由暴雨资料推求设计洪水.ppt
,第九章 由暴雨资料推求设计洪水 Inquire into the design flood using rainstorm data,9.1 概述,一、采用设计暴雨的原因（1）流量资料较短时，直接推求设计洪水有困难。（2）直接法和间接法相互检验洪水是由暴雨产生的(为主要条件)，从本质上讲由洪水资料直接推求洪水，与由暴雨资料间接推求，两者应该是一致的。（3）暴雨资料相对较长，受人类影响较小，为间接法提供了可能。,若流量资料充分，一般多用流量资料，其可靠性较高,9.2 设计面雨量 由暴雨资料推求设计洪水主要包括：（1）推求设计暴雨（确切讲是设计暴雨过程）；（2）推求设计洪水过程线。,设计暴雨,1、统计选样（1）选样步骤计算各次大暴雨的时段面雨量固定时段选年最大面雨量,一、直接法推求设计面暴雨量,2、面雨量资料的插补展延 若设计流域内早期雨量站点稀少，后期雨量站点增多。可利用近期的多站平均雨量X多与同期少站平均雨量X少建立关系，利用相关关系展延多站平均雨量作为流域面雨量。,3、特大值处理 同设计洪峰流量(或洪量)计算。,4、面雨量频率计算 采用目估适线法。经验频率公式采用期望值公式、线型采用P-型。国内暴雨的CS/CV值，一般地区为3.5；在CV0.6的地区，约为3.0；CV0.45的地区，约为4.0。,5、成果合理性分析同一流域不同历时XP的协调 要求：（1）频率曲线不交叉；（2）不同历时的频率曲线变化平缓，不能出现某历时的频率曲线突变的情况，否则要调整；（3）对所有点据总体拟合最优。设计面雨量成果在区域上的协调。,二、间接法推求设计面暴雨量,当设计流域内雨量站点稀少，无法直接求设计面雨量时。可先求出代表站的设计点雨量，然后通过暴雨点面关系，求相应的设计面暴雨量。,1、设计点暴雨计算(1)选样方法 固定时段选年最大单站雨量。(2)暴雨资料的插补延长 插补延长的方法：,直接移用邻近站的雨量 适用条件：地形差别不大。,移用区域的平均值 适用条件：流域内本年份未发生特大暴雨的情况。用等值线插补 适用条件：主要是对发生特大暴雨的年份，且要求站点较多。由特大暴雨等值线图进行插补。移置改正 适用条件：两站的地形，下垫面条件差异较大。均 值 改 正 XB=XA*（EXB/EXA）,(3)特大值处理(4)点雨量频率计算,经验频率公式、线型、参数估计方法,2、设计面雨量的计算(1)定点定面的点面关系 X0Xf 关系 适用条件：流域中心有长系列雨量资料，流域内还有一定数量且分布比较均匀的其他雨量站资料。,Xf/X0f 关系 适用条件：本流域除中心点外无其他雨量资料。做法：1）在邻近地区找具备资料条件的流域；2）做邻近流域的Xf/X0f 关系 绕中心点做同心圆(或正方形)。统计同心圆面积f，面平均雨量Xf及中心点雨量X0。根据（Xf/X0，f）点据，综合出地区Xf/X0f 线。,(3)利用点面关系将设计点雨量转换成设计面雨量 根据设计流域面积F在Xf/X0f 线上查出(Xf/X0)F，则XF，P=X0，P*(Xf/X0)F,(2)动点动面的点面关系 做法：1）做每场雨的等值线图 2）对第i 场雨做Xf/X0f关系 i=1、2（场数）3）n场雨综合，取上外包线（较安全）,9.3 设计暴雨时空分配的计算,一、设计暴雨时程分配计算 1、典型暴雨的选择和概化 原则：能够反映设计地区的暴雨特性；雨量大，强度大，雨峰偏后。,2、缩放典型过程及计算设计暴雨时程分配根据不同时段的典型面雨量和设计面雨量计算各时段的缩放倍比。采用同频率方法缩放典型暴雨过程。,南水水库各时段年最大雨量频率曲线图,雨量的放大倍比分别为：K1=X1P/X1D K3-1=（X3P-X1P）/（X3D-X1D）K7-3=（X7P-X3P）/（X7D-X3D）式中：X1P、X3P、X7P分别为1、3、7日的设计雨量；X1D、X3D、X7D分别为1、3、7日的典型雨量。,P=0.01%白竹站设计暴雨过程图,P=0.01%梯下站设计暴雨过程图,P=0.01%大坝站设计暴雨过程图,P=0.01%坪溪站设计暴雨过程图,9.4 可能最大降水计算9.5 由设计暴雨推求设计洪水,历年降雨资料X(t),设计暴雨计算分系统,流域产流汇流计算分系统,设计洪水Qp（t）,设计暴雨推求设计洪水流程,一、设计Pa的计算 1、取设计Pa=Im（土壤最大缺水量）一般适用于湿润地区，其汛期雨水充沛，土壤易蓄满。2、扩展暴雨过程法 在拟定设计暴雨过程时，加长暴雨历时，把核心暴雨时间向前推1530d。,3、同频率法 在暴雨频率计算求得XP 的同时，计算(X+Pa)P，则：Pa=(X+Pa)P-XP 当得出的Pa值大于Im时，取Pa=Im。,二、产流方案和汇流方案的应用 1、外延问题 2、移用问题 3、由设计净雨推求设计洪水过程 地面径流用单位线，地下径流用简化三角形。,三、设计暴雨推求设计洪水算例 某中型水库来水面积为341km2，为防洪复核，根据雨洪资料的条件，拟采用暴雨资料来推求P=2%的设计洪水。步骤：1、设计暴雨计算 通过点暴雨频率计算及其参数分析，EX=110mm，CV=0.58，CS=3.5 CV，求得P=2%时，最大一日点暴雨量为296mm。通过动点动面的点面关系图，由流域面积查得折减系数为0.92，则最大1日设计面暴雨量XP=296*0.92=272mm按该地区的暴雨时程分配，得设计暴雨过程。,P=2%设计暴雨时程分配表,2、设计净雨过程的推求（1）产流计算 用同频率法求得设计Pa，得Pa=78mm。本流域土壤最大蓄水量为100mm，则D=100-78=22mm由第一时段设计暴雨量扣除，得设计暴雨过程。,（2）水源划分 根据实测洪水资料分割得来的地下径流过程和净雨过 程的分析，求得本流域的稳定下渗率fc=1.5mm/h。由净雨过程中扣除下渗量fc tc，得地面净雨过程，其中，第一时段净雨历时tc=(7.9/29.9)6=1.6h，下渗 量=fc tc=1.5 1.6=2.4mm，故第一时段地面净雨量 为5.5mm。,3、汇流计算（设计洪水过程线的推求）（1）地面净雨根据单位线推流，得地面径流过程。（2）地下净雨过程概化为等腰三角形出流，地下径 流等腰三角形的底长为地面径流历时长的2倍。具体计算见P244-245，计算结果见P245的表9-6。,9.6 小流域设计洪水计算,一、概述 小流域设计洪水的特点、方法。1、特点 国内小流域上修建的工程数量很多，往往缺乏水文资料，尤其是实测流量资料；小型水利工程对洪水调节适用能力小，故对此类流域，以计算洪峰为主，洪水过程可以适当简化，简单易行 2、方法 主要有：经验公式法、推理公式、综合单位线及流域水文模型等。主要介绍：推理公式、经验公式。,1、X24h，P的计算（1）由X1d，P 推求X24h，P X24h，P=h.X1d，P h=1.11.2,二、小流域设计暴雨 不考虑暴雨在流域面上的不均匀性，以点代面。,(2）用X24h的参数等值线图 先查出X24h的参数(均值、CV 和CS/CV 值)。再计算：,2、利用暴雨公式，由X24h，P计算Xt，P(t 为任意历时)（1）暴雨公式的形式,式中：at，P 历时为t，频率为P的平均暴雨强度(mm/h)；Xt，P 历时为t，频率为P的雨量(mm)；SP 频率为P的“雨力”(t=1h的平均雨强，mm/s)；n 暴雨参数，一般数值为0.50.7。,则暴雨公式分为两段：,根据我国的实际情况，双对数线图上出现折线而不是直线，转折点发生在历时t=1h处，如图。,（2）暴雨参数(n1、n2、Sp)的确定 主要有两种途径：根据实测暴雨资料通过图解分析法确定 查小流域所在地区的水文手册得到,公式：,根据实测暴雨资料分析的步骤：(1)计算不同历时暴雨系列的频率曲线；(2)由不同历时各种频率的Xt,P除以历时t 得到at,P；(3)点绘以频率P为参数的lgat,P Plgt 关系，在t=1h出发生明显转折。,三、设计净雨计算 利用损失参数值计算小流域设计净雨。损失参数值是指产流历时tc 内的平均损失强度。,四、由推理公式推求设计洪水的基本原理 1、推理公式的基本原理 假设条件：产流强度在时间和空上分布均匀。考虑单位换算，洪峰流量的计算公式如下：,式中：F 流域面积（km2）；a平均降雨强度（mm/h）；平均损失强度（mm/h）；Qm洪峰流量（m3/s）。,Qm=0.278（a-）F,（1）tc t（产流历时流域汇流时间）全面汇流，流域中的所有点都参与造峰。Qm=0.278（a-）F,(2）tc=t（产流历时=流域汇流时间）Qm=0.278（a-）F,(3）tc t（产流历时流域汇流时间）Qm=0.278（a-）Ftc Ftc tC时段长的最大面积。,（1）tc t Qm=0.278(a-)F=0.278 ht/t F,2、推理公式的一般形式,（2）tc t Qm=0.278 hR/t F,连续t时段内最大产流量,产流历时内的产流量,五、现行推理公式及其计算方法 1、设计暴雨及产流计算（1）采用暴雨公式计算Xt，P或at，P 依据暴雨公式，得相应于指定频率P的任意时段t 的设计雨量Xt，P或平均雨强at，P：Xt，P=SPt1-n 或 at，P=SP/tn,令 i(t)=，可导出：,（2）产流历时tc与产流量计算,2、流域汇流时间t的计算 经验关系：t=0.278L/（mJ1/3Qm1/4）式中：L 流域最远点的流程长度；J 沿流域最远点的平均纵比降；m汇流经验参数，一般取0.7左右；Qm 洪峰流量。,3、Qm，P的计算公式 tc t Qm,P=0.278（SP/tn-）F tc t Qm,P=0.278（nSPtC1-n/t）F,4、计算过程（1）收集资料：F、L、J、n、SP、m、m（2）运用迭代法计算Qm，P。假设tc t（或tc t）迭代后，检验假设是否成立。设计洪峰流量计算实例见P251 9-2,习题：P255 9-3,本章结束，谢谢！,
