《湖北省暴雨径流查算图表》使用说明(增强版).doc

湖北省暴雨径流查算图表使用说明水电部（83）水电水规字 7 号文通知指出：“各省（市、自治区）编制的暴雨径流查算图表，在无实测流量资料系列的地区，可作2工程）进行安全复核及新工程设计洪水计算的依据，可在当前水库工程普遍“三查三定”中发挥应用的作用，也可供其他工程参考”。按水电部指示精神，对流域面积较大的大中型水库的设计洪水应该进行专门分析，本图表应用范围主要是中小流域。在地县水利部门应用较多，因此使用说明仍以手算方法为主，有电算条件的单位可根据本说明有关方法编制电算程序。为今后中小型水库（一般用于控制流域面积在1000km以下的山丘区第一章瞬时单位线方法计算设计洪水一、流域参数2为设计流域出口断面以上集水面积，主河道长度 l （km），为出口断面沿主河道至分水岭的长度；主河道平均比降 j 为主河道各高程转折点分段比降的加权平均值，一般用实际比值，瞬时单位线参数综合公式中 j 以千分率计。2采用更大比例尺的地形图。为计算 j ，在量算 l 的同时，沿程读出若干河底高程 h（一般应在地形转折点和有等高线与河底线相交的点读数），量算相应两点间距 li ，按下式算 j （见下页示意图）。j = ( h 0 + h 1 )l1 + ( h 1 + h 2 )l2 + +（( h n 1 + h n )ln 2h 0 l / l2(1-1）n式中： l = li1也可令 hi = h i h 0j = h1l1 + (h1 + h2 )l 2 + + (hn 1 + ha )l a / l2（1-2）二、设计暴雨1、点雨量可能最大点暴雨量（pmp），查湖北省可能最大暴雨图集（下称图集）中附图 1“可能最大 24 小时点雨量等值线图”。根据流域中心在图中的位置读得 24 小时点雨量。各设计频率的点雨量 h p点 ，可先分别从 1、6、24 小时点暴雨均值 h 和变差系数 c v 等值线图查出相应历时的 h 、 c v ，再按下式计算：h p点 = h k p（1-3）本图表用于计算设计洪水的流域参数有：流域面积f（km）以上三参数，用五万分之一军用地形图量算，如f10km，应k p 查读 c s = 3.5c v 皮尔逊型频率曲线 k p 值表。以上 24 小时 h 、 c v 图已刊布在图集中，1、6 小时的 h 、 c v等值线图水利电力部门批准使用（见本图表附图）2、面雨量可能最大暴雨时面深关系已换算成各历时的比值 h t / h 24点 刊布于图集中表 6-1 至 6-11。根据水文分区，设计流域面积和相应历时查得时面深比值，乘以可能最大 24 小时点雨量即得各个历时的设计面雨量，详见图集使用说明。各种频率 1、6、24 小时设计暴雨时面深关系按以下步骤计算：h t面 = t h t点（1-4）式（1-4）中 t ，从图集或附表（8）中湖北省暴雨面深系数表查得。需作流域形状改正的应乘以改正系数 f ，即：h t面 = t f h t点（1-5）式中 t 为设计暴雨历时， h t 点 为设计点雨量，有下列情况之一者，时面深系数应作流域形状改正：2 260；2f 为设计流域面积，形状改正系数 f 按图集35 页中有关规定计算，一般变化在 0.88-0.96 之间。各历时设计面暴雨量采用下列各式计算：10 t 60（1）100kmf300km，且典型雨图轴向与流域轴向夹角大于（2）f300km，且夹角大于30。1 t 66 t 24h t面 = h 24面 4 n2 1 6 n1 1 60 n0 1 t 1n0h t面 = h 24面 4 n2 1 6 n1 1 t 1n11h t面 = h 24面 24 n2 1 t 1n2（1-6）（1-7）（1-8）（1-9）22（1-10）（1-6）式中 t 以分钟计，其它各式 t 以小时计，以上各式中 n0 ， n1，n2 分别为 10-60 分钟，1-6 小时，6-24 小时的设计面暴雨递减指数，可分别由相应的面雨量反算求得。n0 = 1 + 0.558ln 0n1 = 1 + 0.558ln1n2 = 1 + 0.721ln 2式中 0 = h 10 / h 1面1 = h1面 / h 6面 2 = h 6面 / h 24面点 n 值，面 n 值与点面系数的关系为：（1-11）（1-12）（1-13） 2 t t1（1-14）t 为历时， 1 、 2 为相应于 t1 、 t2 之点面系数。各历时采用相同的流域形状改正系数，不影响 n 的取值。查读等值线图及典型雨图的应用，参照图集32 页使用说明有关规定。或ht面=h1面t1n或ht面=h6面6n1t1nln23、设计雨型雨型可采用当地典型暴雨的时程分配，也可用图表综合的概化雨型，为便于特小流域应用，附表（9）列出短历时暴雨过程的分配，和图集中原已刊布的 24 小时雨型，供设计时选用，求出相隔时段 t 的各个历时雨量后顺次俩俩之差，即为时段雨量，按选用的雨型排列即得设计毛雨量过程。4、设计净雨（1）净雨时段 t 和净雨历时 tc 的选取。t 应与单位线时段一致，为保证设计洪水的精度应适当选取 t 。选得太大往往雨量均化有漏峰现象，不能保证设计洪水的计算精度，选得太小会增加计算工作量，而且雨型选配也有困难。根据我省分析的成果，建议按下表选用。小流域一般采用 24 小时毛雨量和扣除初损和稳损或采用 18 小时毛雨量不扣初损，只扣稳损作为净雨过程。2初损，即 tc =6 小时。不同流域面积，设计 tc 和 t 按下表取值：表 1-1各种流域面积的 t 、 tc 表21，不要内插取值。（2）净雨过程的计算、设计总径流深 r总2流域面积（km ）5 以下5-2021-100101-200201-1000t （h）1/4-1/31/3-1/21/2-1.01.0-2.01.0-3.0tc （h）3-66121824当t小于1小时，流域面积小于20km时可采用最大六小时雨量不扣t和tc原则上按表中的上下限取值，例如f=25km可取t=0.5或设计流域的面雨量减去初损 i 0 即为该设计频率的径流深。i 0 = 0.25i m（ i m 在全省各地差别不大，设计条件下 i m=90mm）将 i m =90 代入上式，则 i 0 = 0.25 90mm = 22.5mm先选定设计毛雨量历时，将时段毛雨量按选用的雨型进行排列，例如毛雨历时选用 24 小时则从第一时段开始顺次扣除 22.5mm，其余毛雨量仅扣除稳损 fc ，其值按式（1-15）计算：、净雨过程fc = 1.3r总0.61 240.96 = 0.0615r总0.61（1-15）式中 r总 为 24 小时的总径流深。求得 fc 后，将各时段的毛径流深ri 减去稳损 fc 与 t 之积，即得设计净雨过程，以 i i 代表每个历时的净雨量，则i i = ri fc t（1-16）三、瞬时单位线方法1、参数 m 、 n 地区综合公式全省山丘区瞬时单位线分三个片进行参数的地区综合，第一片包括水文分区 1、2、4 区即京广线两侧及鄂东黄冈、咸宁地区一带， 江汉平原湖区在外）；第二片包括水文分区 6、8、9、11 区即鄂北，鄂西北及宜昌地区长江以北一带；第三片包括 7、10 水文分区即清江流域，恩施地区，分片公式如下：（1）一般流域适用的公式片（1、2、4 区）m1 = 0.82f 0.29 l0.23 j 0.202（1-17-a）（f30km）m1 = 1.38f 0.27 l0.216 j 0.185n = 0.34f 0.35 j 0.1n = 1.04f 0.3 / l0.1片（6、8、9、11 区）m1 = 1.64f 0.231 l0.131 j 0.08n = 0.529f 0.25 j 0.20片（7、10 区）m1 = 0.8f 0.3 l0.1 j 0.06n = 0.69f 0.224 j 0.0922（ j 5）（ j 5）（1-17-b）（1-18）（1-19）（1-20）（1-21）（1-22）（1-23）（2）特殊流域适用的公式片中黄柏河、沮漳河流域中下游地区，流域形状接近扇形坡度较大的山区用下式计算 m1：m1 = 0.41f 0.342 l0.191 j 0.11（1-24）某些流域 n 值较大，例如解家河、皮家集、武镇以及某些 j 0.4一般： f = 0.250.4长形： f 0.25造峰雨强 i p =h t rt r（1-29）h tr 为 t r 历时的面雨量设计频率的 h tr 按公式（1-7）（1-10）计算。雨强为 10mm/h 的单位线 m1(10)，非线性改正按下式计算：m1i = m1 (10) (0.2) 1 (i p)（1-30）当 i p 50mm/h 时，其改变的趋势不甚明显，即 = 2。特小流域也用上式计算 m1i ， i p 一般不超过 100mm/h，超过时仍用 i p =100mm 代入公式计算。1 、 2 列于下表。表 1-21 j 表 j = j 1/ 3 / f 1/ 4 ；j 以千分率计；2表 1-32 f 表3、瞬时单位线转换为时段单位线u(0，t) =1k(n)t ( ) n1 e kk（1-31）ts (t) = u(0，t )dt0（1-32） j0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2以上10.160.200.360.440.500.540.580.600.610.620.630.642f （km ）2020-100101-500501-10001000 以上20.300.250.200.150.1050s (t ) 为参数 n 、 k 的函数，有 s (t) 查算表可供查用。时段单位线公式：u(t, t) = s (t) s (t t)化算为 t 小时， h 毫米净雨时段单位线为：（1-33）q(t, t ) =fh3.6tu(t, t)（1-34）本图表附有时段单位线查算表，用 n 、 k 直接查出式（1-33）的结果，不必通过 s (t ) 曲线换算。四、设计洪水地面径流过程的计算以设计频率的净雨按以上单位线模式作汇流计算，便得到设计地面径流过程。为查 s (t) 曲线或时段单位线应计算 k 值：k =m1in（1-35）m1i 为非线性改正后的 m1，若不需改正，则用上节公式计算的 m1和n 再选定 t ，查表得： u(t, t) ，如果用 s (t) 曲线可根据 n 、 k 查得 s (t ) ，错后一小时即得 s (t t) ，每个时段的 s (t) 减去对应的 s (t t) 即得u(t, t) 。以 h 、 f 、 t 代入式（1-34）求得 q(t, t) 。再分别乘以各段净雨顺序错开一个时段 t 相加，即得地面径流过程。将该过程计算地表径流总量 q净 3.6t 然后除以 f 得地表径流深，此值应与净雨深相等，用以检查计算过程是否正确。五、地下径流的计算地下径流就是回加所扣除的（ fc t c ）这部分水量。在下图中这部分水量为 fbgdef 的面积，等于 abgdha 之面积。由水量平衡关系得：地下径流总量 r地 = fc t c =q0 + qg 3.6t2 f+ r1（1-36）即： fc t c =q0 + qg 3.6t2 f+3.6f t t=3.6f(q0 + qg )t2 (qg q0 )1 qg =tfc t c f / 3.6 ( 2t 1+2 1)q0（1-37）式中 q0 = 0.021 fc1.14 f（起涨流量）qg 为退水拐点之流量 （即地下径流洪峰值） = 0.133f 0.28t = t c + d t（退水指数）（地面径流过程线底宽）d 时段 t 之单位线底宽fc 稳损值地下径流过程线：t t 时t t 时qt = q0 + (qg q0 ) qt = qg e (t t )tt（1-38）（1-39）上式计算到 qt = q0 即可将各时段的地面径流加上相应时段的地下径流即全部设计洪水过程。六、算例用查算图表中瞬时单位线方法计算九湾溪电站 p =1%的设计洪水。3.60qgedtf0q0edt2加权平均比降 j =32.95。（一）设计暴雨1、点雨量九湾溪位于我省秭归县，属水文气象分区第 8 区。根据所在流域中心位置查暴雨参数等值线图，得出设计点雨量的均值 h 和变差系数c v ：1 小时 h 1 =40mm c v1 =0.426 小时 h 6 =68mmc v 6 =0.4724 小时 h 24=100mm c v 24=0.54设计暴雨点雨量 h p点 = h k p ， k p 查读 c s = 3.5c v 皮尔逊型频率曲线 k p 值表，代入上式得百年一遇各历时雨量：2、面雨量流域轴向（长轴）与典型雨图轴向基本一致，不需作形状改正，1、6、24 小时面雨量为：h 1面 = 1 h 1点 查图集表 5 得： 1=0.684h 6面 = 6 h 6点 6 =0.754h 24面 = 24 h 24点 24 =0.814代入以上各式计算面雨量如下：h 1面 =65.4mmh 6面 =133.3mmh 24面=236.9mm其它各历时面雨量用面递减指数计算，面递减指数以 6 小时为折k p 1k p 6k p 24h 1点h 6点h 24点2.392.602.9195.6176.8291坝址以上流域面积f=451.4km，主河道长度l=30.3km，主河道点，用（1-12）及（1-13）式计算：1-6 小时 n1 = 1 + 0.558ln16-24 小时 n2 = 1 + 0.721ln 2其中：1 =65.4133.3= 0.491 2 =133.3236.9= 0.563代入得：n1 = 1 + 0.558ln0.491 = 0.603n2 = 1 + 0.721ln0.563 = 0.5851t6h t面 = h 1面 t 1n1 = 65.4 t 0.3976t24h t面 = h 24面 24 n2 1 t 1n2 = 236.9 0.267 t 0.415 = 63.4t 0.4153、设计净雨设计净雨过程参照表（1-4）计算：初损 i 0 =22.5mm，稳损 fc = 0.0615r24 0.61 = 1.63mm将上节计算的 1-24 小时的设计面雨量 h t面 列入表 1-4 中第（2）栏；第（3）栏为 h t +1 h t ，即 t =1 的时段面雨量；第（4）栏为按 t =1小时， tc =24 小时的设计雨型排列后的面雨量过程；第（5）栏为扣除初损 i 0 后的面雨量过程；第（6）栏为扣除稳损 fc 后的净雨过程。（二）瞬时单位线参数1、根据该电站所在水文分区选用参数公式：m1 = 1.64f 0.231 l0.131 j 0.08 = 1.64 4510.231 30.2 0.131 32.95 0.08 = 7.95n = 0.529f 0.25 j 0.20 = 0.529 4.609 2.012 = 4.92、 m1的非线性改正1i p式中： i p =h t rt r根据流域形状选用 t r 的计算公式由于 j =32.9515，属于山区流域f =f2=451.430.2 2= 0.495 0.40，属扇形故 t r = 0.35 f 0.52 = 8.4 hh t r = h 24面 24 n2 1 t r代入式 1-29 得：1n2= 153.2mmi p =153.38.4= 18.2 mm/h j = j 1 / 3 / f 1 / 4 = 0.696 ，查得 1 =0.578，由于 i p 50mm/h，故计算 m1i时，采用 = 1：18.2)= 5.6k =m1in=5.64.9= 1.14，采用 1.1修正后采用 n =4.9， k =1.1（三）时段单位线的确定时段单位线是单位时段 t（ t 不等于 0）的单位净雨在出口断面形成的地表流量过程，一般以 u(t, t) 表示，已知瞬时单位线参数 n ， k和时段 t ，便可以从时段单位线用表查出无因次时段单位线u(t, t) ，也可通过 s (t) 曲线转换，计算步骤见表 1-5 及下一节的说明。改正后的m1为：m1i=m1(0.2)()50500.578由 u(t, t) 推求 t 小时， h mm 的时段单位线按（1-34）式计算，如果净雨 h 取 1mm 则换算系数 =f3.6 t 为常数。2451.43.633（四）计算地表径流过程本例介绍的方法以手算为主，有条件使用电子计算机的单位，可采用电算，不必受本算例计算格式和步骤的限制。已知设计净雨过程（见表 1-4）及时段单位线 q(t, t) 即可按表 1-5格式计算地表径流过程。以下只摘录表 1-4 中最大六小时净雨过程，便于说明用 s (t) 曲线转换方法推求设计洪水地表径流过程的步骤：表 1-5 中第（1）栏为时间，除以 k 即第（2）栏，由 n 和 t / k 查 s (t)曲线表填入第（3）栏， s (t) 错一个时段为 s (t t) ，顺序填入第（4）栏，第（5）栏等于（3）减（4）， ）乘以系数 =f3.6 t（本例 =125.5）即得 q(t, t) 填入第（6）栏，7）至（12）各栏分别为每段净雨乘以 q(t, t) ，同一时间坐标（7）至（12）各栏横向相加即得地表径流过程。地表径流与地下径流相加得设计洪水。见表 1-6，地下径流按下节方法计算。（五）计算地下径流地下径流过程计算式：t t 时： qt = q0 + (qg q0 ) t t 时： qt = qg e (t t )tt本例中，f=451.4km，t=1h，=1=125.5m/sqg =tfc t c f / 3.6 ( 2t 1+2 1)q02宽）， fc = 0.0615r24 0.61 = 1.63（稳损）， = 0.133f 0.28 = 0.024（退水指数），t = t c + d t = 37 h（地面径流过程底宽）33已知 q0 ， qg 和 t 即可用（1-38）及（1-39）式计算地下径流 qt ，再与同时段的地表径流相加即得设计洪水过程，九湾溪站百年一遇设计洪水过程见表 1-6。式中：f=451.4km，t=1h，tc=20h，d=18h（t时段单位线底将fc、tc、t、q0代入上式得：qg=76.6m/s第二章推理公式方法计算设计洪水一、概述本法采用原水科院推理公式方法，主要公式为：qm = 0.278 s nf（2-1） = 0.278l1 / 31 / 4（2-2）在以上公式基础上根据新编制的暴雨参数和设计暴雨的特点，结合我省具体情况对下述计算环节作一些改进。（1）为采用全国统一编制的 1、6、24 小时暴雨参数图，洪峰流量计算方法应能适用于暴雨历时曲线有多折点的情况（即 n 值有两个以上），当 6 小时， s p 采用不同的计算公式。（2） m 值地区综合成果表明，洪水增大， m 值略为减小，由于缺乏特大暴雨的雨洪资料且单站 m 值变幅较大，使得 m 值的综合和外延有一定困难。初步用历史洪水和频率分析的设计洪水成果与推理公式方法计算的同频率的设计洪水比较，发现采用中小洪水平均 m 值来计算稀遇设计洪水，其成果多数偏大，为此在地区综合时参照大洪水点据，分别定出 m - 的平均及平均偏下两线作为计算设计常遇洪水及重现期五十年一遇以上设计洪水采用成果。（3）设计净雨历时 tc 和损失参数 u ，不采用原水科院方法定量，直接用地区综合成果，由于设计 tc 都比 大，可采用全面汇流计算。（4）洪峰流量公式中 ，以扣损方法处理，将（2-2）式代入（2-1）再经二项式近似公式换算后得：m式（2-3）为推理公式法的洪峰流量计算式。（2-3）式中： k1 = 0.2784 (1n)4n， k 2 =4n4 n， k 3 =44 n， k 4 = 0.278 4.054 n， m为汇流参数。k1、 k 2 、 k 3、 k 4 ，为暴雨递减指数 n 的函数，已制成表格供计算时查用（见附表 15），公式（2-3）为洪峰流量计算式，式中各参数 m ，n ， s ， u 计算方法如下：二、暴雨递减指数 n 和雨力 s 的计算（1） n 的计算设计面雨量参照第一章第二节计算。已知 1、6、24 小时面雨量 h t面 ，则面递减指数为：1 t 66t24n1 = 1 + 0.558ln1n2 = 1 + 0.721ln 2（2-4-a）（2-4-b）式中 1 =h 1面h 6面 2 =h 6面h 24面（2）雨力 s 的计算公式中 s 是为计算 h 而引入的，即h = s 1n（2-5）当 6 小时，（2-5）式采用 n1相应的 s ，即设计的最大一小时雨量；当 6 小时，（2-5）式采用 n2 （计算 pmp 时如果 12 小时应采用 n3）相应的 s 2 （或 s 3 ），其值为 h 6面 按 n2（或 h 12面 按 n3）推至 h 1面相应的值，称等价 s 。因此各设计频率 s 值应分别用 n1或 n2计算：当 1 6，采用 n1s1 = h 1面当 6 24，采用 n2s 2 = h 6面 6 n2 1s 也可以用设计频率的 h 24面 和 n1， n2计算s1 = h 24面 4 n2 16 n1 1s 2 = h 24面 24 n2 1（2-6）（2-7）（2-8）（2-9）2n3，相应的 s 3为：s 3 = h 24面 24 n3 1（2-10）三、汇流参数 mm 值按设计流域所在分区并参照 h 24点 的量级从表（2-1）中选用相应的公式计算，公式中： = l / j 1 / 3 ， j 采用实际比值 ， l 以 km 计2不大于 30%的流域，如 24 小时设计暴雨点雨量在 600-700mm 之间用一、二栏公式内插计算 m 值。有溶岩的流域建议采用瞬时单位线方法，如应用本法则采用表中第四栏公式。四、损失参数 u推理公式中 u 为产流期平均损失率， u 值对设计洪水精度影响很us水科院公式定量 u 值，分别计算的洪峰流量，相对误差不超过 5%。当流域面积大于300km，12小时，计算可能最大洪水应采用下表适用于山区、山丘区，500km以下，植被一般，且森林面积小，稀遇频率的设计雨力s大，故值较小，采用本文扣损方法与原设计时 u 值用下式计算：u = 0.0384r240.756（2-11）r24 = h 24面 22.5h 24面为设计频率的面雨量。表 2-1各分区 m 公式（2-12）五、设计洪水过程线推理公式方法只算出洪峰流量，当需要洪水过程线时，过去常采用三点、五点法，为了提高精度，已将中小流域实测洪水过程以相对值qiqmtt p引进洪水形状系数：c r =hf3.6qmt（2-13）式中： h 设计净雨总量（mm）f 流域面积（km2）3分区设计条件鄂北及江汉平原以西6、7、8、9、10、11 分区鄂东1、2、4 分区pmp或 h 24点 700mm0.24m = 0.360.24m = 0.40五十年一遇至万年一遇或 h 24点 =200-600mm0.21m = 0.450.21m = 0.50低于五十年一遇或 h 24点 200m0.21m = 0.500.21m = 0.56湘鄂边界、森林覆盖面积占 50%以上且植被良好的小流域0.275m = 0.280.275m = 0.28和i进行概化，为了进一步考虑流域和暴雨洪水特性的差异，t 地面径流历时（h）地面径流历时 t 与流域特性和净雨历时有关，采用下式计算：t = 0.46f 0.535 + t c（2-14）tc 为设计净雨历时，中小流域洪峰决定于主峰雨，其历时与流域汇流历时有关，更长历时的降雨对计算的洪峰流量影响不大，为了简化计算， tc 可参照下表取值。h = rt c u t c表 2-2tc 取值表（2-15）rtc 为产流历时的总径流深，等于 tc 历时的面雨量。设计 tc 应取 3，6，12，18，24 等标准时段值，不要内插，当流域面积较大， tc采用 18 或 24 小时，为了提高精度，可分为两段，查附表（16），例如 tc 等于 18 小时则分为主峰 6 小时及次峰 12 小时，净雨也相应分成 h主、 h次 ，分别做出二个洪水过程线，次峰在前，主峰在后，错开 12 小时相加为全部地面径流过程，一般情况下各历时 tc都可只作为一段雨计算设计洪水过程，具体步骤如下：（1）根据流域面积选定 tc 计算 u ， h 。（2）按式（2-13）计算 cr ，式（2-14）计算 t 。（3）令峰现时间 t p =t4， qm 采用式（2-3）之计算值。（4）查附表（16）选用 c r 相应的一组qiqmtt p2f （km ）5 以下5-2020-100100-300300-500tc （h）3-66-1212-1818-2424i比值。（5）以 qm 乘以比值（qiqmtt p样就换算成洪水过程线 qi ti ，此过程线为地面径流过程线，每时段都加上 q0 则为设计洪水过程线， q0 采用定值，按下式计算：q0 = 0.22u 0.92 f（2-16）六、算例2水。（1）计算设计面雨量及 n 、 s 。水口桥站暴雨参数：h 1 =46mmc v1 =0.42h 6 =86mmc v 6 =0.53h 24=140mmc v 24 =0.58采用 c s = 3.5c v 皮尔逊型频率曲线 k p 值计算点雨量h 1 =109.9mmh 6 =246.8mmh 24=434mm点面系数及面雨量如下： 1=0.872 6 =0.902 24 =0.930h 1面 =95.8mmh 6面 =222.6mmh 24面 =403.6mmn1=0.530n2 =0.571s = h 1面 =95.8（2）计算 m 、 u水 口 桥 站 位 于 水 文 分 区