第九章_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