[工学]2013-2014-1水文学期末考核设计题

'工程水文学结课考核作业———土木111111232034郝克承 土木2011-01~12班《水文学》期末考核作业一、（50分）根据工程等级，设定某大桥设计洪水标准为洪水重现期50年。该大桥所在河段附近有1950～2009年60年实测水文资料，各年最大洪峰流量如表1（见下页）。调查到1940年曾发生一次特大洪水，测量该次洪水沿河遗留的2个洪痕点高程分别为115.5m和115.2m，两点间距2000m。河段河床稳定，河宽500m，河床高程99.5m，河床面粗糙度近似按山区河道，过流断面可概化为矩形。经考证，1940年洪水为1770年至2009年间最大洪水。此外，1962年实测大洪水的洪峰流量为7l00m3／s，1998年洪峰流量达6000m3／s，也认定为特大洪水。并考证到，1771～1950年间再没有发生过大于6000m3／s的洪水。其余均属于普通洪水。表1某桥址处实测洪峰流量年份1950195119521953195419551956195719581959洪峰流量（m3/s）1800530590146024404901060179014802770年份1960196119621963196419651966196719681969洪峰流量（m3/s）142041071002200340013003080946430857年份1970197119721973197419751976197719781979洪峰流量（m3/s）421450028008461460110074036001470690年份1980198119821983198419851986198719881989洪峰流量（m3/s）20054008001321248010501060169013801050年份1990199119921993199419951996199719981999洪峰流量（m3/s）1410520580136023404801050169060002680年份2000200120022003200420052006200720082009洪峰流量（m3/s）250038014507401000950188062086012301）推求该河段洪峰流量频率分布及桥址处五十年一遇洪峰流量；（35分）Q=AC√（RJ）n取0.066， R=（115.5+115.2）/2-99.5=15.85Q=A/nR^(1/6)√（RJ）=500*15.85/0.066*15.85^(1/6)√（15.85*（115.5-115.2）/2000）=11365m^3/s(1).计算经验频率，首先确定特大洪水项数a和发生年份。根据题意，在整个资料区n年内a=3,排序为1940年第一，（M＝１），１９６２年第２（M＝２）。N＝2009－1940＋１＝70（年）。实测资料期n＝２００9－１９５０＋１＝60（年）其中有2项特大洪水（１９６２年，1998年），即l＝2。特大洪水经验频率按式（６-４）计算：１94０年洪水的经验频率为=1/71=1.408%2/71=2.817%4.225%实测洪水经验频率按式（６-５）计算，如１９62年Qm＝7100m^３／s，为实测期60年中的第三大洪水，即m＝２，其经验频率为 （２）洪水频率曲线统计参数估计和确定首先采用矩法公式（６-６）及式（６-７）初估统计参数均值珚Qm（样本系列年洪峰流量均值）和变差系数Cv，再选一个Cs作为估值，用目估适线法调整参数，最后选定一条与经验数数据点拟合良好的频率曲线，频率曲线线型为皮尔逊Ⅲ型。均值的矩法计算公式为：式中，特大洪水求和项A=及普通洪水求和项B=可用Excel软件列表计算，非常方便。得A=24465，B=83036=1/70【24465+（67/58）*83036】=1719.799m^3/s式中，特大洪水和普通洪水的离差平方求和项同样可用Excel软件列表计算,=140296585.7；=51580627.3；CV=1/1719.799【1/(70-1)（140296585.7+67/58）*51580627.3】^1/2=0.9897.选频率分布线型为皮尔逊Ⅲ型，并选Cs＝２.５Cv，由上述得到的均值和变差系数，可用查表法计算一组理论频率与相应频率的洪峰流量值，列表计算更加明了。即假设一个频率P，查Φ值表（附录 A）或模比系数KP表（（附录B）中相应的统计参数和P对应的值，得到一个ΦP或KP，由式（５-３２）或式（５-３４）即可得出一个洪峰流量值与假设的P值对应。重复假设P，再进行计算，得到一组（Pm，Qm）。将按这一组参数计算的（Pm，Qm）数据点绘成频率曲线，目估与经验数据点的配合情况。实际计算中使用了水文频率计算适线软件，软件基本操作步骤如下：（1）准备数据文件首先要准备好绘图所需的数据，包括：序号、系列值和频率。其中，序号从1开始连续编号；系列值按大到小顺序排列；频率为系列对应的经验频率值，若系列包含特大值，则特大值的频率应按统一样本法或独立样本法计算。数据可保存为TXT（纯文本）和XLS（Excel）两种文件类型。（2）获取数据点击主界面右下角的获取数据，出现打开文件对话框：从“文件类型”下拉列表框中可用选择数据源为文本文件或Excel文件。选择需要的数据文件，例如“Sample1.txt”，点击“打开”按钮返回。软件将读取数据并绘制经验频率曲线，如图中的蓝色点据所示软件能自动判断数据是否为连续系列，并在标题栏提示。如果选择了格式不正确的文件，会出现错误提示 （3）参数估计点击参数估计，软件将采用“线性矩法”对样本数据进行参数估计，并将得到的参数显示在“统计参数”分组框内，这些数可作为进一步调整参数时的初值。（4）绘制曲线（5）目估适线用户如果觉得理论频率曲线与经验点据匹配不好，可以手工调整参数，方法有2种：一是直接修改编辑框中的值，修改后需点击按钮或直接回车，软件将以修改后的参数重新绘制曲线；另一种是点击编辑框右侧的微调，调整的幅度：均值Ex为每次±1％，Cv、Cs为±0.01。微调时图形会自动重绘。目估适线需要用户有较丰富的经验。当系列连续时，均值Ex一般无需调整，此时微调按钮也不可用；当系列不连续时，Ex、Cv和Cs均应作适当调整，尤其是Ex应按含特大值的公式计算。在调整的过程中，用户可用“拟合度”作为辅助指标，其值在0～1之间，越大表明拟合程度越好。当拟合度增加时，数值为蓝色，若变为红色，则表明拟合度减小。反复调整Cs、Cv，直到无论改变Cs或Cv均会使得拟合度减小（变红）为止，最终得到的参数即可作为采用参数。 由于Cs与Cv之比有一定的地区规律可循，因此通常的做法是将Cs/Cv设为某一固定倍比，然后只需调整Cv值即可。方法如下：选中“固定”复选框，将倍比系数设置为某一合适的值，比如3.0，此时Cs为不可更改状态，它由倍比系数自动计算。按前述方法调整Cv值，观察曲线的匹配情况；如果始终无法满意配合，则可更改倍比数，反复进行直至满意。（6）查询设计值得到最匹配的参数后，适线过程就结束了。于是用户可以根据最终确定的参数，来查询对应某个频率的设计值是多少。在“设计频率”编辑框输入欲查询的频率（0～100％），比如1.0（即1.0％），回车，得到对应的设计值为3736.34（m3/s）。亦可反查：选择立即查询复选框，在设计值编辑框输入5000（m3/s），或回车，得到对应的频率为0.13％。（7）输出成果配线的成果应该保存下来，成果输出有2种方式：①保存图形单击工具栏上的保存图形，可将图形保存为图形文件。软件支持两种文件格式，一种为BMP格式，另一种为WMF格式。前者是位图，后者为矢量图。②导出结果单击工具栏上的导出结果，可将计算成果导出为文本文件，文件内容如下所示：《洪峰流量频率曲线》计算成果样本均值Ex=1246变差系数Cv=0.6 偏态系数Cs=1.5倍比系数Cs/Cv=2.5序号      流量(m3/s)    频率(%)1          2750.00         4.552          2390.00         9.093          1860.00         13.64…           …             …21         408.00          95.45标准频率对应的设计值频率(%)        设计值0.001            7919.140.01             6548.560.0333          5825.400.05            5579.63…                  …99.999          250.34（8）重新计算完成一项适线任务后如需重新开始，可单击工具栏上的清空，则图形及数据全部被清除，用户可重新开始一个新任务。 该软件由开发设计。界面及本题目相应计算数据图表如下：2）讨论历史洪水调查与考证对频率计算的作用及影响（辅以假设算例说明）；（20分） 3）根据统计学原理讨论上述推求设计洪水的误差。（5分）根据上述估计的统计参数值，即·0.99，2.75，1719.799，拟合度=0.915883，倍比系数=2.78由皮尔逊Ⅲ型频率曲线的离均系数Φ值表（附录A）或模比系数KP表（附录B），求出千年一遇（P＝０.１％）及百年一遇（P＝１％）洪水相应的ΦP或KP，由式（５-３２）或式（５-３４）即可得出所求设计洪峰流量. 50年一遇洪峰流量应为P＝０.2％=1719.799*（1+4.84*0.99）=9960.3878884m^3/s2）讨论历史洪水调查与考证对频率计算的作用及影响（辅以假设算例说明）；（20分）特大洪水在资料系列（N年）中可能不止一项，可记为a项，在调查、考证及实测期中均有可能发生。a项特大洪水可在N年内排出大小顺序，从而确定他们的重现期。调查、考证是否深入，对特大洪水重现期的确定和排序影响极大，调查、考证年代越久远越好。下面举例说明。长江重庆—宜昌河段洪水实测资料期为1940—2003年，其中1981年洪峰流量Qm=72000m3/s，排序第一，经调查，同治九年（1870年）长江发生特大洪水，沿江有石刻91处，推算得知该此洪水宜昌的洪峰流量Qm=105000m3/s，与实测资料比较是最大的，并且没有其他比1981年的更大的。综合实测资料和调查资料进行洪水排序，则1870年第一，1981年变为第二。如将此洪水作为自1870年以来最大的，则其重现期为N=2003－1870＋1=134（年）但继续调查又发现，宜昌上游忠县东云乡的宋代石刻记述“绍兴二十三年（1153年）六月二十七日水此”。据洪痕实测，此处洪峰水位为155.6m，进而分析得到宜昌站相应的洪峰水位为58.06m，推算相应流量为92800m3/s，小于1870年洪水。并确认这期间没有其他比1870年更大的洪水。这表明自1153年以来，1870年洪水仍为最大，故1870年洪水的重现期为N=2003－1153＋1=851（年）由此例看来，对同一次洪水，调查资料不同，不但可改变洪水排序，还使得重现期竟有如此大的差别。其中又一次的调查考证相当于将洪水样本系列的重现期由N=134年延长到了N=851年，这对洪水频率计算结果的影响极大。3）根据统计学原理讨论上述推求设计洪水的误差。（5分）频率计算是用有限样本估算总体的参数，必然存在误差。统计参数的误差与所选的频率曲线线型有关。当总体分布为P-Ⅲ 型，对于n年连序序列，用矩法估计参数时，样本的均方误的计算公式为：均值的相对误差为：设计洪水xp的均方误近似公式为：二、（40分）某交通线路穿过一小流域，需要设计涵或小桥排水，因此需要首先推算设计排水流量。线路设计洪水标准为洪水重现期50年，从地形图量得该流域面积A=100km2，河源至桥址断面距离为16.65km，河道平均比降J=7.5‰。由该地区《水文手册》查得暴雨资料：，24小时暴雨均值=60mm，=0.46，=3.5，=0.7，=0.55，汇流参数m=0.7。1）采用推理公式法计算50年一遇和20年一遇洪峰流量；（30分）（１）计算50年一遇设计暴雨量 由已知、Cv及Cs，采用P-Ⅲ频率线型，查附录B得KP=K2％＝2.25，则同频率的２４h设计暴雨为2.25*60=135mm（２）计算sp=135/2.5964=51.995.（３）计算净雨历时tc将μ值代入式（６-２８）得：[0.3*(51.995/3.0)]^(1/0.7)=5.1995^1.42857=10.539＜２４h（４）确定汇流参数m题目已经给出，m=0.7;（５）试算法推求Qm,Qm，１％＝１５００m^３／s，代入式（６-２３）计算汇流时间τ，取α＝１/３，β＝１/４，得=6.2233297728847833290594432972017=0.19574338205844317977443928118385 0.278*16.65/(0.7*0.0075^(1/3)*1500^(1/4))=5.4281406368817592117675929237537h因tc＝10.539＞τ＝5.428,，用式（６-３６）计算洪峰流量，其中：=51.995*5.428^0.7-3.0*5.428=16.284,将Rτ代入式（６-３６），得0.278*16.284*100/5.428=83.4·=1500-83.4=1416.6.，差别较大，可再设Qm，2%=1400,1300……当设Qm，2%=240m3/s时，Q’m，2%=238m3/s与假设值仅差0.8%，计算值与假设值基本一致，此Qm，2%=240m3/s为50年一遇洪峰流量。计算20年一遇设计暴雨量由已知、Cv及Cs，采用P-Ⅲ频率线型，查附录B得KP=K5％＝1.83，则同频率的２４h设计暴雨为1.83*60=109.8mm（２）计算sp=109.8/2.5964=42.289323678940070867354798952396. （３）计算净雨历时tc将μ值代入式（６-２８）得：[0.3*(42.289/3.0)]^(1/0.7)=7.8453025951882876960366122964122＜２４h（４）确定汇流参数m题目已经给出，m=0.7;（５）试算法推求Qm,Qm，5%＝110m^３／s，代入式（６-２３）计算汇流时间τ，取α＝１/３，β＝１/４，得A==3.2385318404643662650694981446693B==0.195743382058443179774439281183850.278*16.65/(0.7*0.0075^(1/3)*110^(1/4))=6.6124285714285714285714285714286/AB=10.431277725511713532517755567369h因tc＝7.8453025951882876960366122964122<τ＝10.431277725511713532517755567369,，用式（６-37）计算洪峰流量，得0.278*0.7*42.289*7.8453^(0.3)*100/10.4313=146.35739887882460725880307744268 |Qm，5%-Q’m，5%|=36.35739887882460725880307744268（m3/s）,差别较大，可再设Qm，2%=120,130……当设Qm，2%=156m3/s时，Q’m，2%=157m3/s与假设值仅差0.64%，计算值与假设值基本一致，此Qm，2%=156m3/s为20年一遇洪峰流量。2）简述推理公式法（由暴雨推算洪水）的基本原理（5分）；推理公式，英、美称为“合理化方法”（Rationalmethod），前苏联称为“稳定形势公式”。推理公式法是根据降雨资料推求洪峰流量的最早方法之一，至今已有130多年。推理公式是在假定流域上降雨与损失均匀，即净雨强度不随时间和空间变化等条件下，根据流域线性汇流原理推导出来的流域出口断面处设计洪峰流量的计算公式，又称合理化公式。假定流域产流强度γ在时间、空间上都均匀，经过线性汇流（如等流时线法）推导，可得出所形成洪峰流量的计算公式为。 从上图可知，当产流历时tc＞τ（流域汇流时间）时，会形成稳定洪峰段，其洪峰流量由上式给出。仅与流域面积和产流强度有关。这些结论与人们的直觉似乎有抵触，因为实际上洪水过程线中，几乎没有出现过这种稳定的洪峰段，而且洪峰流量与流域其他地理特征（如坡降、河长等）有关，常引起人们对上式的合理性产生怀疑。造成上述矛盾的根本原因是实际产流强度不太可能达到以上假定。当tc≥τ时，称为全面汇流情况，此时，可以直接使用公式推求洪峰流量，当tc<τ时，称为部分汇流情况，即其洪峰流量只是由部分流域面积的净雨形成，此时，不能正常使用推理公式，否则所求洪峰流量将偏大。实际上产流强度随时间、空间是变化的，从严格意义讲，是不能使用推理公式作汇流计算的。但对小流域设计洪水计算，推理公式法计算简单，且有一定精度，故它是目前水利水电部门最常用的一种小流域汇流计算方法。 对于部分汇流情况：3）小流域的边界如何确定？（5分）在缺乏水文资料的小流域上推求设计洪水．人们进行了大量实践．提出许多宝贵的经验和公式。目前．人们普遍使用的汇流参数推理公式给出了公式的基本形式．但是未详细阐述公式适用的条件．汇流参数m值是推理公式分析计算中的关键性参数．须利用已有的水文资料对公式中的参数进行反求．参数的正确与否．直接关系到设计值的可靠性。所以，利用公式反求参数．就必须根据公式产生的特定条件对使用的水文资料进行分析．对资料边界条件加以界定。下面．对有关的几个产汇流参数分析计算的边界条件加以介绍．1．资料的收集与处理选择降水及洪水过程为单峰的资料：选择降水量大，持续时间长，洪峰流量及径流量级比较大的资料：不宜选短历时、超强度降水形成的典型尖瘦型纯超渗产流雨洪资料：选择久旱不雨后降水量大(降水量在lOOmm以上)．持续时间长．不管形成洪水大小的水文资料：对于非单峰洪水过程要进行单峰化处理．退水过程必须找准地面径流终点．以便更好地分割地表和地下径流。2．参数的确定2．1流域最大损失量(Im值)的确定流域最大损失量Im是反映流域最大损失的综合指标．由于多数地区都没有土壤饱和含水量实测资料．一般是通过水文资料进行分析确定．此时就要选 取久旱无雨、雨前土壤含水量P。几乎等于零的、持续时间长、降水量大(最好降水量在lOOmm以上)的水文资料．进行分析确定．降水量减去径流量及蒸发损失量．余下部分即为土壤最大损失量。2．2稳定入渗率￡c及降水损失率v的确定稳定入渗率是指土壤含水量达到饱和后单位时间内的土壤稳定下渗量．所以稳定入渗率￡c只存在于蓄满产流之中．对于短历时超强降水．土壤含水量尚未饱和降水即停止．此时只存在超渗产流．不存在稳定入渗．所以要选择降水量大、持续时间长、能在流域上形成蓄满产流的雨洪水文资料计算稳定入渗率fc。要使计算的稳定入渗率￡c值正确可靠，除满足上述条件外，应根据不同的雨型及雨前土湿情况．确定正确的产流时间tc尤为重要。对于降水量大、持续时间长、雨前土壤含水量较大、洪峰起涨时土壤含水量已达流域最大损失量Im，确定产流历时tc应采用初损后损法。认为洪水起涨点降水完成初损．土壤含水量已达饱和，出现蓄满产流。将洪水起涨点以后的降水打破降水时序．从大到小排队．再从大到小计算累计降水量．然后做累计降水量Pt—t曲线．在Pt上截取OA=R．过A点作曲线Pt—t的切线AB，切点C的横坐标tc为产流历时，纵坐标Pt为产流历时内对应的降水量．切线AB的斜率即为降水后损阶段的稳定入渗率￡c．值。如图1。如果此时采用前推法计算稳定人渗率￡c值偏小。对于降水量大、持续时间长但洪峰起涨前土壤含水量未达流域最大损失 量Im值，此时再采用初损后损法计算稳定人渗率时，计算值偏大，fc值甚至可以达到10～20mm／h．因土壤入渗率是土壤含水量的函数．随土壤含水量的增加而减小，当土壤含水量达到饱和时．单位时间下渗量即为稳定人渗率．而洪峰起涨时土壤含水量未达到饱和时．土壤下渗率也就不是稳定入渗率．所以此时应采用前推法确定产流历时tc即从降水时段末非零星降水(每小时降水不小于lmm)起往前计算累计降水量等于总径流量．将此段降水过程打破降水时序．从大到小排队．再从大到小计算累计降水量．然后做累计降水量Pt-t曲线．如图1方法确定产流历时tc及稳定人渗率￡c的大小。对于短历时超强度降水．由于降水历时短．不存在蓄满产流。只存在超渗产流．此时计算产流历时tc．应将所有时段降水打破降水时序．从大到小排队．再从大到小计算累计降水量．然后做累计降水量Pt—t曲线．如图1方法确定产流历时tc；及入渗损失率μ的大小。2．3汇流参数m值的确定推理公式m=产生在土壤含水量较大、蓄满产流时的设计值．所以在分析计算汇流参数m值时,所选水文资料必须是降水量及洪水量级较大的水文资料。由于在华北地区不易出现纯蓄满产流洪水．但选择的洪水至少也是超蓄产流模式．计算的汇流参数m值才可靠。对于纯超渗产流洪水不论洪峰流量Qm大与小，只要形成的径流量较小(径流深在5mm以下)计算出来的m值一般都在3以上，且极不稳定。所以，对于纯超渗产流形成尖瘦型超渗洪水不宜计算汇流参数m值．即使计算出来m值也是毫无意义的。计算汇流参数m值．关键要确定准确合理的汇流历时T．依据不同的汇流方式确定汇流历时T不同的计算方法。对于部分汇流时，依据进行计算。但是对于全面汇流来说，利用适算法或图解法求解汇流历时T，关键是如何求得净雨过程．对手净雨过程的推求一般采用初损后损法．利用后损阶段的降水过程扣除下渗损失过程即得净雨过程。对于后损开始时．如果土壤含水量达到流域最大损失量Im值时，净雨过程由后损阶段的降水过程扣除稳定下渗率而得．如果后损开始时．如果土壤含水量未达到流域最大损失量Im 值时，意味着此时土壤含水量未达饱和，产流初期存在着超渗产流．所以此时应该利用后损阶段的降水求出后损阶段的降水损失率v,净雨由后损阶段的降水过程扣除后损阶段平均降水损失率v而得．利用再通过适算法或图解法即可求得汇流历时T。汇流历时T求出来以后就可利用推理公式计算汇流参数m值。小流域划分流域是指地表水及地下水的分水线所包围的集水区或汇水区，因地下水分水线不易确定，习惯指地面径流分水线所包围的集水区。小流域一般面积不超过50km2。小流域的基本组成单位是微流域，是为精确划分自然流域边界并形成流域拓扑关系而划定的最小自然集水单元。为了便于管理，跨越县级行政区的小流域又会按照县级行政区界限分割成小流域亚单元。图1流域、小流域、微流域示意图1小流域划分的基本规定小流域划分应遵循以下基本规定：a)小流域划分应以自然地形地貌为基础，尽量保证小流域形态特征的完整。b)小流域面积原则上控制在30～50km2之间，特殊情况不宜小于3km2或大于100km2。 a)小流域由一个或多个微流域归并而成。微流域最小面积一般以0.1～1km2为宜；在实际操作中，可根据地形复杂状况选择合适的阈值，如图2所示。图2最小自然集水单元-微流域示意图b)跨越县级行政边界的小流域应根据行政边界将小流域划分为多个亚单元，如图3所示。图3小流域被县界分割成小流域亚单元示意图c)确定小流域边界时，可适当考虑水库、水闸、水文站等水利工程设施和村庄、居民点的位置。如根据水库规模和流域控制面积，将水库闸口设定为小流域进、出水口；根据河流上的水文观测站点，选择区间流域的进、出水口；对于流域出口附近的村庄或居民点，可按属地关系适当调整小流域界线，尽量保证归属关系一致。d)小流域边界应与各级流域边界无缝衔接，不应横跨上级流域。e)小流域划分应充分考虑地表汇水关系，保证上下游汇水关系的正确性。f)在划分小流域时，应建立流域拓扑关系和地表水系拓扑关系。g)小流域划分结果应覆盖整个划分区域，小流域面积之和应等于该区域总面积。 2技术流程小流域划分包括基础数据准备，空间数据库构建，沟道、微流域提取，小流域划分，拓扑关系建立，编码与属性赋值，成果存储等环节。3软件工具以GIS软件为支持平台，应用软件的basintools工具，自动提取微流域分水岭及其对应的沟道，并建立拓扑关系。4基础数据准备1.数据源数字高程模型：符合GB/T17278、CH/T1015.2标准的近期数字高程模型（数字高程模型,简称DEM）。如1:10000遥感影像：分辨率不低于10m的近期遥感影像。同比例行政区划图：县级以上（含县级）行政区划矢量图。同比例水系分布图：河流、水库、湖泊等分布矢量图。同比例其他数据：水利工程、道路、居民点等分布矢量图。同比例2.数据处理数据处理内容包括数据检查、投影变换、空间配准、数据拼接等。a)矢量数据检查：检查河流水系、水利工程、界线数据及辅助数据的数据精度、名称代码及其完整性，确保数据无误，避免出现接边存在漏洞、接边存在缝隙、存在冗余、异常等问题。b)DEM数据检查：检查DEM数据划分范围内数据是否有遗漏、数据损坏、高程信息、坐标投影信息丢失及数据有误等问题，如出现问题，应及时修正及更换数据。c)遥感数据投影变换：以DEM数据的投影信息和坐标系为基准，对每景遥感影像进行投影变换和坐标系统转换，使二者保持一致。d)空间数据配准：遥感影像与DEM数据配准，用DEM数据校正遥感影像，确保遥感数据与DEM数据有良好的配准效果。e)创建作业平台：在创建空间数据库及小流域划分协同作业平台时要符合以下要求：①在PC上建立DEM、遥感和辅助空间信息数据库，将配准的航片、DEM数据分别进行物理无缝拼接入库，如图4所示。②建立具有拓扑关系的流域空间数据库结构，为小流域划分成果自动入库做准备。③在划分小流域的计算机上安装客户端软件并连通网络（不限客户端数量），小流域划分协同作业平台构建完成。数据入库显示效果如图5所示。图4遥感、DEM数据拼接示意图 图5数据入库无缝物理拼接效果图5微流域-沟道（水系）提取1.确定作业单元在作业区域内，勾画出一次性自动提取的作业单元范围。为保证处理质量和运算速度，作业单元面积不宜超过200km2，如图6所示。图6作业单元选定显示效果图2.设定微流域面积阈值设定微流域的最小面积（如0.1km2），计算机即可将作业单元内集水区域大于0.1km2的微流域分水线及其对应的沟道弧段、水流出口位置结点全部提出， 如图7所示。图7提取微流域与沟道示意图1.沟道和微流域分水线检查及平滑处理参照遥感影像及河流水系、湖泊水库、水工设施、重要交通线路等图层信息，对自动提取的微流域分水线和沟道弧段进行平滑处理，对水流出口位置结点进行修正、确认，保证微流域分水线正确、沟道连续完整、汇水口位置准确。如图8所示。2.建立沟道和微流域拓扑关系提取微流域和沟道的同时，计算机自动建立微流域之间、沟道之间、微流域与沟道之间的拓扑关系，保证地表水网汇流正确。如图9、10、11所示。图8对不连续沟道进行修正图9沟道分级示意图 图10沟道拓扑关系示意图图11微流域拓扑关系示意图6小流域划分1.小流域控制面积按照自然汇水关系，将微流域逐级归并为小流域。小流域面积控制在10～50km2 之间，如图12所示。图12按照汇水关系将微流域归并为小流域示意图1.小流域边界确定由于地形地貌的复杂性，在归并微流域的过程中，可根据自然汇流关系和地形特征，组成不同形态类型的小流域，如完整型、区间型和坡面型小流域。a)完整型小流域这是最常见的小流域形态，即小流域面积大小符合要求，主沟道明显，分水线闭合，有一个出水口，如图13所示。b)区间型小流域在小流域划分时，由于小流域跨越上级流域，分水线不能自然闭合，有一个进水口和一个出水口，沟道为区间河段。这种类型主要产生于沟谷狭长、两侧坡面陡峭或一侧坡面较陡，一侧坡面较缓的地带，如图14所示。图13完整型小流域示意图图14区间型小流域示意图c)坡面型小流域 此类小流域由多条沟道较短，面积小于3km2的羽状微流域组成，主沟道不明显，出水口有多个，水流直接汇入上一级河流，如图15所示。图15坡面型小流域示意图a)特殊情况处理小流域划分过程中遇到特殊情况应遵循以下基本规定：1)水库、水闸等水利工程设施附近小流域界线的确定。水库范围可单独作为一个区域。水库范围为直接汇入水库的坡面、面积未达到小流域面积要求的区域以及上游流域出口。2)当遇到大型水利工程设施，即使小流域面积已超过50km2，仍可将其包含在小流域中内，以便于治理或经营管理。3)当遇到低级别河道上的小型水库、塘坝，若小流域面积不超过50km2，可以将水库、塘坝包含在小流域内。4)较高级别的河流穿过水库，因面积过大造成不能同时将河流和水库包含在同一个小流域内时，可截断河流，将水库及周围向水坡单独划分为一个小流域。5)村庄、居民区附近小流域边界的确定。当小流域边界处跨过村庄或者居民点，可适当调整小流域边界，使之尽量不从一个村庄或居民点中间穿过，以保证村庄或居民区的完整性。6)跨越市级行政界的小流域，若水流流向市境外，可以将其单独划分为一个小流域。7)以河为界的小流域，若河流一侧面积较小，可以将其与对岸小流域归并，形成区间型小流域。8)小流域亚单元的划分。跨越区县界或乡镇（行政界线）的小流域，可用行政界线将小流域划分为两个或两个以上的亚单元。1.建立小流域拓扑关系 基于地表水网的分级汇流关系（图16），建立小流域之间的拓扑关系,如图17。图16沟道分级示意图7小流域命名、编码及属性添加按照小流域命名及编码规范，将小流域名称、编码填入属性表中。根据小流域面状信息和沟道线状信息，计算小流域和沟道特征指标，填入相应的属性表。并建立小流域及沟道元数据表，详细描述小流域边界及沟道提取的相关信息。8小流域划分成果入库及输出小流域边界划分成果包括小流域边界图（栅格、矢量）及对应属性、元数据。文件格式为shp.或coverage。图17小流域拓扑关系示意图三、（10分）论桥梁水毁及其原因（10分）1　造成桥梁水毁的主要原因1.1　原桥的设计洪水频率较低。被冲毁的桥梁大部分为70年代以前修建, 受当时财力、物力等原因的限制,尤其是钢材短缺,桥梁设计多为浅基防护基础,且桥梁从设计到施工各阶段普遍存在重主体轻防护的现象。这些桥梁均处于山区变迁性河段,孔径计算虽均满足设计流量,但未做导流工程设计。当洪水超出其设计洪水频率,在无合理导流工程疏导洪水的情况下,引起河道变迁,改变了设计水流冲刷的原始形态,造成了桥梁被毁。1.2　人为压缩桥梁的设计孔径。受财力、物力的限制,有些桥梁的设计孔径不是按科学的计算确定,而是行政行为根据投资来确定桥梁孔径,使桥梁排泄能力满足不了相应等级公路规定的排泄频率,致使桥梁冲毁或将防护工程引道冲毁.1.3　由于上游植被破坏严重,造成大量的水土流失,河床上淤无法保证排泄洪水的需求,致使桥梁冲毁。1.4　由于桥梁养护不到位造成桥梁局部冲毁。受养护资金限制,桥梁养护费用严重不足,使桥梁锥坡及防护工程的轻微损坏如沉陷或勾缝脱落不能得到及时处理,洪水来临不能抵抗洪水的浸袭,造成锥坡和防护工程毁坏,造成桥梁局部冲毁。2　桥梁水毁的治理方案2.1　提高桥梁设计的科技含量,满足桥梁排泄洪水的要求。新建桥梁要按规范和技术标准的要求严格设计,审批部门要把好设计质量的第一关。目前我国公路建设发展迅速,很多工程的投资采用国家补贴与地方配套相结合的方式修建(县级公路较为突出),这就要求我们严格履行建设程序,不能随意降低标准,确保桥梁的设计标准,保证其正常使用。在进行桥梁设计时要根据自然河道的宽窄、流域性质、水流特性、工程水文地质条件综合考虑。除主桥孔满足排水要求外,一定要把导治工程和防护工程设计合理,刚柔相济,使之起到护桥护路的作用。2.2　结合小流域治理,确保自然环境的生态平衡。近年来,人们对自然环境保护意识差,乱砍滥伐,恣意践踏自然生态,使得山林秃败,绿地沙化,水土流失严重,树木不成荫,植被不能蓄水,水流肆意漫延。由于失去了自然植被的作用,使得水流急、流量大、时间短、冲击力加强,增加了冲毁桥梁的可能。因此,保证自然环境的生态平衡,提高植被的覆盖率,减少水土流失对保护公路桥梁的安全是十分重要的。213　加强桥梁的养护工作,确保万无一失。按《公路养护技术规范》的要求,各级养护部门要加强对桥梁的检查, 坚持经常检查、定期检查和特殊检查。特别是汛期前更要重视对桥梁调治构造物的安全检查,检查桥梁上游防护设施的完好情况,是否能发挥其调治功能,锥坡泄水孔是否排水完好,锥坡砌体与防护工程的砌体的勾缝有无脱落和破损现象。同时,在汛期也要加强检查监测,保证锥坡等防护设施的完好。各级公路养护单位要增加桥梁养护的经费,确保桥梁的正常养护,保证其完好,最大限度地减少桥梁水毁的损失,提高桥梁抗御灾害的能力。这样才能延长桥梁的使用寿命,保证公路的完全畅通。'