T為地表洪水過程線的底寬。</p><p><b>　?、?設(shè)計(jì)洪水過程線</b></p><p>　　將地下洪水過程線的洪峰流量置于地表洪水過程線的終止點(diǎn)，起漲點(diǎn)和地表洪水過程線的起漲點(diǎn)重合，中間過程按直線內(nèi)插，然后同時(shí)刻地表流量和地下流量疊

37、加即得設(shè)計(jì)洪水過程線。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果見表17表17設(shè)計(jì)洪水過程線</p><p><b>　　校核值見表18</b></p><p>　　設(shè)計(jì)洪水過程線見圖6 ,校核洪水過程線見圖7</p><p><b>　　8.成果合理性分析</b></p><p>　　

38、根據(jù)福建省及江西省贛州市部分小流域?qū)崪y(cè)洪水頻率計(jì)算成果分析論證陂下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的合理性和可靠性。見表19福建及江西地區(qū)資料處理</p><p>　　經(jīng)過相關(guān)分析，得到Q=1.048F+1384.026 且4Er<r,有相關(guān)關(guān)系。</p><p>　　令F=166㎞² 得到Q=1500m³/s， 與計(jì)算值1442 m³/s相差58. 將福建省龍巖市和江西省