工程水文及水利计算-第8讲
工程水文与水利计算课程设计
工程水文与水利计算课程设计一、前言在工程建设和运营中，水利计算和水文分析十分重要。
为了更好地掌握水文和水利计算的基本方法和技术，这里提供了一份《工程水文与水利计算》课程设计，旨在加深学生对水文和水利计算的理解，提高其计算水文和水利问题的能力和应用水文技术解决工程问题的能力。
二、课程设计内容本课程设计主要包括以下几个方面的内容：1. 水文数据的收集和处理学习如何收集和处理水文数据，包括观测、测量、采样、记录、统计等方法。
2. 新安江模型的初步研究和实践应用学习新安江模型的基本理论和原理，并利用该模型进行水文计算和预测。
3. 舒张曲线的绘制和应用学习舒张曲线的绘制方法和应用，包括一般水文、小型水库水文的舒张曲线以及耗水量和灌溉用水等问题的计算。
4. 水库调度和水电站计算学习水库调度的基本思路和方法，掌握利用流量来调节水库水位的技术，并进行水电站的发电量计算。
5. 洪水预报和防洪措施分析学习不同水文计算方法和防洪措施的分析和评估，包括水动力模型、测算法、经验公式和水利实测等多种方法。
三、课程设计要求和评分标准1. 设计要求本课程设计需要按照以下要求实现：1.学生自行组队，每组2到4人，一组只能选择一项内容进行课程设计；2.每个小组需要写一份课程设计报告文档，内容包括问题陈述、问题分析、计算方法、模型应用和结果分析等；3.课程设计需要进行计算，提交计算过程和结果；4.课程设计报告需要使用Markdown格式书写。
2. 评分标准评分标准主要由以下几个方面组成：1.项目和选题的难易程度与实用性（10分）；2.课程设计报告的格式、内容严谨完整（30分）；3.计算过程的正确性和清晰度（30分）；4.结果的稳定性、可靠性和实用性（30分）。
四、总结工程水文和水利计算是水文学和水利工程学两个重要方面的组成部分，课程内容涉及到一些重要的理论和实践计算问题。
本课程设计旨在通过实践应用，深化学生的理论基础和计算技能，提高其对水文和水利计算问题的理解，从而提高其应用水文技术解决工程问题的实践能力。
工程水文与水利计算教学大纲
《工程水文与水利计算》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称《工程水文与水利计算》，专业基础课，计划课时82学时，其中理论教学72学时，实践教学10学时，适用于水文与水资源专业及相近专业使用。
二、在专业培养中的地位和作用本课程是水利工程类专业的一门专业基础课。
其任务及要求是：了解水文现象的一般规律；了解水文资料的收集及整理、审查的方法；掌握在不同资料情况下，根据水文分析计算的基本原理及方法进行年径流、洪水等的计算，为中小型水利水电工程的规划、设计、施工、管理提供依据；了解中小河流水利资源综合开发利用的基本概念。
三、理论课程的教学内容和要求（一）第一章绪论（2学时）1、教学内容：⑴工程水文与水利计算的内容、任务和作用；⑵水文现象的特点和研究方法。
2、教学要求：⑴掌握：主要水文学概念；⑵理解：水文学在水利工程的规划任务和作用；⑶了解：其在水利工程的规划设计中的作用，掌握水文的特性。
3、重难点：认识倒水文现象的随机性、规律性和地区性。
4、能力培养要求：通过本单元的教学，逐步建立水文学及水资源的基本概念，掌握工程水文的研究方法，了解水文学的发展史。
5、教学建议：结合动态模型的演示及工程水文多媒体教学录象进行授课。
（二）第二章河川水文（10学时）1、教学内容：⑴自然界中水的存在形式及循环规律；⑵河流与流域的概念；⑶降水的形式及量级的划分；⑷蒸发与下渗的物理过程及规律；⑸地面及地下径流运动规律；⑹径流的表示方法和流域水量平衡方程式。
2、教学要求：⑴掌握：流域的（F,L,J）等特征值；径流的计算方法，度量单位，以及水量平衡方程；平均流域降水量计算方法；⑵理解：蒸发和入渗的自然规律，熟悉下渗能力曲线；⑶了解：水文循环的概念及其循环机制、径流形成的物理过程以及特点。
3、重难点：水文循环由大、小循环组成，水量平衡方程的应用。
4、能力培养要求：通过本单元的教学，使学生初步具有水文要素认识及分析的技能，逐步培养水文资料整理的能力。
工程水文及水利计算
小 结
3、次洪水的分割方法 、 退水曲线法 4、水源的划分方法 、 直线法、 直线法、斜线法 5、前期影响雨量 a的计算方法 、前期影响雨量P 逐日递推法（掌握）、经验公式法（了解） ）、经验公式法 逐日递推法（掌握）、经验公式法（了解）
3、设计暴雨时程分配的计算
（1）有实测资料情况下典型暴雨过程的选择原则 （2）设计暴雨时程分配计算方法——同频率放大法 设计暴雨时程分配计算方法——同频率放大法 ——
4、由设计暴雨推求设计洪水
经验法、扩展暴雨过程法、同频率法） （1）设计Pa的计算方法（经验法、扩展暴雨过程法、同频率法） 设计
（2）产、汇流方案的应用（外延问题、移用问题） 汇流方案的应用（外延问题、移用问题）
小 结
由流量资料推求设计洪水就是对年最大流量及各种历时的年最 大洪量作频率分析，并按典型放大法求出某一重现期的作为设 大洪量作频率分析， 计依据的洪水流量过程线。 计依据的洪水流量过程线。
小 结
1、设计洪水过程线的推求
典型洪水过程线的选取原则 同频率放大法、 同频率放大法、以及与同倍比放大法的区别
2、分期设计洪水
分期设计洪水的概念 分期设计洪水的分期划分 分期设计洪水的计算方法
小 结
1、 概述 设计洪水、设计洪水三要素、校核洪水、 设计洪水、设计洪水三要素、校核洪水、水利水电工程枢纽的等级划 分 2、设计洪峰流量及设计洪水总量的推求
本章的主要内容为： 本章的主要内容为： 洪水资料的选样，包括洪峰及洪量的选样。 1. 洪水资料的选样，包括洪峰及洪量的选样。要掌握各种历时的洪 量选样和计算方法。 量选样和计算方法。 特大洪水处理：什么是不连序样本？ 2. 特大洪水处理：什么是不连序样本？不连序样本的经验频率如何 计算？用矩法确定不连序样本的统计参数，只是初步估算， 计算？用矩法确定不连序样本的统计参数，只是初步估算，仍要在适 线中调整C 甚至可调整均值。 线中调整 v和Cs，甚至可调整均值。 求设计洪水过程线，重点是同频率放大法。 3. 求设计洪水过程线，重点是同频率放大法。 资料的“三性审查” 成果的“合理性分析” 4. 资料的“三性审查”，成果的“合理性分析”，都是水文学的重 要内容，它们贯穿于各章之中，应加以重视，反复体会。 要内容，它们贯穿于各章之中，应加以重视，反复体会。
工程水文及水利计算
工程水文及水利计算工程水文及水利计算工程水文是一门研究水文学在工程领域中的应用和方法的学科。
在工程设计、建设和管理过程中，对于水文数据的获取、处理和分析都是很重要的工作。
水利计算则是根据水文数据及相应的物理规律，对水利工程的运行、设计和优化等方面进行计算分析的一门学科。
本文将从以下几个方面进行讨论：一、工程水文的数据获取和处理1. 水文观测站的建设和运行水文观测站是获取水文数据的重要手段。
它们的建设和运行需要考虑以下一些因素：①位置选择：水文观测站的位置应该选择在目标流域能够代表性的位置，以保证观测数据的有效性和准确性。
②设备选择：水文观测站应该配备专业的水文测量设备，例如水位计、流速计、水温计等，以准确地测量水文信息。
③监测频率：水文观测站的监测频率需要根据实际情况而定，例如不同季节、不同流量范围、不同水文事件等都需要进行不同的监测。
2. 水文数据的处理和分析水文数据需要进行一系列的处理和分析，以满足不同的需求，例如:①数据筛选：根据实际需要筛选出有效的数据，以保证后续处理和分析的准确性。
②数据插补：对于缺失的数据或错误的数据需要进行插补处理，以保证后续计算的正确性。
③数据传输：为了方便数据共享和使用，需要将处理好的数据传输到相关的部门或人员。
二、水利计算的方法和技术1. 水库水文计算对于水库的水文计算，需要考虑以下一些因素:①入库径流计算：根据流域面积、平均降雨量、蒸发量等参数，计算出入库径流的总量。
②出库流量计算：根据出库规划和水位高度等因素，计算出出库流量的大小。
③水库调度规划：根据不同的需求，例如防洪、灌溉、发电等，对水库的调度进行规划和优化。
2. 河流水文计算对于河流的水文计算，需要考虑以下一些因素：①河道断面和流量计算：根据实际情况，建立河道流量和河道断面的数学模型，计算河道内的流量。
②洪水预报和预警：根据流域的水文数据和天气预报等信息，预测不同时间段内的洪水发生概率，提供相应的预警信息。
工程水文及水利计算-流域产汇流计算
RS2 产生的 Q2,I (m3/s)
Q20 = 0
Q12 = Q2 Q21
Q21
=
Q11
RS 2 RS1
Q13 = Q3 Q22
Q22
= Q12
RS 2 RS1
Q1-4=Q4-Q2-3
Q23
= Q13
RS 2 RS1
……
……
计算单位线 q (m3/s)
q0 = 0
q1
=
10 RS 1
如表8-6所示，由式（8-28）即可根据地下净雨 过程求得流域的地下径流过程
§8-7 单位线法计算流域出口洪水 过程
一. 单位线定义与基本假定 （一）定义：单位时段内、分布均匀的单位地面净雨，
在流域出口断面形成的地面径流过程，如图8-15。
·单位时段 t ： t =（1/3～1/2）tr， 常选 1，3，6，12，24h
（二）分解法：对多个时段净雨的洪水过程 总的地面径流过程分解为各净雨独立产生的地面
径流过程→按缩放法由某单位时段的地面径流过程求 单位线
以两个时段净雨的流量过程为例，方法步骤如下
1. 分割地下径流，求地面径流过程 Q ~ t 和地面径
流深
RS
=
Qi t F
2. 求地面净雨过程：RS1，RS2 如降雨径流相关图法，注意计算的各时段净雨之和
一定等于RS 3. 将地面径流过程分解为各时段净雨的地面径流过程
（ Q ~ t ）1、（ Q ~ t ）2：按假定一和假定二进 行，如下表
时间 t( t )
0 1
净雨 RS,I(mm)
RS1
Qi (m3/s)
Q0=0 Q1
2
RS2
工程水文与水利计算（武大版教材）08
⼯程⽔⽂与⽔利计算（武⼤版教材）08⼯程⽔⽂与⽔利计算(武⼤版教材)第⼋章流域产汇流计算内容简介研究对象本章从定量上研究降⾬形成径流的原理和计算⽅法，包括流域的产流计算和汇流计算。
产流计算主要研究流域上降⾬扣除植物截留、下渗、填洼等损失，转化为净⾬过程的计算⽅法。
汇流计算主要研究净⾬沿地⾯和地下汇⼊河⽹，并经河⽹汇集形成流域出⼝断⾯径流过程的计算⽅法。
研究内容1.短期洪⽔预报；2.枯⽔预报；3.施⼯⽔⽂预报；4.⽔⽂实时预报⽅法。
研究⽬的本章研究的流域产汇流计算是⼯程⽔⽂学中最基本的概念和⽅法之⼀，是以后学习由暴⾬资料推求设计洪⽔，降⾬径流预报等内容的基础。
本章研究内容和⽅法⽆论在⽔利⼯程的规划设计阶段还是运⾏管理阶段，都具有⼗分重要的地位。
第7.1节概述内容提要1. 由降⾬过程推求径流过程的基本内容与流程；2. 流域产汇流计算的基本思路。
学习要求掌握由降⾬过程推求径流过程的主要环节与基本思路。
1. 流域产汇流计算基本内容与流程由流域降⾬推求流域出⼝的河川径流，⼤体上分为两个步骤：①产流计算：降⾬扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，剩下的部分称为净⾬，在数量上等于它所形成的径流深。
在我国常称净⾬量为产流量，降⾬转化为净⾬的过程为产流过程，关于净⾬的计算称之为产流计算。
②汇流计算：净⾬沿着地⾯和地下汇⼊河⽹，然后经河⽹汇流形成流域出⼝的径流过程，这个流域汇流过程的计算称之为汇流计算。
它们之间的联系可简明地表⽰成图7-1-1所⽰的流程图。
图7-1-1由降⾬过程推求径流过程流程图2. 流域产汇流计算的基本思路流域产汇流问题的内容⼗分丰富。
这⾥仅介绍⽬前使⽤⽐较普遍和⽐较成熟的计算⽅法及其原理。
产流计算的⽅法有降⾬径流相关图法和初损后损法等；汇流计算的重点是单位线法和瞬时单位线法。
⽆论产流计算还是汇流计算，基本思路都是，先从实际降⾬径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后，⽤于设计条件时，则可由设计暴⾬推求设计洪⽔，⽤于预报时，则由实际暴⾬预报洪⽔。
工程水文及水利计算课程设计
1. 流域概况1.1 水系及流域龙河站以上为干流，共有8条支流，其龙河站以上集水面积为1000平方公里，称为龙河流域。
1.2自然地理概况1.2.1 地形整个流域东、西、北三面环山，东西山脉在龙河站附近形成束狭的谷口，有利于建坝。
龙河上游山高谷深，坡度较陡，最高的山脉高程在950米以上，整个流域的地形由北向南倾斜。
1.2.2 地质、地貌、土壤和植被及地下水本流域属山丘区，各支流的分水线清楚，河谷两岸山坡上已形成梯田，水土保持良好。
河道弯曲大，河床不整齐，大部分为岩石河床，下游为砂砾石河床，河道糙率较大。
流域内大部分为火成岩、石灰岩等岩石，上面覆盖风化层，砂土和砂壤土，土层较薄，一般约在0.5米左右，龙河两岸有一堆阶地发育，台面平坦广阔，上部由细砂及土壤组成，土层比较厚，宜于耕作，下游农田大多砂壤土。
流域内植被良好且流域内地下水丰富，地下水位较高。
1.2.3 水文气象情况气候比较湿润，多年平均降水量约1200毫米，多年蒸发量约为996毫米，多年平均年径流深约为482毫米，多年平均径流系数约为0.4。
每年的洪水主要由6—7月的梅雨及7—10月的台风暴雨所造成，尤其是台风雨，强度大，是形成本流域大洪水的主要天气条件。
由于流域地势较陡，而且各支流汇入干流的时间比较接近，故径流易于集中，洪水来势凶猛，流域汇流时间短，自降雨开始后约6—8小时，即可出现洪峰，洪水历时不长，常在3—4天左右，实测最大洪峰流量为610米3/秒，发生在1965年8月20日。
2设计计算2.1 泥沙淤积计算多年平均输沙量：悬移质泥沙多年平均输沙量为2947吨/年，推移质泥沙多年平均年输沙量按悬移质输沙量的20%计。
泥沙容重平均按1.2t/m3计。
此水库正常使用年限为30年。
由上可知：Q s=2947吨/年，T=30年，γ泥沙=1.2吨/m3w0=QT=2947×30=88410吨V沙年悬=W/γ=88410/1.2=73675m3V沙年推= 20%V沙年悬=20%×73675=14735m3V沙总=V沙年悬+V沙年推=73675＋14735=88410m32.2死库容的确定死水位：水位根据地形条件定为570米，按此可初定死库容，但需要根据泥沙资料及淤积年限进行校核，水库的淤积年限定为30年。
水文水利计算课件：第八章小流域设计洪水2
＝2.65/0.0331/3×2.931/4 ＝6.31
ｍ＝0.54θ0.15
＝0.54×6.31０.15 ＝0.71
（5）设计洪峰Qm的试算 将结果代入推理公式得
τ＝3.235Ｑmp0.25 Ｑmp＝105.1τ－0.76－1.63 Ｑmp ＝189.7τ－1
试算：
tc ≥τ tc ＜τ
第二节 小流域设计暴雨计算
（一）暴雨公式
1．暴雨公式形式
暴雨强度 ip与暴雨历时 t 之间的关系称暴雨公式，水
利部门常用形式为：
ip
Sp tn
式中，Sp－雨力，单位历时暴雨平均强度，随重现期和地区 而变
n－暴雨递减指数，随地区和历时而变 按雨量表示
Pp t1n
2．暴雨公式参数推求及综合 由雨量～历时～频率（P～t～p）关系转为雨强～频率 ～历时（i～p～t）关系。
2．设计洪峰多因素公式
Qp Chp F n Qp Chp f F n
Qp Chp f J F n
3．洪峰统计参数经验公式 Q＝C F n Cv＝f（F） Cs＝k Cv
C、Cv、k具有地理分布规律，可根据有
资料流域实测资料分析参数勾绘参数等值线 图或制作综合参数表以供无资料流域查用。
第五节 概化设计洪水过程线的推求 1．三角形概化
出口概化为三角形，取σ＝1/ 3；λ ＝1/ 4代入上式得
＝0.278
L
mJ
1/
Q 3 1/ m
4
汇流参数m的取值： 方法1：查水文手册
方法2：由实测流量资料反推：
m＝
J
V Q 1/ 3 1/
m
4
方法3：采用经验公式，如
＝ L
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门宝辉 可再生能源学院
CHENLI
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提纲
第一章 绪论
第二章 水循环及径流形成
第三章 水文资料的观测、收集与处理
第四章 水文统计基本知识
第五章 设计年径流及径流随机模拟
（分3讲）
第六章 由流量资料推求洪水
（分3讲）
第七章 流域产、汇流计算
（分4讲）
第八章 由暴雨资料推求设计洪水
（分3讲）
第九章 水文预报
第十章 水库兴利调节计算
（分2讲）
第十一章 水电站的水能计算
（分2讲）
第十二章 水库防洪计算
（分2讲）
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第五章 目录
第五章 设计年径流及径流随机模拟
5-1 概述
5-2 影响年径流的因素
5-3 具有长期实测径流资料时设计年径流量及其年内分配
的分析计算
5-4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年内分配
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算
1、水文比拟法
水文比拟法：在水文相似区内，无资料流域移置(经过修正) 有资料流域实测水文特征值的一种方法，特别适用于年径流 的分析估算。
当设计断面（设计站）缺乏实测径流资料，但其上下游或水 文相似区内有实测水文资料可以选作参证站时，可采用本法 估算设计年径流。
➢ 利用年降水资料延长设计断面的年径流系列
径பைடு நூலகம்是降水的产物。流域的年径流量与流域的年降水量往往有良好的相 关关系。又因降水观测系列在许多情况下较径流观测系列长，因此降水 系列常被用来作为延长径流系列的参证变量。
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5-4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年 内分配的分析计算
2、年径流系列的展延
➢ 多年平均年径流量的计算 均值
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算
1、水文比拟法
➢ 多年平均年径流量的计算
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算 1、水文比拟法
➢ 多年平均年径流量的计算 Cv值
Cv一般可以直接采用，不需要进行修正。
前提：设计流域所在的区域内，有水文特征值的地区综合分析 成果，或在水文相似区内有径流系列较长的参证站可资利用。
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算
方法：采用地理综合法间接推求年径流量的统计参数均值、Cv 和Cs，然后推求满足设计保证率的年径流量，最后采用同倍比 放大法推求设计年径流过程。 常用方法：水文比拟法、参数等值线图法和经验公式法。
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算
1、水文比拟法
➢ 设计成果的移植
水文比拟法成果的精度，取决于设计流域和参证流域的相似 程度，特别是流域下垫面的情况要比较接近。 年内分配：直接移植典型年或地区综合的年内分配过程。 同倍比放大法：推求设计年径流分配过程。
特点：对于较小流域，由于缺乏实测水文资料，等值线图又 难以应用，水文比拟法具有较大的实用价值。
Cs值
Cs一般不需要进行计算，取用 Cs=2～3Cv
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算 1、水文比拟法
➢ 设计成果的移植 如果参证站已有年径流分析成果，也可以用下列公式，将参 证站的设计年径流直接移用于设计流域。
下标P代表频率，其他符号的意义同前。
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的分析计算
5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分配的分
析计算
5-6 流量历时曲线
5-7 设计枯水流量的分析计算
5-8 径流随机模拟
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5-4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年 内分配的分析计算
资料条件：当实测资料年数n≥30 ，为具有长期实测资； 当30＞n≥12，为具有短期实测资料； 当n＜12，为缺乏实测资料。
➢ 注意：
（1）找出有物理成因的真实关系； （2）不要通过展转相关建立相关关系； （3）不要过分延长相关线展延资料。
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算
在部分中小设计流域内，有时只有零星的径流观测资料，且无 法延长其系列，甚至完全没有径流观测资料，则只能利用一些 间接的方法，对其设计径流量进行估算。
2、年径流系列的展延
➢ 利用本站的水位资料延长年径流系列
有些测站开始只观测水位，后 来增加了流量测验。可根据其 水位～流量关系，将水位资料 转化成径流资料。
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5-4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年 内分配的分析计算
2、年径流系列的展延
➢ 利用上下游站或邻近河流测站径流资料，延长设计断面的径流系列
最常采用的参证变量有：设计断面的水位、上下游测站或 邻近河流测站的径流量、流域的降水量。
参证变量应具备下列条件： ①参证变量与设计断面径流量在成因上有密切关系。 ②参证变量与设计断面径流量有较多的同步观测资料。 ③参证变量的系列较长，并有较好的代表性。
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5-4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年 内分配的分析计算
要点：将参证站的径流特征值，经过适当的修正后移用于设 计断面。
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分 配的分析计算
1、水文比拟法
修正参变量：流域面积、多年平均降水量。
流域面积为主要参变量，二者应比较接近，通常以不超过15 ％为宜；如径流的相似性较好，也可以适当放宽上述限制。 当设计流域无降水资料时，可以不采用降水为参变量。
同一河流上下游的水量存在着有机 联系，因此，当设计断面上下游不 太远处有实测径流资料时，常是很 好的参证变量。 同一水文气候区内的邻近河流，当 流域面积与设计流域面积相差不太 悬殊时，其径流资料也可试选为参 证变量。
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5-4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年 内分配的分析计算
2、年径流系列的展延
关键：展延年径流系列的长度。
实质：寻求与设计断面径流有密切关系并有较长观测系列 的参证变量，通过设计断面年径流与其参证变量的相关关 系，将设计断面年径流系列适当地加以延长至规范要求的 长度。 当年径流系列适当延长以后，其频率分析方法与本书第四 章所述完全一样。
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5-4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年 内分配的分析计算 1、参证变量的选择