设计洪水流量.ppt

《设计洪水流量.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设计洪水流量.ppt（50页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、设 计 洪 水 流 量,第四章 设计洪水流量,设计洪水流量：对应于某一设计洪水频率的洪峰流量，简称设计流量。设计洪水位：桥位设计计算断面上通过设计流量相应的水位，简称设计水位。设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均流速。,因此，应根据工程实际情况，按国家颁发的有关规范选定合适的设计标准，依此推算设计洪水。公路工程技术标准（JTJ001）,第四章 设计洪水流量,第四章 设计洪水流量,水文统计法,经验公式或推理公式,相关分析,资料多，中等以上流域,小流域,资料较少,地区经验公式,无水文站观测资料,第四章 设计洪水流量,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,实测资料,经验频率曲线,理论频率曲线,

2、但是，由于洪水观测年限与总体相比差之甚远，经验频率点群分布并不是一条光滑的连续曲线；而由三个参数确定的皮尔逊型理论频率曲线，抽样误差也比较大，从而使由计算参数得到的皮尔逊理论频率曲线，与经验频率点群偏离较大，即两者配合不是很好，因此必须采用某种方法来确定合适的统计参数，使两者拟合最好。通过调整统计参数CS、CV，选择一条与经验频率曲线点群拟合最好的理论频率曲线，这种方法叫适线法。,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,一、适线法的步骤将审核过的水文资料按递减顺序排列，计算各随机变量的经验频率，并点绘于概率格纸上。计算统计参数CV，假定CS=m CV，在我国一般取m=24。确定线型，根据、CS、

3、Pi查表计算确定理论频率曲线的纵坐标，绘制理论频率曲线。观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数，直到两者符合得最好为止，即可确定统计参数、CV和CS的采用值及采用的理论频率曲线。,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例3-1-3某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一个水文站，能搜集到14年断续的流量观测资料，经插补和延长，获得1963年至1982年连续20年的年最大流量资料；又通过洪水调查和文献考证，得到1784年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水；1975年在实测期内也出现过一次特大洪水。,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,二、资料中特大值

4、的处理（特大洪水处理）特大洪水：历史上曾经发生过的，或近期观测到的，比其它一般洪水大得多的稀遇洪水。它的重现期不能仅根据实测系列的长度来确定，而需要进行调查和考证。实测期、调查期、文献考证期,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,二、资料中特大值的处理（特大洪水处理）,按年最大值法所得的实测洪峰流量，若依年序排列，可有三种类型：,QN特大值；n实测期N调查或考证的年数，包括实测期n年，首项最大值的重现期a特大值的总个数l实测年内的特大值个数,不连续系列,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,1、不连续系列的经验频率计算,（1）不连续系列中前a项特大洪水的经验频率计算，按数学期望公式：,PM不连

5、续N年系列前M项的经验频率；M特大洪水由大到小的排位序号，M=1，2，a；N调查或考证的年数，包括实测期n年，首项特大洪水的重现期 N=T2-T1+1T2实测连续系列最近的年份；T1调查考证到最近的年份。,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,1、不连续系列的经验频率计算,（2）实测n年系列普通洪水经验频率的计算：方法一：,Pm连续n年系列中第m项的经验频率；m由大到小排位的顺序号，若实测期中无特大洪水，则m=1，2，n；若有l项特大洪水，则m=l+1，l+2，n,方法二：,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,对于不连续的年最大流量系列，其统计参数的最后确定，仍是应用适线法最适宜。以上计算的

6、均值和变差系数，作为初试值。适线法的基本步骤与连续系列相同。,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一个水文站，能搜集到14年断续的流量观测资料，经插补和延长，获得1963年至1982年连续20年的年最大流量资料；又通过洪水调查和文献考证，得到1784年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水；1975年在实测期内也出现过一次特大洪水。以上洪水资料列于4-1-2第2栏。1、参数计算,不连续系列特大值项数：,实测期：,实测期内特大值个数：,调查考证期：,a=5,n=20,l=1,N=(1982-1784）+1=199,4.1 根

7、据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3 2、经验频率计算（1）前5项特大值经验频率计算,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3 2、经验频率计算（2）实测连续系列经验频率计算 第一项：m=l+1=1+1=2 第二项：m=l+2=1+2=3,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,例4-1-3 3、不连续系列统计参数计算,4、适线,4.1 根据流量观测资料推算设计流量,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,1979年4月，在交通部公路规划设计院主持下，28个省(自治区)的交通厅和3个部属设计院参加，根据全国1785个水文站的观测资料，2198站年

8、的历史洪水调查资料，制定了我国公路大中桥流量经验公式汇总报告。报告中把全国分为111个分区，分区图见图4-2-1。制定了3个表即：全国水文分区流量计算参数表 全国水文分区Cv值表 全国水文分区CSCv经验关系表,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,全国水文分区流量计算参数表,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,一、全国水文分区流量计算参数表,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,二、全国水文分区Cv值表,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,三、全国水文分区CSCv 值表,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,四、以上各表的使用,五、使用范围 一般用于流域面积F小于50000km2的中等流

9、域的桥位。首先在地图上勾绘出桥位以上的流域面积F，视流域大部分在哪一分区中(图4-2-1)，就可采用该分区公式。,4.2 根据地区经验公式推算设计流量,4.3 推理公式和经验公式,公路沿线跨越的小河、溪流、沟壑等都是属于小流域。小流域洪水暴涨暴落，历时短，很少能留下明显的痕迹，往往又不会引起人们的注意，难以调查到较为可靠的历史洪水资料，且一般没有水文站的观测资料。实际工作中小流域河流上的桥梁和涵洞及路基排水系统的设计，一般由暴雨资料来推求。流量计算多采用推理公式或经验公式。,4.3 推理公式和经验公式,由暴两资料推求设计洪峰是以降雨形成洪水的理论为基础的。按照暴雨洪峰的形成过程，推求设计峰可分

10、三步进行：推求设计暴雨，求不同历时指定频率的设计雨量及暴雨过程；推求设计净雨，设计暴雨扣除损失就是设计净雨；推求设计洪水，对设计净雨进行汇流计算，得流域出口断面的设计洪水。,4.3 推理公式和经验公式,一、基本概念及原理,暴雨：24小时降雨量大于50mm或1小时降雨量大于16mm。H2450mm或H116mm 净雨：降雨扣除各种损失后形成地面径流的那部分雨量，即地面径流。产流过程：从降雨到净雨的过程。汇流过程：坡面出现汇流后，从流域各处汇集到流域出口断面的过程。汇流时间（h）：从流域最远点流到出口断面的时间,4.3 推理公式和经验公式,水文循环,流域汇流,4.3 推理公式和经验公式,一、基本概

11、念及原理,暴雨强度公式：暴雨强度、历时及累积频率三者关系的数学模型if(t，P)，称为暴雨强度公式。它用以反映实测点雨量资料的暴雨特性，也是一种地区性较强的经验公式。i时段平均暴雨强度；Sp频率为p的雨力，Sp=A+BlgT；n降雨递减系数,4.3 推理公式和经验公式,一、基本概念及原理,暴雨形成洪峰：小流域的特点是面积小、汇流历时短，形成洪峰流量最不利情况只是数小时的短历时暴雨。因此可假定暴雨强度在全流域内分布均匀，时空分布变化不大，并可利用点雨量资料。产生洪峰流量的主要因素是暴雨强度i与流域面积F，设计洪水以“峰”控制，洪峰流量计算的计算式可写成：,K为单位换算系数水文学中，Q、i、F的惯

12、用单位有两类，因此K有两种取值。,4.3 推理公式和经验公式,二、推理公式,公式基本形式：,Qp频率为p%的流量（m3/s）K单位换算系数0.278 频率为p%的平均净雨强度（mm/h）F流域面积（km2）,净雨量的推求：,降雨量乘以洪峰径流系数，以表示；降雨量减去雨损（mm/h）,4.3 推理公式和经验公式,二、推理公式,公式基本形式：,1、水科院公式（1958年）,洪峰径流系数，与流域汇流时间、面积、入渗率，降雨衰减系数有关的一参数 K，取0.278,4.3 推理公式和经验公式,二、推理公式,2、交通部公路科学研究所公式（1980年）,Qp频率为p%的流量（m3/s）Sp设计频率p%的雨力

13、（mm/h），查图表获得降雨损失参数（mm/h）,北方地区：,南方地区：,4.3 推理公式和经验公式,三、经验公式,公式1,Sp、F同前；C、3系数，查表4-3-6。,公式2,Sp、F同前；地貌系数，查表4-3-5；m、2指数，查表4-3-5。,4.3 推理公式和经验公式,四、公式使用范围,交通部制定的推理公式和经验公式：流域面积小于100km2的小河沟；水科院的推理公式：对于多雨湿润地区，流域面积一般在300km2至500km2以下；干旱地区为100km2至200km2以下。,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,解：1、求雨力SP 查图4-3-1雨力SP等值线图（P=1%）以桥涵的地

14、理位置（经纬度）查本图，可线性内插。对本图，可在图4-3-4n值分区图上获得大致的经纬度经度90-100,纬度40。查图得SP=50mm/s,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,2、求降雨损失参数北方：查表4-3-2，K1、1,K1=0.651=0.82,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,3、求流域汇流时间北方地区：L=13Km，I=8，K3和1通过查表4-3-4获得：,汇流时间和系数指数,汇流时间和系数指数,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,4、求暴雨衰减指数n 首先由图4-3-4查n值的分区，得分区为类地区；然后查表4-3-1 1h=1.83h 6h，取n2=0

15、.76,4.3 推理公式和经验公式,五、公式的应用,SP=50mm/s,n=0.76,F=95km2,4.4 桥位断面设计流量水位推算,一、桥位断面设计流量计算,设计流量往往是利用水文站观测资料或洪水调查资料推算，其流量是根据水文站的观流断面或桥位附近的形态断面计算而得，因而需要换算到桥位断面。1、如果水文站测流断面或形态断面距离桥位断面很近，流域面积相差不超过5%时，则推算的设计流量可以不必换算，而直接作为桥位断面的设计流量。,4.4 桥位断面设计流量水位推算,一、桥位断面设计流量计算,2、如果距离桥位较远，则应进行换算。当流域面积相差不超过20%时，则按下式下式计算,3、当流域面积相差超过

16、20%时，按上式计算的结果误差较大，应结合实际情况，从多方面分析后确定。,4.4 桥位断面设计流量水位推算,二、桥位断面设计水位计算,1.当桥位计算断面与水文断面间的河段顺直，断面规整，河底纵坡均一时，宜按下式绘制水文断面的水位流量关系曲线，按水文站设计流量确定设计水位后，利用水面比降推算出桥位计算断面的设计水位。,2.当桥位计算断面和水文断面上、下游有卡口、人工建筑物或断面形状和面积相差较大，河底纵坡有明显曲折时，宜按下式用试算法求设计流量时的水面线，推求设计水位。,4.4 桥位断面设计流量水位推算,g取9.8m/s2,按上式推求某一流量Q下从下游某控制断面至桥位断面间水面线和绘制桥位断面水

17、位流量关系曲线的具体作法是：从下游某控制河段(即同时知道水位和相应流量的河段，如均匀河段)开始，假定某一流量Q，求得相应的水位H2，即式中的Q和H2，假定一HI/后，便可算出式中右端的值HI，若HI/一HI、(允许误差)，则HI即要推求的HI值；否则，继续迭代计算，直至求得HI。然后，将HI作为上一个河段的H2又可算出上一河段的HI。依此类推，直到桥位断面，得到那里该流量Q下的水位HI。假设一系列Q，求得桥位断面相应的一系列水位H，从而便可绘出桥位断面的水位流量关系曲线。,4.4 桥位断面设计流量水位推算,习题作业,1.,2.在长江南岸深丘区，桥位上游流域面积为250Km2，计算其桥位断面Q5

18、%的流量。,习题作业,3.已知某站1959-1978年的实测流量资料，见下表，另经历史洪水调查得1887、1933年的历史洪峰流量Q87=4100m3/s，Q33=3400m3/s，试用适线法求P=1%时的设计洪峰流量。,习题作业,3.已知某小流域的下述资料，流域特征：由该流域的地形图量得流域面积F25.2km2，主河道长度L=6.53km,沿L的平均坡降J0.02；通过实地调查，了解到该流域土壤为砂壤土，含砂量很高，植被一般,据此查该省水文手册中的值表，得损失参数16mmh，该流域的汇流参数按式=0.29L1/3/F1/40.43计算，式中各符号的意义和单位同上。流域暴雨参数：由水文手册查得该流域中心处年最大24h暴雨的均值 136mm/s、CV=0.55、CS/CV=3.5，暴雨衰减指数n0.7。试用推理公式法计算P1/50的设计洪峰流量。,