工程水文与水利计算.ppt

1、华北水利水电学院水利职业学院华北水利水电学院水利职业学院水力学教研组水力学教研组水圈水循环的形成洪水位洪水位枯水位枯水位河槽横断面图L1L2L3LnLZn-1Z2Z1Z0河槽纵断面Zn2012211102LLZLZZLZZLZZJnnnJL乙甲地面分水线地下分水线不透水层地面与地下分水线示意图河源上游中游下游河口黄河分段示意图大量暖湿空气源源不断地输入雨区存在使地面空气强烈上升的机制降水降水对流雨地形雨气旋雨锋面雨温带气旋雨热带气旋雨冷锋雨暖锋雨强度大，范围小，历时短迎风面雨多，背风面雨少气旋前方：暖锋云系及连续性降雨气旋后方：狭窄的冷锋云系和降雨气旋中部：暖气团，层云或毛毛雨水汽充足，运动强

2、烈，易带来狂风暴雨强度大，雨区范围较小强度小历时长，雨区范围大200100特大暴雨10020070100大暴雨501003070暴雨25501530大雨1025515中雨100.25.0小雨24h降雨量12h降雨量等级降 雨 强 度 分 级（mm）iPNP1PNiPiiPFfPFfiiniiifPFP11ifiPx1 f 1x2 f 2x3 f 3x4 f 4x5 f 5解：算术平均法：)mm(0.37)0.500.450.300.350.25(511i iPnP泰森多边形法：1320.270.300.300.250.201niifF)0.50270.45300.30300.35250.252

3、0(132111niiifPFPkm2)mm(7.3711EKE E1E1KURPE总总EPRURPE总ctctfefff)(0tffcf降雨下渗地下水位包气带饱和带不透水层浅层地下径流壤中流坡面流径流形成过程示意图FTQFWR10001000WQTFMFQM1000PR。，因1PR比降上断面浮标上断面浮标面断下比降下断面中断面标浮测面断流尺断面水基本视线基线nZZZnZ101nZnmZcbZbaZaZnZnn12101月总日数均水位之和）月总数（即全月各日平月平均水位年总日数均水位之和）年总数（即全年各日平年平均水位iqQ水深水位起点距起点距过水断面测量示意图旋杯式流速仪旋桨式流速仪CTNK

4、vvNTCK、6.0vvm8.02.021vvvm8.06.02.031vvvvm0.18.06.02.00.0233101vvvvvvmmv0.18.06.02.00.0vvvvv、11mvvmnmvv、1mnnvv1miimivvv121iiifvq iqQnmAP)(式中：在一定的条件组合下出现随机事件 A的概率；)(AP在试验中出现随机事件 A的结果数；m在试验中所有可能出现的结果数。nnmAW)()()()()(ABPBPAPBAP式中：P（AB）事件A或事件B发生的概率，即和的概率；P（A）事件A发生的概率；P（B）事件B发生的概率；P（AB）事件A与B同时发生的概率。)()()(

5、BPAPBAP)|()()|()()(BAPBPABPAPABP式中：P（AB）事件A与事件B同时发生的概率，即积的概率；P（BA）在事件A发生前提下，事件B发生的概率；P（AB）在事件B发生前提下，事件A发生的概率。)()()(BPAPABPpT1（年）pT11（年），21ipxXPii0ip)21(ni，11niip xXPxFxp(%)xp(%)100%(a)频率分配曲线(b)累积频率曲线niinxnnxxxx1111xnxxx11112nxxnii11111212nknxxxxCniiniiVxxkiiik31313nxxnxxCniiniiS3131VniiSnCkCxx%100nm

6、P1001nmP1001nmP 010axeaxxf 0a、00)294()304(24SCSVCCx2SVCCxa210)304(PxxaxPeaxxxPPd100VCxxxVCxx1)324(ddVCxx)334()344(PSPCfPd,)354(x xxfxmrd xxfxEXrrd)364()374(nirirxnm11niirxxn11)384()394(rmr 原矩法公式得出的、CV、和CS并不是无偏估计量，目前水文上采用的是经修正后的矩法公式:niixnx11112nxxnii)404()414(1112nkCniiV31331VniiSCnkC)424()434(xx变量x3

7、0020010000.1 1 10 50 90 99 99.9P(%)x=100 x=75x=50均值x对频率曲线的影响x变差系数CV对频率曲线的影响横比系数K0123450.1 1 2 10 3050 70 90 98 99.9P(%)CV=1.0CV=0.5CV=0.2CV=0CV=0.2CV=0.5CV=1.0 x偏态系数CS对频率曲线的影响横比系数K0.70.90.1 0.5 1 210 30 50 70 90 95 98 99.9P(%)CS=3.0CS=3.01.01.11.21.31.41.50.8CS=0.8CS=3.0CS=0.8CS=3.0 xxy0 x完全相关示意图y0

8、x零相关示意图y0 xy0 x(a)(b)相关关系示意图(a)直线相关 (b)曲线相关niniiiiinibxayyyy112212012abxayniii012bbxayniii524xxryyxyxyxy534niynixniyxniiniiniiiiiiiKKKKyyxxyyxxr12121121211111544xyryyrxxyx554xy212nyySniiiy56421rSyy584yySDPWWK111DDPPWWWWK131313DDPPWWWWK353535DDPPWWWWK512512512 蓄洪滞洪工程：湖泊、库、分滞洪区挡水防潮工程：闸、坝、堤防、防洪墙排水泄洪工程：

9、河道、排水渠、管道、泵站伴 水 工 程：桥梁、码头、沿河建筑长江三峡水利枢纽长江三峡水利枢纽拱拱 坝坝符合设计频率并用于工程设计的一次洪水。设计洪水由流量资料推求设计洪水：由流量资料推求设计洪水：先求符合一定频率的先求符合一定频率的设计洪峰流量和时段设计洪量设计洪峰流量和时段设计洪量,然后通过典型缩放然后通过典型缩放法构成一个完整的设计洪水过程线。法构成一个完整的设计洪水过程线。由暴雨资料推求设计洪水：由暴雨资料推求设计洪水：假定暴雨与对应的假定暴雨与对应的洪水同频率洪水同频率,先推求设计暴雨先推求设计暴雨,经流域产流计算与经流域产流计算与汇流计算汇流计算,最后求得设计洪水。最后求得设计洪水。

10、由气象资料推求设计洪水：由气象资料推求设计洪水：根据天气形势和风速、根据天气形势和风速、露点、降水等气象资料露点、降水等气象资料,分析和推求可能最大暴雨分析和推求可能最大暴雨,然后经流域产流与汇流计算求出可能最大洪水然后经流域产流与汇流计算求出可能最大洪水（三）洪峰流量经验频率的计算1nmPm1NMPM11nmPPPaam11lnlmPPPaamajnliijmxLnaNxNx111ajnlimimjmvxxLnaNxxNxC1122111三、设计洪水过程线KDKPQQk KDKPWWk mDmPQmQQKDPWWK111DDPPWWWWK1212125-3 由暴雨资料推求设计洪水一、概述10

11、02003004005006001000020003000400060005000面积(km )2平均雨量(mm)平均雨量面积曲线平均雨量历时面积曲线面积(km )1640812平均雨量(mm)200400600800202历时3d历时1d00XXF0204060100(mm)80(mm)20406080100120140160180120140160180(mm)=100mm(a)降雨径流相关图降雨径流相关图80040120160200240(mm)2804080120200160240(mm)280320360(b)f四、设计洪水过程线单位线时间流量0单位净雨（10mm）Fqtyi6.31

12、01012RqRQqmjkjijiii=1，2，nj=2，m ttqtSi,0单位线时段转换时间(m /s)123456789101110002000(=6h)(-)()-(-)310010mm地面净雨 5.4小流域设计洪水估算 5.4小流域设计洪水估算nPPttSa,nPPttSx1,河流的丰水期河流的丰水期河流的枯水期河流的枯水期三峡大坝三峡大坝蓄水蓄水供水024h024h流量Q（m3/s）库水位Z（m）日调节示意图月份月份蓄水供水0流量Q（m3/s）库水位Z（m）年调节示意图123 456789 10 1112弃水Z兴Z死年调节按调节程度不完全年调节完全年调节相对而言相对而言12345V

13、1V2V3V4V5V6V7V8V9V1012345V1V2V3V多V年V兴流量Q（m3/s）库容V（万m3）ZFFV221ZFFFFV221131(万m )时间050050(m)1001000200150030020004002500500300060032(万m )面积库52545658606264水位库5552535455545352水库特性曲线校核洪水位设计洪水位防洪高水位正常蓄水位防洪限制水位消落深度死水位闸门溢流堰顶放水洞兴利库容死库容结合库容防洪库容拦洪库容调洪库容总库容水库特征水位与特征库容水库动库容示意图3流量为 的河流水面线1楔形蓄量；2入库流量为 时的水库的水面线1静库容3

14、2VFEEW陆水1000测水KEEYHEE陆管顶安全超高引水管外径管底超高淤死 ZZiLHDZZ最小内渠死2初末用来VVVtqQWW,来WQ,用WqV,末V初V（1）一次运用。图中Qt、qt分别代表水库天然来水和用水过程。水库在一个调节年度内充蓄一次，泄放一次。当余水W1大于亏水W2 时，W2 是惟一的亏水量（即供水量），只要水库能够充蓄W2 的水量，就能保证这一年的用水需要，因此水库的兴利库容V兴 W2。tW1W2QtqtQ qO（2）两次运用若水库在一个调节年度内，充蓄两次、泄放两次称为两次运用，可分为以下三种情况。（a）W1W2W3W4QtqtQqQt1）如图（a）所示，通过来水、用水比

15、较后，发现每次余水量都大于随后的不足水量，即：W1W2，W3W4。水库水库两次运用是相互独立、互不影响的。因此，此时水库兴利库容应取两个不足水量的较大值。因W2W4，故W兴W2。（2）两次运用（b）W1W2W3W4QtqtQqQt2）如图（b）所示，W1W2，W3W4，而W3W2，W3W4，而W3W2，此时W2（W4W3）W4，故V兴 W4。W来W用W来W用C（）（m）来用3123456t（月、旬）V兴（W来W用）CV末V初（W来W用）V初V末（W来W用）WW用WV多多量完全年调节水库年用水损失完全年调节水库的水量多年调节水库年用水量损W损用用WWWWW用WV多多VC01 aCCVV001 aa011amma20VSCCm 其中 ，NEXT水位流量 ，时间12341324时间次洪水最高水位起调水位蓄泄无闸门控制时一次洪水的蓄泄过程和库水位变化过程VVVtqqtQQ21212122水量平衡示意图10112时间22231BHMq溢212FHMq洞 Vfq tVVqqQQ122121222211122qtVQqtVQ2qtVfq2qtVfq)s/m(23qtV222qtV211qtVQq2q1OABEFGDCq(m3/s)双辅助曲线图22111122qtVqQqtV2/qtVfq2q)s/m(23qtV211qtVQq2q1OABEFDCq2(m3/s)单辅助曲线图q1211qtV