长江口水文、泥沙计算分析
文献综述
1 研究背景
河口地区是海陆相互作用最为典型的区域，其水动力条件复杂，如径流、潮汐、波浪、沿岸流以及地转科氏力等作用强烈；人类活动也颇为活跃，其作为经济发展的强势地位集中体现在沿江、沿海等地域优势上。众所周知，河流泥沙资料是为防治水土流失、减轻泥沙灾害、合理开发水土资源、维护生态平衡等方面的宏观分析与决策研究，以及流域水利水电工程建设规划、设计和水库运用、调度管理等提供科学依据的重要基础工作。
我国属于多河流、广流域的国家，据统计，在我国长达21000多公里的海岸线上，分布着大小不同、类型各异的河口1800多个，其中河流长度在100公里以上的河口有60多个（沈焕庭等，2001）。长江是我国第一大河，水量丰沛，输沙量大，全长约6300km，流域面积约180万
km2，占全国面积的1/5。其河流长度仅次于尼罗河与亚马孙河，入海水量仅次于亚马孙河与刚果河，均居世界第三位。据长江大通站资料(1950~2004)，流域平均每年汇集于河道的径流总量达9.00 X 1011m3，并挟带约3. 78 X 108t泥沙(中华人民共和国泥沙公报，2004)，由长江河口的南槽、北槽、北港和北支等四条汉道输送入海。
根据长江口水流动力性质和形态特征，可分为径流段、过渡段、潮流段和口外海滨段。过渡段是径流与潮流相互消长的河段，它自五峰山镇至徐六径，长约184km。潮流段是潮流势力逐渐增强，径流势力相对减弱，风浪与风暴潮对河道的影响大增的河段，它自徐六径至河口，长约174km。口外海滨段是诸多水动力因素非常活跃的场所，又受到海岸、海底等边界条件的制约，水流动力情况比较复杂。它的大致范围是西起长江口拦门沙前端、东至水下三角洲前缘，南自南汇嘴附近、北达江苏省篙枝港(胡辉，1988；沈焕庭2000，2001；宋兰兰，2002)。每个典型河段都有其固有的且相互影响的悬移质含沙量分布特性，它们在长江口地貌形态、河口演变过程中扮演着重要角色。同时，港口与航道部门也十分关注水体悬移质含沙量分布的变化规律，营养盐和污染物的分
布变化也和悬移质泥沙分布息息相关。因此，研究河口地区的悬移质含沙量分布特性具有广阔的科学背景和应用价值。
2 研究意义
长江是一条世界级的巨川，巨量的水、沙下泄使长江河口成为高浊度、细颗粒泥沙为主要特征的河口，而且对邻近陆架海域的水文、泥沙、沉积和生态环境等有重大影响。泥沙本身的物理、化学特性复杂，在河口盐淡水交汇中的絮凝机制又处在研究初期，加之复杂动力因子共同作用下的悬浮、沉降、再悬浮过程，使悬移质泥沙分布具有时空多变和不确定性。因此对河口悬移质含沙量分布及其动力条件的研究有着重要理论意义，有助于港口航运的管理维护，为自然资源的合理使用提供依据。
3 国内外河口区域泥沙数值模拟研究现状
潮流与泥沙数值模拟始于20 世纪60 年代, 是一门新兴的综合性模拟技术, 它以流体力学、泥沙动力学以及计算数学等学科为基础, 结合具体工程技术, 通过采用数学模型来模拟某种物理现象, 并利用数值计算进行近似求解以复演某种自然或人工过程。与物理模型相比, 数值模拟具有经济、快速、修改方便等优点, 并且不受比尺的限制, 已广泛应用于解决各种海岸、河口动力问题的研究, 如河口整治工程、环境保护工程等。此外, 还可以用来揭示许多海岸、河口物理现象, 例如: 通过潮流、泥沙数值模拟, 可了解水质点在任意时刻的
流速、流向和水量的输送、湍流的强度以及涡旋、环流状况和泥沙输移以及底床变化等。
近年来国内外潮流、泥沙数值模拟的研究，评价分析了数学模型的多种数值解法，主要有零维、一维、二维、三维和复合泥沙数学模型以及水沙数学模型。在解决二维潮流数值模拟的过程中, 有多种数值解法可供选择。这些数值解法就划分标准的不同, 可以大体分类如下: 从离散方法上分, 有差分法、有限元法和有限体积法; 从适应物理域的复杂几何形状上分, 有贴体坐标变换及R坐标变换; 从时间积分上分, 有显式、隐式、半隐格式; 从求解方法上分, 有ADI 法、迭代法、多重网格法以及并
行计算技术; 从干湿、露滩动边界的处理上分, 有固定网格和动态网格技术; 从悬沙输运重力沉降项的处理上分,有源项化和对流化的做法。
3.1 国内泥沙数值模拟
我国经济建设的迅速发展，极大的推动了对泥沙运动的研究。近些年来，泥沙数值模型已经在河流、河口及海岸等区域的工程建设中大量使用。
河流的泥沙研究在我国起步较早，在很多方面已较为成熟，如泥沙的非均匀性，泥沙输运过程中悬移质及床沙级配的变化等。在数值模型方面，以一、二维模型为主。一维模型的研究，如李义天和尚全民(1998)对求解一维不恒定模型控制方程的数值解法进行了研究，并用丹江口水库下游的资料进行了验证；梁国亭等(1999)建立了一维非恒定泥沙数学模型，详细讨论了一些关键技术，对黄河小北干流进行了计算;王双明等(2000)利用复式断面河道一维扩展水流泥沙数值模型，模拟了阳泉治理河段的水流、泥沙情况。二维模型方面，黄金池和万兆惠(1997)建立了适用于多沙河流及河床演变的二维数学模型，可用于河床演变及浑水洪水等的预报：张华庆等(1998)建立了一种能考虑悬沙和床沙交换机理的悬沙输移模式，以拟合坐标适应河道弯曲、狭长的特点，用于长江重庆河段龙滩水沙的计算；于清来和窦国仁(1999)在一定条件下，将高含沙河流的控制方程转化为低含沙的形式，可用于黄河这类水沙变化较大的河流计算。
海岸河口地区一般地形、动力条件多变，泥沙运动相当复杂。由于政府部门的重视，国家投入的增加，进行大规模的观测成为可能，该地区的泥沙运动的研究正处于一个不断发展的时期，数值方法作为重要手段，已得到广泛应用，模型以二、三维为主。二维模型，如叶锦培等(1986)以涨落潮使用不同挟沙力公式，建立了二维泥沙模型对珠江口磨刀门潮流输沙进行了计算；曹文洪等(2001)利用二维非恒定水流泥沙数学模型，较好地模拟了黄河河口海岸泥沙输移和冲淤变化。三维模型方面，陈虹和李大鸣(1999)采用二坐标变换，三角网格有限差分格式，建立了一个三维潮流泥沙模型，对渤海湾顶典型潮潮流与泥沙运动进行了模拟；李蓓和唐士芳(2000)将一个三维潮流盐度泥沙数值模型应用到伶仃洋航道的整治研究中，模拟计算得出的航道一期工程开挖后的淤积量与实测结果十分接近；为了研究渤海中悬浮物长时间、大范围的输运规律，江文胜和孙文心(2001, 2001)研究并改造了德国汉堡大学的粒子追踪
悬浮物输运的三维模式，利用粒子追踪方法模拟了由黄河口排放的细颗粒物质的分布和输运的情况。
河口海岸地区波浪的作用不可忽视，曹祖德和王桂芬(1993)较早地在数学模型中引入波浪的作用，波浪幅射应力以及波一流共同作用下的底部切应力，建立了波浪掀沙、潮流输沙海床演变的数学模型；辛文杰(1997)将幅射应力、波流摩阻力、和波流挟沙力归结到控制方程中去，构成潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型计算系统，模拟了珠江口黄茅海悬沙冲淤过程；马福喜和李文新(1999)建立了波一流共同作用下二维非均匀沙数学模型，泥沙颗粒的絮凝沉速考虑了多种因素的影响，同时引入通量概念处理岸滩不规则边界，在黄茅海得到了实测资料和卫星遥感图像的检验；朱志夏等(2002)利用随机波折射绕射数值模式及波浪作用下的二维浅水运动方程和悬沙扩散方程，建立了波一流共同作用下二维悬沙数学模型，对渤海湾北部海域航道疏浚弃土的悬沙扩散、运移以及海床演变进行了数值模拟。曹振轶等(ZOOI)和胡克林等(2002)利用二维全沙数值模式对长江口泥沙在平常和风暴天气下的分布情况进行数值模拟。
由于泥沙组成的非均匀性，一些学者通过分粒径的方法研究河口海岸地区的泥沙运动。许卫忆和苏纪兰(1986)从平衡输沙概念和Bagnold输沙公式出发，通过5组悬沙粒径和3组底沙粒径对杭州湾内泥沙输运趋势和地形冲淤的形势进行了研究。董礼先等(1989)从黄东海潮流模拟入手，计算了不同粒径的悬浮泥沙输送和底推移质输送，通过两者输送场的散度探讨计算海区的冲刷情况。朱玉荣((2001)在渤、黄、东海陆架的M2潮流的合理模拟基础上，计算了8种粒径泥沙的潮平均悬移输沙率、潮平均推移输沙率以及相应的输沙率散度，根据不同粒径泥沙输沙率散度的相对大小，确定出海底的主要底质类型，结果表明，主要底质类型的分布格局与海底的冲淤格局以及与输沙率矢量的发散和聚合状况基本一致。
人们还对泥沙运动中某些特定的区域(如近底边界层)或现象(如异重流等)进行了关注。曹志先(1997, 1997)讨论了平衡和非平衡输沙下泥沙数学模型的近底边界。他对自己提出的，基于湍流碎发的床面泥沙上扬通量函数进行了改进。在平衡输沙下，利用泥沙上扬与有效沉降通量相等，建立了近底含沙量的理论模式，并用上扬通量函数直接构造床面可自由冲刷时近底含沙量Neuman条件(梯度型)，应用扩散理论研究悬移质泥沙的非平衡输移。在泥沙异重流研究方面，王光谦等(2000)结合流体运动方程和泥沙运动特性，导出了平面二维泥沙异重流的运动方程，模拟了水槽试验中异重流的运动;庞重光和杨作升(2001)将广泛应用的一维
泥沙异重流控制方程推广到二维，并加入了潮汐影响项，针对黄河口泥沙异重流的发生和演变受潮控制的特殊性进行了数值模拟。对河口最大浑浊带现象，章华生等(2000)利用平面二维数值模型进行了机制探讨和模拟，比较了不同条件下河口悬沙浓度平面分布特点，并在黄茅海河口进一步得到验证，结果表明河口地形边界和非恒定潮流对最大浑浊带悬沙富集有重要贡献。
除了一般的数值模拟手段外，很多其他的方法与技术也被用于泥沙问题的研究，如使用限元方法的泥沙数值模型(柳海涛等，2001；张细兵等，2002 )，利用一维和二维模型相互嵌套和连接来进行泥沙模拟(张华庆等，1994；张修忠等，2000；张华庆等，2002)，在模型中采用动边界技术(张世奇，1998；陆永军等，1997；孙琪等，2001)等。朱江等(1998)将一种高效率的敏感性分析方法——伴随算子法应用到水动力泥沙模型中，通过指定适当的指标函数，可以用很少的计算量提供详细的敏感性信息，在工程上有重要的参考价值。贺松林等(1997)和丁平兴等(1997)采用动力地貌综合分析与数学模型计算相结合的方法，首先分析了湛江湾滩槽演变趋势和影响区域，进而通过建立波一流共同作用下的全沙数学模型，模拟目前湛江湾冲淤变化的基本态势，然后预测沿岸工程可能引起的冲淤强度变化和空间分布，其结果与动力地貌分析的结论互为印证，取得了满意的结果。吴加学和沈焕庭(1999)以珠江黄茅海河口为例，根据泥沙粒径统计特征值，运用McLaren模型分析河口泥沙输移趋势，并结合水动力及地形综合分析，确定泥沙来源，搬运方向，探讨输移机制。诸裕良等(2001)建立了一维河网非恒定流及悬沙数学模型，提出了节点悬沙控制法，该模型成功地应用于珠江三角洲流域河网水流及悬沙的数值计算。
3.2 国外泥沙数值模拟
国外对河口泥沙输运的系统研究早在上世纪50年代就已开始，近30年来，随着计算机的飞速发展和观测技术的不断提高，利用数学模型研究泥沙输运已逐渐成为河口泥沙研究中的有力手段，泥沙数学模型经过一维、二维也已进展到三维模型。
一维模型在泥沙输运和大尺度地貌演变的研究中已经被广泛使用，如应用到河流中(Odd, N. V. M.等，1972)、潮汐水道中(De Vries等，1989)以及模拟河口地区泥跃层的形成。1972年，Odd and Owen (1972)建立了一个一维双层的模型，底下的一个薄层处于恒定水深下，上面一层的厚
度会发生变化。冲刷率和淤积率分别基于Partheniades(1965)和
Kron(1962)的公式。大西洋地球科学中心建立了一个一维模型SEDTRANS92 (1995)用于预测陆架海岸区域在流或波一流共同作用下的泥沙输运。Fassnacht (1997 )发展了一个一维多河道(河网型)悬沙输运模型用于Maackenzie流域三角洲(加拿大)的研究。Harris和Bales等(1984)利用对流扩散方程建立了一个考虑泥沙颗粒沉降和底质悬浮影响的一维模型;Dronkers (1986)和Aubrey (1986)分别建立一维泥沙模型来分析潮汐河口细颗粒泥沙的净输运，得到泥沙的净输运主要由涨落潮不对称引起；Uncles和Stephens等(1988)利用一维模型分析一个理想强潮河口的细颗粒泥沙浓度分布的季节性变化和其对污染物的影响。
早期利用一维数学模型和若干简单机理模型来研究泥沙输运特征的泥沙数值模拟工作很多，它们中间各有侧重，主要通过对实际问题进行简化，集中考虑所关心的一个或多个物理过程。由于忽略了实际河口过程的诸多因素，往往只能反映河口泥沙输运过程的一个或几个侧面，难以全面反映河口泥沙输运的特征。随着研究的逐步深入，简单的一维数学模型逐渐被二维模型所取代。水平二维泥沙数值模型建立在深度平均的基础上，能够模拟区域泥沙场的平面分布，例如De Vriend(1987)，Teisson(1991)、Nairn and Southgate(1993)以及Ziegler and Nisbet (1994)等的工作。Markofsky和Lang (1986)的等利用正压二维数值模型研究河口悬沙浓度分布，并讨论了数值扩散系数对泥沙计算结果的敏感性。Wolanski et al. (1995)应用平面二维数值模型讨论了Fly河口(巴布亚新几内亚)最大浑浊带形成的动力机制。Barros (1996)建立了一个有限元方法的二维泥沙输运模型，模型由两个能够相互藕合的模块构成，一个用来描述对流、扩散、冲刷、淤积等动力过程，一个用来反映底部泥沙固结的机制。Mead (1999 )同时使用垂向二维和平面二维的泥沙模型研究河口内挖槽区的淤积问题，并做了比较:平面二维可以反映底质供给程度的影响，垂向二维模型则可反映垂向上流场的辐聚和辐散对挟沙力的影响。垂向二维模型能够反映泥沙剖面的分布，以及泥沙底边界的某些动力过程，如O'Connor(1971), van Rijn (1986)以及Celik and Rodi (1988)等的研究。Kuo et al. (1978 )用一个侧向平均的二维模型来研究Chesapeake湾(美国)的支流河口所观测到的最大浑浊带，指出盐水楔前缘出现最大浑浊带可能是由于底部余流在那里汇聚的结果。Fasta和Hansen (1979 )利用垂向二维数学模型，研究一个理想河口的重力余环流以及在它影响下的泥沙浓度变化；Salomon (1981)建立了Seine河口(法国)的垂向二维数值模型来计算河口中泥沙的扩散过程。
二维数值模型在河口泥沙研究应用中显示了良好的前景，但实际的
河口过程是三维非恒定的，二维模型仍忽略实际过程的许多因素。有一类介于二维和三维之间的模型，主体还是在二维平面里计算，垂向给一个泥沙剖面，称为准三维模型，如Galappatti and Vreugdenhil (1985)和Yakirevich et al. (1998 )。目前三维泥沙数值模型的应用己经展开，类似的文章还有很多，如O'nishi (1981)在三维模型中考虑泥沙和污染物的吸附和解析作用等；Nidiolson等(1986)利用三维泥沙模型对河口细颗粒泥沙的运移进行研究；Wang and Adeff (1986)和Malcherek et al.(1993)发展了基于Petrov-Galerkin方法的有限元模型来计算河流及河口区域的泥沙输运。
Van Rijn (1987, 1990)研究了一些基本物理参数的影响，建立了一个在缓变流下的三维悬沙输运模型，而它的流场部分则由一个深度平均的二维模型与一个对数流速剖面来实现。O'Connor and Nicholson（1988）建立了一个三维粘性泥沙模型，他们用特征线的方法处理泥沙输运方程中的平流项，并使用实验数据对模型进行验证。Lang（1989）等利用三维泥沙输运模型研究Weser河口(德国)的泥沙输运，模拟结果与实际观测吻合，较好地体现了Weser河口悬沙涨落潮变化的规律。Lin and Falconer（1996 )用一个三维悬沙模型来预测Humber河口（英国）的悬沙通量。Cancino and Neves (1999)建立了一个全三维的考虑斜压效应的水动力和泥沙数值模型，模型中与细颗粒泥沙侵蚀、沉降和絮凝有关的参数通过现场实测数据确定。
近年来，除了传统的数值方法外，还有一些新的方法和技术也被用于泥沙的计算，出现了很多所谓的联合模型。Lou and Ridd (1997)利用一个模型系统，包括二维和三维流场、波浪传播模型、波一流相互作用的底边界层模型和准三维的悬沙输运模型，较好地模拟了Cleveland湾(澳大利亚)的悬沙过程和自然淤积率。Keiner and Yan (1998 )利用神经网络的方法并借助卫星图像来预测海面的泥沙及叶绿素分布。Chen and Dyke (1998)建立了一个多元时间序列模型，利用取自Rufiji三角洲(坦桑尼亚)的实验数据，研究悬沙浓度剖面与流速剖面的关系，进行悬沙浓度和输运的计算。Vos et al.（2000）将综合数据模拟的方法用于研究局地悬沙分布的季节性变化。Prandle et al.（2000 )建立了一个考虑波浪、潮流、垂向紊动、泥沙输运的联合模型，并使用多种观测手段，研究海岸线侵蚀非常严重的Holderness海岸(英国)附近动力场和泥沙场的情况。还有一种复合模型，它由计算机控制，将数学模型与物理模型进行祸合，使两者能相互提供数据，并反馈各自的结果，例如McAnally et al.（1984）建立的哥伦比亚河口综合模拟系统，包括有大比尺河口的物理模型、波浪传播数值模型、计算沿岸流的解析模型以及水流和泥沙输运的二维数值
模型，该系统成功地预报了当地航道加深后泥沙的回淤量。
4 潮流、泥沙数值模拟发展展望
目前国内外学者对于潮流及泥沙数学模型的研究虽已取得了丰硕的成果, 但是应该看到, 仍有许多问题没有解决。就目前而言, 潮流和泥沙数值模拟主要在以下方面有待于进一步的发展。
（1）进一步加强潮流及泥沙数学模型的基本理论的发展和完善：在海岸河口地区，由于波浪和潮流的共同作用，污染物、盐度和泥沙的相互影响，悬沙等物质的运动和输移规律都是非常模糊而又亟待解决的问题。因此，应进一步加大对紊流运动和悬沙等物质输移规律的理论和试验研究。
（2）开发基于并行计算的高效率高精度的水沙模型：三维模型的结构复杂，计算量远大于二维模型，这就要求三维模型要有较高的效率，而时间步长既受表面浅水重力波快速传播的限制，又受垂向扩散项的制约，如何克服这一矛盾就显得非常重要。现有数值计算方法无论是模式分裂，还是只对水位梯度和垂向扩散项隐式积分的半隐格式，都不能很好地符合浅水流动的物理本质。具有较强的地形适应能力的贴体坐标和R坐标变换技术已得到了相当广泛的应用，但是用非结构化网格的离散方法和在真实物理域中求解基本方程尚有待于进一步研究。
（3）数值模拟的可视化和软件化: 数值模拟可视化就是将数值模拟的结果直观化，即利用计算机的图像处理技术将数值模拟结果在屏幕上显示出来。它将大量计算数据变成在屏幕上的复演的潮流运动，使计算结果显明、直观、生动。网格的自动生成、初边值条件的自动给定以及与CAD、GIS 等技术相结合是水沙模型发展的一个重要趋势。数值模拟的可视化与虚拟现实在数值模拟中的应用日益受到重视。将潮流、泥沙数值模拟的全过程设计成软件包或程序包，利用可视化技术，辅以良好的前、后处理，降低技术门槛，使其通用性大大加强。
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设计任务一 飞口水利枢纽位于青河中游，流域面积为10100km.试根据表5—3及5—4所给资料，推求该站设计频率为95%的年径流及其分配过程，并与本流域上下游站和邻近流域资料比较，分析成果的合理性。 5-3 青口站实测年平均流量表 5-4 飞口站枯水年逐月平均流量表
5-5 青河及邻近流域各测站年径流量统计参数 青口站年最大洪峰流量理论频率曲线计算表 由表格可算出Q Cv
其中Ki=17.18 为各项模比系数，列于表中第（5）栏, 说明计算无误，=0.5929 为第（7）栏的总和。 选配理论频率曲线 （1）由Q=597m /s，Cv=0.2，并假定Cs=2.5Cv，查附表1，得出相应于不同频率P的值，列于表4-2的第二栏按Qp=Q(Cv P+1)计算P，列入第（3）栏。将表4-2中的第（1）栏和第（3）栏的对应值点绘曲线，发现理论频率曲线上段和下段明显偏低，中段稍微偏高。（2）修正参数，重新配线。根据统计参数对频率曲线的影响，需增大Cs。因此，选取Q=597m /s，Cv=0.20，Cs=3Cv，再次配线，该线与经验频率点据配合良好，即可作为目估适线法最后采用的理论频率曲线。 4-2 理论频率曲线选配计算表 此处选择Cs=3Cv，运用公式Qp=Q (Cv p+1)通附录（查表可查出p值）需求推出95%的年径流=-1.45 Qp=597[0.2×(-1.49×0.2+1)] Qp=419.09 Qp=419 m /s 3. 典型年的选择 从青口站的17年径流资料中可看出1970.5～1971.4年，1976.5～1977.4年，1977.5～1978.4年年径流量分别396m /s,438m /s，377m /s都与年径流量比较接近。
空间分析之水文分析 一、目的与要求： 1.学习目的 水文分析：根据DEM提取河流网络，进行河网分级，计算流水累积量、流向、水流长度、根据指定的流域面积大小自动划分流域。 通过本次学习应达到以下目的： ①理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。 ②掌握利用ArcGIS提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。 2.学习要求 ①了解水文分析工具 ② DEM的预处理：填洼 ③流向分析 ④计算流水累积量 ⑤计算水流长度 ⑥提取河流网络 ⑦流域分析（盆域、分水岭）
二、水文分析基本操作步骤 1.填充洼地 对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM： 在【ArcToolbox】中，双击【SpatialAnalyst工具】→【水文分析】→【填洼】，弹出“填洼”对话框，如下图： 点击确定，得无洼地的DEM【fill_dem】，结果图如下：
2.流向分析 在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，双击【SpatialAnalyst 工具】→【水文分析】→【流向】，按下图所示指定各参数： 点击确定，得到无洼地DEM生成的水流方向栅格【Flowdir_dem】，
注意：在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码（D8算法），来确定水流方向。 3.计算汇流累积量 在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，双击【SpatialAnalyst 工具】→【水文分析】→【流量】，按下图所示指定各参数：
确定后执行完成得到汇流累积量栅格【flow_acc】,如图： 4.提取河流网络 在上一步的基础上进行，打开【Arctoolbox】，双击【Spatial Analyst 工具】→【地图代数】→【栅格计算器】，在【地图代数表达式】中输入公式：Con(“flow_acc”>800,1)，【输出栅格】指定为:【StreamNet】如图：
《桥涵水文》大作业及要求 题目一：计算题 对某水文站22年不连续的年最大流量进行插补和延长后，获得n =32年的连续年最大流量系列（如表1所示）。采用耿贝尔曲线作为理论频率曲线，试计算 1%Q 和2%Q 。 表1 年最大流量表 序号 年份 流量（m 3/s ） 序号 年份 流量（m 3/s ） 1 1951 767 17 1967 3408 2 1952 1781 18 1968 2088 3 1953 1284 19 1969 600 4 1954 1507 20 1970 1530 5 1955 2000 21 1971 2170 6 1956 2380 22 1972 1650 7 1957 2100 23 1973 840 8 1958 2600 24 1974 2854 9 1959 2950 25 1975 1300 10 1960 3145 26 1976 1850 11 1961 2500 27 1977 900 12 1962 1000 28 1978 3770 13 1963 1100 29 1979 1900 14 1964 1360 30 1980 1080 15 1965 1480 31 1981 1010 16 1966 2250 32 1982 1700 题目二：计算题 某公路桥梁跨越一条平原河流，桥位河段基本顺直，上游有河湾，河床平坦，两岸较为整齐，无坍塌现象。河槽土质为砂砾，河滩为耕地，表层为沙和淤泥。实测桥位河流横断面如图1所示，可作为水文断面进行流量计算。经调查确定，桩号K0+622.60为河槽和河滩的分界，选定粗糙系数为：河槽1 40c c m n = =，河滩1 30t t m n = =。调查的历史洪水位为63.80m ，洪水比降为0.3‰，试求其相应的历史洪水流量。
A ?非闭合流域任意时段情况 B ?非闭合流域多年平均情况 C .闭合流域任意时段情况 D ?闭合流域多年平均情况 7.水位观测的精度一般准确到 A . 1m B . 0.1m C . 0.01m 8用来表示输沙特征的常用指标是 A .输沙率、含沙量 B .流量、输沙率 C .含沙量、流量 D .输沙率、输沙量 9 ?频率为5%的洪水，其重现期为 10. 甲乙两河，通过实测年径流量资料的分析计算，获得各自的年径流均值Q 甲Q 乙和离均系数C V 甲，C V 乙如下： 3 3 Q 甲 100m /s, C v 甲=0.42 ; 乙河：Q 乙=500m/s, C v 乙=0.25 二者比较可知 A .甲河水资源丰富，径流量年际变化大 B .甲河水资源丰富，径流量年际变化小 C .乙河水资源丰富，径流量年际变化大 D .乙河水资源丰富，径流量年际变化小 11 .流域中大量毁林开荒后，流域的洪水流量一般比毁林开荒前 A .增大 B .减少 C .不变 D .减少或不变 12 .相关分析在水文分析计算中主要用于 A .计算相关系数 B .插补、延长水文系列 C .推求频率曲线 D .推求设计值 13 .偏态系数Cs > 0，说明随机变量x C .已制成该线型的kp 值表供查用，使用方便 D .经验表明该线型能与我国大多数地区水文变量的频率分布配合良好 15 .用配线法进行频率计算时，判断配线是否良好所遵循的原则是 A .抽样误差最小的原则 B .统计参数误差最小的原则 C. 理论频率曲线与经验频率点据配合最好的原则 D .设计值偏于安全的原则 16 .频率计算适线时，减小 Cv 值，频率曲线将 A .顺时针转动 B .逆时针转动 C .平行上移 D .平行下移 17 .地区经验公式法计算设计洪水，一般 A. 仅推求设计洪峰流量 B .仅推求设计洪量 C .推求设计洪峰和设计洪量 D .仅推求设计洪水过程线 18 .洪水频率计算中，特大洪水处理的内容主要是 A. 插补展延洪水资料 B .代表性分析C .经验频率和重现期计算 D .选择设计标准 19 .由于假定局部冲刷是在一般冲刷完成后进行的， 因此通常取桥墩上游不远处，一般冲刷终止后的未受绕流影响的墩前天然流速称 为 选择题 1 ?下面哪个不是水文现象的特点 A .随机性 B .确定性 C .周期性 2?水文现象的发生、发展，都具有偶然性，其变化 A .杂乱无章 B .具有完全的确定性规律 桥涵水文 D .地区性 C ?具有统计规 律 D .没有任何规律 3?流域面积是指河流某断面以上 A .地面分水线和地下分水线包围的面积之和 B .地下分水线包围的水平投影面积 C .地面分水线所包围的面积 D ?地面分水线所包围的水平投影面积 4.某河段上、下断面的河底高程分别为 725mm 和425mm ,河段长120km ，则该河段的河道纵比降为 A . 0.25 B . 2.5 C . 2.5% D . 2.5%o 5 .河网汇流速度与坡面汇流速度相比，一般 A .前者较大 B .前者较小 C . 6 .水量平衡方程式 P -R -E = ^S 二者相等 D .无法肯定 （其中P 、R 、E 、△ S 分别为某一时段的流域降水量、径流量、蒸发量和蓄水变量） ，适用于 A . 5年一遇 B . 95年一遇 C . 20年一遇 D . 200年一遇 D . 0.001m A .岀现大于均值x 的机会比岀现小于均值 x 的机会多 B .岀现大于均值x 的机会比岀现小于均值 x 的机会少 C .出现大于均值x 的机会和出现小于均值x 的机会相等 D .出现小于均值x 的机会为0 14 .在水文频率计算中，我国一般选配皮尔逊 III 型曲线，这是因为 A .已从理论上证明它符合水文统计规律 B. 已制成该线型的①值表供查用，使用方便
水文测验实习报告 韦昭华 2014301580040
目录 实验一：气象要素观测实验 (3) 1.观测场 (3) 2.百叶箱 (5) 3.气温的测量 (6) 4.空气湿度的测量 (8) 5.风的测量 (9) 实验二：水文年鉴查阅和使用 (10) 实验三：参观汉口水文监测站 (14) 1.降水的观测 (17) 2.蒸散发的观测 (18) 3.参观水情气象遥测系统 (19) 实验四：流量观测 (21) 实验五：水下地形测量 (27)
实验目的： 水文资料是水利水电工程及其它建设工程规划设计的基本依据，而水文资料来源于水文测验。水文测验包括水位、流量、含沙量、输沙率、降水、蒸发、地下水水位、水质等的测定与收集，这些资料收集工作要借助于水文仪器来进行， 要靠一整套方法来完成。动手操作仪器，了解水文测验的基本方法等就是水文实习课的基本要求 实验一：气象要素观测实验 实验目的： 气象学是研究大气中所发生的物理现象和物理过程的科学。陆地水文学是研究陆地上水文循环规律的科学，包括降水的时空分布，水分的蒸发，以及地表径流和河川径流的形成过程等。 气象观测中空中气象观测和地面气象观测观测两种。本次实验进行地面气象观测，其指在地面上用目力和用设置在地面的仪器直接进行的观测。 地面气象观测的内容包括云、能见度、天气现象、风、温度、湿度、气压、降水、蒸发、日照及地温等。
1.观测场 观测场的要求： 地点一般设在能较好地反映本地较大范围气象要素特点的地方，四周必须空旷平坦，避免局部地形的影响。在城市或工矿区，观测场应选择在城市或工矿区最多风向的上风方。观测场边缘与四周孤立障碍物高度的十倍以上；距离较大水体（水库、湖泊、河海）的最高水位线，水平距离至少在 100m以上。观测场大小应为 25m×25m，如确因条件限制，可为 16m（东西向）×20m（南北向）。场地应该平整，保持有均匀草层。为保护场地的自然状态，场内要铺设0.3~0.5m宽的小路，只准在小路上行走。观测场四周应设高度约 1.2m 的稀疏围栏且四周 10m范围内不能种植高杆作物须能保持气流畅通。要保持场内整洁，经常清除观测场上的杂物。 仪器布置要求： （1）高的仪器安置在北面，低的仪器顺次安置在南面，东西排列成行；仪器之间，南北间距不小于 3m，东西间距不小于 4m。仪器距围栏不小于 3m；观测场门最好开在北面，仪器安置在紧靠东西向小路的南面；
第一章绪论 1水文水利计算分哪几个阶段？任务都是什么？ 答：规划设计阶段水文水利计算的主要任务是合理地确定工程措施的规模。 施工阶段的任务是将规划设计好的建筑物建成，将各项非工程措施付诸实施 管理运用阶段的任务是充分发挥已成水利措施的作用。 2我国水资源特点？ 答：一）水资源总量多，但人均、亩均占有量少（二）水资源地区分布不均匀，水土资源配 置不均衡（三）水资源年际、年内变化大，水旱灾害频繁四）水土流失和泥沙淤积严重（五）天然水质好，但人为污染严重 3水文计算与水文预报的区别于联系? 答：水文分析与计算和水文预报都是解决预报性质的任务。 （1）预见期不同，水文计算要求预估未来几十年甚至几百年内的情况，水文预报只能预报 几天或一个月内的未来情况。（2）采用方法不同，水文计算主要采用探讨统计规律性的统计 方法，水文预报采用探讨动态规律性的方法。 4水文分析与计算必须研究的问题？ 答：（1）决定各种水文特征值的数量大小。（2）确定该特征值在时间上的分配过程。（3）确定该特征值在空间上的分布方式。（4）估算人类活动对水文过程及环境的影响。 次重点：广义上讲，水文水利计算学科的基本任务就是分析研究水文规律，为充分开发利用水资源、治理水旱灾害和保护水环境工作提供科学的依据。 第二章水文循环及径流形成 1水循环种类：大循环、小循环 次重点定义：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心引力的作用下，以蒸发、降水、入渗和径流等方式进行的往复交替的运动过程，称为水循环或水分循环。 2水量平衡定义，地球上任意区域在一定时段内，进入的水量与输出的水量之差 等于该区域内的蓄水变化量，这一关系叫做水量平衡。 3若以地球陆地作为研究对象，其水量平衡方程式为 多年平均情况下的水量平衡方程式若以地球海洋作为研究 对象，其水量平衡方程式为多年平均全球水量平衡方程式 流域水量平衡的一般方程式如下：若流域为闭合流域， 则流域多年平均p=E+R 4干流、支流和流域内的湖泊、沼泽彼此连接成一个庞大的系统，称为水系。 5河流一般分为河源、上游、中游、下游及河口五段。
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、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X p(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X t,P (9) 4．3 选典型放大推求X P (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X P(t)推求Q P(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，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） 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）
桥涵水文 一、名词解释 1.输沙率:单位时间内通过过水断面的泥沙的重量.P220 2.重现期:等量或超量值随机变量在多年观测中平均多少年或多少次可能出现的时距.P228 3.桥孔净长。桥长扣除全部桥墩厚度后的长度.P278 4.相关系数:令r的平方=a与a的乘积P253. 5.河川径流:地面径流和地下径流汇入河槽并沿河槽流动的水流.P210 6.径流系数:径流深度与降水量之比或净与量与毛雨量之比.P213 7.含沙量:单位体积浑水中所含泥沙的重量.P220 8闭合流域:当地面分水线与地下分水线相重合,流域内的地面径流及地下径流都将通过集流断面.P209 9.水拱现象:河中涨水或在峡谷山口下游河段急泻而下的洪水,可出现两岸低,中间高 的凸形水面.P287 10.一般冲刷深度:一般冲刷停止时的桥下 最大铅垂水深.P297 11.降水强度:单位时间内的降水量.P211 12.非闭合流域:P209 13.累计频率:等量或超量值随机变量频率 的累计值.P228 14.设计洪水:按规定频率规范的洪水.P259 15.桥下河槽最低冲刷线:桥梁墩台处桥下 河床自然演变等因素冲刷深度,一般冲刷深度及局部冲刷深度三者全部完成后的最大水深线.P306 16.流域:河流断面以上的集水区域,称为该断面以上河段的流域或汇水区.P208 17.副流:水流中由于纵横比降及边界条件 的影响,其内部形成一种规模较大的旋转水流.P222 18PMP: 19.水力粗度:泥沙颗粒在静止清水中的均 匀下沉速度.P219 二、选择题 1．下面哪个不是水文现象的特点(B )P204 A．随机性B．确定性C．周期性D．地区性 2．水文现象的发生、发展，都具有偶然性，其变化(C)P204-205A．杂乱无章B．具有完全的确 定性规律C．具有统计规律D．没有 任何规律 3．流域面积是指河流某断面以上 （D)P208A．地面分水线和地下分水线包 围的面积之和 B．地下分水线包围的水平投影面积 C．地面分水线所包围的面积D．地面分 水线所包围的水平投影面积 4．某河段上、下断面的河底高程分别为 725m和425m，河段长120km，则该河段 的河道纵比降为(D)P207 A．0.25B．2.5C．2.5%D．2.5‰ 5．河网汇流速度与坡面汇流速度相比，一 般(D) A．前者较大B．前者较小 C．二者相等D．无法肯定 6．水量平衡方程式P－R－E＝△S（其中 P、R、E、△S分别为某一时段的流域降水 量、径流量、蒸发量和蓄水变量），适用 于(D) A．非闭合流域任意时段情况 B．非闭合流域多年平均情况 C．闭合流域任意时段情况 D．闭合流域多年平均情况 7．水位观测的精度一般准确到(D) A．1m B．0.1m C．0.01m D．0.001m 8．用来表示输沙特征的常用指标是(A) A．输沙率、含沙量B．流量、输沙率 C．含沙量、流量D．输沙率、输沙量 9．频率为5%的洪水，其重现期为(C)P230 A．5年一遇B．95年一遇C．20 年一遇D．200年一遇 10．甲乙两河，通过实测年径流量资料的 分析计算，获得各自的年径流均值和离均 系数C V甲，C V乙如下： C v乙＝0.25，二者比较 可知(D) A．甲河水资源丰富，径流量年际变化大 B．甲河水资源丰富，径流量年际变化小 C．乙河水资源丰富，径流量年际变化大 D．乙河水资源丰富，径流量年际变化小 11．流域中大量毁林开荒后，流域的洪水 流量一般比毁林开荒前(A) A．增大B．减少 C．不变D．减少或不变 12．相关分析在水文分析计算中主要用于 (B)P251 A．计算相关系数B．插补、延长水文系 列C．推求频率曲线D．推求设计值 13．偏态系数Cs﹥0，说明随机变量x(B) P237-238 A．出现大于均值x的机会比出现小于均值 x的机会多B．出现大于均值x的机会比出 现小于均值x的机会少 C．出现大于均值x的机会和出现小于均值 x的机会相等D．出现小于均值x的机会为 14．在水文频率计算中，我国一般选配皮 尔逊III型曲线，这是因为(B)P236 A．已从理论上证明它符合水文统计规律 B．已制成该线型的Φ值表供查用，使用方 便 C．已制成该线型的kp值表供查用，使用 方便D．经验表明该线型能与我国大多数地 区水文变量的频率分布配合良好 15．用配线法进行频率计算时，判断配线 是否良好所遵循的原则是(C) A．抽样误差最小的原则B．统计参数误差 最小的原则 C．理论频率曲线与经验频率点据配合最好 的原则D．设计值偏于安全的原则 16．频率计算适线时，减小Cv值，频率曲 线将(B) A．顺时针转动B．逆时针转动 C．平行上移D．平行下移 17．地区经验公式法计算设计洪水，一般 (A) A．仅推求设计洪峰流量B．仅推求 设计洪量C．推求设计洪峰和设计洪量 D．仅推求设计洪水过程线 18．洪水频率计算中，特大洪水处理的内 容主要是(A) A．插补展延洪水资料 B．代表性分析 C．经 验频率和重现期计算 D．选择设计规范 19．由于假定局部冲刷是在一般冲刷完成 后进行的，因此通常取桥墩上游不远处， 一般冲刷终止后的未受绕流影响的墩前天 然流速称为(A) A．冲止流速 B．起动流速 C．行近流速 D．均衡流速 20．设计洪水是指(A)P259 A．符合设计规范要求的洪水B．设计断 面的最大洪水C．任一频率的洪水 D．历史最大洪水 21．水文现象是一种自然现象，它具有(B) A．不可能性B．偶然性C．必然性 D．既具有必然性，也具有偶然性
１引言 目前江苏省内农区汇流计算方法主要有实测资料法和暴雨洪水图集法（以下简称图集法），图集法推荐了３种汇流计算方法，即推理公式法、瞬时单位线法和总入流槽蓄法；城市汇流计算方法主要有水文学方法（等流时线法、时段单位线法和瞬时单位线法）、水力学方法和推理公式法。农区和城区现有两种相同的汇流计算方法，即瞬时单位线法和推理公式法。由于推理公式法仅能计算出设计标准下的洪峰流量，无法得到相应的设计洪水过程线，无法将农区与城区的洪水过程同时序叠加，因此只能采用瞬时单位线法分别推求农区及城区的设计洪水过程线并同时序叠加，得到流域的设计洪水过程线。 ２淮泗河流域水文计算方法 2.1淮泗河流域概况２．１．１工程概况 淮泗河已列入《江苏省中小河流专项规划（２０１３—式计算其他因素下的最小时间ｔ。设Ｖ＝０．２ｃｍ３，Ｋ＝５．０×１０－１０～５．０×１０－１４ｃｍ／ｓ，４０ｃｍ２≤Ａ≤４００ｃｍ２，ΔＰ≤５００ｋＰａ，其中要求Ａ和ΔＰ最小情况下得１ｈ≤ｔ＜１２ｈ的最优化配置。土工膜渗透系数试验条件优化配置结果见表３。从表３中可知，在上述测试条件下的优化配置中，Ｋ＞５．０×１０－１０ｃｍ／ｓ时，对测试条件可不做要求，对于Ｋ＞５．０×１０－１４ｃｍ／ｓ时，试样过水面积和试验水压力应选最大值；对于Ｋ＜５．０×１０－１３ｃｍ／ｓ时，可根据已有仪器对照表３选择。 ４结论 防渗土工膜的渗透系数很小，测试往往需要很长时间，过长的试验时间又会带来渗透水量测试值的偏差，进而影响试验结果的准确，另外长时间水压力下试验还会对仪器造成损坏。因此，如何控制渗透系数试验时间，便于操作和提高试验结果的准确性有着重要的意义。为缩短测试时间，一方面可通过增大试样过水面积来缩短，但试样最大过水面积又受试验仪器限制不可能很大，另一方面可通过增大试验水压力来缩短，但试验最大水压力不能大于土工膜耐静水压。本文通过土工膜渗透系数测定中对时间最优化配置，得到：测试土工膜渗透系数Ｋ＝５．０×１０－１０～５．０×１０－１２ｃｍ／ｓ时，现行规程要求的试样过水面积和水压力条件均满足对测试时间要求；土工膜渗透系数Ｋ≤５．０×１０－１３ｃｍ／ｓ时，选择试验过水面积２００ｃｍ２，水压力２００ｋＰａ较适宜；当土工膜渗透系数Ｋ≤５．０×１０－１４ｃｍ／ｓ时，试样过水面积和试验水压力应选最大值，在这种条件下试验，应注意做好仪器保护和防止体变管水量蒸发损失措施■ 表３土工膜不同渗透系数条件下最短测试时间优化配置10010040400.20.3100400.20.2402000.21004000.21005000.22002000.22003000.23002000.23003000.24001000.24002000.2 400 500 0.951.439.534.779.537.639.53 6.366.364.249.534.77 19.07 5.0E -115.0E -12 5.0E -13 5.0E -14 100400.40.195.0E -10渗透系数 （c m/s ）时间 （h ）条件渗透水量 （c m 3）面积（c m 2）水压力 （kPa ）【摘要】随着社会经济的发展， 城市化进程的加快，城市面积不断扩大，改变了流域的下垫面条件，导致流域的产汇流条件发生显著变化，进而对流域洪水产生一定的影响。由于城区与农区产汇流条件差异较大，城区洪水具有产汇流快、洪水过程线历时短、洪峰流量大等特点，对于流域范围内既有城区又有农区的河道，传统的水文分析与计算方法并不适用，目前尚无这类河道水文计算的通用方法。本文以淮泗河水文分析方法为例，探讨适用这类河道的水文分析与计算方法。【关键词】城市洪水 水文分析 瞬时单位线 胡建林 杨 飞仲兵兵 陈宗桥 （淮安市水利勘测设计研究院有限公司淮安 ２２３００５） 从淮泗河流域水文计算浅谈水文分析与计算的新思路 科技论坛
昆明市西山区 螳螂川青龙～蔡家村河段水电站工程 初步设计报告 2．水文
目录 2.水文 (1) 2.1流域概况 (1) 2.1.1自然地理及河流概况 (1) 2.1.2流域内水利工程分布情况 (3) 2.1.4水文气象概况 (7) 2.2水文基本资料 (8) 2.2.1水文气象站点 (8) 2.2.2水文资料“三性”分析 (8) 2.3径流 (12) 2.3.1滇池入湖水量计算 (12) 2.3.2滇池出湖水量计算 (12) 2.3.3滇池～蔡家村站区间水量计算 (15) 2.3.4蔡家村站规划水平年径流量计算 (16) 2.3.5年径流合理性分析 (18) 2.3.6电站设计年径流量 (19) 2.3.7设计代表年径流分配 (20) 2.4洪水 (21) 2.4.1洪水标准 (21) 2.4.2洪水特性分析 (21) 2.4.3蔡家村水文站设计洪水计算 (22) 2.4.4设计洪水合理性检查 (23) 2.4.5电站坝址设计洪水 (25) 2.5枯季施工洪水 (25) 2.6泥沙 (26)
2.水文 2.1流域概况 2.1.1自然地理及河流概况 普渡河属金沙江下段右岸一级支流，位于东经102°09′～103°05′、北纬24°28′～26°18′范围内，流域地势南低北高、东高西低，南部为滇池盆地，北部为禄劝深山河谷，南北最长205 km，东西最宽90 km，平均海拔高程2250 m，涵盖了昆明市嵩明县、官渡区、盘龙区、五华区、西山区、呈贡县、晋宁县、安宁市、富民县、禄劝县、寻甸县、东川市共12个县（市）区和楚雄州禄丰县、武定县一部份。流域东面受禄劝县拱王山（向南延伸至嵩明县草白龙山及呈贡县梁王山）控制，与东川市小江水系、寻甸县牛栏江水系及宜良县南盘江水系相分隔，流域西面受武定县及禄劝县境内三台山（向南延伸至禄丰县及安宁市）控制，与武定县猛果河水系相分隔，流域南面则背靠晋宁县白龙山，与玉溪市元江流域为枕，流域北面为金沙江河谷，为普渡河金沙江汇入口。 根据云南省水利厅2002年7月出版的《云南省河流状况》调查报告，普渡河发源于嵩明县大哨乡梁王山喳啦箐，源地高程2705 m，河口处高程762 m，全河总落差1943 m，全长363.6 km，平均比降5.3‰，控制径流面积11657 km2。 习惯上将普渡河流域分为三段，滇池出口海口以上为普渡河上游区，称为滇池流域，控制径流面积2920 km2，河长（含滇池）120 km，其中：滇池水面30.2 km，滇池入湖干流盘龙江嵩明境内河长46.6 km，官渡区境内河长37.7 km，盘龙区境内河长5.5 km。
水文分析与计算 第二章洪峰和时段洪量频率分析 水文过程的随机特性描述 洪水资料的分析和处理 历史洪水的调查和考证 设计成果的合理性分析 抽样误差和安全修正值 第三章防洪安全设计和设计洪水 防洪水文设计概念 设计频率（标准）与设计洪水概念 设计洪水过程线 设计洪水的地区组成 入库设计洪水和分期设计洪水 第四章设计暴雨分析计算 暴雨特性分析 点暴雨频率计算 面暴雨量频率计算 设计暴雨时空分布计算 由设计暴雨推求设计洪水 第五章小流域设计洪水计算 小流域设计洪水计算特点、方法 小流域设计暴雨 推理公式推求设计洪水 水科院推理公式 设计洪水过程线 地区经验法推求设计洪水 第六章可能最大暴雨/洪水（PMP/PMF）计算 概述 可降水量计算 PMP推求 短历时PMP PMP等值线图应用 第七章设计年径流及其分配 概述 年径流的影响因素分析 设计年径流计算的一般方法 缺乏资料时设计年径流计算 设计枯水径流计算 负偏（Cs<0）分布的频率计算
第二章洪峰和时段洪量频率分析 1.洪水资料的分析处理：洪水资料的选样→洪水资料的审查→洪水资料的插补延长→洪水资料代表性分析方法。 （一）洪水资料的选样： （1）年最大值法：每年选取一个最大值，n年资料可选出 n项年极值，包括洪峰流量和各种时段的洪量。 （2）年多次法：每年选取最大的k项，则由n年资料可选出n*k项样本系列，k对各年取固定不变，如k=3、5等。 （3）超定量法：选定洪峰流量和时段洪量的阀值Q mo、W to，超过该阀值的洪水特征均选作为样本，每年选出的样本数目是变动的。 （4）超大值法：将n年资料看作一连续过程，从中选出最大的n项。（相当于以第n项洪水为阀值的超定量法） 对一般水利工程：采用年最大取样；对城市雨洪排水和工矿排洪工程：年多次法。 （二）洪水资料的审查（“三性审查”） （1）可靠性分析：主要审查由于人为或天然原因的造成的资料错误或时空不合理现象。审查的具体内容一般包括： 1）水位资料的审查：了解水位基准面的情况，水尺零点高程有无变化，检查施测断面有无变动。 2）检查流量测验情况：检查测验方法、仪器等情况。如断面布设是否合理、浮标测流系数是否合理、水位流量关系有无问题，特别是水位流量关系曲线的延长部分是否合理。 3）检查上下游河岸整治、溃堤、分洪、改道、堵口等情况及人类活动的情况。 （2）一致性分析：样本是否来自同一总体。 不一致原因： 1）上游修建水库蓄水，改变原天然洪水、径流过程； 2）大洪水情况下分洪或发生决口、溃堤； 3）气候变化、下垫面覆被/土地利用变化。 分析方法：水量平衡原理修正、相关关系修正、水文模型修正。 （3）代表性分析：代表性是指样本与总体接近的程度。 其他条件相同时，样本容量越小，抽样误差愈大；提高样本代表性的主要途径是增加样本长度；方法：历史洪水调查、插补延长、古洪水探测。 （三）洪水资料的插补延长 （1）根据上下游测站的洪水特征值进行插补延长 （2）利用本站峰量关系进行插补延长 （3）利用降雨径流关系进行插补延长 （4）根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长 注意事项： 1）参证站和设计站在成因上有密切的联系，参证站具有充分长的资料，两站有一段相当长的平行观测资料 2）插补系列的项数一般不宜超过实测项数n，最好不超过n/2 3）外延不宜太远：对洪水，一般不超过实测资料的30％ 4）相关密切, ρ＞0 2.洪水调查的意义： （1）增加样本容量，提高代表性。；
《水文分析与计算》课程设计指导书 ———设计年径流及设计洪水的计算 一、课程设计的目的 1．掌握PIII型频率曲线的制作方法 2. 掌握设计年径流及其年内分配的计算方法 3．掌握考虑历史特大洪水的设计洪水及其过程的计算方法 二、课程设计任务 1．根据所给资料推求设计年径流与设计年内分配过程 表1是某站1958～1976年各月径流量资料，根据所给资料推求P=10%的设计丰水年、P=50%的设计平水年、P=90%的设计枯水年的设计年径流量；并计算P=90%的设计枯水年径流年内分配过程。 要求：理论频率曲线采用PIII型分布，由矩法作参数无偏估计，并以估计值为初值，用目估适线法选配理想的理论频率曲线，注意比较验证均值X a、变差系数C V、偏态系数C S对频率曲线的影响效果。检查所选最终的理论频率曲线的合理性，并计算所求设计频率的相应设计年径流，年径流分配过程采用典型年同倍比放大法。 3
三、课程设计成果要求 要求提交设计成果：一份电子文档，一份打印文档。设计中的计算可采用采用excel 或编程计算，编程语言可采用FORTRAN 语言、C 语言、Basic 语言或同等功能的语言编程。要求程序正确、可靠、可运行，符合结构化程序设计思想，具有易读性、可修改性、可验证性、通用性，关键变量应作注释说明。计算结果要表格化，便于检查、保存和打印。设计设计报告，其重点是对计算成果的说明和合理性分析及其有关问题的讨论。要求文字流畅，简明扼要；图表整齐清楚，名称、编号齐全；封面统一，最后装订成册。 四、课程设计的考核 平日考勤、设计报告，加上抽查提问及上机操作，对成绩进行综合评定。 五、课程设计时间与地点 时间： 2013年5月9日星期四 地点： 学院 六、实验原理 1.经验频率计算 经验频率：P=m/(n+1)*100%，模比系数：Q Q Ki i = 2．线型选择 频率曲线一般应采用皮尔逊Ⅲ型。 3.频率曲线参数估计 平均值：n 1 ∑== n i i Q Q 变差系数：() 1 n 11 2 --= ∑=n i i v K C 4.偏态系数：Cs=2-3Cv 七、实验步骤 1、将测站所得数据年份及年平均流量数据复制与Excel 表格中，并列出序号，同时计算出年平均流量的均值。 2、另起一列，将年平均流量数据按从大到小排列。按数学期望公式计算出相应经验频率P=m/(n+1)*100%。在画图软件上绘制经验点距。再计算出各相应的模比系数Ki （Q Q Ki i =）和（Ki-1）2。 3、选定水文频率分布线型（选用皮尔逊Ⅲ型）。 表2 某站年径流量频率计算表
1．平原河流按平面形态及演变过程可分为哪些类型？ 顺直微弯型－中水河槽顺直，边滩交错分布； 弯曲型－中水河槽弯曲，凹岸冲刷，凸岸淤积； 分汊型－中水河槽分汊，汊道交替消长； 散乱型－中水河槽宽浅，沙滩密布，河床变化急剧，主流摆动频繁。 2．河川水文现象的分析研究方法有哪些基本类型？ 成因分析法－通过水文现象的物理成因以及同其它自然现象有关的因素之间的关系，分析水文现象的规律； 地区归纳法－结合地区特点，利用实测水文资料进行综合归纳； 数理统计法（水文统计法）对实测水文资料进行数理统计分析，寻求其统计规律。 3．什么是河床演变？影响河床演变的主要自然因素有哪些？ 在天然状况或人类活动干扰下，河床形态的不断变化，称为河床演变。它是水流与河床长期相互作用的结果，并通过泥沙运动来实现。 影响河床演变的主要自然因素有三方面：（1）上游来水条件，即流量的大小和变化；（2）上游来沙条件，即上游来沙量及其粒径组成；（3）河床地质、土质条件、河床比降为河床演变提供了边界条件 4．桥面标高的确定应考虑哪些因素？ 桥面标高的确定应考虑:泄流、通航的要求及桥前雍水、波浪高度、水拱、河湾凹岸水面超高及河床淤积等因素的影响。 1)不通航河流：按设计水位计算桥面最低高程H MIN=H S+∑△h+△h j+△h0 2)通航河流：设计最高通航水位，通航净空高度，桥面设计高程不低于上述条 件 必须满足桥下通过设计洪水、流冰、流木和通航要求，并应考虑壅水、波浪、河湾凹岸水面超高各种因素引起桥下水位升高及河床淤积的影响. 5．影响河川径流的主要因素有哪些？ 气候因素－降水、蒸发，下垫面因素－流域的自然地理因素，人类活动等 6．如何选择河流的形态断面？ 形态断面应选在近似于均匀流的河段上，一般要求河道顺直、水流通畅、河床 稳定、河滩较小、河滩与河槽的洪水流向一致，无河湾、河汊、沙洲等情况。7、水文经验累积曲线绘制步骤 1、将实测水文样本系列按大小递减顺序重新排列 2、统计各实测值XI的频数及累积频率数= 3、按数学期望公式计算各实测值的累积频率 4、经验频率聚集点绘于平面坐标系中，通过这些点群的分布中心绘制一条光滑曲线，即得实测水文样本系列的经验累积频率曲线。 5、若实测系列样本容量N>100,也可根据工程设计要求选取设计频率P作横坐标值，在上述经验累积频率曲线上查得对应纵坐标，得设计值.
河海大学水文分析与计算课程设计报告 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
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X p(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X t,P (9) 4．3 选典型放大推求X P (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X P(t)推求Q P(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Q 0.01%(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44.5km 2，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 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X p (t)计算 4.1.1区域降雨资料检验 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=216m 3 /s ，N=80（转化成X 1日，移置峡江站） 峡江 53～80 （28年） 吉安 36～80 （45年） 桑庄 57～80 （24年） X 1日 寨头 57～80 （24年） 沙港 特大暴雨 X 1日 （移置到寨头站）
海原县陶家沟水库水文分析计算报告 二○一二年七月
项目名称：海原县陶家沟水库水文分析计算报告委托单位： 承担单位： 批准： 审定： 审核： 项目负责： 报告编写：
目录 1任务由来 (1) 2流域概况 (1) 2.1自然概况 (1) 2.2气象要素 (2) 3水文站点及水文资料 (2) 4水文要素 (3) 4.1降水 (3) 4.2水面蒸发 (3) 4.3径流 (4) 4.4悬移质输沙量 (4) 5暴雨洪水特性 (4) 5.1暴雨特性 (4) 5.2洪水特性 (5) 6.设计洪水 (5) 6.1设计暴雨 (5) 6.2设计洪水 (6)
海原县陶家沟水库水文分析计算报告 1任务由来 为了充分发挥水利工程设施在国民经济持续发展中的基础作用，减少洪水灾害损失，改善当地生态环境，提高当地群众的生产生活条件，保证库区生产安全，海原县水务局拟对陶家沟病险水库除险加固，委托宁夏水文水资源勘测局编制《海原县陶家沟水库水文分析计算报告》，我局接到任务后，经现场勘测和收集相关水文资料，编制《海原县陶家沟水库水文分析计算报告》，为该工程提供设计依据。 2流域概况 2.1 自然概况 陶家沟水库地处海原县树台乡王坡村，水库大坝选址在园河支流韩庄河流域陶家沟出口，地理位置为东经105°30′26.8″，北纬36°29′10.6″(位置图见附图1)，坝址以上控制流域面积15.8km2（经量算），河长9.0km，为小（二）型洪水库。水库始建于1975年，总库容15万m3，现状最大坝高16米。水库主要功能是拦沙防洪，保证下游群众的生命生产安全，经过多年运行，水库淤积严重，输水建筑物老化失修，现有效库容不能满足防洪要求。 陶家沟发源于南华山西麓，流域属中温带干旱黄土丘陵区，多山岑沟壑，沟道发育良好，自然发育，土壤为黑垆土，植被覆盖率低，植被较差，水土流失比较严重。
水文分析与计算 1 旧石马河基本概况 旧石马河位于石马河西侧，原为石马河河道，1966年东深供水工程建设时兴建了部分新河道，现该河道主要排除区内西侧大部分地区的雨水，为天然土渠。全流域面积17.8km2，干流河长6.3km，河道加权平均坡降1‰，旧石马河排站以上面积16.8km2，干流河长5.6km，河道加权平均坡降1.4‰。建塘水闸至环城路段长约3.8km，河底宽约30～90m。主要支流有东岸涌、湖头水、新湖水、面前湖水等。旧石马河部分跨河建筑物过水断面狭窄，还有很多地段房屋建在渠道上，严重缩窄了渠道断面，影响泄洪。 2 水文资料情况 桥头镇没有水文观测站及气象观测站，仅在镇水利所设有雨量观测设施。本次收集了镇水利所1993～2007年共15年的日降雨观测资料和东莞市气象局1957～2005年降雨观测资料及历年最大1日降雨量。因镇水利所观测资料序列较短，且没有经过整编，本次仅采用收集到的东莞市气象局观测的1957～2005年资料分析桥头镇的降雨特征。 3 暴雨及洪水特性 暴雨类型主要有锋面雨和台风雨，锋面雨一般发生在4～6月，降雨范围和强度大、历时长；台风雨一般出现在7～9月，降雨范围小、历时短，强度大。一次降雨持续时间多在三日以内，以一日为主。
从降雨量及降雨过程特征分析可知，造成局部地区洪涝灾害的降雨主要为短历时暴雨，其特点是暴雨历时短而强度大。 本地区洪水由暴雨形成，洪水出现时间与暴雨出现时间相一致，也大多发生于4～9月。 4 设计暴雨计算 （1）实测暴雨成果 根据东莞市气象局资料，以及东莞其他站点最大1日与最大24h 暴雨，分析得最大24h暴雨与最大1日暴雨换算系数为1.1，求得东莞市1957～2005年历年最大24h暴雨系列，采用PIII型曲线进行适线分析，得到设计暴雨参数和设计结果（表1）。 表1 东莞市最大24h暴雨频率分析成果 （2）等值线成果 设计洪水分析计算需要有不同历时暴雨，但短历时暴雨的实测资料一般完整性较差，也难于收集，因此，采用《广东省暴雨参数等值线图》（2003年版）（以下简称《等值线图》查算不同历时的暴雨参数。 根据桥头镇中心位置，查《广东省暴雨径流查算图表》（以下简称《图表》）和《等值线图》，求得不同时段暴雨均值和变差系数，结果见表2。