水文预报课设任务书

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《水文预报》

课程设计任务与指导书

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编写：刘攀

武汉大学水利水电学院

水文水资源系

2013年5月

6

设 计 任 务

根据学号末位数，分配具体任务： 一、学号末位为0~3号：老灌河； 二、学号末位为4~6号：旬河；

三、学号末位为7~9号：褒河。

本课程设计的主要任务是：根据建立的流域洪水预报方案，应用预留的水文资料，对此方案进行检验。具体工作内容如下：

一、流域暴雨洪水场次资料的整理 二、流域产流方案的检验

三、流域汇流方案的检验

四、流域洪水预报方案的评定

设 计 说 明 书

设计说明书要求按预报方案的要求编写，主要应包括以下内容：

一、流域概况

二、流域产流方案 三、流域汇流方案

四、预报方案检验 五、附图及附表

说明书的重点是将预报模型和计算方法介绍清楚，论证模型参数及计算结果的合理性，并对有关问题进行说明。说明书要求文字流畅，简明而要。图表整齐清楚，名称、编号齐全。最后装订成册，说明在前，附图附表分别集中，依次放在后面，封面力求统一。

老灌河流域洪水预报

老灌河流域位于河南省境内西南部，地处湖北、陕西、河南三省交界处，为南水北调中线水源地丹江口水库上游一大主要入库支流，主要干流长255km，年径流量6.6亿m3，流域面积3418km2。老灌河流域雨量充沛、洪水频繁，峰高量大，研究其出口断面洪水预报方案对下游人民生命财产安全起着十分重要的作用。

设 计 提 纲

一、流域水文气象资料的收集和审查

6

熟悉老灌河流域的自然地理情况，广泛收集有关水文气象资料（见基本资料）。 对资料进行可靠性、一致性、代表性审查。本课程设计的预报方案可不进行此项工作。

二、老灌河流域暴雨洪水场次资料的整理

西峡站水文站控制集水面积3418km2，流域内有香山、黄坪等17个雨量站，各站均有较长期的实测雨量资料（1980~1990）。在洪水预报方案的研制中，已经将1980～1986年资料作为模型率定期，选出了25场暴雨与老灌河同期实测流量资料作为优选产流参数和汇流过程的依据。现需要将预留的1987~1990年资料进行整理，为模型产汇流方案检验提供场次洪水资料。资料的整理和数据文件的组织都已通过编制的软件由计算机完成，1987~1990年老灌河流域面平均时段雨量数据，由数据文件P87-90.DAT给出（设面平均雨量可采用算术平均法计算）；老灌河1987~1990年流量过程由数据文件Q87-90.DAT提供。1980～1986年划分和计算的场次暴雨洪水结果如表1所示，表1中1987~1990年的为待求值。 1.暴雨洪水场次的划分

1987~1990年洪水与暴雨场次的大致划分如表2所示。 2.场次洪水径流深的推求

老灌河流域退水曲线中蓄泄系数K=48小时。 三、老灌河流域产流方案

老灌河流域处于河南省西南部，属热带季风区性气候，年平均气温15.1℃，多年平均降水量约900mm。降雨量的61.8%集中于6~9月。流域内植被良好，符合蓄满产流模型的应用条件。模型主要由蓄满产流计算、流域水源划分和流域蒸散发计算构成。

流域蒸发资料由西峡站E601型蒸发器实测值，以1980～•1990年11年资料进行统计，由数据文件E87-90.DAT给出。

应用暴雨洪水场次的资料，对模型参数进行率定。参数的率定采用计算机自动优选（采用旋转坐标轴法，即Rosenbrock法)和人工试错优选相结合的办法。产流参数的率定以场次洪水径流深误差最小为目标函数，•产流参数优选结果如表3所示。 应用确定的模型结构和优选的产流模型参数、蒸散发模型参数编制程序，对1987~1990年场次暴雨洪水进行检验。

四、老灌河流域汇流方案 流域汇流分地面汇流、壤中出流和地下汇流。汇流参数的优选以流域出口模拟流量过程与实测流量过程拟合最优为目标函数，••即离差平方和最小和模型效率最高。壤中流和地下汇流采用地下水库调蓄演算的方法、分水源汇流参数优选结果见表4。地面汇流采用时段地面经验单位线法， 用老灌河实测雨洪资料分析的单位线见表5。•

1.直接应用优选的汇流参数和表5给出的时段地面经验单位线法，编制计算机程序对1987~1990年场次暴雨洪水进行汇流计算。

2.分析1987~1990年场次暴雨洪水汇流计算结果，是否需要调整时段地面经验单位线，若需要，请利用1987~1990年资料进行分析。 五、预报方案精度的评定

6

1.对预报方案的模型率定期（1980～1986年）进行评定 2.对预报方案的模型检验期（1987~1990年）进行评定 3.分析存在的问题，提出改进意见和具体实施的方法

基 本 资 料

老灌河流域慨况及暴雨洪水一般特性：

老灌河流域处于河南省西南部，年平均气温15.1℃，多年平均降水量约900mm，其河道平均比降2.9‰，流域面积3418km2。流域内有17个雨量站，流域出口设有西峡水文站，具有较长期的实测雨量、流量资料。

表1 老灌河流域次洪水资料统计 径流深单位：mm

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 洪号 800616 800703 800824 801010 810625 810715 810824 820803 820814 820825 821002 830801 830811 830908 831005 840512 840707 840726 840924 850504 850526 850811 850916 860815 860910 870606 870806 870720 870904 880815 880914 0711 0726 0816 0911 900502 900626 900721 降雨P 62.8 135.2 120.7 95.0 76.2 78.3 44.4 115.1 52.9 40.1 38.0 120.5 135.4 103.9 161.1 88.7 77.6 53.7 131.6 80.3 60.3 95.2 60.0 68.4 84.8 实测RO 计算RC 绝对误差 相对误差 19.8 17.2 -2.6 -13.1 68.1 72.5 4.4 6.5 70.2 56.8 -13.4 -19.1 35.2 42.8 7.6 21.6 18.0 19.4 1.4 7.8 43.1 40.4 -2.7 -6.3 28.0 23.3 -4.7 -16.8 61.3 66.2 4.9 8 25.7 28.4 2.7 10.5 20.3 27.4 7.1 35 25.4 22.9 -2.5 -9.8 45.0 33.3 -11.7 -26 103.2 92.3 -10.9 -10.6 46.0 49.4 3.4 7.4 104.7 103.1 -1.6 -1.5 20.0 18.2 -1.8 -9 18.2 20.6 2.4 13.2 16.7 19.8 3.1 18.6 98.8 90.6 -8.2 -8.3 26.7 22.2 -4.5 -16.9 23.4 22.9 -0.5 -2.1 19.3 19.5 0.2 1 38.8 38.0 -0.8 -2.1 12.4 10.1 -2.3 -18.5 15.9 20.7 4.8 30.2 6

表2 西峡站次洪水统计表 径流深单位：mm

NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 洪号 870606 870806 870720 870904 880815 880914 0711 0726 0816 0911 900502 900626 900721 流量起止时间 06.04-06.10 08.04-08.10 07.17-07.26 09.02-09.09 08.12-08.19 09.12-09.17 07.10-07.20 07.23-08.01 08.15-08.25 09.07-09.18 04.30-05.08 06.23-06.30 07.19-07.26 起止流量 19.5 25.6 36.2 39.4 3.1 3.73 5.14 9.25 149 108 15.9 31.4 9.1 8.6 9.25 11.3 8.3 14.9 4.1 6.6 12.9 10.6 18.1 41.2 39 33.4 洪峰 峰现时间 雨量起止时间 06.04-06.10 08.04-08.10 07.17-07.26 09.02-09.08 08.12-08.18 09.12-09.17 07.10-07.20 07.23-08.01 08.15-08.24 09.07-09.18 04.30-05.08 06.23-06.29 07.19-07.25 径流深 表3 老灌河流域三水源蓄满产流模型产流参数

参数名 参数值 WM 120 WUM 33 WLM 40 WDM 47 C 0.15 B 1.6 FE 0.8 注：FE为初始土壤含水容量折算系数，即各层土壤水均为容量的FE倍：如WUM0=FE*WUM，S0=SM*FE。

表4 老灌河流域分水源汇流参数

参数名 参数值 SM 33 EX 0.5 KG 0.991 表5 老灌河24h10mm单位线

时段 (△t=24h) 单位线q(m3/s) 时段 (△t=24h) 单位线q(m3/s)

KKG 0.04 KSS 0.8 KKSS 0.05 0 0 9 0.3 1 237.3 10 0.1 2 90.5 11 0 3 38.3 4 16.6 5 7.2 6 3.2 7 1.4 8 0.6 6

旬河流域洪水预报

旬河是安康水库～蜀河坝址之间汉江最大的一条一级支流，占区间流域面积的48.93%，流域集水面积为48km2。旬河流域雨量充沛、洪水频繁，峰高量大，研究其出口断面洪水预报方案对下游人民生命财产安全起着十分重要的作用。

设 计 提 纲

一、流域水文气象资料的收集和审查

熟悉旬河流域的自然地理情况，广泛收集有关水文气象资料（见基本资料）。 对资料进行可靠性、一致性、代表性审查。本课程设计的预报方案可不进行此项工作。

二、旬河流域暴雨洪水场次资料的整理

向家坪水文站控制集水面积48km2，流域内有太平站、沙沟站、东江口、黄金站等28个雨量站，各站均有较长期的实测雨量资料（1980~1990）。在洪水预报方案的研制中，已经将1980～1986年资料作为模型率定期，选出了25场暴雨与旬河同期实测流量资料作为优选产流参数和汇流过程的依据。现需要将预留的1987~1990年资料进行整理，为模型产汇流方案检验提供场次洪水资料。资料的整理和数据文件的组织都已通过编制的软件由计算机完成，1987~1990年旬河流域面平均时段雨量数据，由数据文件P87-90.DAT给出（设面平均雨量可采用算术平均法计算）；旬河1987~1990年流量过程由数据文件Q87-90.DAT提供。1980～1986年划分和计算的场次暴雨洪水结果如表1所示，表1中1987~1990年的为待求值。 1.暴雨洪水场次的划分

1987~1990年洪水与暴雨场次的大致划分如表2所示。 2.场次洪水径流深的推求

旬河流域退水曲线中蓄泄系数K=48小时。 三、旬河流域产流方案

旬河流域处于秦岭南麓，穿行于高山峡谷之间，属北亚热带湿润季风气候，年平均气温7.8℃，多年平均降水量933.4mm。夏季降雨丰富，约占全年的70%~80%。流域内植被良好，符合蓄满产流模型的应用条件。模型主要由蓄满产流计算、流域水源划分和流域蒸散发计算构成。

流域蒸发资料采用流域内蒸发站——柞水站、青泥湾站E601型蒸发器实测值，以1980～•1990年11年资料进行统计，以两站的算术平均值作为旬河流域多年平均蒸发量，由数据文件E87-90.DAT给出。

应用暴雨洪水场次的资料，对模型参数进行率定。参数的率定采用计算机自动优选（采用旋转坐标轴法，即Rosenbrock法)和人工试错优选相结合的办法。产流参数的率定以场次洪水径流深误差最小为目标函数，•产流参数优选结果如表3所示。 应用确定的模型结构和优选的产流模型参数、蒸散发模型参数编制程序，对1987~1990年场次暴雨洪水进行检验。 四、旬河流域汇流方案 流域汇流分地面汇流、壤中出流和地下汇流。汇流参数的优选以流域出口模拟流量过

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程与实测流量过程拟合最优为目标函数，即离差平方和最小和模型效率最高。壤中流和地下汇流采用地下水库调蓄演算的方法、分水源汇流参数优选结果见表4。地面汇流采用时段地面经验单位线法， 用旬河实测雨洪资料分析的单位线见表5。•

1.直接应用优选的汇流参数和表5给出的时段地面经验单位线法，编制计算机程序对1987~1990年场次暴雨洪水进行汇流计算。

2.分析1987~1990年场次暴雨洪水汇流计算结果，是否需要调整时段地面经验单位线，若需要，请利用1987~1990年资料进行分析。 五、预报方案精度的评定

1.对预报方案的模型率定期（1980～1986年）进行评定 2.对预报方案的模型检验期（1987~1990年）进行评定 3.分析存在的问题，提出改进意见和具体实施的方法

基 本 资 料

旬河流域慨况及暴雨洪水一般特性：

旬河流域位于东经108°24′20″~109°26′9″，北纬32°54′38″~33°50′9″，集水面积48km2，属长江水系。河长218.1km，河道平均比降2.9‰。流域内有28个雨量站，流域出口设有向家坪水文站，具有较长期的实测雨量、流量资料。 该流域属北亚热带湿润季风气候，年平均气温7.8℃，多年平均降水量933.4mm。河口控制水文站向家坪多年平均流量63.4m3/s，实测最大洪峰流量6090m3/s（2005年10月2日）。流域夏季降雨丰富，约占全年的70%~80%。

表1 旬河流域次洪水资料统计 径流深单位：mm

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

洪号 800703 800824 801010 810403 810715 810908 820730 820908 821002 830624 830711 830731 830819 840513 840707 840910 850518 850606 850716 850916 851016 860616 降雨P 95.3 102.1 106.1 23.8 51.9 120.8 68.5 29.5 32.0 48.9 53.3 137.2 45.0 27.7 92.0 169.0 60.8 50.3 39.3 122.5 53.3 46.4 实测RO 计算RC 绝对误差 相对误差 27.4 23.8 -3.6 -13.1 29.4 25.6 -3.8 -12.9 47.8 48.4 0.6 1.3 10.6 7.1 -3.5 -33.0 33.0 34.2 1.2 3.6 85.5 84.2 -1.3 -1.5 25.3 23.9 -1.4 -5.5 20.4 19.2 -1.2 -5.9 29.7 28.3 -1.4 -4.7 30.7 22.5 -8.2 -26.7 13.9 11.3 -2.6 -18.7 76.3 79.0 2.7 3.5 25.7 25.9 0.2 0.8 6.9 6.4 -0.5 -7.2 66.5 62.7 -3.8 -5.7 94.2 111.0 16.8 17.8 34.3 25.5 -8.8 -25.7 12.2 12.6 0.4 3.3 10.7 10.6 -0.1 -0.9 59.4 60.7 1.3 2.2 33.9 37.3 3.4 10.0 15.4 12.1 -3.3 -21.4 6

23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 860710 860910 861021 870513 870614 870804 870903 880407 880505 880705 880819 0429 0711 0820 0928 900501 900701 900816 44.3 114.4 38.1 17.0 29.2 14.1 13.4 37.7 16.0 -3.6 8.5 1.9 -21.2 29.1 13.5 表2 向家坪站次洪水统计表 径流深单位：mm

NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 洪号 870513 870614 870804 870903 880407 880505 880705 880819 0429 0711 0820 0928 900501 900701 900816 流量起止时间 05.10-05.20 06.11-06.20 08.02-08.12 09.01-09.09 04.01-04.20 05.05-05.19 07.02-07.16 08.17-08.24 04.26-05.09 07.05-07.22 08.14-08.25 09.23-10.04 04.28-05.13 06.29-07.11 08.12-08.28 起止流量 20.3 26 79.2 87.3 73.8 136 53.9 99.2 38.7 38.4 24 45.4 20.6 73.2 240 147 49 57.9 40.8 79.5 65.5 63.2 49.4 57.4 41.0 41.1 103 81.3 37.4 59.8 洪峰 峰现时间 雨量起止时间 05.10-05.19 06.11-06.19 08.02-08.11 09.01-09.09 04.01-04.20 05.05-05.18 07.02-07.15 08.17-08.23 04.26-05.08 07.05-07.21 08.14-08.24 09.23-10.03 04.28-05.13 06.29-07.11 08.12-08.28 径流深 表3 旬河流域三水源蓄满产流模型产流参数

参数名 参数值 WM 126 WUM 63 WLM 13 WDM 50 C 0.17 B 3.0 FE 0.8 注：FE为初始土壤含水容量折算系数，即各层土壤水均为容量的FE倍：如WUM0=FE*WUM，S0=SM*FE。

6

表4 旬河流域分水源汇流参数

参数名 参数值 SM 36 EX 0.46 KG 0.995

表5 旬河24h10mm单位线

时段 (△t=24h) 单位线q(m3/s) 时段 (△t=24h) 单位线q(m3/s)

6

KKG 0.046 KSS 0.83 KKSS 0.06 0 0 9 1.8 1 2 3 67.8 12 0.3 4 35.2 13 0.2 5 18.9 14 0.1 6 10.3 15 0.1 7 5.7 16 0 8 3.2 460.5 140.5 10 1.0 11 0.6 褒河流域洪水预报

褒河流域在陕西省南部汉江上游，经度106°48′15″—107°25′34″，纬度

33°38′03″—34°11′08″，流域集水面积约为3415 km2，海拔900～3400m。褒河流域雨量充沛、洪水频繁，峰高量大，研究其出口断面洪水预报方案对下游人民生命财产安全起着十分重要的作用。

设 计 提 纲

一、流域水文气象资料的收集和审查

熟悉褒河流域的自然地理情况，广泛收集有关水文气象资料（见基本资料）。 对资料进行可靠性、一致性、代表性审查。本课程设计的预报方案可不进行此项工作。

二、褒河流域暴雨洪水场次资料的整理

马道水文站控制集水面积约3415km2，流域内有太白、大坪里等13个雨量站，各站均有较长期的实测雨量资料（1980~1990）。在洪水预报方案的研制中，已经将1980～1986年资料作为模型率定期，选出了22场暴雨与褒河同期实测流量资料作为优选产流参数和汇流过程的依据。现需要将预留的1987~1990年资料进行整理，为模型产汇流方案检验提供场次洪水资料。资料的整理和数据文件的组织都已通过编制的软件由计算机完成，1987~1990年褒河流域面平均时段雨量数据，由数据文件P87-90.DAT给出（设面平均雨量可采用算术平均法计算）；褒河1987~1990年流量过程由数据文件Q87-90.DAT提供。1980～1986年划分和计算的场次暴雨洪水结果如表1所示，表1中1987~1990年的为待求值。 1.暴雨洪水场次的划分

1987~1990年洪水与暴雨场次的大致划分如表2所示。 2.场次洪水径流深的推求

褒河流域退水曲线中蓄泄系数K=48小时。 三、褒河流域产流方案

褒河流域处于陕西省南部汉江上游，流域属于温暖带湿润气候区，气候温和、雨量充沛。流域内植被良好，符合蓄满产流模型的应用条件。模型主要由蓄满产流计算、流域水源划分和流域蒸散发计算构成。

流域蒸发资料采用流域内蒸发站——江口站E601型蒸发器实测值，以1980～•1990年11年资料进行统计，由数据文件E87-90.DAT给出。

应用暴雨洪水场次的资料，对模型参数进行率定。参数的率定采用计算机自动优选（采用旋转坐标轴法，即Rosenbrock法)和人工试错优选相结合的办法。产流参数的率定以场次洪水径流深误差最小为目标函数，•产流参数优选结果如表3所示。 应用确定的模型结构和优选的产流模型参数、蒸散发模型参数编制程序，对1987~1990年场次暴雨洪水进行检验。 四、褒河流域汇流方案 流域汇流分地面汇流、壤中出流和地下汇流。汇流参数的优选以流域出口模拟流量过程与实测流量过程拟合最优为目标函数，••即离差平方和最小和模型效率最高。壤中流和

6

地下汇流采用地下水库调蓄演算的方法、分水源汇流参数优选结果见表4。地面汇流采用时段地面经验单位线法， 用褒河实测雨洪资料分析的单位线见表5。•

1.直接应用优选的汇流参数和表5给出的时段地面经验单位线法，编制计算机程序对1987~1990年场次暴雨洪水进行汇流计算。

2.分析1987~1990年场次暴雨洪水汇流计算结果，是否需要调整时段地面经验单位线，若需要，请利用1987~1990年资料进行分析。 五、预报方案精度的评定

1.对预报方案的模型率定期（1980～1986年）进行评定 2.对预报方案的模型检验期（1987~1990年）进行评定 3.分析存在的问题，提出改进意见和具体实施的方法

基 本 资 料

褒河流域慨况及暴雨洪水一般特性：

褒河流域在陕西省南部汉江上游，经度106°48′15″—107°25′34″，纬度33°38′03″—34°11′08″，流域集水面积约为3415 km2，海拔900～3400m。流域属于温暖带湿润气候区，气候温和、雨量充沛。流域内有13个雨量站，流域出口设有马道水文站，具有较长期的实测雨量、流量资料。

表1 褒河流域次洪水资料统计 径流深单位：mm

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

洪号 800616 800703 800803 800915 810714 810819 811001 820830 820926 830624 830721 830819 830907 840624 840706 840804 840905 850517 850711 850914 860701 860710 870627 870718 870804 870903 880709 降雨P 76.3 1.1 55.2 78.3 119.6 466.5 59.5 124.8 65.5 79.8 105.0 .5 85.3 60.8 58.9 49.9 134.0 24.5 50.6 56.1 72.7 41.8 实测RO 计算RC 绝对误差 相对误差 22.4 16.6 -5.8 -25.9 104.2 80.5 -23.7 -22.7 30.1 27.3 -2.8 -9.3 44.5 39.4 -5.1 -11.5 72.7 67.3 -5.4 -7.4 404.3 394.7 -9.6 -2.4 41.2 30.7 -10.5 -25.5 46.3 60.2 13.9 30 21.5 27.0 5.5 25.6 35.8 32.2 -3.6 -10.1 40.0 50.1 10.1 25.3 28.4 25.8 -2.6 -9.2 39.0 36.8 -2.2 -5.6 21.0 22.9 1.9 9 28.9 27.2 -1.7 -5.9 19.2 20.7 1.5 7.8 71.5 84.6 13.1 18.3 13.1 10.4 -2.7 -20.6 15.2 16.9 1.7 11.2 28.6 23.6 -5 -17.5 26.1 21.6 -4.5 -17.2 18.0 15.4 -2.6 -14.4 6

28 29 30 31 32 33 34 35 36 880818 880901 0428 0522 0707 0819 900516 900706 900816

表2 马道站次洪水统计表 径流深单位：mm

NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 洪号 870627 870718 870804 870903 880709 880818 880901 0428 0522 0707 0819 900516 900706 900816 流量起止时间 06.25-07.03 07.16-07.26 08.02-08.12 08.31-09.08 07.03-07.17 08.17-08.25 08.30-09.09 04.26-05.06 05.20-05.30 07.03-07.15 08.14-08.25 05.13-05.26 07.04-07.15 08.11-08.27 起止流量 24.4 24.4 19.7 24.3 23.1 38.5 17.7 20.6 7.4 28.1 143 57.2 37.2 37.2 30.2 45.1 36.1 33.3 29.1 38.7 31.4 59.1 21.4 24.1 36.6 61.3 34.4 48 洪峰 峰现时间 雨量起止时间 06.25-07.03 07.16-07.26 08.02-08.11 08.31-09.07 07.03-07.17 08.17-08.24 08.30-09.09 04.26-05.05 05.20-05.30 07.03-07.14 08.14-08.24 05.13-05.25 07.04-07.15 08.11-08.26 径流深

表3 褒河流域三水源蓄满产流模型产流参数

参数名 参数值 WM 115 WUM 20 WLM 25 WDM 70 C 0.16 B 1.75 FE 0.8 注：FE为初始土壤含水容量折算系数，即各层土壤水均为容量的FE倍：如WUM0=FE*WUM，S0=SM*FE。

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表4 褒河流域分水源汇流参数

参数名 参数值 SM 40 EX 1.9 KG 0.995

表5 褒河24h10mm单位线

时段 (△t=24h) 单位线q(m3/s) 时段 (△t=24h) 单位线q(m3/s) 时段 (△t=24h) 单位线q(m3/s)

0 0 9 2.4 18 0.08 1 238.6 10 1.6 19 0.04 2 63.8 11 1.1 20 0 3 34.5 12 0.8 4 20.6 13 0.5 5 12.9 14 0.4 6 8.3 15 0.24 7 5.5 16 0.16 8 3.6 17 0.12 KKG 0.057 KSS 0.885 KKSS 0.05 6