水文分析与计算(20110801)
水文分析与计算课设报告
课 程 设 计 报 告课程名称 水文分析计算学 院资源环境学院学生姓名王莲专 业水文与水资源工程学号222101*********年 级2010 级指导教师靳军英一、根据所给资料推求设计年径流与设计年内分配过程1. 点绘经验频率曲线如表1-1将原始资料按由大到小次序排列，用公式P=m/(n+1)*100%算出经验频率，再求出模比系数Ki=Xi/X，以及Ki-1，（Ki-1）^2。
表1-12. 按无偏估计公式计算统计参数1）年最大洪峰流量的均值Qa=∑Qi/n=10.97m3/s2)变差系数Cv=√【{∑(Ki-1)^2}/(n-1)】=0.31均值SUM((Ki-1)^2)Cv3. 选取理论频率曲线1）Qa=10.97m3/s，取Cv=0.3，并假定Cs=2Cv=0.6，查离势系数表得出相应于不同频率P的※p 值，在得出相应的Qp=Xp*(1+Cv*Φp)值。
理论频率曲线1为蓝色曲线，曲线的中部于经验频率点据配合较好，而理论频率曲线的头部位于经验频率点据的下方而尾部又位于经验频率点据的上方。
2）改变参数，重新配线。
增大Cv值，随着Cv的增大，频率曲线的偏离程度也随之增大，显得越来越陡。
现取Cv=0.325Cs=2Cv=0.65 。
再次计算理论频率曲线，得到红色的第二条理论频率曲线，由于经验点频率据配合较好，即作为采用的理论频率曲线。
表1-24. 推求P=10%的设计丰水年、P=50%的设计平水年、P=90%的设计枯水年的设计年径流量；并计算P=90%的设计枯水年径流年内分配过程。
1）由图可知，查P=10%、P=50%、P=90%的最大流量分别为：P=10% Q=16.08m3/sP=50% Q=10.56m3/sP=90% Q=6.39m3/s2）设计年径流年内分配过程①代表年的选取P=90%的设计枯水年Q=6.39 m3/s,与之相近枯水年年平均流量的实际年份有1959～1960 年 Q=7.78m3/s；1963～1964年Q=4.73m3/s；1964～1965年Q=7.87 m3/s；1971~1972年Q=7.24 m3/s考虑分配不利，即枯水期水量较枯。
水文分析与计算
水文分析与计算不同工程要求估算的水文设计特征值不尽相同。
桥梁工程要求估算所在河段可能出现的设计最高水位和最大流量,以便合理决定桥梁的高程和跨度;防洪工程为权衡下游和自身的安全、经济和风险，要求估算工程未来运行时期可能遇到的各种稀遇的洪水；灌溉、发电、供水、航运等工程需要知道所在河流可能提供的水量和水能蕴藏量，以确定灌溉面积、发电量、城市或工矿企业供水量和航运发展规模。
工程的运行时期可长达几十至几百年，不可能象水文预报那样给出该时期内某一水文特征值出现的具体时间和大小，而是用水文统计的方法，估算在该时期中可能出现的某一设计标准的水文特征值。
一般说，运用水文统计方法所依据的样本很少，抽样误差较大，往往不能满足生产需要。
因此，不能单纯根据工程所在地点的水文资料进行计算，还必须对计算过程和计算结果进行充分的合理性分析，才能较可靠地求得工程所在地的设计水文数据。
因此，也常称水文计算为水文分析与计算。
一、设计年径流计算即估算符合设计标准的通过河流某一指定断面的全年和各时段的径流量及其月旬分配，为水资源开发利用的水利规划和工程设计提供科学依据。
计算主要内容包括：①各种设计标准的年最大设计洪峰流量和不同时段设计洪量;②符合设计要求的洪水过程线;③当梯级水库或单一水库下游有防洪要求时，拟定一种或几种满足设计要求的设计洪水的地区组成；④年内不同时期（如某些月份、或丰水期、枯水期和施工期等）的设计洪水。
二、设计洪水计算即计算符合某一地点指定的防洪设计标准的洪水数值，为防洪规划或防洪工程设计提供可靠的水文数据。
计算的主要内容有：①各种历时的设计地点的雨量或流域平均面雨量；②它们的时程分配和地区分布;③大型工程和重要的中小型工程,还要求估算指定流域的可能最大暴雨，供推算可能最大洪水之用。
三、设计暴雨计算并根据设计暴雨计算结果，推求相应的设计洪水和涝水。
算主要内容有：确定某一设计标准的各年输沙量及其年内分配，以估计水库库容减少情况和工程寿命；估算水库和它的上下游河道冲淤变化，为水工建筑物布设和水库运用方式的确定提供依据。
水文水资源分析计算-第三章洪水分析计算
防护对象的防洪标准：
三、设计洪水计算的基本方法和内容
1.我国推求设计洪水的发展 （1）历史最大洪水加成法 以历史上发生过的最大洪水再加上一个安 全值作为设计洪水。 缺点： ① 对未来洪水超过历史最大洪水的可能 性考虑不足，降低了工程的安全程度； ② 对大小不同，重要性不同的工程采用 同一个标准，显然不合理。
Q(m3/s)
QmLeabharlann W1W3 W5T=1天
T=3天 T=5天
t(d)
在洪水资料审查中，样本的代表性 要求洪水系列长20～30年，并有特大洪 水加入。
那么下面主要讲什么是特大洪水、为 什么要加入特大洪水、加入特大洪水进 入后如何进行处理等问题
三、特大洪水的处理
1.概述
(1)什么是特大洪水? 特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中，比一般洪水 大得多的稀遇洪水。 历史上的一般洪水是没有文字记载和留下洪水痕迹,只有特大 洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查证,所以调查到的历史洪水一 般就是特大洪水. 特大洪水可以发生在实测流量期间之内,也可以发生在实测流 量期之外,前者称资料内特大洪水,后者称资料外特大洪水(历史特 大洪水).
3. 资料代表性的审查与插补延长 当洪水资料的频率分布能近似反映洪水的总体分 布时，则认为具有代表性；否则，则认为缺乏代表性。 实际工作中要求连续实测的洪水年数一般不少于20～ 30年，并有特大洪水加入。 当实测洪水资料缺乏代表性时，应插补延长和补 充历史特大洪水，使之满足代表性的要求。插补延长 主要是采用相关分析的方法。
年最大值法选样 可靠性、一致性、代表性审查 特大洪水处理 峰、量频率计算 安全修正值 设计洪峰和设计洪量 成果合理性检验 选择典型洪水
同倍比或同频率缩放
设计洪水过程线
水文分析与水利计算课程设计
（三）径流分析计算
5. 径流分析计算 径流频率计算依据的资料系列应在30年以上。径流的
统计时段可根据设计要求选用年、期等。 经验频率应按式数学期望公式计算
当实测或调查的特枯水年，经考证确定其重现期后， 可仍采用数学期望公式计算经验频率PM。
径流频率曲线的线型，应采用皮尔逊Ⅲ型。经分析论 证也可采用其他线型。
2. 流域面积等重要特征资料应查明量算所依据地形图的比 例尺和测绘时间必要时应进行复核
3. 水位资料应查明高程系统、水尺零点、水尺位置的变动 情况，并重点复核观测精度较差、断面冲淤变化较大和 受人类活动影响显著的资料。可采用上下游水位相关、 水位过程对照以及本站水位过程的连续性分析等方法进 行复核，必要时应进行现场调查。
（三）径流分析计算
3. 缺乏实测径流资料时设计年径流分析计算的过程： ① 水文比拟法：
Q K1K2QC
K1 F FC K2 P PC
年径流的Cv值可以直接采用，一般无须进行修正，并取用 Cs＝2～3Cv。如果考虑影响径流的因素有差异时，可采用 下式修正
CVR设 KCVR参
K CVP设 CVP参
径流的分析计算成果，应与上下游、干支流和邻近流域的计 算成果比较，分析检查其合理性。
（三）径流分析计算
1. 具有长期实测资料时设计年径流分析计算的过程： 确定计算时段，按照水利年统计径流资料，频率计 算、设计流量值、 选取代表年（接近、不利）、 设计年径流分配（同倍比、同频率）。
2. 具有短系列实测资料时设计年径流分析计算的过程： 参证变量的选择（成因、同步、代表性）、相关分 析、按照水利年统计径流资料、频率计算、设计流 量值、选取代表年（接近、不利）、设计年径流过 程线（同倍比、同频率）。
工程水文与水利计算(武大版教材)
工程水文与水利计算(武大版教材)第六章 设计年径流及径流随机模拟第一节 设计年径流分析计算的目的和内容在一定时段内，通过河流某一断面的累积水量称径流量，记作W(m 3)；也可以用时段平均流量Q 函(m 3／s)或流域径流深R (mm)来表示。
径流量与流量的关系为： T Q W ∆⋅= (8—1)式中T ∆⋅——计算时段，s 。
根据工程设计的需要，T ∆⋅可分别采用年、季或月。
则其相应的径流分别称为年径流、季径流或月径流。
其中年径流及其时程分配形式对水利水电工程的规划设计尤为重要。
本章重点介绍年径流的分析计算，较短时段径流的分析计算。
可以参照进行。
一、径流特性河川径流具有如下的一些特性：1。
径流的季节分配河川径流的主要来源为大气降水。
降水在年内分配是不均匀的，有多雨季节和少雨季节，径流也随之呈现出丰水期和枯水期，或汛期与非汛期。
最大日径流量较之最小日径流量，有时可达几倍到几十倍。
2．径流的地区分布河川径流的地区性差异非常明显，这也和雨量分布密切相关。
多雨地区径流丰沛，少雨地区径流较少。
我国的丰水带。
包括东南和华南沿海，云南西部和西藏东部，年径流深在1000mm 以上。
我国的少水带，包括东北西部，内蒙古、宁夏、甘肃大部和新疆西北部，年径流深在10—50mm 之间；而许多沙漠地区为干涸带。
年径流深不足10mm 。
3。
径流的周期性绝大多数河流以年为周期的特性非常明显。
在一年之内，丰水期和枯水期交替出现，周而复始。
又因特殊的自然地理环境或人为影响，在一年的主周期中，也会产生一些较短的特殊周期现象。
例如，冰冻地区在冰雪融解期间，白昼升温，融解速度加快，径流较大；夜间相反，呈现出以锯齿形为特征的径流日周期现象。
又如担任调峰任务的水电站下游，在电力负荷高峰期间，加大下泄流量，峰期过后。
减小下泄流量，也会出现以日为周期的径流波动现象。
在实测年径流系列中，往往发现连续丰水段或连续枯水段交替出现的现象，连续2—3年年径流偏丰或偏枯的现象极为常见；连续3—5年也不罕见，有的甚至超过10年以上。
水文分析与计算知识重点
水文分析与计算知识重点水文分析是指通过对水文资料、水文过程和水文工程的研究，分析水文系统的组成、演变和变化规律，从而对水文问题进行预测、评估和解决的过程。
在进行水文分析时，需要重点掌握以下几个知识重点：1.水文资料的收集和处理：水文资料是水文分析的基础，包括雨量、径流、蒸发量、蓄水量等数据。
在水文分析中，需要掌握收集、整理和处理水文资料的方法和技巧，如资料的存档和检索、数据的质量控制和校正等。
2.水文过程的理论和模型：水文过程是指雨水和蒸发等自然过程对水文系统的影响和作用。
要进行水文分析，需要了解常见的水文过程理论，如降雨产流机理、蒸发过程、水文循环等，并能应用数学模型对水文过程进行模拟和推断。
3.水文特征的提取和描述：水文特征是指描述水文系统状态和变量的指标，如流量、水位、径流系数等。
在水文分析中，需要掌握提取和描述水文特征的方法和技巧，如频率分析、趋势分析、周期性分析等。
4.水文统计和概率理论：水文分析中经常用到统计和概率理论的方法，如概率密度函数、频率分布、参数估计等。
掌握水文统计和概率理论的基本原理和方法，对于进行水文分析和预测非常重要。
5.水文模型和模拟：水文模型是指将水文过程和水文特征用数学方程表示的模型，可以用来模拟和预测水文系统的变化。
掌握常用的水文模型，如水文平衡模型、单位线模型、概念性模型等，并了解模型的参数优化和校验方法。
6.水文工程设计和规划：水文分析为水文工程设计和规划提供了科学依据。
了解水文工程的基本原理和方法，如水库调度、泥沙运移、排水设计等，可以更好地进行水文分析和模拟，为工程设计和规划提供可靠性评估和效益分析。
7.水文预报和预警：水文分析还包括对水文灾害的预报和预警。
掌握水文预报和预警的方法和技术，如流域响应模型、水文灾害风险评估等，可以提高对水文灾害的预测和应对能力。
以上所述只是水文分析的一些知识重点，水文分析还涉及到很多细节和实际应用，需要不断学习和实践。
随着科学技术的进步和水文分析方法的更新，水文分析的知识体系也在不断发展和完善。
水文分析与计算
采用随机方法解决水文计算问题时，依据的是概率统计理论中的纯随机模型，即假设所研究的水文变量是独立随机地抽自同一客观总体，而这个总体是通过概率分布函数（或概率密度函数）来描述的。
（3）若在上下游均有参证站满足要求，则可进行内插。第2章洪峰流量及时段洪量的频率分析三、洪水资料的插补延长
2.利用本站峰量关系进行插补延长
通常根据调查到的历史洪峰或由相关关系法求得缺测年份洪峰流量，利用峰量关系可以推求洪水总量。
3.利用暴雨径流关系进行插补延长
通过扣损汇流计算，推求相应于一次暴雨过程的洪水过程线，进而计算其洪峰和洪量。
1．设计洪水具有实际洪水的样式（峰、量、过程），是在时间上、空间上的一个连续过程，可以输入到流域防洪措施系统，经过系统运算输出其防洪工程设计参数，即该系统的防洪安全事故风险情况。
2．设计洪水又区别于实际洪水。它总是与一定的出现概率相联系的，而且是防洪后果的出现概率，及风险率。
第3章防洪安全设计与设计洪水设计洪水是一种稀遇的洪水，其相应的设计洪水过程线是指符合某一设计标准的洪水过程线。
通常把有实测资料的年份（即实测期）之前至能调查到的历史洪水最远年份的这一段时期称为调查期，把有历史文献资料可以考证的时期称为文献考证期。
第2章洪峰流量及时段洪量的频率分析一、连序和不连序样本系列
样本系列组成包括两种情况：
?系列中没有特大洪水值（连序系列）?系列中有特大洪水值（不连序系列）
第2章洪峰流量及时段洪量的频率分析一、连序和不连序样本系列
（3）Cs由于观测资料短，计算成果误差很大，规律不明显。
第2章洪峰流量及时段洪量的频率分析二、上下游及干支流洪水关系的合理性分析在同一条支流的上下游之间，洪峰及洪量的统计参数一般存在较密切的关系。
水文分析与计算教学讲义
水文分析与计算教学讲义一、概述水文分析是指通过对水文数据的收集、整理和分析，来研究地表水和地下水的分布、变化和利用情况等。
水文学中的分析是建立在大量的水文数据基础上的，因此数据的收集和整理是水文分析的基础。
二、水文数据的收集与整理水文数据的收集主要包括观测站的建立和水文观测点的选取。
观测站的建立需要考虑到区域的地理条件、地下水位和降水情况等。
水文观测点的选取需要根据实际需要，采取代表性的采样方法，以获得真实可靠的水文数据。
水文数据的整理主要包括数据的筛选、统计和处理。
筛选是指对收集到的水文数据进行初步的处理，去除异常值和错误数据。
统计是指对筛选后的数据进行大致的分析和总结，了解水文数据的分布和特征。
处理是指对统计后的数据进行进一步的计算和分析，得出更精确的结果和结论。
三、水文分析的方法和途径1.水文数据的描述与分析方法：水文数据的描述主要包括频率分析、时域分析和空间分析等。
频率分析是指通过对一定时期内的水文数据进行统计和分析，揭示水文事件的发生规律和概率分布特征。
时域分析是指通过对时间序列数据进行分析，了解水文数据的长期趋势和周期变化。
空间分析是指通过对不同水文观测点的数据进行比较和分析，寻找地表水和地下水的空间分布规律。
2.水文计算的方法和技巧：水文计算主要包括水文循环计算、水文平衡计算和水文模拟计算等。
水文循环计算是指通过计算降水量、蒸发量、径流量和地下水补给量等水文要素之间的关系，研究水文系统的循环过程和能量平衡。
水文平衡计算是指通过计算水文系统的收入和支出之间的差异，来评估水资源的可利用性和水文环境的稳定性。
水文模拟计算是指通过建立数学模型或计算机模型，对水文系统的运行过程进行模拟和预测。
四、水文计算的实例与应用1.降水量的计算与分析：降水量是水文学中的一个重要指标，它直接影响地表水和地下水的补给和存储。
降水量的计算可以通过气象站的观测数据和气象雷达等技术手段来进行。
降水量的分析可以根据时间序列数据和空间数据，揭示降水的分布特征和变化趋势。
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水文分析与计算
1 旧石马河基本概况
旧石马河位于石马河西侧，原为石马河河道，1966年东深供水工程建设时兴建了部分新河道，现该河道主要排除区内西侧大部分地区的雨水，为天然土渠。
全流域面积17.8km2，干流河长6.3km，河道加权平均坡降1‰，旧石马河排站以上面积16.8km2，干流河长5.6km，河道加权平均坡降1.4‰。
建塘水闸至环城路段长约3.8km，河底宽约30～90m。
主要支流有东岸涌、湖头水、新湖水、面前湖水等。
旧石马河部分跨河建筑物过水断面狭窄，还有很多地段房屋建在渠道上，严重缩窄了渠道断面，影响泄洪。
2 水文资料情况
桥头镇没有水文观测站及气象观测站，仅在镇水利所设有雨量观测设施。
本次收集了镇水利所1993～2007年共15年的日降雨观测资料和东莞市气象局1957～2005年降雨观测资料及历年最大1日降雨量。
因镇水利所观测资料序列较短，且没有经过整编，本次仅采用收集到的东莞市气象局观测的1957～2005年资料分析桥头镇的降雨特征。
3 暴雨及洪水特性
暴雨类型主要有锋面雨和台风雨，锋面雨一般发生在4～6月，降雨范围和强度大、历时长；台风雨一般出现在7～9月，降雨范围小、历时短，强度大。
一次降雨持续时间多在三日以内，以一日为主。
从降雨量及降雨过程特征分析可知，造成局部地区洪涝灾害的降雨主要为短历时暴雨，其特点是暴雨历时短而强度大。
本地区洪水由暴雨形成，洪水出现时间与暴雨出现时间相一致，也大多发生于4～9月。
4 设计暴雨计算
（1）实测暴雨成果
根据东莞市气象局资料，以及东莞其他站点最大1日与最大24h 暴雨，分析得最大24h暴雨与最大1日暴雨换算系数为1.1，求得东莞市1957～2005年历年最大24h暴雨系列，采用PIII型曲线进行适线分析，得到设计暴雨参数和设计结果（表1）。
表1 东莞市最大24h暴雨频率分析成果
（2）等值线成果
设计洪水分析计算需要有不同历时暴雨，但短历时暴雨的实测资料一般完整性较差，也难于收集，因此，采用《广东省暴雨参数等值线图》（2003年版）（以下简称《等值线图》查算不同历时的暴雨参数。
根据桥头镇中心位置，查《广东省暴雨径流查算图表》（以下简称《图表》）和《等值线图》，求得不同时段暴雨均值和变差系数，结果见表2。
表2 《等值线图》查得桥头镇各时段暴雨参数及设计暴雨成果
（3）设计暴雨采用成果
由实测降雨资料计算的设计暴雨与地区综合的《等值线图》查算成果对比分析可以看出，东莞市气象局最大24h暴雨实测资料较《等值线图》查算成果偏大10.5％～11.5％。
《等值线图》法和实测资料法24h设计暴雨成果对比见表3。
表3 《等值线图》法和实测资料法24h设计暴雨成果对比表
《等值线图》是《广东省水文图集》（1991）中的暴雨参数等值线图的修编成果，增加了十几年的资料系列，增补了站点，所有站点资料统一用到1997年，其中包括年最大10分钟、1小时、6小时、24小时及3天点降水量均值、变差系数等值线图。
《等值线图》经过
地区、邻省之间的相互协调和全国拼图，经省水文局在时空上协调、平衡后，由专家小组详细审查验收，已于2003年由广东省水文局出版颁发全省使用。
考虑到桥头镇距离东莞市相距较远，桥头镇最大24h暴雨仍采用《等值线图》的查算成果。
5 设计洪水分析计算
一般情况下，设计洪水的推求有两种方法：一种是由流量资料推求设计洪水，另一种则是由暴雨资料推求设计洪水。
由于桥头镇境内各河流缺乏水位、流量等实测水文资料，故设计洪水由设计暴雨推求。
设计洪水计算方法有广东省综合单位线法、推理公式法，分别采用不同计算方法计算各断面不同频率的洪水，经综合分析后合理选用成果。
根据《查算图表》说明，综合单位线设计洪水过程能较好地反映所在地河流的洪水特点，精度高于推理公式法，调整综合单位线法和推理公式法参数，在两种方法计算洪峰流量成果比较接近时，采用综合单位线法计算成果。
设计洪水计算成果见表4。
由于规划后有些流域的参数发生了改变，表5为改变后的设计洪水计算结果。
表4 旧石马河水系现状情况下各频率设计洪峰流量成果表
表5 旧石马河规划情况下发生变化的位置各频率设计洪峰流量成果表
6 现状工程防洪能力复核
采用天然河道水面线计算公式计算河道水面线。
采用东莞市类似河流糟率的分析成果，结合理论分析成果，本次计算取用综合糟率，现状河道综合糟率取0.0275～0.03；规划整治后的河道综合糟率取0.0225～0.03。
桥头镇排涝主要依靠排渠和闸站，旧石马河于建塘水闸处汇水入东引运河，建塘水闸上游约0.75km处建有旧石马河排站，现状排站设计标准为10年一遇，装机容量32.1m3/s，旧石马河排站的建设将旧石马河分为两段——建塘水闸至旧石马河排站段和旧石马河排站
至莲湖排站段。
建塘水闸至旧石马河排站下游起始水位采用建塘水闸处水位，据《东莞市东引运河、寒溪水流域综合整治干流防洪规划》（报批稿），建塘水闸处不同频率水位成果见表6。
旧石马河排站至莲湖排站段起算水位采用现状旧石马河排站设计最高运行水位7.74m。
本次分两段进行水面线推求——建塘水闸至旧石马河排站段和旧石马河排站至莲湖排站段。
表6 建塘水闸不同频率水位成果
据《潼湖围达标加固工程可行性研究水文水利专题报告》，反虹涵最大泄量为75m3/s，故建塘水闸断面处流量为叠加反虹涵下泄流量后的总流量，50年一遇、20年一遇总流量分别为278m3/s和241m3/s。
现状水面线推求时河道断面采用实测河道断面资料，桥涵处采用净过水断面。
经计算，旧石马河干渠各段现状水面线成果见表7和8。
表7 建塘水闸至旧石马河排站段不同频率现状水面线成果
表8 旧石马河排站至莲湖排站段现状水面线成果（P=5%）
从水面线成果看出，建塘水闸至旧石马河排站下游段渠道左岸高于50年一遇洪水位1.5m以上，右岸个别地段高于洪水位仅0.24m，旧石马河排站上游至湖头排渠汇入段左、右岸基本高于20年一遇洪水位，但不满足水位超高要求，而湖头排渠至莲湖排站段由于过路桥涵缩窄了过水断面致使水位雍高，左、右岸高程均低于20年一遇洪水位。
7 旧石马河水环境整治后防洪能力复核
本水环境整治工程对旧石马河河道进行清於整治，整治断面形态见附图。
由于水体修复工程中种植了大量的植物，糟率取0.035，为
使旧石马河排站控制流域内不成灾，规划将旧石马河排站最高运行水位降低，通过试算，确定5.9m作为起始水位较为合适。
水面线计算成果见表9所示。
表9 旧石马河排渠规划整治后的水面线成果
本河道水环境整治设计中，已经考虑将现有桥梁过水断面加大到相应位置处的河道相应宽度，但由于这些桥梁所在位置处的河道断面较窄，使得雍水现象较为突出。
从表9中可以看出，按照本生态整治工程所设计的断面形态，20年一遇设计水面线为5.90～6.35m，低于河道左、右岸现状堤顶高程0.5～3.0m，不会对该河道造成防洪压力。