工程水文課程設計1

1、.目錄1工程概況與設計任務 .21.1工程概況及原始資料 .21.2設計任務 .42干流設計洪水推求 .52.1特大洪水重現(xiàn)期 N 與實測系列長度 n 的確定 .52.2洪水經(jīng)驗頻率的計算 .52.3洪水頻率曲線統(tǒng)計參數(shù)估計和確定 .82.4干流設計洪峰流量推求 .103支流小流域設計洪水計算 .113.1最大 24 小時設計暴雨過程推求 .113.2產(chǎn)流計算 .123.3匯流計算 .143.4支流設計洪峰流量的確定 .164橋址設計洪水流量 .165橋址設計斷面平均流速和設計水深. . 166設計感悟 .17.下載可編輯 .1 工程概況與設計任務1.1 工程概況及原始資料某高速公路大橋跨越的

2、河流斷面來水由干流和支流洪水組成，干流水文站位于橋址上游 1km處，資料可用來推求壩址處洪水，支流洪水由地區(qū)降雨資料推求。干，支流與橋址位置示意圖如圖1 所示。圖 1-1 干支流與橋址位置示意圖干流洪水資料有年洪峰最大流量，包括調(diào)查和實測資料，見表1。另外，還調(diào)查到橋址附近干流 1900 年岸坡上洪痕點 2 個，分別位于水文站和橋軸線上，洪痕點高程分別為 121.3m 和 120.8m，橋址斷面河床高程為 115.03m，河床比降為 0.5%0 ，床面與邊坡曼寧粗糙系數(shù) n=0.012 ，河寬 500m，據(jù)此可得該年洪峰流量，作為一個洪水統(tǒng)計樣本點。圖 1-2 橋址河段年最大洪峰流量.下載可編

3、輯 .支流洪水為一小流域（流域面積為F ）匯流而成。1）該支流流域無實測洪水流量資料，但流域中心附近有一個雨量站資料，經(jīng)頻率計算獲得 P=2%， 1%所對應的最大 1d 的設計點雨量分別為 202.4mm, 323.8mm。該地區(qū)暴雨點 面折算關(guān)系見表 2，該地區(qū)的最大日降雨量與最大 24 小時降雨量根據(jù)經(jīng)驗其關(guān)系為 H 24, p 1.14H日, p ，設計暴雨時程分配見表 3。表 1-1 某地區(qū)暴雨點 面折算關(guān)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 地區(qū)最大 24 小時設計暴雨的時程分配表日 程設計暴雨的時段（ 3h）雨量過程時段序號12345678（ 3h）典型分配4.18.313.834.220.411.54.23.5（

5、%）2）該流域位于濕潤地區(qū)，流域蓄水容量為I m 。用同頻率法求得設計Pa90mm( P2%);Pa86mm( P1%) ，該流域的穩(wěn)定下滲率為f c (mm / h).下載可編輯 .流域所在地區(qū)的地區(qū)綜合瞬時單位線參數(shù)nn0 , Kk01.2 設計任務1）推求橋址設計洪水流量2）按均勻流假設，推求壩址斷面設計流量的平均流速和水深。設計條件如下表：31）大橋工程設計洪水標準為 2%2） I m 110mm ， f c1.5mm/ h3）綜合單位線參數(shù)n0 1.5, k0 5.68 ，支流小流域面積F30km2.下載可編輯 .2 干流設計洪水推求2.1 特大洪水重現(xiàn)期 N 與實測系列長度 n 的

6、確定1. 干流設計洪水推求1) 洪水資料的總長度 N：洪水資料的總長度為實測資料期 17 年；調(diào)查期 56 年；考證期 4 年的總和，即： Nnn1 n277（年）2) 特大洪水流量判定： Q EM / Q3，若 QiQEM ，可判定為特大洪水Qi,QEM3x 14874.72x4958 . 24n3) 由調(diào)查資料推求水文站 1900 年洪峰流量x10000.5%o ，x=0.5m, 推求水文站處河床高程為115.03+0.5=115.53m水文站水深 M 1121.3115.535.77m , 橋址水深 M 2120.8115.035.77m推求水文站處水流斷面面積A5.77 5002885

7、m2根據(jù)曼寧公式 v1 R 2 / 3i 1 / 2n121水文站處斷面平均流速v5.7730.000525.9945m / s0.012根據(jù) Q Av 推求水文站處洪峰流量 Q 28855.9945 17294.1325判定 1900 年， 1904 年， 1927 年為特大洪水。2.2 洪水經(jīng)驗頻率的計算其中有 3 項特大洪水，即a=3。其經(jīng)驗頻率按以下公式計算：MM 1,2,.a特大洪水系列： PMN1.下載可編輯 .則 3 次特大洪水經(jīng)驗頻率分別為：P110.0128P1921771P220.0256P1900771P330.0385P1904771實測洪水：系列長度為n=197619

8、601=17 年實測期的 n 項洪水，認為是在 N 年中任意抽取的部分。如果實測期 n 項中有 l 項是特大洪水，是屬于 a 項中的，即已從 n 項中抽出，還剩有（ nl ）項普通洪水都不超過為首的 a 項特大洪水。由于上一步中 3 項特大洪水可看做從 N 年中隨意抽取的，故其概率可假定在 01 之間分布。在統(tǒng)一樣本法中，認為這（nl ）項洪水的經(jīng)驗頻率均勻分布于 1 PMa 范圍內(nèi)，經(jīng)驗頻率計算公式為：實測洪水系列： Pm Pa(1Pa )mlm l 1, l 2., l nn l1如 1960 年， Qm6120m3/ s ，M=2，其經(jīng)驗頻率為：P1960PMa (1PMa )ml19

9、.88%nl1.下載可編輯 .洪峰流量頻率計算MPm Pa (1 Pa ) ml按時間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.下載可編輯 .2.3 洪水頻率曲線統(tǒng)計參數(shù)估計和確定1）統(tǒng)計參數(shù)初估對于不連續(xù)系列樣本，假定：（ nl ）年系列的均值和均方差與除去特大洪水后的（N a）年系列的均值和均方差相等，

11、可導出如下統(tǒng)計參數(shù)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）目估適線法確定統(tǒng)計參數(shù)選頻率分布線行為皮爾遜型，并選Cs3Cv進行第一次配線.下載可編輯 .第二次配線采用 Cv=0.71 Cs=2.5Cs/Cv=3.52.下載可編輯

12、 .第一次配線第二次配線（采用）頻率 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 干流設計洪峰流量推求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.下載可編輯 .3 支流小流域設計洪水計算3.1 最大 24 小時設計暴雨過程推求該支流流域無實測洪水流量資料，但流域中心附近有一個雨量站資料，經(jīng)頻率計算獲得 P=2%，1%所對應的最大 1d 的設計點雨量分別為 202.4mm, 323.8mm。該地區(qū)暴雨點面折算關(guān)系見表 1

14、-1 ，該地區(qū)的最大日降雨量與最大 24小時降雨量根據(jù)經(jīng)驗其關(guān)系為 H 24, p1.14 H 日, p 。該流域位于濕潤地區(qū)， 流域蓄水容量為I m 。用同頻率法求得設計Pa90mm(P 2%); Pa 86mm( P 1%) ，該流域的穩(wěn)定下滲率為fc (mm / h) 。流域所在地區(qū)的地區(qū)綜合瞬時單位線參數(shù) n n0 , K k01）最大 1 日面設計暴雨量利用設計資料中所提供的關(guān)系式： H 24, p1.14 H 日, pH 日， p 323.8mmH 24, p 1.14 323.8230.736mm，所以2）流域面平均設計雨量及時程分配根據(jù)設計資料所提供的點面折算系數(shù)進行流域面平均

15、設計雨量的計算由設計資料，支流小流域面積F30km2根據(jù)表 1-1 ，t=24 時， F=20時折算系數(shù)為 0.991 ， F=40時折算系數(shù)為 0.983 。(0.991 0.983)(40 30)利用內(nèi)插法， F=30Km2 折算系數(shù) =0.983200.98740所以，流域面平均設計雨量為0.987230.736 = 227.736 mm.下載可編輯 .根據(jù)設計暴雨時程分配表進行設計暴雨的時程分配日程設計暴雨的時段（3h）雨量過程時段序號（ 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 產(chǎn)流計算1）設計凈雨的推求按照蓄滿產(chǎn)流模式（ B=0.2）進行設計凈雨計算。根據(jù)穩(wěn)定下滲率進行地面凈雨和地下凈雨的劃分。根據(jù)設計資料所提供，Wm110 mm，B=0.2，由公式 Wmm (1B)Wm得， Wmm'(1 0.2)110 132mm根據(jù)設計資料所提供， 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 時，蓄滿產(chǎn)流模型的產(chǎn)流計算公式歸納為當 A+P<時，RPW0Wm Wm 11 BWmm( A

17、P) /Wmm當 A+P>時，R=P+W0 WmWmm.下載可編輯 .設計凈雨計算表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）地面凈雨與地下凈雨的推求根據(jù)對設計資料中所提供的數(shù)據(jù)，本流域的穩(wěn)定下滲率為1.5mm/h。由

18、設計凈雨過程中扣除地下凈雨（等于穩(wěn)定下滲率乘以凈雨歷時）得地面凈雨過程。其中第一時段的凈雨歷時 tc =（2.202/14.94 ） x3=0.806 （h）地下凈雨 下fctc=1.5x0.806=01.2(mm), 故第一時段地面凈雨為1.2mm，其余類推。hP=2%設計暴雨過程分配時段數(shù)（ t=3h ）12345678合計占最大 1 日的百分數(shù) （ %）4.18.313.834.220.411.54.23.5100設計暴雨（ mm）9.318.931.477.945.626.29.68.0222.7設計凈雨（ mm）2.57.229.977.945.626.29.68.05207.8地下

19、凈雨（ mm）1.21.74.34.54.54.54.54.529.7地面凈雨（ mm）1.35.525.673.442.021.75.13.5178.8.下載可編輯 .3.3匯流計算1）無因次單位線 u( t, t ) 與 10mm單位線 u( t ,t ) 的推求由設計資料得，綜合單位線參數(shù) 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.下載可編輯 .2）設計地面徑流過程推求由上表得出大洪水的單位線。由設計地面凈雨過程通過單位線推求，得設計地面徑流過程。3）設計地下徑流過程推求把地下徑流概化為等腰三角形初六，其峰值出現(xiàn)在設計地面徑流停止時刻（第24 時段），地下徑流過程的底長為設計徑流底長的2 倍，即 T下2T面 2243144hW下 0.1 h下4F 0.1 31.083