河海大学水文分析与计算课程设计报告-推求江西良田站设计洪水过程线.doc
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水文分析计算课程设计报告书
学院：
水文水资源
专业：
水文与水资源工程
学号：
姓名：
指导老师：
梁忠民、李国芳
2015年06月12日
南京
目录
1、设计任务 1
2、流域概况 1
3、资料情况及计算方案拟定 1
4、计算步骤及主要成果 2
4．1设计暴雨Xp（t）计算 2
4．1．1区域降雨资料检验 2
4．1．2频率分析与设计雨量计算 3
4．2计算各种历时同频率雨量Xt,P 9
4．3选典型放大推求XP（t） 9
4．4产汇流计算 9
4．4．1径流划分及稳渗μ值率定 12
4．4．2地表汇流 17
4．5由设计暴雨XP（t）推求QP（t） 18
4．5．1产流计算 18
4．5．2地面汇流 18
4．5．3地下汇流计算 19
4．5．4设计洪水过程线 20
5、心得体会 22
1、设计任务
推求江西良田站设计洪水过程线,本次要求做P校,即推求Q0.01%（t）。
2、流域基本概况
良田是赣江的支流站。
良田站以上控制的流域面积仅为44.5km2，属于小流域，如右图所示。
年降水均值在1500～1600mm之内，变差系数Cv为0.2，即该地区降雨充沛，年际变化小，地处湿润地区。
暴雨集中。
暴雨多为气旋雨、台风雨，季节为3～8月，暴雨历时为2～3日。
3、资料情况及计算方案拟定
3.1资料情况
设计站（良田）流量资料缺乏，邻近站雨量资料相对充分，具体如表3-1：
表3-1良田站及邻近地区的实测暴雨系列、历时洪水、特大暴雨资料
站名
实测暴雨流量系列
特大暴雨、历史洪水
良田
75～78（4年）
Q=216m3/s，N=80（转化成X1日，移置峡江站）
峡江
53～80（28年）
吉安
36～80（45年）
桑庄
57～80（24年）
X1日=416mm，N=100～150（74.8.11）
寨头
57～80（24年）
沙港
特大暴雨
X1日=396mm，N=100～150（69.6.30）
（移置到寨头站）
（设计站（良田）流量资料缺乏，邻近站雨量资料相对充分。
）
3.2方案拟定
本次课设采用间接法推求设计洪水，即是由推求的设计暴雨，经过产汇流计算得到设计洪水。
示意图如下：
4、设计暴雨XP（t）的计算
4.1设计暴雨Xp（t）计算
4.1.1区域降雨资料检验
为推求该区域设计面降雨量，选取吉安、桑庄、寨头与峡江四站降雨检验该区降雨是否选同一总体。
选择四站1981～2013年数据（74年出现极值暴雨，不参加检验），对各站数据取自然对数，对转换后数据进行均值与方差检验，各站转换后系列的均值及方差见表4-1。
表4-1 吉安、桑庄、寨头与峡江站最大一日降雨资料均值、方差情况
1）均值检验
选取均值差异最大的吉安站（X1）和峡江站（X2）两站进行检验。
假设H:
X1=X2
构造统计变量：
=0.78
取α=0.10，查得|tα/2|=1.68>|t|，接受假设H，即可认为吉安、桑庄、寨头与峡江站均值相等。
2）方差检验
选取方差差异最大的桑庄站（S1）和寨头站（S2）两站进行检验。
假设H:
S1=S2
构造统计变量：
=1.19
查得Fα/2（55,55）=1.567,F1-α/2（55,55）=0.638,所以接受域为（0.638,1.567）,则可以认为统计量F满足接受域,即认为四个站的降雨量数据满足方差相等。
综上所述，可认为区域降雨资料来自同一总体，可以进行综合。
4.1.2频率分析与设计雨量计算
（1）特大值处理
峡江站特大暴雨由良田站历史洪水转换而来，则良田站（峡江站）的X1日=293.9mm。
公式如下（其中，Q为地表净峰流量（m3/s），m为汇流参数，取0.7，F为流域面积（km2），L为出口断面沿主河道至分水岭的最长距离（km），J为沿L的坡面和河道平均比降，tc为净雨历时（h），为汇流历时（h），R为地表径流深（mm），n为暴雨参数，取0.6，为稳渗率（mm/h），取4.5，用良田站计算）：
沙港站特大暴雨取重现期N=150年，放置寨头站进行频率计算。
桑庄站最大一日暴雨取重现期N=150年。
（2）排位分析及频率计算
先对吉安、峡江、桑庄、寨头四个站进行频率计算，要考虑各站可能存在的特大暴雨系列值。
各站的频率计算见表4-2
表4-2各站频率计算
序号
吉安
峡江
桑庄
寨头
雨量值
频率
雨量值
频率
雨量值
频率
雨量值
频率
mm
％
mm
％
mm
％
mm
％
1
177.5
1.3
293.9
1.2
415.5
1.0
396
1.0
2
169.8
2.6
272.9
2.8
227.2
4.4
173.7
4.4
3
161
3.8
192.9
4.4
168.2
6.1
170.8
6.1
4
159.5
5.1
185.7
6.0
158.2
7.8
163.0
7.8
5
154.6
6.4
183.3
7.6
150.2
9.5
155.1
9.5
6
145.2
7.7
178.9
9.2
142.7
11.2
148.6
11.2
7
143.5
9.0
169.2
10.8
142.6
12.9
146.2
12.9
8
128
10.3
156.2
12.4
133.2
14.6
145.1
14.6
9
126.7
11.5
152.7
14.0
130.6
16.4
140.7
16.4
10
125.6
12.8
139
15.6
129.5
18.1
135.4
18.1
11
123.2
14.1
135.9
17.2
124.8
19.8
133.3
19.8
12
120.3
15.4
129
18.8
123.8
21.5
126.6
21.5
13
120
16.7
127.8
20.4
121
23.2
122.2
23.2
14
115.8
17.9
125
21.9
115
24.9
116.9
24.9
15
115.6
19.2
121.8
23.5
112.7
26.6
114
26.6
16
115.3
20.5
115.1
25.1
111.4
28.3
113.3
28.3
17
114.5
21.8
113.8
26.7
111.2
30.0
110.2
30.0
18
114.3
23.1
112.9
28.3
109.8
31.7
110.0
31.7
19
114
24.4
112
29.9
109.4
33.4
107.1
33.4
20
113.2
25.6
111.6
31.5
108.7
35.1
106.5
35.1
21
112.9
26.9
110.6
33.1
103.8
36.8
106.0
36.8
22
109.8
28.2
110.4
34.7
101.2
38.5
104.7
38.5
23
109.5
29.5
106.2
36.3
99.9
40.3
104.5
40.3
24
107.5
30.8
105.5
37.9
97.2
42.0
99
42.0
25
107.4
32.1
105.2
39.5
97.1
43.7
97.6
43.7
26
106.6
33.3
103.5
41.1
95.4
45.4
97.5
45.4
27
105
34.6
103
42.7
94.3
47.1
97.2
47.1
28
102.3
35.9
101.5
44.2
94
48.8
96.7
48.8
29
101.5
37.2
99.3
45.8
92.5
50.5
95.4
50.5
30
101.4
38.5
99
47.4
90.9
52.2
95.4
52.2
31
99.5
39.7
95.3
49.0
90.7
53.9
90.2
53.9
32
99.1
41.0
90.9
50.6
88.3
55.6
89.5
55.6
33
97.6
42.3
90.6
52.2
85.1
57.3
88.1
57.3
34
95
43.6
87.5
53.8
85.1
59.0
84.8
59.0
35
88.5
44.9
87.5
55.4
83.2
60.7
84.7
60.7
36
88.4
46.2
86.8
57.0
82.5
62.4
83.7
62.4
37
87.7
47.4
86
58.6
82.3
64.2
83.4
64.2
38
87.5
48.7
85.8
60.2
79.5
65.9
82.8
65.9
39
86
50.0
85.6
61.8
78
67.6
82.2
67.6
40
84.4
51.3
84.5
63.4
77.6
69.3
79.5
69.3
41
84.3
52.6
83.7
65.0
76.7
71.0
79.1
71.0
42
82.2
53.8
82.1
66.5
74.5
72.7
78.5
72.7
43
81.9
55.1
80.9
68.1
72.4
74.4
76.5
74.4
44
81.3
56.4
80.4
69.7
72.4
76.1
75.6
76.1
45
80.8
57.7
78
71.3
70.8
77.8
74.1
77.8
46
80.3
59.0
77.4
72.9
70.7
79.5
70.6
79.5
47
79.6
60.3
77.2
74.5
70.2
81.2
70.5
81.2
48
79
61.5
76.9
76.1
70
82.9
69.7
82.9
49
76.6
62.8
75
77.7
69
84.6
69.5
84.6
50
76
64.1
74
79.3
64.4
86.3
68.2
86.3
51
74.2
65.4
71.8
80.9
63.7
88.1
63.5
88.1
52
73.9
66.7
70.9
82.5
60.8
89.8
62.0
89.8
53
73.1
67.9
70.4
84.1
60.6
91.5
59.7
91.5
54
72.6
69.2
69.9
85.7
59.4
93.2
59.0
93.2
55
71.7
70.5
69.4
87.3
57.8
94.9
58.4
94.9
56
71.5
71.8
61.5
88.8
54.1
96.6
57.7
96.6
57
70.9
73.1
60.6
90.4
41.3
98.3
50.4
98.3
58
70.5
74.4
60.3
92.0
59
70
75.6
58.8
93.6
60
69.9
76.9
50.7
95.2
61
69.8
78.2
45.2
96.8
62
69
79.5
44.5
98.4
63
68.7
80.8
64
67.9
82.1
65
64.3
83.3
66
63.6
84.6
67
63
85.9
68
62.2
87.2
69
60.9
88.5
70
59.5
89.7
71
58.4
91.0
72
57.9
92.3
73
57.2
93.6
74
56.5
94.9
75
56
96.2
76
55.6
97.4
77
44.3
98.7
（3）四站适线结果图
吉安站：
峡江站：
桑庄站：
寨头站：
（4）四站均值计算结果及其适线图
图4-25个雨量站年最大雨量频率曲线
（5）推求X1日，P=0.01%
由上表查处X（1日，P=0.01%）=461.9mm，则X（24h，P=0.01%）=1.1*X（1日，P=0.01%）=508.09mm。
4．2计算各种历时同频率雨量Xt,P
由暴雨公式推算t=3h，6h，9h，12h，15h，18h，21h，24h的设计暴雨值，结果如表4-3。
表4-3各短历时设计暴雨
4．3选典型放大推求XP（t）
4．4产汇流计算
在设计暴雨中，由于稀遇频率的设计暴雨量很大，损失相对较小，因此，一般采用简化模型。
即前段降雨尽量满足土壤蓄水量，即初损，而后假定稳渗率，算定地面径流深R上和地下径流深R下，再列表求出，如与假定的相符，则假定的即为所求值。
径流分割
点绘良田站76.6、毛背站75.5、76.7以及77.6的流量和雨量过程。
利用平割法计算Rt，利用斜线分割法进行水源划分。
先寻找洪水过程的直接径流终止点B，然后用斜线连接起涨点A与终止点B，将实测流量过程线分为两部分，斜线AB上部分为直接径流RS，下部分为地下径流RG。
本次课设先采用梯形面积法求得RG，再用Rt-RG求得RS。
计算初损
，其中,x为总降雨量，R为总径流，R=Rt。
率定μ
1、假定μ，计算R下和R上。
时段取△t=1h。
若时段的降雨量累积和小于初损量，则全部雨量补充初损值。
当累积降雨量大于初损值时，开始产生径流。
当X（t）≤μ时，全部产生底下径流，则R下（t）=μ，R上（t）=0；
当X（t）>μ时，R下（t）=μ，R上（t）=X（t）-μ。
2、判断μ值的正确性。
若RS=ΣR上，RG=ΣR下，则μ值即为良田站76.6所确定的μ值；
否则重新假定μ，转1。
4．4．1径流划分及稳渗μ值率定
（1）良田站76年6月17日
表4-4良田站1976年6月17日次洪μ值率定
（2）毛背站75年5月13日
表4-5毛背站1975年5月13日次洪μ值率定
（3）毛背站76年7月9日
表4-6毛背站1976年7月9日次洪μ值率定
（4）毛背站77年6月26日
表4-7毛背站1977年6月26日次洪μ值率定
（5）各场次洪水的径流分割结果及率定所得μ值
表4-8各场次洪水的径流分割结果及率定所得μ值
4．4．2地表汇流
地面汇流的计算方法有经验公式法（如单位线、经验公式等）和推理公式法（如等流时线法、水科院推理公式法、推理△过程线法、汇流系数法等）。
本次采用八省一院公式。
（1）
（2）
其中，Q为地表洪峰流量（m3/s），m为汇流参数，取0.7，F为流域面积（km2），L为出口断面沿主河道至分水岭的最长距离（km），J为沿L的坡面和河道平均比降，tc为净雨历时（h），为汇流历时（h），R为地表径流深（mm），n为暴雨参数，取0.6，为稳渗率（mm/h），取4.5。
对于良田流域，，因此采用式
（2）。
（1）m初值的确定
表4-9m初值确定
故四站综合,=（0.31+0.6+0.8+0.75）/4=0.62
（2）m值的检验（以毛背站76.7为例）
计算步骤
（1）根据表18中计算的初值m、八省一院公式，对该次的降雨过程的每个推求，
（2）对每个Qi，假定过程线为三角形，底宽为Qi出现在处。
（3）将各时段的三角形过程进行叠加，与实测洪水（扣除地下径流）对比。
如相差太大重新假定m，重新计算。
表4-10m=0.62时的地表流量Qs及对应底宽T
表4-11m=0.62时的地表流量演算
毛背站1976年7月9日地表径流过程线（m=0.62）
表4-12m=0.56时的地表流量Qs及对应底宽
表4-13m=0.56时的地表流量演算
毛背站1976年7月9日地表径流过程线（m=0.56）
可以看出m=0.56时实测与计算径流量线拟合的更好。
（3）m值综合（以毛背站76.7为例）
点绘各次洪水的Q/F～m 图，取上端趋于稳定的m值，为设计暴雨之m值。
表4-14各场次洪水Qs/F～m关系统计
由各次洪水的Q/F～m图，取上端趋于稳定的m值（为0.8），设计暴雨之m值（实际运用时，选用通过检验后的四站m值进行综合，为0.7）。
4．5由设计暴雨XP（t）推求QP（t）
4．5．1产流计算
由4.4可知，mm/h，再按前面过程分水源，（I=0）。
计算结果见表20。
表4-15产流计算及分水源
4．5．2地面汇流
计算步骤同4.4.2地表汇流计算中m值检验方法相同。
取m=0.7。
表4-16Qs、Ti计算
表4-17地表汇流计算
4．5．3地下汇流计算
Ts（Δt=1h）为37，则Tg（Δt=1h）为74，Rg（mm）为105.6mm，Qgm（m3/s）为35.3。
具体计算表格如表4-17。
表4-17地下汇流计算表格
4．5．4设计洪水过程线
计算结果见表4-18。
表4-18设计洪水过程线
5、心得体会
一周的水文分析计算课设很快结束了。
由于刚结束水利计算枯燥的课程设计，本以为水文分析的工作量应该
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