7第八章小流域设计洪水计算ppt课件.ppt

第八章小流域设计洪水 重点 第八章小流域设计洪水 掌握小流域设计暴雨的计算 推理公式法和经验公式法计算设计洪峰流量的方法小流域的定义及其特点小流域设计暴雨的计算小流域洪水计算方法 目录 第一节概述第二节小流域设计暴雨计算第三节推理公式法推求设计洪峰流量第四节地区经验公式法推求设计洪峰流量第五节概化设计洪水过程线的推求 第八章小流域设计洪水 第一节概述 一 小流域的概念 小流域通常指集水面积不超过数百平方公里的小河小溪 但并无明确限制 小流域设计洪水计算 与大中流域相比 有许多特点 并且广泛应用于铁路 公路的小桥涵 中小型水利工程 农田 城市及厂矿排水等工程的规划设计中 绝大多数小流域都没有水文站 即缺乏实测径流资料 甚至降雨资料也没有小流域面积小 自然地理条件趋于单一 拟定计算方法时 允许作适当的简化 即允许作出一些概化的假定 例如假定短历时的设计暴雨时空分布均匀小流域分布广 数量多 因此 所拟定的计算方法 在保持一定精度的前提下 将力求简便 一般借助水文手册即可完成小型工程一般对洪水的调节能力较小 工程规模主要受洪峰流量控制 因此对设计洪峰流量的要求 高于对洪水过程线的要求 第一节概述 二 小流域设计洪水的计算方法 小流域设计洪水的计算方法概括起来有4种推理公式法地区经验公式法历史洪水调查分析法综合单位线法其中应用最广泛的是推理公式法和综合瞬时单位线法 它们的思路都是以暴雨形成洪水过程的理论为基础 并按设计暴雨 设计净雨 设计洪水的顺序进行计算 第二节小流域设计暴雨计算 一 小流域设计暴雨的特点 小流域由于面积小 雨深随面积变化不大 可不考虑暴雨在空间面分布上的不均匀性 面以流域中心的设计点雨量代替全流域的设计面雨量小流域汇流面积小 汇流历时短 在一次暴雨过程中仅有较短历时的核心部分雨量参与形成洪峰流量 这部分雨量称为 成峰暴雨 小流域通常缺乏自记雨量计观测记录 通常先推求出年最大24小时设计暴雨量X24 P 然后利用短历时暴雨公式或雨量百分率历时曲线转换成任意历时t的设计成峰暴雨量Xt P 第二节小流域设计暴雨计算 二 短历时暴雨公式 大量资料的统计成果表明 暴雨强度和历时的关系可用指数方程来表达 它反映一定频率情况下所取历时的平均降雨强度at P与历时t的关系 称为短历时暴雨公式 式中SP习惯上称频率为P的 雨力 它表示最大l小时暴雨的平均强度 mm h n为暴雨衰减指数 n 0 6 0 8 1 公式形式 第二节小流域设计暴雨计算 2 参数分析 在双对数纸上SP为t 1h的纵坐标读数 而n是直线的斜率 第二节小流域设计暴雨计算 2 参数分析 如果在双对致纸上点绘a P t关系 应为一直线 但很多地区由于反映暴雨递减速度的参数n值并非常数 因此绘在双对数纸上的a P t关系关系就往往不是直线分布 而是曲线状 这时 通常将它概化成变斜率的折线 通过分段图解确定公式中的暴雨衰减指数n值 第二节小流域设计暴雨计算 2 参数分析 n值反映地区暴雨特性 在一定的气候区内具有一定的数值 因而可对n值进行地区综合 给出n值的分区图 供无资料流域查用SP值的大小随频率P变化 P愈大 SP愈小 有的部门对SP也进行地区综合 绘制成SP等值线图供查用 但水利部门更广泛地采用由年最大24h设计雨量X24 P反推SP的方法 第二节小流域设计暴雨计算 三 年最大24小时设计暴雨量的计算 若流域中心附近有充分长的人工观测的日雨量资料 可对日雨量系列进行频率计算 先求得年最大一日设计雨量X日 P 然后按X24 P 1 1 1 2X日 P进行换算如流域无日雨量资料 可由暴雨洪水图案或手册查阅年最大24小时暴雨均值和Cv等值绘图 求出流域中心处的均值和Cv Cs常采用3 5Cv 由确定的统计参数 便可求得流域中心处年最大24小时设计雨量X24 P 第二节小流域设计暴雨计算 四 设计暴雨的时程分配 t 1 24h t 1h t 1 6h t 6 24h 第二节小流域设计暴雨计算 五 设计净雨计算 产流计算 由降雨过程求净雨过程汇流计算 由净雨过程求流量过程 产流 不产流 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 一 推理公式得基本形式 推理公式是在假定流域上降雨与损失均匀 即净雨强度不随时间和空间变化等条件下 根据流域线性汇流原理推导出来的流域出口断面处设计洪蜗流量的计算公式 又称合理化公式 1 基本原理 2 基本形式 式中 为洪峰径流系数 aT P为最大时段设计暴雨的平均强度 mm h F为流域面积 km2 上述三个实质上是分别属于设计暴雨计算 产流计算和汇流算的问题 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 二 设计暴雨计算 假定 流域汇流原理分析可知 对于小流域参与形成洪峰流量的成峰暴雨历时t等于流域汇流历时T 式中参数SP n的确定按上节方法 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 三 产流计算 洪峰径流系数 是指参与造成洪峰流量的净雨量与最大T时段内的降雨量之比值 它可以根据产流历时 或称净雨历时 tc与汇流历时T之间的关系 分成tC T和tC T两种情况来分折 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 1 产流历时tC的确定 2 洪峰径流系数 的确定 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 四 汇流计算 流域汇流历时T不仅与流域最大汇流长度L有关 还与沿程水力条件有关 情况较为复杂 为简化计算 多采用流域平均汇流速度 来概括描述径流在坡面和河道内的运动 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 2 汇流参数m 选用能反映流域大小和地形条件的流域特征因素 与m建立相关关系 对m值进行地区综合 按下垫面条件定线 按区域条件定线 按设计洪水大小定线 1 损失参数u 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 2 损失参数u 第三节推求公式法推求设计洪峰流量 五 设计洪峰流量Qm P的计算 第四节地区经验公式法推求设计洪峰流量 洪峰流量的经验公式是根据本地区的实测或调查洪水资料进行分析 直接建立洪峰流量与有关因素之间的相关关系 然后根据相关曲线的线型配以适当的数学方程式采建立的 这种公式部是根据某一地区实测的经验数据制定 没有从形成洪峰流量的物理概念上推导 纯属经验关系 地区性很强 因此称为地区经验公式 1 单因素公式 以流域面积作为影响洪峰流量的主要因素 把其他因素用一个综合系数表示 式中CP为综合系数 第四节地区经验公式法推求设计洪峰流量 2 多因素公式 式中J为河道干流平均坡度 f为利于形状系数 h24 P为设计频率为P的最大24小时净雨量 a r n为指数 3 洪峰流量均值的经验公式 第五节概化设计洪水过程线的推求 用于计算小流域设计洪水过程线的方法有综合单位线法和概化过程线法 综合单位线包括综合时段单位线 指经验单位线 和综合瞬时单位钱 综合时段单位线是将时段单位线的要素 如洪峰流量qm 洪峰滞时tc和单位线总历时T等 分别与流域特征 如流域面积F 干流河长L及平均坡度J等建立关系式的 运用这些关系式就可确定设计流域所需单位线 近年来随着水文计算工作的发展和瞬时单位线的推广应用 我国绝大部分地区已以综合瞬时单位线取代综合时段单位线架推求小流域的设计洪水过程 第五节概化设计洪水过程线的推求 一 三角形概化过程线 三角形概化过程线是一种最简单的极化洪水过程线 当洪水陡涨陡落时 可假定流量为直线变化 式中 W设计洪水总量 104m3 hP为设计净雨总量 mm T为设计洪水总历时 第五节概化设计洪水过程线的推求 二 五边形概化过程线 一般实测洪水过程线的涨水段和退水