華南理工工程水文水力學(xué)作業(yè)

1、工程水文水力學(xué)思考題和計(jì)算題一、思考問答1、水文現(xiàn)象是一種自然現(xiàn)象，它具有什么特性，各用什么方法研究？答：具有確定性（也可說周期性）與隨機(jī)性，確定性決定了水文現(xiàn)象的相似性，決定了水文現(xiàn)象的隨機(jī)性。確定性規(guī)律用成因分析發(fā)研究，隨機(jī)性規(guī)律用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法研究。1）成因分析法：如降雨徑流預(yù)報(bào)法、河流洪水演算法等。2）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：情勢預(yù)測、預(yù)報(bào)的方法。如設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式等。水文計(jì)算常常是二種方法綜合使用，相輔相成，例如由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水，就是先由數(shù)理統(tǒng)計(jì)法求設(shè)計(jì)暴雨，再按成因分析法將設(shè)計(jì)暴雨轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)洪水。此外，當(dāng)沒有水文資料時(shí)，可以根據(jù)水文現(xiàn)象的變化在地區(qū)分布上呈現(xiàn)的一定規(guī)

2、律（水文現(xiàn)象在各流域、各地區(qū)的分布規(guī)律）來研究短缺和無資料地區(qū)的水文特征值。2、 何謂水量平衡？試敘閉合流域水量平衡方程在實(shí)際工作中的應(yīng)用和意義。答：對任一地區(qū)、任一時(shí)段進(jìn)入的水量與輸出的水量之差，必等于其蓄水量的變化量，這就是水量平衡原理，是水文計(jì)算中始終要遵循的一項(xiàng)基本原理。依此，可得任一地區(qū)、任一時(shí)段的水量平衡方程。對一閉合流域：設(shè) P 為某一特定時(shí)段的降雨量，E 為該時(shí)段內(nèi)的蒸發(fā)量，R 為該時(shí)段該流域的徑流量，則有：P=R+Ec+U , U為該時(shí)段流域內(nèi)的蓄水量，U=U1+U2。對于多年平均情況，U 0，則閉合流域多年平均水量平衡方程變?yōu)椋篜'=R'+E' 影響

3、水資源的因素十分復(fù)雜，水資源的許多有關(guān)問題，難于由有關(guān)的成因因素直接計(jì)算求解，而運(yùn)用水量平衡關(guān)系，往往可以使問題得到解決。因此，水量平衡原理在水文分析計(jì)算和水資源規(guī)劃的分析計(jì)算中有廣泛的應(yīng)用。 如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素。例如：某閉合流域的多年平均降雨量P'=1020mm ，多年平均徑流深R'=420mm，試求多年平均蒸發(fā)量E '。 E'=P'-R'600mm。3、 何謂年徑流？它的表示方法和度量單位是什么？徑流深度、徑流總量、平均流量、徑流模數(shù)的概念及相互關(guān)系。答：一個(gè)年度內(nèi)在河槽里流動(dòng)的水流叫做年徑流。年徑流可以用

4、年徑流總量W（m3）、年平均流量Q（m3/s）、年徑流深R（mm）、年徑流模數(shù)M（L/(skm2)）等表示。將計(jì)算時(shí)段的徑流總量，平鋪在水文測站以上流域面積上所得的水層厚度，稱為徑流深度 徑流總量是指在指定時(shí)段t通過河流某一斷面的總水量。徑流模數(shù)是單位流域面積上單位時(shí)間所產(chǎn)生的徑流量。4、 流量的觀測與水位流量關(guān)系曲線的延長。答：測站測流時(shí)，由于施測條件限制或其他種種原因，致使最高水位或最低水位的流量缺測或漏測，在這種情況下，須將水位流量關(guān)系曲線作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量過程。1）根據(jù)水位面積、水位流速關(guān)系外延：河床穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流速關(guān)系點(diǎn)常較密集，曲線趨勢較明確，可

5、根據(jù)這兩根線來延長水位流量關(guān)系曲線。2）根據(jù)水力學(xué)公式外延：此法實(shí)質(zhì)上與上法相同，只是在延長ZV曲線時(shí)，利用水力學(xué)公式計(jì)算出需要延長部分的V值。最常見的是用曼寧公式計(jì)算出需要延長部分的V值，并用平均水深代替水力半徑R。由于大斷面資料已知，因此關(guān)鍵在于確定高水時(shí)的河床糙率n和水面比降I。3）水位流量關(guān)系曲線的低水延長：低水延長常采用斷流水位法。所謂斷流水位是指流量為零時(shí)的水位，一般情況下斷流水位的水深為零。此法關(guān)鍵在于如何確定斷流水位，最好的辦法是根據(jù)測點(diǎn)縱橫斷面資料確定。5、流域平均降水量的計(jì)算方法。答：1.算術(shù)平均法當(dāng)流域內(nèi)地形起伏變化不大,雨量站分布比較均勻時(shí),可根據(jù)各站同一時(shí)段內(nèi)的降雨量

6、用算術(shù)平均法推求。設(shè)流域內(nèi)共有n個(gè)雨量站，各雨量站的雨量分別為X1，X2，Xn（mm），則流域平均雨量為：其計(jì)算式為:Xp=(X1+X2+_Xn)/ n = 1/n (ni-1)Xi2.泰森多邊形法（垂直平分法）首先在流域地形圖上將各雨量站（可包括流域外的鄰近站）用直線連接成若干個(gè)三角形,且盡可能連成銳角三角形,然后作三角形各條邊的垂直平分線,這些垂直平分線組成若干個(gè)不規(guī)則的多邊形,如圖中實(shí)線所示。每個(gè)多邊形內(nèi)必然會(huì)有一個(gè)雨量站,它們的降雨量以Xi表示,如量得流域范圍內(nèi)各多邊形的面積為f i，則流域平均降雨量可按下式計(jì)算:Xp=（f1*X1+ f2*X2+_+ fn*Xn） /1/ F（ni-

7、1）fiXiF=f1+ f2+_ + fn 此法能考慮雨量站或降雨量分布不均勻的情況,工作量也不大,故在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用比較廣泛。3.等雨量線法等雨量線法。對于較大的流域，地形起伏一般較大，當(dāng)流域內(nèi)有足夠的雨量站時(shí)，可繪出等雨量線，求出相鄰兩等雨量線間的面積及平均雨量值(xi+ xi+1 )/2計(jì)算流域平均雨量Xp=1/2(X1+X2)f1+1/2*(X1+X2)f2+_+1/2*(X1+X2)fn/(f1+f2+_+fn)=1/F(Xi+Xi+1)/2fi此法比較精確,但對資料條件要求較高,且工作量大,因此應(yīng)用上受到一定的限制。主要用于典型大暴雨的分析。6、 如何繪制累積頻率曲線？設(shè)計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)

8、如何確定？答：根據(jù)實(shí)測水文資料，按從大到小的順序排列，然后用經(jīng)驗(yàn)頻率公 式計(jì)算系列中各項(xiàng)的頻率，稱為經(jīng)驗(yàn)頻率。以水文變量 x 為縱坐標(biāo)，以經(jīng)驗(yàn)頻 率 p 為橫坐標(biāo)， 點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)，根據(jù)點(diǎn)群趨勢繪出一條平滑的曲線，稱為 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，下圖為某站年最大洪峰流量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。有了經(jīng)驗(yàn)頻率曲線， 即可在曲線上求得指定頻率 p 的水文變量值 x。 對經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算，目前我國水文計(jì)算上廣泛采用的是數(shù)學(xué)期望公式 P=m/(n+1)x*100%。7、 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線的繪制方法答：根據(jù)實(shí)測水文資料，按從大到小的順序排列，如下左圖所示，然后用經(jīng)驗(yàn)頻率公式計(jì)算系列中各項(xiàng)的頻率，稱為經(jīng)驗(yàn)頻率。以水文變量x為縱坐標(biāo)，

9、以經(jīng)驗(yàn)頻率p為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)，根據(jù)點(diǎn)群趨勢繪出一條平滑的曲線，稱為經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，下右圖為某站年最大洪峰流量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。有了經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，即可在曲線上求得指定頻率p的水文變量值Xp。對經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算，目前我國水文計(jì)算上廣泛采用的是數(shù)學(xué)期望公式：式中 p-等于和大于xm的經(jīng)驗(yàn)頻率； m xm的序號，即等于和大于xm的項(xiàng)數(shù)； n 系列的總項(xiàng)數(shù)。8、 頻率曲線的三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)各表示什么意義？對頻率曲線各有什么影響？答：關(guān)于三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)對頻率曲線的影響：1、 均值x對曲線的影響，Cv和Cs值固定時(shí)，x大的在頻率曲線之上，相反在頻率曲線之下，x越大頻率曲線越陡。2、Cv對曲線的影響，當(dāng)x與Cs為

10、固定值時(shí)，Cv越大，則曲線越陡，左上方向上太高，右下方越下降，Cv越小，頻率曲線越平緩，Cv=0時(shí)，則為水平，3、當(dāng)Cs對曲線有影響時(shí)，且x與Cv固定值，且Cs0隨著Cs增大頻率曲線上端變得陡峭，下端變得平緩，此時(shí)曲線中部越來越偏向左邊，當(dāng)Cs2時(shí)，下端趨于水平，當(dāng)Cs=0時(shí)，曲線呈正態(tài)分布。當(dāng)Cs0時(shí)，隨著Cs減小上端變緩，下端變陡。9、 偏態(tài)系數(shù)Cs0或<0，各說明隨機(jī)變量x的分布有何特點(diǎn)？答：在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中采用偏態(tài)系數(shù)CS作為衡量系列不對稱程度的參數(shù)，當(dāng)系列對于x對稱時(shí)，CS=0；當(dāng)系列對于x不對稱時(shí)，CS0，若CS>0，稱為正偏；CS0，若CS<0,稱為負(fù)偏，如下圖。偏

11、態(tài)系數(shù)CS>0，說明隨機(jī)變量x出現(xiàn)大于均值的機(jī)會(huì)比出現(xiàn)小于均值的機(jī)會(huì)少；偏態(tài)系數(shù)CS<0，說明隨機(jī)變量x出現(xiàn)大于均值的機(jī)會(huì)比出現(xiàn)小于均值的機(jī)會(huì)多。10、 重現(xiàn)期（T）與頻率（P）有何關(guān)系？千年一遇洪水，是指什么意思？ 95的年徑流其重現(xiàn)期為多少？ P=90%的枯水年，其重現(xiàn)期（T）為多少年？以P=90%的枯水年為設(shè)計(jì)依據(jù)，其安全率和風(fēng)險(xiǎn)率各為多少？答：頻率曲線繪制后，就可在頻率曲線上求出指定頻率p的設(shè)計(jì)值xp。由于"頻率"較為抽象，水文上常用"重現(xiàn)期"來代替"頻率"。所謂重現(xiàn)期是指某隨機(jī)變量的取值在長時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一

12、次，又稱多少年一遇。根據(jù)研究問題的性質(zhì)不同，頻率P與重現(xiàn)期T的關(guān)系有兩種表示方法。（1）當(dāng)為了防洪研究暴雨洪水問題時(shí)，一般設(shè)計(jì)頻率P50，則:T=1/1-P, 式中：T重現(xiàn)期，年；頻率，；（2）當(dāng)考慮水庫興利調(diào)節(jié)研究枯水問題時(shí)，設(shè)計(jì)頻率；千年一遇洪水是指在長時(shí)期內(nèi)平均1000年出現(xiàn)一次；11、若年徑流量與年降水量之間的回歸線近似為冪函；答：冪函數(shù)y=axb兩邊取對數(shù)后變?yōu)橹本€方程Y=；12、推求設(shè)計(jì)洪水過程線的基本方法是什么，洪水過；答：推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)要確定設(shè)計(jì)洪水過程線，亦即確定；同倍比法較為簡單，式中：T重現(xiàn)期，年；頻率，。（2）當(dāng)考慮水庫興利調(diào)節(jié)研究枯水問題時(shí)，設(shè)計(jì)頻率P50，則:T=1

13、/1-P千年一遇洪水是指在長時(shí)期內(nèi)平均1000年出現(xiàn)一次的洪水情況，換句話說，大于等于這樣的洪水平均1000年可能出現(xiàn)一次； 95的年徑流其重現(xiàn)期T=20年；P=90%的枯水年，其重現(xiàn)期T=10年，在長時(shí)期內(nèi)平均10年出現(xiàn)一次的枯水情況，若以P=90%的枯水年為設(shè)計(jì)依據(jù)，其安全率和風(fēng)險(xiǎn)率分別為90和1011、 若年徑流量與年降水量之間的回歸線近似為冪函數(shù)，試以分析法為例說明推求其回歸方程的方法步驟？答：冪函數(shù)y=axb兩邊取對數(shù)后變?yōu)橹本€方程Y=A+bX，其中Y=lgy，X=lgx，A=lga。因此，此時(shí)建立回歸方程的步驟為：將xj，yj變換為Xj，Yj；按一元線性回歸方法計(jì)算A、b；將A取反

14、對數(shù)得a；把a(bǔ)、b代入y=axb中，即得要推求的回歸方程。12、 推求設(shè)計(jì)洪水過程線的基本方法是什么，洪水過程線放大有哪兩類方法？答：推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)要確定設(shè)計(jì)洪水過程線，亦即確定設(shè)計(jì)洪水的時(shí)程分配。目前，生產(chǎn)上一般采用放大典型洪水過程線的方法確定設(shè)計(jì)洪水過程線。進(jìn)行洪水過程線放大通常采用兩種方法，即同倍比法和同頻率法。同倍比法較為簡單，可采用設(shè)計(jì)洪峰流量與典型洪峰流量的比值或某時(shí)段的設(shè)計(jì)洪量與典型洪量的比值對典型洪水過程線進(jìn)行放大。但按此法進(jìn)行放大后，不能保證設(shè)計(jì)洪水過程線各個(gè)時(shí)段的洪量或洪峰流量都與設(shè)計(jì)值相等。采用同頻率法放大典型洪水過程線時(shí)，對洪峰流量和各個(gè)時(shí)段的洪量采用不同倍比，使得放大

15、以后的過程線洪峰流量以及各時(shí)段的洪量可分別等于設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪量值。13、 某流域下游有一個(gè)較大的湖泊與河流連通，后經(jīng)人工圍墾湖面縮小很多。試定性地分析圍墾措施對正常年徑流量、徑流年際變化和年內(nèi)變化有何影響？答：由于水面蒸發(fā)減小，使年徑流增加；由于調(diào)蓄能力減小，使年際、年內(nèi)變化加劇。14、 人類活動(dòng)對年徑流有哪些方面的影響？其中間接影響如修建水利工程等措施的實(shí)質(zhì)是什么？如何影響年徑流及其變化？答：有直接與間接兩方面的影響。修建水利工程等措施的實(shí)質(zhì)是改變下墊面性質(zhì)而影響年徑流，它們將使蒸發(fā)增加，從而使年徑流量減少；調(diào)蓄能力增加，從而使徑流的年內(nèi)、年際變化趨于平緩。15、 水文資料的三性審查是

16、指什么？對年徑流系列一致性審查是建立在氣候條件和下墊面條件穩(wěn)定性上的，一般認(rèn)為什么條件是相對穩(wěn)定的，主要由于什么條件受到明顯的改變使資料一致性受到破壞？答：水文資料的三性審查是指對資料的可靠性 、一致性 和 代表性 進(jìn)行審查。對年徑流系列一致性審查是建立在氣候條件和下墊面條件穩(wěn)定性上的，一般認(rèn)為氣候條件是相對穩(wěn)定的，主要由于下墊面條件受到明顯的改變使資料一致性受到破壞。16、 缺乏實(shí)測資料時(shí)，怎樣推求設(shè)計(jì)年徑流量？答：缺乏實(shí)測資料時(shí)，一般可采用水文比擬法或年徑流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖、分區(qū)圖法求得均值、Cv、Cs，并確定線型，推求年徑流理論頻率曲線，再由設(shè)計(jì)頻率查此曲線得設(shè)計(jì)年徑流量。17、 為什

17、么年徑流的CV值可以繪制等值線圖？從圖上查出小流域的Cv值一般較其實(shí)際值偏大還是偏??？為什么？答：因年徑流變化主要受氣候因素的影響，后者在地區(qū)上的變化具有緩變的規(guī)律性，因此，年徑流Cv值可繪成隨地區(qū)變化的等值線圖。因Cv等值線圖大多是由中等流域資料計(jì)算的Cv值繪制的，而中等流域比小流域有較大的調(diào)蓄補(bǔ)償作用，故從等值線圖上查得的小流域Cv值常常比實(shí)際的偏小。18、 推求設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配時(shí)，應(yīng)遵循什么原則選擇典型年？答：選擇典型年的原則有二：典型年的年徑流量應(yīng)接近設(shè)計(jì)年徑流量；對工程設(shè)計(jì)偏于安全。19、 簡述具有長期實(shí)測資料情況下，用設(shè)計(jì)代表年法推求年內(nèi)分配的方法步驟？答：方法步驟為：根據(jù)長

18、期年徑流系列進(jìn)行頻率計(jì)算，推求設(shè)計(jì)年徑流量Qp；按選擇代表年（典型年）的原則，在實(shí)際資料中選擇典型年Q典；以K=Qp/Q典分別乘典型年各月的月徑流量，得設(shè)計(jì)年徑流的各月徑流量，即設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配。20、 簡述年徑流年內(nèi)、年際變化的主要特性？答：（1）年內(nèi)變化具有一年為周期的周期性變化；（2）年際變化具有豐、枯年組的交替現(xiàn)象，但周期很不固定；（3）年內(nèi)、年際變化還具有明顯的地區(qū)性，我國北方的徑流變化一般比南方多雨地區(qū)劇烈。21、何謂保證率？若某水庫在運(yùn)行100年中有85年保證了供水要求，其保證率為多少？破壞率又為多少？答：用水的保證程度。p=85%；q=1-85%=15%22、 何為抽樣誤差

19、，如何減少抽樣誤差？答：用一個(gè)樣本的統(tǒng)計(jì)參數(shù)來代替總體的統(tǒng)計(jì)參數(shù)是存在一定誤差的，這種誤差是由于從總體中隨機(jī)抽取的樣本與總體有差異而引起的，與計(jì)算誤差不同，稱為抽樣誤差。抽樣誤差的大小由均方誤來衡量。計(jì)算均方誤的公式與總體分布有關(guān)。對于皮爾遜型分布且用矩法估算參數(shù)時(shí)，用、分別代表、Cv和Cs樣本參數(shù)的均方誤，計(jì)算公式略。抽樣誤差的大小，隨樣本項(xiàng)數(shù)、cv、和cs的大小而變化。樣本容量大，對總體的代表性就好，其抽樣誤差就小，這就是為什么在水文計(jì)算中總是想方設(shè)法取得較長的水文系列的原因。23、 設(shè)計(jì)洪水的概念答：由于流域內(nèi)降雨或溶雪，大量徑流匯入河道，導(dǎo)致流量激增，水位上漲，這種水文現(xiàn)象，稱為洪水。

20、在進(jìn)行水利水電工程設(shè)計(jì)時(shí)，為了建筑物本身的安全和防護(hù)區(qū)的安全，必須按照某種標(biāo)準(zhǔn)的洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種作為水工建筑物設(shè)計(jì)依據(jù)的洪水稱為設(shè)計(jì)洪水。在工程設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由國家制定,以設(shè)計(jì)規(guī)范給出。規(guī)劃中按工程的種類、大小和重要性,將水工建筑物劃分為若干等級,按不同等級給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。24、 等流時(shí)線的原理以及應(yīng)用答：假定流域中任一地點(diǎn)的雨水流速都相同，則任一地點(diǎn)凈雨水質(zhì)點(diǎn)流達(dá)出口斷面的時(shí)間就取決于它與出口斷面的距離。據(jù)這一假定，將流域內(nèi)匯流時(shí)間相等的點(diǎn)連接起來，稱為等流時(shí)線。 等流時(shí)線概念可用方程式表述如下:按等時(shí)距 t在流域圖上作等流時(shí)線,如圖中1-1，2-2,.。相鄰等流時(shí)線間的面積稱為等流

21、時(shí)面積。每塊的面積為Fi（i=1,2,3,.）。又知各時(shí)段的徑流深為Ri,則流域出口在時(shí)段t(t =1,2,3,.)末的流量Qt為：式中n為等流時(shí)面積的塊數(shù)。等流時(shí)線概念簡明地闡述了流域出口流量是如何組成的。它是水量平衡方程在動(dòng)態(tài)條件下的表述，是流域匯流計(jì)算的一個(gè)基本概念。但它只考慮了匯流的平均流速，沒有考慮同一條等流時(shí)線上的水質(zhì)點(diǎn)具有不相同的流速。在匯流過種中，各條等流時(shí)線上的水質(zhì)點(diǎn)可以相互混和。這種現(xiàn)象稱為流域的調(diào)節(jié)作用。它使得出口的流量過程比上述公式所計(jì)算的更為平緩。因此，等流時(shí)線方法的誤差很大，現(xiàn)已很少直接應(yīng)用，或需經(jīng)調(diào)蓄改正后，才能實(shí)際應(yīng)用。25、 推求設(shè)計(jì)洪水有哪幾種基本途徑？ 答

22、：這里所指的設(shè)計(jì)洪水是廣義的，包括校核洪水。設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算內(nèi)容包括洪峰流量、設(shè)計(jì)洪量和設(shè)計(jì)洪水過程線。由于每個(gè)工程的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求不同，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和計(jì)算的內(nèi)容不同。例如，提防、灌溉用渠道、橋涵等建筑物沒有調(diào)蓄能力，則對工程起控制作用的是洪峰流量，因此，只需重點(diǎn)計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量；而對于滯洪、蓄洪區(qū)則主要計(jì)算洪水總量；對于水庫，由于設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪水總量和設(shè)計(jì)洪水過程線對水庫都有影響，則需要計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪水總量和設(shè)計(jì)洪水過程線。  設(shè)計(jì)洪水的推求一般分為有資料和無資料兩種情況。 有資料推求設(shè)計(jì)洪水分為三種：由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水；由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水；由水文氣象

23、資料推求設(shè)計(jì)洪水。無資料推求設(shè)計(jì)洪水分為地理差值法和經(jīng)驗(yàn)公式法兩種方法。地理差值法是對于缺乏實(shí)測資料地區(qū)，根據(jù)鄰近地區(qū)的實(shí)測或調(diào)查資料，對洪峰流量模數(shù)、暴雨特征值、暴雨和徑流的統(tǒng)計(jì)參數(shù)等，進(jìn)行地區(qū)綜合，繪制相應(yīng)的等值線圖，一般供無資料的中小流域使用；經(jīng)驗(yàn)公式法是在上述地區(qū)綜合分析基礎(chǔ)上，建立洪水與暴雨特征值和流域特征值的簡化公式，用于估算無資料地區(qū)的設(shè)計(jì)洪水。 無論采用何種方法推求設(shè)計(jì)洪水，均需要進(jìn)行歷史洪水調(diào)查，用來參加計(jì)算或作為分析論證的依據(jù)，上述各種方法是相輔相成的，可同時(shí)使用幾種方法，相互驗(yàn)證、綜合分析，選定合理成果。二、分析計(jì)算題1、某水文站控制流域面積F=560KM2，已

24、知多年平均降雨量，多年平均徑流系數(shù)0.40，試求其多年平均年徑流總量，多年平均年徑流量，多年平均徑流深及多年平均年徑流模數(shù)。解：多年平均徑流深R=ap=0.4*820=328mm年平均徑流總量W'=R'F=328*560*10-³*106=18368(萬m³)多年平均年徑流量Q'=5.824(m³/s)多年平均年徑流量M'=*10m³=*10m³=10.4（L/(s.km²)）2、 某流域面積F=900KM2，其多年平均降雨量，多年平均徑流深，試求多年平均蒸發(fā)量。又該地多年平均水面蒸發(fā)量，如該河修建水庫

25、后，在該河流域面積之內(nèi)的水面面積比之未建水庫時(shí)增加60KM2，試分析建水庫后流域多年平均蒸發(fā)量是增大還是減?。坎⒂?jì)算建水庫后的多年平均徑流深及多年平均年徑流量。答：根據(jù)流域多年平均水量平衡關(guān)系有：E=P-R=1280-650=630(mm)修建水庫后，由于增加了水面面積，而水面蒸發(fā)量大于陸面蒸發(fā)量，因此,修建水庫后增大了蒸發(fā)量?？山迫￡懨嬲舭l(fā)量為流域多年平均蒸發(fā)量，則建水庫后多年平均增加的蒸發(fā)量： W=(EW-E)* F=(1500-630)*60*10-3*106=522*104m³故修建水庫后的多年平均蒸發(fā)量為： E”=E+W/F=630+(522

26、*104/900*106)*10³=630+5.8=635.8mm故建水庫后的多年平均徑流深R”為：R=P-E”=1280-635.8=6442（mm）多年平均年徑流量Q=R”F/T=644.2*900*10³/365*24*3600=18.38（m³/s）3、某水庫屬大（2）型水庫，已知年最大7天暴雨系列的頻率計(jì)算結(jié)果為=432mm、CV=0.48，CS=3CV。試確定大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，并計(jì)算該工程7天設(shè)計(jì)暴雨。提示已知適線結(jié)果的情況下，推求設(shè)計(jì)值均用如下公式：或答：因?yàn)樵撍畮鞂俅螅?）型水庫，根據(jù)水利部2000年頒發(fā)的編號為SL 252-2000的水利水電工程

27、等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)，水庫工程為等，大壩為2級建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500100年一遇，從工程的重要性考慮，最后選定按500年一遇洪水設(shè)計(jì)。因?yàn)楸┯旰秃樗l率，因此要推求500年一遇的設(shè)計(jì)暴雨，即：X7á*p-0.2%=KPX=3.22*432=1391mm4、 某工程設(shè)計(jì)暴雨的設(shè)計(jì)頻率為P=2%，試計(jì)算該工程連續(xù)2年發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨的可能性？答：因?yàn)楸┯晔请S機(jī)事件，每年都有P=2%的可能性發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨，連續(xù)2年發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨的概率為：PM=PX=0.02²=0.04%5、 已知某流域多年平均最大3天暴雨頻率曲線：=210mm、CV=0.45，CS=3.5CV，試求該流域百

28、年一遇設(shè)計(jì)暴雨。答：X1%=X24(CVP+1)=210*(0.45*3.38+1)=529.4mm6、 某流域根據(jù)實(shí)測暴雨和歷史調(diào)查大暴雨資料，已經(jīng)繪制出7d暴雨量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)頻率曲線上讀取三點(diǎn)（945，5%）、（345，50%）、（134，95%），試按三點(diǎn)法計(jì)算這一7d暴雨系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。答：（1）計(jì)算S=（945+134-2×345）/（945-134）=0.48，由S查S=f（CS）關(guān)系表得CS=1.70。 （2）由CS查離均系數(shù)值表得：5%-95%=1.97+1.06=3.03，50%=-0.27計(jì)算：Ó=（Xp1-XP3）/(5%-95%）=(945

29、-134)/3.03=417.3mm（3）X=X5%=345+267.7*0.27=417.3mm（4）CV=Ó/X=267.7/417.3=0.6427、 已知某流域50年一遇24h設(shè)計(jì)暴雨為490mm，徑流系數(shù)等于0.83，后損率為1.0mm/h，后損歷時(shí)為17h，試計(jì)算其總凈雨及初損。答：總設(shè)計(jì)凈雨量為：R10%=áX10%=0.83*490=406.7mm因后損率f=1.0mm/h，后損歷時(shí)17h，故總后損量為17mm，則初損為：I0=X-R-ft后=490-406.7-1.0*17=66.3mm8、已知某流域百年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程如下表，徑流系數(shù)等于0.85，后損率

30、為1.5mm/h，試用初損、后損法確定初損和設(shè)計(jì)凈雨過程。時(shí)段(t=6h)123456雨量（mm）6.45.6176998251答：1）設(shè)計(jì)總降雨量為：áX1%=0.85*420=357mm按=1.5mm/h將降雨過程從后向前逐時(shí)段扣除后損，并累加凈雨，當(dāng)累加凈雨量等于總設(shè)計(jì)凈雨量時(shí)，其前的降雨即為初損I0，從下表可知，I0=27 mm。9、已知百年一遇的設(shè)計(jì)暴雨，其過程如下表，徑流系數(shù)，后損，試用初損、后損法確定初損及設(shè)計(jì)凈雨過程。時(shí)段（）123456雨量（mm）6.45.6176998251 答：1）設(shè)計(jì)總降雨量為=R5.1%=0.88×420=369.6mm

31、    2）按f=1mm/h在降雨過程線上自前向后計(jì)算累計(jì)凈雨Ri，當(dāng)åRi=369.6mm時(shí)，其前面的降雨即為I0，依此求得 I0=27.0mm 用初損、后損法確定初損和設(shè)計(jì)凈雨過程時(shí)段（t=6h）123456雨量（mm）6.45.6176998251初損ft（mm）9999后損IO（mm）6.45.615設(shè)計(jì)凈雨152907342 10、已知百年一遇暴雨為460mm，暴雨徑流系數(shù)，后損歷時(shí)，試確定其初損。 答：P1%=460mm，=0.87，f=1mm/h,tc=24h IC+ftc=(1-)P1% 所以 IC=(0.1

32、3×460)-1×24=59.8-24=35.8mm11、如圖所示為一溢流壩上的弧形門。已知：R=10m，門寬b=8m，=30°，試求：作用在弧形閘門上的靜水總壓力及壓力中心的位置。答：靜水壓力的計(jì)算：H=Rsin30°=10*0.5=5m水平分力的計(jì)算：PX=rhcAX=r(4+H/2)*(bH)=9.8*(4+5/2)*5*8=2548(KN)靜水總壓力的鉛直分力計(jì)算：ab=R-RCOS30°=10-10*0.8666=1.34m PX=rv=rAabod=(A矩形形abce+A扇形aod-A三角形cod)rb =(4*1.34+*10&#

33、178;-*5*8.66)*9.8*8 =774.6(KN)靜水總壓力：P=PX²Py²=2548²+774.1²=2663(KN)合力與水平線的夾角：=tg-1(PX/Py)=tg-1(774.6/2548)=16.91°壓力中心D：hD=4+10*sin16.91°=6.91m12、水從水箱流入一管徑不同的管道，管道連接情況如圖所示。已知：d1為150mm，l1為25m，1為0.037；d2為125mm，l2為10m，2為0.039。局部水頭損失系數(shù)：進(jìn)口1為0.5，逐漸收縮2為0.15，閥門3為2.0。（以上值相應(yīng)的流速均采用發(fā)

34、生局部水頭損失后的流速。）試求：（1）沿程水頭損失hf；（2）局部水頭損失hj；（3）要保持流量Q為25000cm3/s所需要的水頭H。答：V1=Q/A1=0.025/(31.4*0.152/4)=1.415m/s V2=Q/A2=0.025/(31.4*0.1252/4)=2.04m/s H=V22/2g+hw =V22/2g+1L1/d1*V12/2g+2L2/d2*V2/2g+進(jìn)口V12/2g+收縮V22/2g+閥門V22/2g 代入數(shù)據(jù)解得：H=2.011m故所需水頭2.011m13、一簡單管道，如圖所示。長為800m，管徑為0.1m，水頭為20m，管道中間有2個(gè)彎頭，每個(gè)彎頭的局部水

35、頭損失系數(shù)為0.3，已知沿程阻力系數(shù)=0.025，試求通過管道的流量。答：解：（一）先將管道作為短管，求通過管道流量。根據(jù)（4-4）式并且不考慮行近流速水頭，則Q=µcA,µc=1/(1+)局部損失共包括進(jìn)口損失和彎頭損失，進(jìn)口局部損失系數(shù)e=0.5, 故µc=1/=1/=0.0703 Q=0.0703*(3.14*0.12)/4*=0.01093m³/s（2） 計(jì)算沿程程損失及局部損失 管中流速V=0.01093/（3.14*0.12/4）=1.39m/s 沿程損失hf=1V2/d2g=0.025*800/0.1*0.0989=19.79m 局部損失h

36、j=V2/2g=(0.5+2*0.3)*0.0989=0.109m 故沿程水頭損失占總水頭的百分?jǐn)?shù)為hf/H=19.79/20=0.989=98.9% 所以該管通按長管計(jì)算就可以了。（3） 按長管計(jì)算管道所通過的流量 根據(jù)Q=K*H/L , K=AC , C=55.9m1/2/s Q=3.14*0.12/4*55.9*=0.01097m³/s 故按長管計(jì)算和短管計(jì)算所得流量相差0.00004m³/s,相對誤差為0.00004/0.01093=0.36% ,由此可見，將上述管道按長管計(jì)算誤差很小。 14、一矩形斷面的棱柱體渠道，底寬b=6m，底坡i=1.25×10-

37、4，粗糙系數(shù)n=0.025。當(dāng)正常水深h0=3m時(shí)，問能否通過設(shè)計(jì)流量Q設(shè)=20m3/s。答：用式(5-6)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)正常水深hO=3m時(shí)，相應(yīng)過水?dāng)嗝?#160;過水?dāng)嗝婷娣eA=bh0=6*3=18(m²)濕周X=b+2h0=6+2*3=1.5(m)水力半徑R=A/X=18/12=1.5(m)流量Q=A/nR2/3*i1/2=18/0.025*1.52/3*0.00001251/2=10.545（m³/s）計(jì)算渠道通過的流量Q=10.55m³/s小于設(shè)計(jì)流量。所以該渠道不能滿足設(shè)計(jì)要求。15、某梯形斷面渠道，土質(zhì)為粘土，其底寬b=0.4m，邊坡系數(shù)m=1.5，

38、渠道底坡i=0.001，糙率n=0.025，渠道的設(shè)計(jì)流量Qp=0.55m3/s，渠底至渠頂高差為0.86m，渠頂?shù)陌踩邽?.2m，渠道不淤流速v不淤=0.5m/s。試校核渠道的輸水能力和流速。答：渠堤的安全超高為0.2m，則中道的水深為h=0.66m 渠道水面寬度B=b=2mh=0.4+2*1.5*0.66=2.38m 濕周X=b=2h1+m2=0.4+2*0.661+1.52=2.78m 水力半徑R=A/X=0.917/2.78=0.33m 流量Q=A/nR2/3*iv2=0.917/0.025*0.332/3*0.0011/2=0.554m2/s 計(jì)算的流量大于已知流量QQp=0.5

39、5m3/s,表明該渠道滿足設(shè)計(jì)要求。 渠道的穩(wěn)定校核按V不淤<V<V不沖進(jìn)行，查表5-4， 當(dāng)水力半徑R=1m時(shí)，黏土的不沖流速V不沖=0.85m/s 當(dāng)水力半徑R=0.33m時(shí)，黏土的不沖流速V不沖=0.85*0.331/4=0.64m/s 渠道中不淤流速V不淤=0.5m/s 渠中實(shí)際流速V=Q/A=0.554/0.917=0.604m/s 所以渠中流速滿足V不淤<V<V不沖 ，渠道是穩(wěn)定的。16、 一矩形渠道，渠中水深h=0.8m，渠道底寬b=2m，通過的流量Q=2.0m3/s，試用波速c和弗勞德數(shù)Fr判別渠中流態(tài)。解：斷面平均流速V=Q/A=2/(2*0.8)=1

40、.25m/s 微波波速C=2.8m/s 弗勞德數(shù)Fr=v/=1.25/2.8=0.45 因?yàn)镕r<1,V<C,所以水流為緩流。17、某一矩形斷面棱柱體渠道，底寬b=4.0m，通過的流量Q=16m3/s，渠道上修建一閘門，閘后產(chǎn)生一水躍，躍前水深h=0.6m，計(jì)算躍后水深h和水躍的長度。解：（1）求躍后水深h” 躍前斷面流速v1=Q/bh=16/4*0.6=6.67m/s 躍前弗勞德數(shù)Fr1=V1/=6.67/=2.75 躍后斷面流速h”=h/2（1+8Fr1）-1=0.6/2*（1+8*2.75）-12.05m (2)計(jì)算水躍長度 Lj=6.9(h”- h)=6.9*(2.05-.

41、06)=10m18、 某水閘為平板閘門，無底坎，閘前水頭H=3.5m，閘孔過水凈寬B=3.0m，閘門開啟度e=0.7m，下游水深較小，為自由出流，不計(jì)閘前行近流速v0，求閘的泄流量；若考慮閘前行近流速，閘前渠道為矩形斷面，且渠道寬B0=4.0m，其他條件不變，求閘的泄流量。答：(1)不計(jì)行近流速（H0=H）,首先判別流態(tài)，很據(jù)e/H=0.7/3.5=0.2<0.65 可知為閘孔出流，計(jì)算泄流量Q=µ0Be2gH0 因?yàn)槭瞧桨彘l門, 所以µ0=0.60-0.18*0.2=0.564，Q=0.564*3.0*0.7*(19.6*3.5)=9.81m³/s (2)考慮行近流速，先設(shè)行近流速V00，H0=H 由上面計(jì)算可求出