水文分析计算课程设计

《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Xa、变差系数CV、偏态系数CS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。

表1 某站年、月径流量表（ m3/s ） 月 平 均 流 量 Q月 （m3/s） 年份 58～59 59～60 60～61 61～62 62～63 63～64 64～65 65～66 66～67 67～68 68～69 69～70 70～71 71～72 72～73 73～74 74～75 75～76

3 16.5 7.25 8.21 14.7 12.9 3.20 9.91 3.90 9.52 13.0 9.45 12.2 16.3 5.08 3.28 15.4 3.26 22.4 4 22.0 8.69 19.5 17.7 15.7 4.98 12.5 26.6 29.0 17.9 15.6 11.5 24.8 6.10 11.7 38.5 5.48 37.1 5 43.0 16.3 26.4 19.8 41.6 7.15 12.9 15.2 13.5 33.2 15.5 33.9 41.0 24.3 37.1 41.6 11.8 58.0 6 17.0 26.1 24.6 30.4 50.7 16.2 34.6 13.6 25.4 43.0 37.8 25.0 30.7 22.8 16.4 57.4 17.1 23.9 7 4.63 7.15 7.35 5.20 19.4 5.55 6.90 6.12 25.4 10.5 42.7 12.7 24.2 3.40 10.2 31.7 14.4 10.6 8 2.46 7.50 9.62 4.87 10.4 2.28 5.55 13.4 3.58 3.58 6.55 7.30 8.30 3.45 19.2 5.86 14.3 12.4 9 4.02 6.81 3.20 9.10 7.48 2.13 2.00 4.27 2.67 1.67 3.52 3.65 6.50 4.92 5.75 6.56 3.84 6.26 10 4.84 1.86 2.07 3.46 2.97 1.27 3.27 10.5 2.23 1.57 2.54 4.96 8.75 2.79 4.41 4.55 3.69 8.51 11 1.98 2.67 1.98 3.42 5.30 2.18 1.62 8.21 1.93 1.82 1.84 3.18 4.52 1.76 4.53 2.59 4.67 7.30 12 2.47 2.73 1.90 2.92 2.67 1.54 1.17 9.03 2.76 1.42 2.68 2.35 7.96 1.30 5.59 1.63 5.16 7.54 1 1.87 4.20 2.35 2.48 1.79 6.45 0.99 8.35 1.41 1.21 4.25 3.88 4.10 2.23 8.47 1.76 6.26 3.12 2 21.6 2.03 13.2 1.62 1.80 3.87 3.06 8.48 5.30 2.36 9.00 3.57 3.80 8.76 8.89 5.21 11.1 5.56 年平均流量Q年（m3/s） 11.9 7.78 10.0 9.64 14.4 4.73 7.87 10.4 10.2 10.9 12.6 10.3 15.2 7.24 11.3 17.7 8.41 16.9

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：KiQiQ 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：QQi1nin

n变差系数：CvK1ii12n1

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（KiQiQ）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

年份 58～59 59～60 60～61 61～62 62～63 63～64 64～65 65～66 66～67 67～68 68～69 69～70 70～71 71～72 72～73 73～74 74～75 75～76 Q(m^3/s) 11.9 7.78 10 9.64 14.4 4.73 7.87 10.4 10.2 10.9 12.6 10.3 15.2 7.24 11.3 17.7 8.41 16.9 由大到小排序 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 P(%) 5.26 10.53 15.79 21.05 26.32 31.58 36.84 42.11 47.37 52.63 57.89 63.16 68.42 73.68 78.95 84.21 89.47 94.74 Ki 1.61 1.54 1.39 1.31 1.15 1.08 1.03 0.99 0.95 0.94 0.93 0.91 0.88 0.77 0.72 0.71 0.66 0.43 (Ki-1)^2 0.38 0.29 0.15 0.10 0.02 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.05 0.08 0.08 0.12 0.32 17.7 16.9 15.2 14.4 12.6 11.9 11.3 10.9 10.4 10.3 10.2 10 9.64 8.41 7.87 7.78 7.24 4.73 4、利用平均值和变差系数公式分别计算它们的值，然后假定一组参数x，Cv和Cs。为了使假定的值大致接近实际，用矩法求出x和Cv的值，作为第一次的x和Cv的假定值。因为用矩法估计时Cs的抽样误差太大，一般不计算Cs，而是根据经验假定Cs为Cv的2~3倍。

表3 某站理论年径流量频率计算表

P(%) 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 3 5

第一次配线 Q 10.97 Cv 0.3 Cs 0.6 Fi Qp 5.047 27.58 4.727 26.53 4.293 25.10 3.956 23.99 3.609 22.85 3.132 21.28 2.755 20.04 2.359 18.73 2.117 17.94 1.797 16.88 第二次配线 Q 10.97 Cv 0.275 Cs 0.55 Fi Qp 4.934 25.85 4.626 24.93 4.209 23.67 3.883 22.68 3.548 21.67 3.087 20.28 2.721 19.18 2.335 18.01 2.099 17.30 1.786 16.36 第三次配线 Q 10.97 Cv 0.325 Cs 0.65 Fi Qp 5.16 29.37 4.828 28.18 4.377 26.58 4.028 25.33 3.669 24.05 3.178 22.30 2.79 20.92 2.383 19.47 2.135 18.58 1.808 17.42

10 20 25 30 40 50 60 70 75 80 90 95 97 99 99.5 99.9 1.329 0.799 0.609 0.444 0.156 -0.099 -0.342 -0.588 -0.718 -0.857 -1.2 -1.458 -1.613 -1.88 -2.016 -2.268 15.34 13.60 12.97 12.43 11.48 10.64 9.84 9.03 8.61 8.15 7.02 6.17 5.66 4.78 4.34 3.51 1.326 0.804 0.616 0.451 0.164 -0.091 -0.335 -0.583 -0.715 -0.857 -1.208 -1.474 -1.636 -1.917 -2.062 -2.333 14.97 13.40 12.83 12.33 11.46 10.70 9.96 9.21 8.81 8.38 7.33 6.52 6.03 5.19 4.75 3.93 1.331 0.795 0.603 0.436 0.148 -0.108 -0.349 -0.592 -0.72 -0.857 -1.192 -1.441 -1.589 -1.843 -1.971 -2.204 15.72 13.80 13.12 12.52 11.50 10.58 9.73 8.86 8.40 7.91 6.72 5.83 5.30 4.40 3.94 3.11 5、假设Cv为0.3，Cs=2Cv=0.6。根据假定的x，Cv和Cs, 查离均系数表，得到Fi值。以Fi值为纵坐标，P为横坐标，即可得到理论频率曲线。用画图软件将此线绘制在绘有经验点距的图上（理论曲线一）。发现配合不是特别理想需要作出进一步调整。

图1 某站年径流量频率曲线图

6、从图中可以看出理论曲线一和经验点距拟合得不是特别好，需要稍微做一些调整，因此进行第二次配线，将Cv值调整为0.275，Cs=2Cv=0.55，再进行配线得到理论曲线二。

7、由图中可见，第二次配得曲线偏转角度稍大，需作第三次配线。此时，稍微增大Cv的值到0.325，Cs=2Cv=0.65，再次进行配线，得到理论曲线三。

8、从图三配线与今年点距配合较好，取理论曲线三作为采用的理论频率曲线，相应于该曲线的参数便看作是总体参数的估值。

八、成果分析

由第一次配线结果表明，发现理论频率曲线一的中段与经验频率点据配合得较好，但是头部偏于经验频率点据的下方，故进行第二次配线，将Cv值调整为0.275，但发现头部偏于经验频率点据的下方更严重了，而尾部又偏于经验频率点据的上方。于是增大了Cv值，经过第三次配线，发现与经验点据配合得较为合适，即

作为采用的理论频率曲线。

由图1中的理论频率曲线三可知，P=10%的设计丰水年的设计年径流量为15.89m^3/s，P=50%的设计平水年的设计年径流量为10.43m^3/s，P=90%的设计枯水年的设计年径流量为6.78m^3/s，考虑到分配不利，即枯水期水量较枯，选取1964～1965年作为枯水代表年。

九、感想

通过完成这次实验，首先我能够更加熟练地使用excel和word软件，今后能够将这些知识应用在实际的生活和生产中。其次，就这个实验而言，说它难也不难，说它简单也不是很简单，其中有许许多多的细节需要我们去注意，也间接地锻炼了我的毅力和恒心吧。