水文学期末考试作业(土木)

水文学结课作业计算书

水文学结课作业

根据所学水文学知识，进行以下工程的设计洪水推求。已知资料和设计任务要求如下。

一、工程概况

某高速公路大桥跨越的河流断面来流由干流和支流洪水组成，干流水文站位于桥址上游1km 处，资料可用于推求桥址处洪水，支流洪水由地区降雨资料推求。该工程的设计洪水标准为洪水频率P=0.01。干、支流与桥址位置示意图见图1。

干流洪水资料有年洪峰最大流量，包括调查和实测资料，见表1。实测系列长度虽不足30年，但本题暂用这些资料作统计。另外，还调查到桥址附近干流1900年岸坡上洪痕点2个，分别位于水文站和桥轴线处，洪痕点高程分别为121.3m 和120.8m ，桥址断面河床高程为115.03m ，河床比降为0.5‰，床面与边坡曼宁粗糙系数n=0.012，河宽500m ，据此可得该年洪峰流量，作为一个洪水统计样本点。

支流洪水为一小流域汇流形成，无实测洪水流量资料。已知小流域面积为209km 2，流域长度为37km ，流域河道比降为0.0047，但由该地区《水文手册》查得暴雨资料：24小时暴雨均值为90mm ，暴雨参数为=1n 0.5，7.02=n ，降雨损失为h mm /5.1，v C =0.46，s C =3.5v C ，汇流参数为1.24。

图1

表1 桥址河段年最大洪峰流量

二、设计总任务

1）推求桥址设计洪水流量（52分）

2）按均匀流假设，求桥址断面设计流量的平均流速和水深（8）。

三、具体要求：设计计算书中必须明确包含以下几个关键得分点

1）推求干流部分设计洪水时采用统一样本法，并说明各计算步骤的原理；

（12分）2）讨论特大洪水出现年与调查年对特大洪水重现期的影响（辅以假设算例说明）；（5分）3）根据1900年调查资料，计算该次洪水流量；（8分）4）正确处理总体样本关系；（3分）5）小流域设计洪水计算，及其原理说明；（10分）6）桥址断面设计洪水流量推算；（5分）7）按均匀流假设，求桥址断面设计流量的平均流速和水深。（8分）8）适线法至少试3条理论曲线（4分）9）完整明确的设计计算书（含计算原理、计算过程、必要图、表）（5分）

设计计算书

1、 样本选取

河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化，如何从历年洪水系列资料（包括实测洪水资料和调查的历史洪水资料）中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题。

题目中给出了水文站测出的流量数据资料。其中的三年调查期的数据显示属于特大洪水流量，而实测期中的数据则是各项洪水值直接按大小顺序统一排位，序号是连贯的，在各项洪峰之间没有空位，属于连续序列。具有代表意义，有助于推求出更加精确的洪峰流量。为减少工程安全风险，推求设计洪峰流量一句的样本资料采用“年最大值法”，方法简便、操作容易、样本独立性比较好。同时年最大洪峰流量可以直接从水文年鉴上直接查得，所以也比较方便，因此样本选出的数据位年最大洪峰流量的值。

2、 干流部分洪水流量推求; （统一样本法）

由题意所给出的数据和条件需要先计算出1900年的流量，在水文站和桥轴线处洪痕点2个，洪痕点高程分别为121.3m 和120.8m ，桥址断面河床高程为115.03m ，河床比降为0.5‰，床面与边坡曼宁粗糙系数n=0.012，河宽500m 。 因此得到1900年的洪水流量是：

120.8115.03 5.77H m =-= 25.775002885A m =⨯=

这里水力半径可以直接用水深代替，因此 5.77R m =

2211

333221900

12885

5.770.000517294/0.012

Q A R J m s

n ===⨯⨯=因此得到1900年的洪水流量是：317294/m s . 根据表格所给出的数据计算平均流量为，

561039005300867058303690439042303930354073404430592612017

0510027203570

Q ++++++++++++++++=

3

4958/m s =

（原理：由于计算得到了3

4958/Q m s =，所谓的特大洪水即表示此时

的洪水流量峰值比系列中其他的一般洪水的数值大得多，定量表示即为

333495814874/EM Q Q m s >=⨯=，满足这个条件的都视作是特大洪水。

） 因此可以判断出表格中的只有1904年和1921年的流量属于特大洪水。 同时根据表格中的资料可以得到系列长度为：

19761900177N =-+=（年）

（原理：从样本的代表性考虑，关于特大洪水，如果能够调查到N 年（N>n ）

年中的特大洪水资料，就相当于把n 年资料延展到了N 年，因此提高了系列的代表性，使计算结果更为准确、合理。此处原本实测系列中最早只测到了1960年的洪峰流量值，但是通过调查计算得到了1900年的洪峰流量值，而且1900年还属于特大洪水，因此系列长度延展到了77年。）

特大洪水有1904年、1900年和1921年三项，且均发生在调查期。因此a=3；特大洪水系列排序为：

频率为：

119211

0.0128 1.28%771

M P P ====+ 21900

20.0256 2.56%771

M P P ====+ 319043

0.0385 3.85%771

M P P ==

==+

（原理：在整个样本系列中，系列长度经过计算得到的是77年，其中还有

3项特大洪水，而且每项值在已知的数据中只发生过一次，因此经验频率按照

1

M M

P N =+计算，其中M 表示特大洪水由大到小依次排列的值。）