福州大学工程水文学课程设计

水文学课程设计
课程名称：工程水文学
题目：陂下水库设计洪水
学院：土木工程系：水利水电与港口工程
专业：水利水电工程
班级：2012级
学号：
学生姓名：
起讫日期：2014.06.23 ~2014.06.27
指导教师：职称：高工
二O一四年六月
目录
第1章基本资料 (1)
1.1 工程概况 (1)
1.2 设计资料 (1)
第2章设计要点 (3)
2.1 设计标准 (3)
2.2 确定流域参数 (3)
2.3 设计暴雨 (3)
2.4 损失参数 (11)
2.5 汇流参数 (11)
2.6 设计洪峰流量推求 (11)
2.7 设计洪水过程线 (13)
第3章设计成果 (18)
第4章成果合理性分析 (19)
附录 (20)
第1章基本资料
1.1 工程概况
1.1.1 水库概况
陂下水库位于福建省长汀县四都乡，与江西省毗邻。

坝址位于汀江支流濯田河的小支流陂下河上。

濯田河水力资源丰富，经流域规划，提出水力发电四级开发方案，陂下水库为一级龙头水库。

根据地形、地质条件，总库容初估约为5000~6000万m3，属中型水库，装机容量5000kW左右，属小型电站。

水工建筑物为三级建筑物，大坝为砌石坝。

1.1.2 流域概况
陂下水库坝址以上流域面积166 km2，流域为山丘区，平均高度500 m，主河长30．4 km，主河道平均比降7．82 ‰。

流域内植被良好，土壤以红壤土为主。

流域内雨量丰沛，多年平均降雨量1617．5 mm，主要集中在四~九月，其中四~六月份以锋面雨为主，七~九月份以台风雨为主。

流域内多年平均径流深981
mm，多年平均陆面蒸发量636．5 mm，多年平均水面蒸发量990 mm。

1.2设计资料
1.2.1 资料概况
陂下水库坝址处无实测流量资料，流域内也无实测雨量资料。

坝址下游约1 km 处有四都雨量站，具有1956~1975年实测降雨系列。

陂下河1973年5月31日发生过一场特大暴雨，四都站实测最大一日雨量332．5 mm ，经调查，重现期约为80~100年。

流域附近有观音桥、官庄、上杭、桃溪、杨家坊水文站及长汀、新桥、铁长、庵杰、四都、濯田等雨量站。

资料情况见表1。

其它资料：水利水电工程设计洪水计算手册，福建省水文手册、龙岩地区简易水文手册、龙岩地区水文图集。

1.2.2 设计资料
1．各水文站站有关资料年限统计表，见表1。

2. 暴雨资料长汀、四都、濯田站实测短历时暴雨资料，见表2。

3.福建省暴雨点~面折算关系，见表3。

4. 福建省设计暴雨时程分配，见表4。

i和损失参数μ关系，见表5。

5. 福建省次暴雨强度
次
6. 降雨历时等于24小时的径流系数α值表，见表6。

7. 福建省汇流参数m 经验公式，见表7。

8. 汇流参数m值查用表，见表8。

9. 福建省24h暴雨洪水概化过程线系数表，见表9。

10. 福建省龙岩市和江西省赣州市部分水文站洪峰流量分析成果表，见表10。

第2章 设计要点
2.1 设计标准
根据工程规模确定设计洪水标准，包括设计洪水标准和校核洪水标准。

该水
库为三级建筑物，大坝为砌石坝，设计标准为50年一遇，校核标准为500年一遇。

2.2 确定流域参数
根据万分之一地形图，坝址以上集水面积F 为166 km 2，主河道长度L 为30.4km ，主河道河底比降为7.83‰。

2.3 设计暴雨
2.3.1 暴雨递减指数2n
根据长汀雨量站各种历时T=3h 、6h 、12h 、24h 实测最大雨量系列进行频率分析，其中1966年暴雨可以认为是1936年以来最大。

求出P=0.2%，1%，2%，10%，20%设计雨量P ,T H ，并化为降雨强度P ,T i ，在双对数纸上点绘T 和P ,T i 关系，并图解出暴雨递减指数2n 。

x 调整后得：
图2-1
序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率(%)
1 174.7 2.4 11 60 52.4
2 130 9.5 12 59.5 57.1
3 96.9 14.3 13 58.5 61.9
4 96.6 19.0 14 56.2 66.7
5 79.2 23.8 15 52.9 71.4
6 78.1 28.6 16 52.5 76.2
7 64.2 33.3 17 51.2 81.0
8 64.1 38.1 18 49.3 85.7
9 62.2 42.9 19 46.4 90.5
10 60.6 47.6 20 37.5 95.2
x
调整后得：
图2-2
序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率（%）
1 178.8 2.4 19 75.5 52.8
2 141.7 5.6 20 74.6 55.6
3 129.8 8.3 21 74.1 58.3
4 113.7 11.1 22 73.2 61.1
5 111.1 13.9 23 69.1 63.9
6 106.6 16.
7 24 67.5 66.7
7 106.4 19.4 25 65.5 69.4
8 100 22.2 26 62.6 72.2
9 98.5 25.0 27 59.3 75.0
10 97.2 27.8 28 58.7 77.8
11 95.6 30.6 29 57.7 80.6
12 92.5 33.3 30 57.4 83.3
13 89.8 36.1 31 53.3 86.1
14 89.4 38.9 32 53.2 88.9
15 85.8 41.7 33 52.7 91.7
16 83.5 44.4 34 51.7 94.4
17 77.4 47.2 35 51.5 97.2
18 77.1 50.0
经计算，E x=83.4mm Cv=0.33
调整后得：
图2-3
序号降水量（mm）经验频率（%）序号降水量（mm）经验频率（%）
1 219.6 2.4 20 102.4 51.3
2 167.7 5.1 21 101.8 53.8
3 148.2 7.7 22 100.7 56.4
4 144 10.3 23 95.4 59.0
5 139 12.8 24 95.1 61.5
6 138.9 15.4 25 93.6 64.1
7 137.3 17.9 26 90.4 66.7
8 133.6 20.5 27 89 69.2
9 122 23.1 28 86.6 71.8
10 116.8 25.6 29 84.9 74.4
11 115.8 28.2 30 79.5 76.9
12 113.7 30.8 31 76.7 79.5
13 112.8 33.3 32 70.3 82.1
14 112.5 35.9 33 69.9 84.6
15 112.3 38.5 34 66.2 87.2
16 108.5 41.0 35 61.1 89.7
17 104.3 43.6 36 59.5 92.3
18 103.4 46.2 37 58.3 94.9
19 102.7 48.7 38 56.9 97.4
经计算，E x=104.9mm Cv=0.31
调整后得：
图2-4
表2-5 长汀设计雨量成果表
（mm）
0.2 1 2 10 20 Cv Cs/Cv P(%)
T(h)
3 214.66 164.7 142.41 92.6 71.52 0.51 3.5
6 229.92 180.26 158.86 109.15 87.72 0.50 3.5
12 240.2 195.08 175.28 127.84 106.29 0.38 3.5
24 264.67 221.1 201.7 154.11 131.68 0.34 4.0
T（h）设计雨量（mm）降雨强度(mm/h)
3 214.6671.56
6 229.9238.32
12 240.220.01
24 264.6711.03
表2-7 P=1%长汀降雨强度表
T(h) 设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）
3 164.754.9
6 180.2630.04
12 195.0816.26
24 221.19.21
表2-8 P=2%长汀降雨强度表
T(h) 设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）
3 142.4147.47
6 158.8626.48
12 175.2814.61
24 201.78.40
表2-9 P=10%长汀降雨强度表
T(h) 设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）
3 96.630.87
6 109.1518.19
12 127.8410.65
24 154.11 6.42
表2-10 P=20%长汀降雨强度表
T(h) 设计雨量（mm）降雨强度（mm/h）
3 71.5223.84
6 87.7214.62
12 106.298.86
24 131.68 5.49
图2-5
根据长汀站降雨强度与时间对数关系曲线，见图2-5，解出暴雨递减指数2n 并求其平均值，82.05/22∑==n n 为最终的暴雨递减指数。

2.3.2 四都站24h 设计暴雨计算
根据四都站实测日最大雨量进行频率分析，其中1973年暴雨须作特大值处理，求出设计日雨量，再按经验关系：P ,P ,H .H 日14124=，换算为24h 设计雨量。

表2-11 四都最大一日降水量经验频率成果表 序号 降水量（mm ）
经验频率（%）
序号 降水量（mm ）
经验频率（%）
1 332.5 1.0 11 89 52.4
2 171.8 9.5 12 86 57.1
3 130.1 14.3 13 84.2 61.9
4 121.2 19.0 14 83.8 66.7
5 118.9 23.8 15 83.4 71.4
6 110.4 28.6 16 77.3 76.2
7 108.2 33.3 17 74.6 81.0
8 108.2 38.1 18 65.1 85.7
9 93.4 42.9 19 55.2 90.5 10
90
47.6
20
54.3
95.2
经计算，,E x =97.4mm Cv=0.37 调整后得：
图2-6
2.3.3 设计雨力SP
当P=2%时，根据公式求出设计雨力124224-⨯=n P ,P H S =175.68mm 。

当P=0.2%
时，124224-⨯=n P ,P H S 为278.46mm 。

2.3.4 求各种历时设计雨量
利用暴雨公式：22112424n n P ,P ,t t H H --⨯⨯= （h t h 241≤≤）推求1h 、3h 、6h 、24h 设计雨量。

表2-14 P=0.2%时各种历时设计雨量表
2.3.5陂下水库坝址以上流域面平均设计雨量及时程分配
直接移用四都站设计雨量，按福建省暴雨点~面折算关系求陂下水库各种历时流域设计面平均雨量。

按福建省水文手册中24h 设计暴雨典型分配推求设计暴雨时程分配（表3）。

查表并由内插法算得：
表2-15 陂下水库坝址以上流域点~面折算系数成果表
表2-16 P=2%时设计面平均雨量表 表2-17 设计暴雨时程分配表（p=2%) （mm ）
表2-18 P=0.2%时设计面平均雨量表
2.3.6 求设计净雨过程
按福建省水文手册规定，24h 设计暴雨不扣损，直接将设计暴雨过程作为设计净雨过程
2.4 损失参数μ
P=2%时 ，i 次=H 24,p /24=11.98mm/h ，查表并由内插法算得，μ=4.29mm/h P=0.2时，i 次= H 24,p /24=18.99mm/h ，查表并由内插法算得，μ=6.16mm/h
2.5 汇流参数m
按福建省水文手册经验关系： 31
/~J L m 推求。

主河道长度L=30.4km ，主河道河底比降J=7.83‰。

L/J 1/3=153.16，查表并由内插法算得，m=1.29
2.6 设计洪峰流量推求
用推理公式计算： 当τ≥C t 时：
⎪⎪⎩⎪
⎪⎨⎧
=τμτ=(B)
2780(A1))F -S (278041
31n P mP mP Q mJ L
..Q
当τ<C t 时：
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧=ττ
=-(B)
2780(A2))F nS (
278041
311P mP n
C
mP Q mJ L
.t .Q
(D)S )-(11
P n
C n t ⎥
⎦⎤⎢⎣
⎡
μ=
采用试算法，试算法步骤如下： ① 由（D ）式计算C t 。

② 假定一个mP Q ，代入（B ）式计算出τ。

③ 计算'
mP Q
（1）当τ≥C t 时：
由（A1）式计算'mP Q 。

（2）当τ<C t 时：
由（A2）式计算'mP Q 。

④ 比较'mP Q 和mP Q ，
（1）当ε<-mP 'mP Q Q ，'mP
Q 即为所求； （2）当ε≥-mP 'mP Q Q ，将'mP Q ⇒mP Q ，返回 ②。

式中ε为误差标准。

试算法： P=0.2%时 =10.22h
取校核洪峰流量Q mp =2730m 3/s τ=4.58 P=2%时
=9.05h
2
1
2]
)
1[(n P
c S n t μ
-=2
1
2]
)
1[(n P
c S n t μ
-=
取设计洪峰流量Q mp =1480m 3/s τ=5.34
2.7 设计洪水过程线
2.7.1 分割时段地表径流和地下径流
记时段净雨为R i ，时段地表净雨为R Si ，时段地下净雨为R gi 。

当R i >μ：gi i Si gi R R R ,R -=μ= 当μ≤i R ：0==Si i
gi R ,R R
地表净雨 ∑=Si S R R （mm ） 地下净雨 ∑=gi g R R （mm ）
表2-22 P=2%时时段地表和地下净雨量表
地表净雨 ∑=Si S R R =195.38mm 地下净雨 ∑=gi g R R =93.19mm
表2-23 P=0.2%时时段地表和地下净雨量表
地表净雨 ∑=Si S R R =321.25mm 地下净雨 ∑=gi g R R =134.61mm
2.7.2计算设计洪量
当 P=2%时，根据公式算得
地表洪量 F R W S S 1000==32433080m 3 地下洪量 F R W g g 1000==15469540m 3 P=0.2%时，根据公式算得
地表洪量 F R W S S 1000==53327002m 3 地下洪量 F R W g g 1000==22344762m 3
2.7.3 地表洪水过程线
采用福建省概化洪水过程线推求。

先计算洪水形状系数3600
⨯⨯=
γT Q W mS S
，
式中，mP mS Q Q =，T 为地表洪水过程线的底宽，24h 设计雨量固定为50h ，然后
根据γ值查%Q Q ~t ~m
t
γ关系表（见表9）
，乘以地表洪峰流量即得设计地表洪水过程线（表9）。

P=2%时，3600⨯⨯=γT Q W mS S =0.12 P=0.2%时，3600
⨯⨯=γT Q W mS S
= 0.11
表2-24 设计/校核洪水过程线表
97 5 5 7 7 98 3 3 5 5 99 2 2 2 2 100 0 0 0 0
图2-7 设计洪水地表过程线
图2-8 校核洪水地表过程线
2.7.4 地下洪水过程线
地下洪水过程线概化为等腰三角形，底宽是地表洪水过程线底宽的两倍，洪峰流量3600
⨯=
T W Q g mg ，T 为地表洪水过程线的底宽。

P=2%时 ，3600
⨯=T W Q g mg =86m 3
/s P=0.2%时，3600
⨯=
T W Q g mg =124m 3/s
图2-9 地下洪水过程线
2.7.5设计洪水过程线
将地下洪水过程线的洪峰流量置于地表洪水过程线的终止点，起涨点和地表洪水过程线的起涨点重合，中间过程按直线内插，然后同时刻地表流量和地下流量叠加即得设计洪水过程线。

图2-10 设计洪水过程线
图2-11 校核洪水过程线
第3章设计成果
第4 章成果合理性分析
根据福建省及江西省赣州市部分小流域实测洪水频率计算成果分析论证陂
下水库设计洪水的合理性和可靠性。

设面积为取对数为x，洪峰流量取对数为y
表4-1 成果合理性分析成果表
经计算，回归线性方程为：y=0.63x+1.52。

以95%为置信区间做该直线的两
条平行线作为所有点的包线,经计算，两条平行线的方程分别为 Y=0.63x+1.85 y=0.63x+1.18
做成果分析，把F=166，Qm=1480m3/s点在图中，该点刚好落在包线的区域
内部，所以坡下水库设计洪水合理。

图4-1
附录
附表1各水文站站有关资料年限统计表
附表2．各雨量站逐年各时段最大降水量统计表
附表3．福建省暴雨点~面折算关系表
附表4．福建省设计暴雨时程分配表
i和损失参数μ关系表（单位：mm/h）附表5．福建省次暴雨强度
次
附表7福建省汇流参数m 经验关系表
备注：3
1J
/L =θ
附表9. 福建省24h 暴雨洪水概化过程线系数表（Q
附表10 福建省龙岩市和江西省赣州市部分水文站洪峰流量分析成果表。