水力學與橋涵水文課程設計

1、1、為測定某閥門的局部阻力系數(shù)，在閥門上下游裝設三個測壓管，已知水管直徑50 mm，1 m，2 m，實測數(shù)據(jù)150 cm，125 m，40 cm，=3 m/s，試計算閥門的值。解：由已知條件可得： 所以閥門的的值為0.0762.2、水面線定性分析解：分析方法：根據(jù)給定的已知條件，判別去到底破的類型。根據(jù)坡度類型繪出線和線（注意其相對位置），并將流動空間分成不同的區(qū)域。如果已知某一控制水深，即可在相應的流區(qū)內定出其水面曲線的類型。分析水面曲線兩端的界限情況，便可確定水面曲線形狀。分析結果如下列圖所示：圖2-1圖2-1中，段、段和段均為順坡渠道。水流從段過渡到段時，由急流向臨界流過渡，會在段區(qū)以型

2、曲線過渡到正常水深；水流從段過渡到段時，由臨界流向緩流過渡，會在段區(qū)以型曲線過渡到正常水深。圖2-2 圖2-2中，段和段均為順坡渠道。水流從段過渡到段時，由急流向緩流過渡，會在段產生水躍。圖2-3 圖2-3中，段為逆坡渠道，段為順坡渠道。會在段區(qū)通過型降水曲線過渡到緩流。圖2-3圖2-4中，段為順坡渠道。水流從段過渡到段時，由緩流流向斷口，會在段產生水跌。圖2-5 圖2-5中，段為順坡渠道，段為逆坡渠道。水流從段過渡到段時，由急流向逆坡過渡，會在段產生水躍；從段流向斷口時，會產生水跌。圖2-6圖2-6中，段、段和段均為順坡渠道且、及。水流從段過渡到段時，由急流向緩流過渡，會在段產生水躍；水流從

3、段過渡到段時，由緩流向急流過渡，會在段產生水跌，在區(qū)以型曲線過渡到正常水深。3、流量泥沙計算詳見相關excel表格解：.斷面測算：水深為水位與河底高程之差，即平均水深為兩個相鄰水深的平均值，即垂線距離為兩個相鄰起點距之差，即垂線間面積以測速垂線為分界，岸邊部分面積按三角形計算，中間部分面積按梯形計算，即岸邊, 中間其中 測深垂線所在位置的水深；為測深垂線之間的距離。 部分面積是相鄰測速垂線之間的垂線間面積之和，即.流速測算：部分面積平均流速為相鄰垂線平均流速之間的平均值，對于岸邊的部分面積平均流速由相鄰垂線平均流速適當折減；即 對于岸邊，其中死水邊，斜坡岸邊，不平整坡岸邊，光滑陡岸.本題按斜坡

4、岸邊處理，即.流量測算：部分流量為部分面積與部分面積平均流速之積，即斷面流量為部分流量之和，即斷面面積為部分面積面積之和，即平均流速為斷面流量與斷面面積之商，即水面寬為右水邊起點距與左水邊起點距之差，即平均水深為斷面面積與水面寬之商，即具體計算結果見附表1根據(jù)實測結果可繪出測區(qū)的水文斷面圖，如圖3-1所示：圖3-1 水文斷面圖4、相關分析：已知某流域1541965年的年徑流量及年降雨量，年徑流量與年降雨量在成因上具有聯(lián)系。試用解析法推求相關直線。（同時附有excel數(shù)據(jù)文件）年份年降雨量x(mm)年徑流量y(mm)19542014 1362 19551211 728 19561728 1369

5、 19571157 695 19581257 720 19591029 534 19601306 778 19611029 337 19621310 809 19631356 929 19641266 796 19651052 383 解：相關分析的方法：.判定變量間是否存在相關關系，若存在，計算其相關系數(shù)，以判斷相關的密切程度；.確定變量間的數(shù)量關系回歸方程或相關線；.根據(jù)自變量的值，預報或延長、插補倚變量的值，并對該估值進行誤差分析。由上表數(shù)據(jù)可得： 、計算的值如表4-1所示則相關系數(shù)：即： 所以相關系數(shù)較大，非常接近于1（），而且，表明兩系列（年降雨量x和年徑流量y）之間存在直線相關，相

6、關程度也較為密切。則y倚x的回歸直線方程式為： 得 即 年降雨量x和年徑流量y的線性相關圖如下圖所示：圖4-1表4-1順序號年份年降雨量x(mm)年徑流量y(mm)KxiKyiKxi2Kyi2KxiKyi12345678911954201413621.538 1.731 2.365 2.998 2.663 2195512117280.925 0.925 0.855 0.856 0.856 31956172813691.320 1.740 1.741 3.028 2.296 4195711576950.883 0.883 0.781 0.781 0.781 5195812577200.960 0

7、.915 0.921 0.838 0.879 6195910295340.786 0.679 0.617 0.461 0.533 7196013067780.997 0.989 0.995 0.978 0.986 8196110293370.786 0.428 0.617 0.184 0.337 9196213108091.000 1.028 1.001 1.058 1.029 10196313569291.035 1.181 1.072 1.395 1.223 11196412667960.967 1.012 0.935 1.024 0.978 12196510523830.803 0.48

8、7 0.645 0.237 0.391 合000 12.000 12.545 13.836 12.951 計算x=1309.583 sx=291.53 y=786.667 sy=321.41 r=0.950 4Er=0.0752 5、某站有24年實測徑流資料，試繪制其經驗頻率曲線，并用求矩適線法推求年徑流量頻率曲線的三個統(tǒng)計參數(shù)。（同時附有excel數(shù)據(jù)文件）年份年徑流深(mm)1952 538 1953 625 1954 663 1955 592 1956 557 1957 998 1958 642 1959 341 1960 964 1961 687 1962 5

9、47 1963 510 1964 769 1965 616 1966 417 1967 789 1968 733 1969 1065 1970 607 1971 587 1972 567 1973 588 1974 709 1975 884 解：繪制經驗頻率曲線：由實測徑流資料得樣本頻率：式中 頻率（即累計頻率）（%）； 系列按遞減次序排列時，隨機變量的順序號； 資料總項數(shù)（若用年最大值選樣法，則為水文資料觀測的總年數(shù)）。按上式計算得經驗頻率，如表5-1所示根據(jù)計算結果繪出經驗頻率曲線，如圖5-1所示圖5-1求矩適線法步驟：.將實測資料由大到小排列，計算各項的經驗頻率，在頻率格紙上點繪經驗點據(jù)

10、。（縱坐標為變量的取值，橫坐標為對應的經驗頻率）；.選定水文頻率分布線型。（一般選用皮爾遜型）；.先采用矩法估計出頻率曲線參數(shù)的初估值、，根據(jù)經驗取等于一定倍數(shù)的；.根據(jù)擬定的和，查表9.6，計算值。以為縱坐標，為橫坐標，即可得到頻率曲線。將此線畫在繪有經驗點據(jù)的圖上，看與經驗點據(jù)配合的情況 。若不理想，可通過調整、和點繪頻率曲線；.最后根據(jù)頻率曲線與經驗點據(jù)的配合情況，從中選出一條與經驗點據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線，相應于該曲線的參數(shù)便看作是總體參數(shù)的估值；.求指定頻率的水文變量設計值。順序號按年份順序排列按年徑流深排列經驗頻率(%)P=100m/(n+1)至p=50%處水平距離x軸Ki(

11、Ki-1)2(Ki-1)3年份年徑流深x(mm)年份年徑流深x(mm)123456789101111952538196910654.00 -1.75 1.97 1.60 0.36 0.214 2195362519579988.00 -1.41 2.31 1.50 0.25 0.123 31954663196096412.00 -1.17 2.54 1.45 0.20 0.089 41955592197588416.00 -0.99 2.72 1.33 0.11 0.035 51956557196778920.00 -0.84 2.88 1.18 0.03 0.006 6195799819647

12、6924.00 -0.71 3.01 1.15 0.02 0.004 71958642196873328.00 -0.58 3.14 1.10 0.01 0.001 81959341197470932.00 -0.47 3.25 1.06 0.00 0.000 91960964196168736.00 -0.36 3.36 1.03 0.00 0.000 101961687195466340.00 -0.25 3.47 0.99 0.00 0.000 111962547195864244.00 -0.15 3.57 0.96 0.00 0.000 121963510195362548.00 -

13、0.05 3.67 0.94 0.00 0.000 131964769196561652.00 0.05 3.77 0.92 0.01 0.000 141965616197060756.00 0.15 3.87 0.91 0.01 -0.001 151966417195559260.00 0.25 3.97 0.89 0.01 -0.001 161967789197358864.00 0.36 4.08 0.88 0.01 -0.002 171968733197158768.00 0.47 4.19 0.88 0.01 -0.002 1819691065197256772.00 0.58 4.

14、30 0.85 0.02 -0.003 191970607195655776.00 0.71 4.43 0.84 0.03 -0.004 201971587196254780.00 0.84 4.56 0.82 0.03 -0.006 211972567195253884.00 0.99 4.71 0.81 0.04 -0.007 221973588196351088.00 1.17 4.89 0.77 0.06 -0.013 231974709196641792.00 1.41 5.12 0.63 0.14 -0.052 241975884195934196.00 1.75 5.47 0.5

15、1 0.24 -0.116 合計1599524.0 1.60 0.263 計算x=666.46Cv=0.2634Cs=0.6862表5-1求矩適線法計算時，和取值如表5-2所示表5-2求矩適線法P%5102050759095至p=50%處水平距離-1.64 -1.28 -0.84 0.00 0.67 1.28 1.64 x軸2.07 2.44 2.88 3.72 4.39 5.00 5.36 x=666.5F1.771.320.81-0.08-0.71-1.22-1.49（一）Cv=0.26Kp1.46021.34321.21060.97920.81540.68280.6126Cs=0.52年

16、徑流深Yp973.22895.24806.86652.64543.46455.09408.3x=666.5F1.80 1.33 0.80 -0.10 -0.72 -1.20 -1.45 （二）Cv=0.26KP1.4681.34581.2080.9740.81280.6880.623Cs=0.6年徑流深Yp978.42896.98805.13649.17541.73458.55415.23x=666.5F1.80 1.33 0.80 -0.10 -0.72 -1.20 -1.45 （三）Cv=0.3KP1.541.3991.240.970.7840.640.565Cs=0.6年徑流深Yp102

17、6.4932.43826.46646.51522.54426.56376.57x=666.5F1.84 1.34 0.78 -0.13 -0.73 -1.17 -1.38 (四)Cv=0.3KP1.5521.4021.2340.9610.7810.6490.586Cs=0.8年徑流深Yp1034.4934.43822.46640.51520.54432.56390.57x=650F1.84 1.34 0.78 -0.13 -0.73 -1.17 -1.38 （五）Cv=0.32KP1.58881.42881.24960.95840.76640.62560.5584Cs=0.8年徑流深Yp103

18、2.7928.72812.24622.96498.16406.64362.96經驗頻率x=666.5F1.821.330.79-0.12-0.72-1.18-1.42一Cv=0.3KP1.5461.3991.2370.9640.7840.6460.574Cs=0.69年徑流深Yp1030.4932.43824.46642.51522.54430.56382.57取， 頻率曲線如圖5-2所示圖5-2取， 頻率曲線如圖5-3所示圖5-3取， 頻率曲線如圖5-4所示圖5-4取， 頻率曲線如圖5-5所示圖5-5取， 頻率曲線如圖5-6所示圖5-6總體如圖5-7所示圖5-7利用求矩適線法計算時其中最終

19、取 6、已知某壩址斷面有30年的洪峰流量實測值，如下表所示，根據(jù)歷史調查得知1890年和1912年曾發(fā)生過特大洪水，推算得洪峰流量分別為8000m3/s和6700m3/s，實測期內也發(fā)生過一次特大洪水，流量為7360m3/s，試用求矩適線法推求該壩址斷面200年一遇洪峰流量。（同時附有excel數(shù)據(jù)文件）年份流量(m3/s)18908000191267001952172019531560195434401955310195622001957186019582100195973601960860196115401962260019633200196418001965262019666201967

20、13001968140019691700197025201971182019722400197390019741100197585019761450197726001978480197924001980310019812100解：分析可知，以上資料屬于共有3個特大制的不連續(xù)系列，即；實測期為30年，即;實測期內有一個特大值（1959年），即；特大洪水出現(xiàn)年份是1890年，而實測期最后年份是1981年，則調查考證期年。特大洪峰流量的經驗頻率按計算式中 歷史特大洪峰流量或實測系列中的特大洪峰流量經驗頻率； 在調查考證期內，歷史和實測系列中特大洪峰流量按遞減次序排列的序位； 調查考證期年數(shù)。其余年按

21、計算的系列各年最大流量對應的經驗頻率，計算結果如附表2所示式中 實測洪峰流量經驗頻率（%）； 特大洪水的年（個）數(shù)； 實測洪峰流量系列中按特大洪峰流量處理的年（個）數(shù)。按計算的系列平均流量按計算的系列變差系數(shù)式中 洪峰流量均值； 歷年洪峰流量值； 觀測系列的項數(shù)，即年數(shù)； 變差系數(shù)。應用求矩適線法確定采用的統(tǒng)計參數(shù)和理論頻率曲線：試取，如圖6-1所示圖6-1試取， 如圖6-2所示圖6-2 試取， 如圖6-3所示圖6-3 試取， 如圖6-4所示圖6-4 試取， 如圖6-5所示圖6-5最終采用值為 29附表1寸灘站流量及懸移質輸沙率計算表測站編碼：60105400施測號數(shù)：76.00 輸沙率：34

22、.00 相應單沙：353-354垂線號起點距水位河底高程水深平均水深垂線間距垂線間面積部分面積垂線平均流速部分流速部分流量取樣垂線間部分流量垂線平均含沙量部分平均含沙量部分輸沙率測深 測速取樣(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m2)(m2)(m/s)(m/s)(m3/s)(m3/s)(kg/m3)(kg/m3)(kg/s)左水邊-92.2165.3 165.30 0.00 1 1 1 -73 165.3 161.95 3.35 1.68 19.2 32.16 32.16 1.06 0.74 23.86 0.31 2 -56 165.3 159.97 5.33 4.34 17.0 73.78

23、 3 2 -40 165.3 158.72 6.58 5.96 16.0 95.28 169.06 1.19 1.13 190.19 4 -20 165.3 157.29 8.01 7.30 20.0 145.90 5 3 2 0 165.3 154.88 10.42 9.22 20.0 184.30 330.20 1.65 1.42 468.88 0.34 6 27 165.3 153.88 11.42 10.92 27.0 294.84 7 4 57 165.3 153.48 11.82 11.62 30.0 348.60 643.44 2.25 1.95 1254.71 8 82 165

24、.3 153.08 12.22 12.02 25.0 300.50 9 5 3 106 165.3 152.78 12.52 12.37 24.0 296.88 597.38 2.53 2.39 1427.74 0.30 10 137 165.3 152.18 13.12 12.82 31.0 397.42 11 6 4 167 165.3 151.68 13.62 13.37 30.0 401.10 798.52 2.59 2.56 2044.21 0.34 12 192 165.3 151.88 13.42 13.52 25.0 338.00 13 7 5 217 165.3 152.88

25、 12.42 12.92 25.0 323.00 661.00 2.47 2.53 1672.33 0.35 14 246 165.3 154.18 11.12 11.77 29.0 341.33 15 8 6 277 165.3 155.88 9.42 10.27 31.0 318.37 659.70 2.30 2.39 1573.38 0.35 16 306 165.3 157.28 8.02 8.72 29.0 252.88 17 323 165.3 157.88 7.42 7.72 17.0 131.24 18 9 7 341 165.3 158.38 6.92 7.17 18.0 1

26、29.06 513.18 2.16 2.23 1144.39 0.34 19 376 165.3 158.88 6.42 6.67 35.0 233.45 20 10 8 411 165.3 159.28 6.02 6.22 35.0 217.70 451.15 2.11 2.14 963.21 0.33 21 447 165.3 159.38 5.92 5.97 36.0 214.92 22 11 9 477 165.3 159.28 6.02 5.97 30.0 179.10 394.02 1.47 1.79 705.30 0.34 23 507 165.3 160.48 4.82 5.4

27、2 30.0 162.60 24 12 536 165.3 161.08 4.22 4.52 29.0 131.08 293.68 1.11 1.29 378.85 25 567 165.3 162.88 2.42 3.32 31.0 102.92 右水邊594 165.3 165.30 0.00 1.21 27.0 32.67 135.59 0.78 105.35 續(xù)附表1斷面流量11952.4 m3/s水面寬686.2 m斷面輸沙率t/s水 位(m)開始水位結束水位平均水位斷面面積5679 m2平均水深8.26 m斷面平均含沙量kg/m3基本斷面水位165.31 165.28 165.3

28、死水面積m2最大水深m相應單位含沙量kg/m3測流斷面水位平均流速2.10 m/s相應水位m最大測點流速m/s測線數(shù)/測點數(shù)12/36說測距方法GPS鉛魚重量310kg流速儀懸吊方式懸索懸吊儀器軸中心至鉛魚底距離(m)0.50 總不確定度明測深方法回聲儀測懸索直徑7.70 mm回零誤差0.00 計算流量所用斷面施測號數(shù)2007-7已定系統(tǒng)誤差施測:趙善群計算:杜明一校:月 日二校:月 日施測號數(shù)：76.00 附表2順序號按年份順序排列 按流量大小順序排列經驗頻率p(%)至p=50%處水平距離x軸(Qj-Q)2年份流量(m3/s)年份流量(m3/s)12345678911890800018908

29、0001.08 -2.298992 1.420024 36086904.0 219126700195973602.15 -2.023606 1.695411 28807239.8 319521720191267003.23 -1.848596 1.870420 22158086.1 219531560195434406.45 -1.517929 2.201087 2094496.8 319543440196332009.68 -1.300153 2.418863 1457422.7 419553101980310012.90 -1.130978 2.588039 1225975.2 51956

30、22001965262016.13 -0.989169 2.729848 393427.0 6195718601962260019.35 -0.864894 2.854122 368737.5 7195821001977260022.58 -0.752729 2.966288 368737.5 8195973601970252025.81 -0.649324 3.069693 277979.5 919608601972240029.03 -0.552443 3.166574 165842.5 10196115401979240032.26 -0.460495 3.258522 165842.5

31、 11196226001956220035.48 -0.372289 3.346727 42947.4 12196332001958210038.71 -0.286894 3.432123 11499.9 13196418001981210041.94 -0.203544 3.515472 11499.9 14196526201957186045.16 -0.121587 3.597429 17625.8 1519666201971182048.39 -0.040441 3.678576 29846.8 16196713001964180051.61 0.040441 3.759457 371

32、57.3 17196814001952172054.84 0.121587 3.840604 74399.3 18196917001969170058.06 0.203544 3.922561 85709.8 19197025201953156061.29 0.286894 4.005910 187283.3 20197118201961154064.52 0.372289 4.091306 204993.8 21197224001976145067.74 0.460495 4.179511 294591.0 2219739001968140070.97 0.552443 4.271459 3

33、51367.2 23197411001967130074.19 0.649324 4.368340 479919.7 2419758501974110077.42 0.752729 4.471745 797024.6 2519761450197390080.65 0.864894 4.583911 1194129.6 2619772600196086083.87 0.989169 4.708185 1283150.6 271978480197585087.10 1.130978 4.849994 1305905.8 2819792400196662090.32 1.300153 5.019170 1884476.5 2919803100197848093.55 1.517929 5.236946 2288450.0 3019812100195531096.77 1.848596 5.567613