工程水文与水利计算.docx

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工程水文与水利计算

《工程水文与水利计算》自学指导书

一、说明

1、课程的性质、地位和任务

本课程是水利水电工程专业的重要课程之一。

本课程是一门应用广泛、实用性强的学科，主要介绍水文学的基本知识、水文计算和水利计算的基本原理和方法。

其教学目的和任务是通过理论教学和实践教学，使学生全面系统地掌握水文计算和水利计算的原理和方法，为将来从事水利水电规划设计工作打下一定的理论基础。

2、课程教学的基本要求

通过本课程的学习，要求学生掌握水文频率计算及水文相关分析等水文统计基本知识，掌握设计年径流计算的基本方法；掌握由流量资料推求设计洪水、由暴雨资料推求设计洪水的计算方法，小流域推求设计洪水的计算方法；掌握兴利调节计算、防洪调节计算、水能计算的原理与计算方法。

二、自学内容

第一章绪论

主要内容：

1几个基本概念：

水体、水文、水资源、水文学、工程水文学；

2工程水文与水利计算的研究对象、研究内容；

3工程水文与水利计算在水利工程的规划设计、施工、运行管理阶段的主要任务。

思考题：

1、水文计算与水利计算的主要研究内容是什么？

2、本课程在水利工程的规划设计、施工、运行管理阶段的任务是什么？

第二章水循环及径流形成

第一节水循环及水量平衡

主要内容：

1水循环、大循环和小循环；

2地球水量平衡方程；

3流域水量平衡方程。

第二节河流与流域

主要内容：

1河流分段、长度、弯曲系数、河网密度；

2水系干、支流及水系形态；

3流域自然地理特征。

第三节降水、蒸发、下渗

主要内容：

1流域平均降水量计算；

2水面蒸发量、陆面蒸发计算；下渗率、下渗能力。

第四节径流与径流形成过程

主要内容：

1径流的表示方法；影响径流的因素

2径流形成过程。

本章重点：

1、水量平衡方程、流域自然地理特征、水面蒸发量计算；

2、流域平均降水量计算；

3、径流的表示方法；影响径流的因素、径流形成过程。

基本要求：

掌握水量平衡方程、影响径流的因素、径流的表示方法及计算、由洪水过程求径流总量和径流深

思考题：

1、何谓自然界的水循环？

产生水循环的原因是什么？

2、何谓水量平衡原理？

3、影响径流的因素有哪些？

分别是如何影响径流的？

计算题：

1、径流的表示方法之间的换算；

2、由洪水过程求径流总量和径流深；

第三章水文测验与水文资料收集

第一节水文测站

主要内容：

水文测站的任务，水文站的设立。

第二节水位观测

主要内容：

水位观测设备及观测方法，日平均水位计算。

第三节流量测验

主要内容：

断面测量：

起点距，水深。

流速测量：

流速仪测流原理，测流断面流量计算。

第四节流量资料整编

第五节泥沙测验及计算

主要内容：

悬移质、推移质泥沙测验及计算

第六节水文资料收集

主要内容：

水文调查、水文年鉴、水文手册和水文图集

本章重点：

1、水位观测，日平均水位计算；

2、测流断面流量计算,日平均流量计算。

基本要求：

掌握水位观测方法，日平均水位计算，断面流量计算,日平均流量计算方法。

了解悬移质、推移质泥沙测验及计算。

思考题：

1、如何计算日平均水位？

2、如何计算日平均流量？

3、何谓含沙量、输沙率？

第四章水文统计的基本方法

第一节随机变量及概率分布

主要内容：

概率的基本概念及定理，随机变量及其概率分布，随机变量统计参数

第二节皮尔逊Ⅲ型分布及其统计参数

主要内容：

皮尔逊Ⅲ型分布，及其统计参数的估计方法。

第三节现行水文频率计算方法—配线法

主要内容：

经验频率曲线，理论频率曲线，配线法步骤，统计参数对频率曲线的影响。

第四节相关分析

主要内容：

回归方程及其误差，利用相关分析法对短系列进行插补、延长。

本章重点：

1、经验频率曲线绘制；

2、理论频率曲线绘制，统计参数对频率曲线有何影响；

3、配线法步骤，统计参数估计方法；

4、利用相关分析法对短系列进行插补、延长。

基本要求：

掌握利用配线法求相应于某一设计频率的设计水文变量的步骤，会利用相关分析法对短系列进行插补、延长。

思考题：

1、概率与频率有什么区别与联系？

2、分布函数与密度函数有什么区别与联系？

3、重现期与频率有何关系?

P=90%的枯水年,其重现期为多少年?

P=10%的丰水年,其重现期为多少年?

4、十年一遇枯水年与十年一遇丰水年设计频率各是多少?

含义分别是什么?

5、如何减少抽样误差?

6、水文频率计算配线法的实质是什么?

简述配线法的步骤。

7、配线法主要确定哪几个统计参数？

各个统计参数对频率曲线有什么影响？

8、如何绘制理论频率曲线？

如何绘制经验频率曲线？

9、如何进行水文相关分析？

第五章设计年径流分析计算

第一节年径流及其影响因素

第二节具有长期实测径流资料时设计年径流的计算

主要内容：

可靠性、一致性、代表性审查，长期年、月径流资料选取，配线法求设计年径流量

第三节具有短期实测径流资料时的设计年径流的计算

主要内容：

选择参证变量条件，短期径流系列展延方法，配线法求设计年径流量

第四节缺乏实测径流资料时的设计年径流的计算

主要内容：

水文比拟法、参数等值线图法求设计年径流

第五节设计年径流年内分配

主要内容：

设计代表年法求设计年径流年内分配，代表年选择，放大方法

本章重点：

1、如何审查径流资料可靠性、一致性、代表性

2、具有长期实测径流资料时设计年径流的分析计算；

3、短期径流系列展延方案；

4、水文比拟法、参数等值线图法求设计年径流

5、设计成果的合理性分析。

基本要求：

掌握各种资料情况下设计年径流及其年内分配的分析计算方法，会利用相关分析法对

短期径流系列进行插补、延长。

思考题：

1、什么是年径流量、年平均流量、年径流深、年径流模数？

2、什么是日历年、水文年、水利年？

3、年径流的影响因素有哪些？

分别是如何影响年径流的？

4、什么是径流资料可靠性、一致性、代表性？

5、如何审查径流资料可靠性、一致性、代表性？

6、如果径流资料一致性、代表性不能满足怎么办？

7、对短期径流系列进行插补、延长的方案都有哪些？

8、利用相关分析法对短期径流系列进行插补、延长时如何选择参证变量？

9、应用水文比拟法的关键是什么？

第六章由流量资料推求设计洪水

第一节概述

主要内容：

设计洪水要素，设计标准，风险率及其与频率的关系。

第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求

主要内容：

洪水资料的选择，审查和插补延长方法，特大洪水处理，不连序系列及统计参数确定，频率计算；洪峰洪量频率计算，设计成果的合理性分析。

第三节设计洪水过程线的推求

主要内容：

典型洪水选择，放大方法。

本章重点：

1、年最大洪峰流量、年最大时段洪量如何选样

2、配线法求设计洪峰流量、不同时段设计洪量

3、特大洪水处理，不连序系列统计参数确定

4、设计洪水过程线的推求

基本要求：

掌握洪水资料的选样，插补延长方法，特大洪水处理，不连序系列统计参数确定，频率计算求设计洪峰、设计时段洪量，设计洪水过程线的推求。

思考题：

1、什么是设计洪水？

设计洪水三要素？

2、年最大洪峰流量、年最大时段洪量如何选样？

3、如何进行特大洪水处理？

4、不连序系列统计参数如何确定？

5、如何选择典型洪水？

放大方法有哪些，各有何优缺点？

6、典型洪水同频率放大法求设计洪水过程的放大顺序？

7、如何由实测长系列流量资料推求设计洪峰？

第七章流域产流、汇流计算

第一节降雨径流要素的分析计算

主要内容：

时段降雨量、日降雨量，降雨强度、流域面平均降雨、次洪水分割、径流深计算、水平分割与斜线分割法划分地面、地下径流、前期影响雨量计算

第二节流域产流分析与计算

主要内容：

蓄满产流、超渗产流

主要内容：

第三节流域汇流计算

等流时线法、单位线法（时段单位线、瞬时单位线）、时段单位线转换、单位线的推求与应用

本章重点：

1、流域面平均降雨量计算、次洪水分割、地面、地下径流深计算

2、前期影响雨量计算

3、蓄满产流模型计算净雨

4、超渗产流模型计算净雨

5、单位线求洪水

6、求单位线

基本要求：

掌握流域面平均降雨量计算、次洪水分割、径流深计算，前期影响雨量计算、蓄满产流模型计算净雨、超渗产流模型计算净雨、单位线求洪水、洪水求单位线

思考题：

1、什么是暴雨点面关系？

2、如何用试算法求稳定下渗率？

如何利用稳定下渗率划分地面、地下净雨？

3、如何用初损后损法求净雨？

4、什么是单位线？

5、什么是等流时面积？

流域汇流时间？

6、如何用单位线求洪水？

7、如何用洪水求单位线？

第八章由暴雨资料推求设计洪水

第一节概述

第二节直接法推求设计面暴雨量

主要内容：

选样、资料审查、特大暴雨调查与特大值处理、设计面暴雨量计算、成果合理性分析

第三节间接法推求设计面暴雨量

主要内容：

选样、设计点暴雨量计算、暴雨点面关系、设计面暴雨量计算、成果分析

第四节设计暴雨时程分配

主要内容：

选典型暴雨原则、放大方法、设计暴雨时程分配

第五节由设计暴雨推求设计洪水

主要内容：

设计前期影响雨量计算、产流方案与汇流方案应用、设计洪水推求

本章重点：

1、直接法计算设计面暴雨量、间接法计算设计面暴雨量

2、暴雨点面关系

3、设计暴雨时程分配

基本要求：

掌握直接法计算设计面暴雨量、间接法计算设计面暴雨量、设计暴雨时程分配。

思考题：

1、如何用直接法计算设计面暴雨量？

2、如何用间接法计算设计面暴雨量？

3、选典型暴雨原则？

第九章小流域设计洪水计算

第一节概述

第二节小流域设计暴雨计算

主要内容：

暴雨公式，暴雨参数确定。

第三节推理公式法推求设计洪峰流量

主要内容：

推理公式形式及参数计算，推求设计洪峰流量

第四节地区经验公式法推求设计洪峰流量

第五节设计洪水过程线的推求

本章重点：

小流域短历时暴雨公式，洪峰流量计算、设计洪水过程线的推求

本章重点：

1、暴雨公式

2、推理公式推求设计洪峰流量

基本要求：

掌握理解暴雨公式，会用推理公式法推求设计洪峰流量

思考题：

1、已知某水文站百年一遇年最大24小时设计暴雨量，如何求该流域百年一遇年最大3小时设计暴雨量？

2、已知某水文站年最大24小时暴雨的均值、CV、CS，如何求该流域百年一遇年最大6小时设计暴雨量？

第十章中小型水库的兴利调节计算

第一节概述

主要内容：

设计保证率、水库特性曲线、特征水位与特征库容

第二节水库水量损失和水库死水位选择

主要内容：

蒸发、渗漏、死水位选择

第三节水库的兴利调节计算原理及调节分类

第四节年调节水库的兴利调节计算

不计损失、计入损失求水库兴利库容、长系列法、

第五节多年调节水库的兴利调节计算

长系列法、差积曲线法、

本章重点：

1、特征水位与特征库容

2、水库的兴利调节计算原理

3、长系列法、代表年法求年调节水库兴利库容

4、数理统计法求多年调节水库兴利库容

基本要求：

掌握特征水位与特征库容含义、水库的兴利调节计算原理，会用长系列法、代表年法求年调节水库兴利库容，会用数理统计法求多年调节水库兴利库容。

思考题：

1、什么是正常蓄水位、防洪高水位、校核洪水位、设计洪水位？

2、什么是兴利库容、防洪库容、拦洪库容、调洪库容？

3、水库的兴利调节计算的原理是什么？

第十一章水库防洪计算

第一节概述

水库调洪作用及调洪计算任务

第二节水库调洪计算的原理和方法

水库调洪计算的基本方程：

水量平衡方程，蓄泄方程。

调洪计算方法：

列表试算法，图解分析法，图解法。

第三节水库防洪计算

无闸溢洪道、有闸溢洪道的防洪计算

本章难点：

通过调洪计算求水库下泄流量过程线。

本章重点：

1、水库调洪计算的基本方程：

水量平衡方程，蓄泄方程。

2、水库调洪计算方法：

列表试算法、图解法。

3、无闸溢洪道、有闸溢洪道的防洪计算

基本要求：

掌握水库调洪计算的原理和方法

思考题：

1、水库调洪计算的目的是什么？

2、水库调洪计算的基本方程是什么？

3、来洪过程线与下泄流量过程线的交点一定是最大下泄流量吗？

为什么？

第十二章水电站水能计算

第一节水能利用基本知识

水能计算基本原理、水电站开发方式分类、水电站设计代表年和保证率

第二节电力系统负荷及其容量组成

电力系统及其负荷、电力负荷图、水电站设计水平年、电力系统容量组成

第三节无调节、日调节水电站水能计算

无调节水电站保证出力计算、日调节水电站保证出力计算、多年平均发电量计算、无调节水电站装机容量的确定、日调节水电站装机容量的确定

第四节年调节水电站水能计算

正常蓄水位、死水位选择、保证出力计算、多年平均发电量计算、装机容量的确定

本章重点：

1、水能计算基本原理；

2、无调节、日调节、年调节水电站水能计算；

3、保证出力计算、多年平均发电量计算、装机容量的确定

基本要求：

掌握水能计算基本原理，了解无调节、日调节、年调节水电站水能计算、保证出力计算、多年平均发电量计算、装机容量的确定。

思考题：

1、河中水流落差如果不集中起来，能不能发电？

集中落差的方式有哪些？

2、电力系统的负荷及容量组成是什么？

3、小型水电站水能计算的任务、所需资料各是什么?

设计保证率有几种？

各用在什么地方？

4、简述无调节、日调节水电站长系列法求保证出力的步骤。

5、日调节水电站按照年利用小时数计算装机容量的思路是什么？

6、小型年调节水电站的装机容量确定以后，如何计算多年平均发电量？

三、本课程建议使用教材：

建议使用教材：

任树梅，工程水文与水利计算，中国农业出版社，2005.1

学习参考书：

叶守泽，水文水利计算，中国水利水电出版社，1992.11

梁忠民，仲平安，华家鹏主编，水文水利计算（第2版），中国水利水电出版社，2008.10

詹道江、叶守泽合编，工程水文学（第三版），中国水利水电出版社，2002.7

魏永霞、王丽学主编，工程水文学，中国水利水电出版社，2005.8