工程水文及水資源第六章電子教案

1、“工程水文及水資源”第六章電子教案山東水利職業(yè)學(xué)院授課時間 年 月 日 第 周 星期 第 節(jié)課 題§6設(shè)計洪水概述§6.1 洪水資料的選樣和審查§6.2加入特大洪水值的作用§6.3洪峰流量經(jīng)驗頻率計算學(xué) 時2教學(xué)目的1、掌握防洪標準概念、設(shè)計洪水的作用、思路2、掌握洪水資料的選樣3、理解特大洪水值的作用，加入特大值后頻率計算的特點4、能進行洪峰流量的經(jīng)驗頻率計算教學(xué)重點和難點重點：防洪標準概念、洪水資料的選樣；加入特大值后經(jīng)驗頻率計算。難點：防洪標準概念、洪水資料的選樣；加入特大值后經(jīng)驗頻率計算。課 型單一 課教學(xué)方法對比、啟發(fā)、講授教 具教學(xué)過程一、教

2、學(xué)思路1、從洪水徑流的兩重性入手講授洪水徑流與兩種類型的防洪措施，進而講授建筑物的洪水設(shè)計標準和選定。 2、從對洪水資料審查與年徑流資料審查的異同、兩者選樣的異同的對比入手講授洪水資料的審查和選樣。 3、從洪水資料的插補延長以及設(shè)計洪水標準高入手講授歷時特大洪水的調(diào)查、考證、作用和排位分析。 4、從洪水資料本身的特點出發(fā)提出頻率計算的特殊性，從連序系列與不連序系列的異同講授歷時洪水加入系列后洪水資料經(jīng)驗頻率計算的方法。二、教學(xué)內(nèi)容具體設(shè)計（一）設(shè)計洪水問題的提出1、學(xué)生回答（復(fù)習(xí)）設(shè)計年徑流解決的問題，設(shè)計年徑流與水利水電工程的關(guān)系。通過總結(jié)學(xué)生的回答引入到設(shè)計洪水的問題中來。2、設(shè)計洪水解決

3、的問題，設(shè)計洪水與水利水電工程的關(guān)系。解決一個地區(qū)或流域的防洪問題，需要作全流域的防洪規(guī)劃，包括選定各種工程或非工程措施的布設(shè)方案以及每項防洪工程的規(guī)模尺寸，為此，在規(guī)劃設(shè)計和運用管理這些措施時就會遇到一些水文問題。設(shè)計洪水計算是通過對暴雨、洪水等資料的分析，尋求它們的規(guī)律，從而對未來長時期內(nèi)的洪水情勢作出切實可靠的預(yù)估，推求出在設(shè)計地點將來可能出現(xiàn)的符合設(shè)計標準的洪水，為水利水電部門以及其他如鐵路、公路、橋涵、港口、城市等防洪措施的規(guī)劃設(shè)計提供必要的水文依據(jù)。3、防洪規(guī)劃措施的兩類課題一類是推算工程（以水庫為例，）建成后，在下游防洪區(qū)將來可能出現(xiàn)的洪水情況，用來研究分析本工程對防洪區(qū)的作用。

4、另一類防洪計算是預(yù)估工程所在地點可能出現(xiàn)的洪水情況，用來核算工程本身的安全情況，分析建筑物工作狀況和工作條件。4、防洪標準概念工程的防洪標準用工程的破壞率表示。破壞率是指工程建成后很長時期內(nèi)平教學(xué)過程均的遭受破壞的可能性，即遭受破壞的概率。5、設(shè)計標準的選定地區(qū)防洪標準的選定，是依據(jù)防護對象的重要性分級規(guī)定設(shè)計標準的。水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準，是針對工程建筑物本身防洪安全設(shè)計工作而制定的，其設(shè)計標準取決于建筑物的等級。（二）洪水資料的審查分析與年徑流資料審查分析的異同。這里重點說明洪水資料審查的概念，不強調(diào)其審查的方法。（三）洪水資料的選樣1、問題提出(2min)從現(xiàn)行的由流量資料設(shè)

5、計洪水的“三部曲”來看，洪水資料的選樣工作是其突出的一個問題。2、洪峰流量的選樣洪峰流量的選樣，根據(jù)不同的工程設(shè)計要求，采用不同的選樣方法。如年最大值法、年多次法等。3、時段洪量的選樣采用固定時段獨立選取年最大值法選樣（見課件Flash）。（四）歷時特大洪水的調(diào)查和考證1、歷史特大洪水調(diào)查的意義洪水峰量頻率計算成果的可靠程度是與所用資料的代表性密切相關(guān)的，而資料的代表性又往往受資料系列長度的制約。我國目前大多數(shù)站的流量資料一般都不長，約50年左右。根據(jù)這樣短的系列推求百年一遇以上的稀遇洪水，難免會有很大的誤差，而且成果也往往不穩(wěn)定。顯然，解決這一問題需從多方面努力，其中通過歷史洪水的調(diào)查，獲得

6、歷史上一些大洪水、特大洪水的信息，加入樣本，是非常有效的措施。2、歷時特大洪水在調(diào)查考證期中的排位分析在歷史洪水的洪峰、洪量定量以后，要對歷史洪水在某一時期內(nèi)的排位加以分析，即確定它們的排位期N和排位序號M，以計算它們的經(jīng)驗頻率。歷史洪水（包括實測在內(nèi)）排位的一般原則：在肯定確無遺漏大洪水的前提下，選一個最長系列N，由此確定大洪水的排位；如不能確定。只能選一個較短系列由此分析大洪水的排位。具體方法如下：1）如在N年調(diào)查考證期中為首的幾項歷史洪水（包括實測期在內(nèi)）確已查明，無一遺漏，它們就可在N年中統(tǒng)一排位，排位期就為N年，如因為年代久遠，可能遺漏一些歷史洪水，則不能統(tǒng)一在N年中排位，應(yīng)根據(jù)調(diào)查

7、情況分別確定幾個排位期，將它們放在不同的排位期中排位。2）如歷史洪水發(fā)生年份距今較近，用上述發(fā)確定的排位期往往偏小，此時應(yīng)盡量通過調(diào)查、考證歷史文獻以及鄰近地區(qū)、流域進行對比等方法，再向前追溯。3）如在N年調(diào)查考證期中，有一近年發(fā)生的大洪水與其他（a1）個歷史洪水在數(shù)值上不分上下，可統(tǒng)一在N年中排位，實測大洪水的排位序號可在1a的范圍內(nèi)取平均值。（五）歷史特大洪水加入系列后峰量的經(jīng)驗頻率計算1、連序系列和不連序系列的概念注意與時間連續(xù)概念的不同。2、分別處理法教學(xué)過程重點是其指導(dǎo)思想和具體應(yīng)用。3、統(tǒng)一處理法對n項實測一般洪水中第m項的經(jīng)驗頻率的計算為：式中m=1，2，n。 若實測系列中有項作

8、為特大值處理，則為：式中m=+1，+2，n。對于a項特大洪水，仍采用期望公式 上述這些式子僅說明概念，重點是應(yīng)用。（六）經(jīng)驗頻率計算舉例1、已知條件分析；2、要求解的問題；3、解算辦法。重點是學(xué)生回答。（七）小結(jié)在由流量資料設(shè)計洪水時，洪峰和時段洪量有多個，如何組成洪水資料成了首要問題。歷時特大洪水資料的運用則帶來了對其排位的分析和經(jīng)驗頻率計算的新問題。并順勢加以總括。（八）布置作業(yè)布置作業(yè)6-1特大洪水排位及經(jīng)驗頻率的計算補充教學(xué)內(nèi)容教學(xué)總結(jié)授課時間 年 月 日 第 周 星期 第 節(jié)課 題§6設(shè)計洪水概述§6.4統(tǒng)計參數(shù)的計算§6.5 洪水頻率計算的運用

9、7;6.6成果合理性分析§6.7安全保證值問題§6.8典型洪水選擇、同倍比法學(xué) 時2教學(xué)目的1、理解統(tǒng)計參數(shù)計算的目的、方法2、熟練掌握洪水頻率計算的過程并能熟練運用3、熟悉成果合理性分析的目的和一般方法4、了解安全保證值問題5、掌握設(shè)計洪水過程線的同倍比法教學(xué)重點和難點重點：洪水頻率計算的過程和運用、設(shè)計洪水過程線的同倍比法難點：矩法統(tǒng)計參數(shù)計算公式的理解、成果合理性分析方法課 型單一 課教學(xué)方法對比、啟發(fā)、講授教 具教學(xué)過程一、教學(xué)思路1、從對連序系列矩法計算公式入手，直接給出不連序系列的矩法計算公式，并對兩者進行比較。2、通過對例題的分析講授洪水頻率計算的過程和其中的

10、技巧、特點以及與前面頻率計算的異同。3、了解設(shè)計年徑流成果合理性分析的方法，講授洪水成果合理性分析并比較。4、從設(shè)計洪水成果與水利水電工程投資、防洪效益和安全方面入手說明安全保證值問題意義和解決思路。5、通過了解設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配講授設(shè)計洪水過程線的同倍比法。二、教學(xué)內(nèi)容具體設(shè)計（一）內(nèi)容復(fù)習(xí)、導(dǎo)入新課對不連序系列的經(jīng)驗頻率計算問題是如何解決的？讓學(xué)生回答。那么“千年一遇”的設(shè)計值又如何得到？引入理論頻率曲線的概念，進而提出理論頻率曲線統(tǒng)計參數(shù)如何解決，從而引入新課。 （二）統(tǒng)計參數(shù)計算 式中特大洪水的洪峰流量或時段洪量，m3/s或m3，j=1，2，a；實測一般洪水的洪峰流量或時段洪量，m3

11、/s或m3，i=L+1，教學(xué)過程L+2， ，n；a特大洪水的個數(shù)，包括實測期中的L個。用矩法公式計算的值抽樣誤差很大，一般不直接計算，同樣初步假定它與的倍比，最后通過適線確定。（三）推求設(shè)計洪峰、洪量1、已知資料條件分析2、目的分析（通過對已知資料條件分析，由學(xué)生總結(jié)要達到的目的）3、經(jīng)驗頻率計算：重點是思路，具體計算由學(xué)生課后完成。4、理論頻率曲線繪制和設(shè)計成果取得：重點是思路，具體計算由學(xué)生課后完成。（四）設(shè)計成果的合理性分析1、本站的洪峰流量及各種歷史洪量之間對比2、從上下游及干支流洪水關(guān)系上進行合理性分析3、從鄰近河流洪水統(tǒng)計參數(shù)及設(shè)計值的地區(qū)分布規(guī)律進行合理性分析4、稀遇的設(shè)計特征值

12、與國內(nèi)外大洪水記錄對比5、與暴雨頻率計算的成果比較重點是思路，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。（五）安全保證值問題洪水分析和設(shè)計洪水計算成果直接關(guān)系到工程投資、防洪效益和水庫安全。顯然，如果設(shè)計洪水偏大，就要造成投資的浪費，而如果偏小，則又不夠安全。根據(jù)現(xiàn)有有限長度的資料推算出的設(shè)計洪水總是帶有誤差的。因此，在生產(chǎn)實踐中還視情況考慮給設(shè)計值再加上一個安全保證值（也稱安全修正值），以確保工程的安全。對安全保證值的計算不做過多要求，舉實例說明。（六）設(shè)計洪水過程線的同倍比法1、典型洪水過程線的選擇 典型洪水過程線是放大的基礎(chǔ)，從實測洪水資料選擇典型時，資料要可靠，同時考慮下列條件：（1）選擇峰高量大的洪水過程

13、線，其洪水特性接近于設(shè)計條件條件下稀遇洪水情況。（2）要求洪水過程線具有一定的代表性，即它的發(fā)生季節(jié)、地區(qū)組成、洪峰次數(shù)、峰量關(guān)系等能代表本流域上大洪水的特性。（3）從水庫防洪安全著眼，選擇對工程防洪運用較為不利的大洪水典型，如峰型比較集中，主峰靠后的洪水過程。一般按上述條件初步選取幾個典型，分別放大，并經(jīng)調(diào)洪計算，取其中偏于安全的作為設(shè)計洪水過程線的典型。2、同倍比放大法即用同一放大系數(shù)放大典型洪水過程線的流量坐標，使放大后的洪峰流量或控制時段的洪量恰好滿足指定的頻率。由此條件可得出放大系數(shù)k的計算公式如下：教學(xué)過程k放大系數(shù)；設(shè)計洪峰流量，m3/s； 典型洪水的洪峰流量，m3/s； 時段的

14、設(shè)計洪量，m3；時段典型洪水過程的洪量，m3。（七）小結(jié) 讓學(xué)生回答與設(shè)計年徑流的同倍比法的異同，然后總結(jié)。（八）布置作業(yè)布置作業(yè)6-2設(shè)計洪峰、洪量的頻率計算補充教學(xué)內(nèi)容教學(xué)總結(jié)授課時間 年 月 日 第 周 星期 第 節(jié)課 題§6設(shè)計洪水概述§6.8同頻率法§6.9 設(shè)計洪水的其他問題章結(jié)學(xué) 時2教學(xué)目的1、掌握設(shè)計洪水的同頻率計算法2、了解設(shè)計洪水的其他問題3、能夠把本章知識了解在一起形成整體概念，實現(xiàn)設(shè)計洪水的計算教學(xué)重點和難點重點：設(shè)計洪水的同頻率計算法、章結(jié)難點：設(shè)計洪水的其他問題、知識之間的了解課 型單一 課教學(xué)方法對比、啟發(fā)、舉例、講授教 具教學(xué)過程

15、一、教學(xué)思路1、從對同倍比法的進一步分析說明該方法的弱點，進而引出要講授的內(nèi)容。2、從同頻率法的思想入手讓學(xué)生試著回答解決問題的思路以便仿設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配計算的方法給出這里的計算公式。3、從對入庫洪水問題的提出引出入庫洪水的概念和研究入庫洪水的目的。4、從水利水電工程施工的歷時長短和洪水的特性出發(fā)說明分期設(shè)計洪水的概念。5、從本課的作用出發(fā)重點總結(jié)工程水文的計算分析方法、設(shè)計年徑流計算和設(shè)計洪水計算二、教學(xué)內(nèi)容具體設(shè)計（一）內(nèi)容復(fù)習(xí)、導(dǎo)入新課讓學(xué)生描述同倍比法。根據(jù)學(xué)生的回答順勢說明這種方法的缺點，進而引入到同頻率方法。 （二）設(shè)計洪水的同頻率方法 分別為T1、T2、T3時段時段的設(shè)計洪量

16、（T3> T2> T1），m3；教學(xué)過程分別為典型洪水過程中最大的T1、T2、T3時段的洪量，m3。典型洪水的洪峰流量用放大；典型洪水過程中最大的T1時段洪量范圍內(nèi)各時刻的流量用K1去乘；在T2時段內(nèi)，除去T1時段部分所余下的各時刻流量，用K2-1去相乘；在T3時段內(nèi)，除去T2時段部分所余下的各時刻流量，用K3-2去相乘。以此類推，就得到一次完整的洪水過程。這種放大方法體現(xiàn)了“長包短”的特點，可保證所求設(shè)計洪水過程的洪量比較集中，但因各個時段所用的放大倍比系數(shù)不同，放大后的過程線在各個時段交接處出現(xiàn)不連續(xù)的突變現(xiàn)象。處理的方法是徒手修勻，修勻后應(yīng)保持各時段的洪量及洪峰流量仍然符合設(shè)

17、計值。（三）例題某水庫設(shè)計標準P=1%的洪峰和1天、3天、7天洪量，以及典型洪水過程線的洪峰和1天、3天、7天洪量（見表6-9）。要求用分時段同頻率放大法，推求P=1%的設(shè)計洪水過程線。表6-1 某水庫洪峰、洪量統(tǒng)計表項目洪峰流量（m3/s）洪量W（m3/s）h1天3天7天P=1%的設(shè)計洪峰、洪量2610152528753870典型洪水過程線的洪峰、洪量1810108518952565解1、已知條件分析2、題目要求3、設(shè)計洪水過程線計算首先，計算洪峰和各時段洪量的放大倍比，1.44，K1=1.40，K3-1=1.67，K7-3=1.49；其次，將典型洪水過程線的洪峰和不同時段的洪量乘以相應(yīng)的放

18、大倍比值，得放大的設(shè)計洪水過程線。由于各時段放大倍比值不同，時段分界處出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，可用手修勻，即得所求的設(shè)計洪水過程線。Flash動畫演示見課件。（四）設(shè)計洪水的其他問題1、入庫設(shè)計洪水簡介入庫洪水是指水庫建成后，集水面積上向水庫周邊匯集并注入水庫匯向大壩的洪水過程。建庫后，庫區(qū)的產(chǎn)流、匯流及水力特性均發(fā)生了很大變化，與壩址洪水相比，入庫洪水的洪峰增大，洪水總量有所增加，峰現(xiàn)時間提前，一次洪水過程的總歷時縮短，洪水過程線較尖瘦。2、分期設(shè)計洪水簡介分期設(shè)計洪水是指年內(nèi)不同季節(jié)或時期（豐水期、平水期、枯水期或其它指定時段）的設(shè)計洪水。分期設(shè)計洪水廣泛地運用于工程施工階段，因水利樞紐工程施工期

19、較長，不同施工階段抵御洪水的能力不同，故常需要推求施工期的設(shè)計洪水以作為研究施工階段圍堰、導(dǎo)流等臨時工程方案以及制定施工進度計劃的依據(jù)。教學(xué)過程（五）章結(jié)設(shè)計洪水是一場特定的洪水，據(jù)此求得的工程建筑物可達到規(guī)定的防洪設(shè)計標準。設(shè)計洪水包括設(shè)計洪峰流量、設(shè)計洪水總量和設(shè)計洪水過程線。由流量資料推求設(shè)計洪水，現(xiàn)行的計算方法主要分為峰、量頻率計算和按典型洪水過程放大，推求設(shè)計洪水過程線兩大部分。進行峰、量頻率計算，對洪水資料的可靠性審查、一致性和代表性分析，插補展延系列和歷史洪水的加入，是提高計算精度減少抽樣誤差的重要環(huán)節(jié)；年最大洪峰、洪量的分布線型，由于理論線型難以解決，目前無論哪一種線型，實際上

20、都是一種外延的工具；參數(shù)估算，目前規(guī)范規(guī)定采用目估適線方法，因此其他方法如矩法、三點法等計算的結(jié)果都是初估值，最后設(shè)計值由目估適線確定；歷史特大洪水的引用和處理是洪水頻率計算的重點環(huán)節(jié)。對歷史特大洪水的數(shù)值和重現(xiàn)期都要仔細慎重論證，不應(yīng)片面追求大、遠、多，而忽略了對資料可靠性的分析考證；計算成果合理性分析是一項重要工作，其實質(zhì)是應(yīng)用本系列以外的信息，綜合分析論證及修正計算成果，由于利用的信息多了，成果的可靠性也有所提高了。（六）布置作業(yè)布置作業(yè)6-3設(shè)計洪水過程線計算補充教學(xué)內(nèi)容教學(xué)總結(jié)授課時間 年 月 日 第 周 星期 第 節(jié)課 題階段總結(jié)及綜合訓(xùn)練學(xué) 時2教學(xué)目的1、使學(xué)生對前面所學(xué)內(nèi)容進

21、行再思考，以便產(chǎn)生新的認識2、進一步鞏固所學(xué)知識3、加強知識的綜合運用，培養(yǎng)學(xué)生動手能力教學(xué)重點和難點重點：知識總結(jié)、比較、師生互動、學(xué)生練習(xí)難點：知識之間的了解和比較課 型單一 課教學(xué)方法對比、啟發(fā)、舉例、練習(xí)教 具教學(xué)過程一、教學(xué)內(nèi)容具體設(shè)計（一）水資源開發(fā)利用的工程措施1、工程規(guī)模確定的依據(jù)2、分析水文條件3、水文循環(huán)是水資源的根本來源（二）工程水文的研究方法1、成因分析法如：流域水量平衡，進而讓學(xué)生回答。2、水文統(tǒng)計分析法如：水文資料的頻率計算，讓學(xué)生回答。（三）設(shè)計年徑流量與設(shè)計洪峰流量、時段洪量的異同讓學(xué)生回答，然后總結(jié)。（四）設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配計算與設(shè)計洪水過程線的異同讓學(xué)生回答，然后總結(jié)。（五）設(shè)計年徑流量與設(shè)計洪峰流量（時段洪量）成果的合理性分析異同讓學(xué)生回答，然后總結(jié)。（六）擬定水庫本身設(shè)計洪水過程線的兩種現(xiàn)行方法同倍比、同頻率的基本假定與設(shè)計年徑流年內(nèi)分配的兩種現(xiàn)行方法（同倍比、同頻率）的基本假定的異同。先讓學(xué)生回答兩種放大方法的異同，然后總結(jié)。 （七）綜合訓(xùn)練題1、某個流域年、月徑流量資料從19671987共21年，降雨量資料從1960