《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，可作为今后中小型水库（一般用于控制流域面积在1000km2以下的山丘区工程）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。第一章 瞬时单位线方法计算设计洪水一、流域参数本图表用于计算设计洪水的流域参数有：流域面积（km2）为设计流域出口断面以上集水面积，主河道长度（km），为出口断面沿主河道至分水岭的长度；主河道平均比降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以千分率计。以上三参数，用五万分之一军用地形图量算，如10km2，应采用更大比例尺的地形图。为计算，在量算的同时，沿程读出若干河底高程（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，按下式算（见下页示意图）。(1-1）式中： 也可令（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，可先分别从1、6、24小时点暴雨均值和变差系数等值线图查出相应历时的、，再按下式计算：（1-3）查读皮尔逊型频率曲线值表。以上24小时、图已刊布在图集中，1、6小时的、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：（1-4）式（1-4）中，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，即：（1-5）式中为设计暴雨历时，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：（1）100km2300km2，且典型雨图轴向与流域轴向夹角大于60；（2）300km2，且夹角大于30。为设计流域面积，形状改正系数按图集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：1060（1-6）16 （1-7）或（1-8）624 （1-9）或（1-10）（1-6）式中以分钟计，其它各式以小时计，以上各式中，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。（1-11）（1-12）（1-13）式中点值，面值与点面系数的关系为：（1-14）为历时，、为相应于、之点面系数。各历时采用相同的流域形状改正系数，不影响的取值。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。3、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）净雨时段和净雨历时的选取。应与单位线时段一致，为保证设计洪水的精度应适当选取。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。当小于1小时，流域面积小于20km2时可采用最大六小时雨量不扣初损，即=6小时。不同流域面积，设计和按下表取值：表1-1 各种流域面积的、表流域面积（km2）5以下5-2021-100101-200201-1000（h）1/4-1/31/3-1/21/2-1.01.0-2.01.0-3.0（h）3-66121824和原则上按表中的上下限取值，例如=25km2可取=0.5或1，不要内插取值。（2）净雨过程的计算、设计总径流深设计流域的面雨量减去初损即为该设计频率的径流深。 （在全省各地差别不大，设计条件下=90mm）将=90代入上式，则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，其值按式（1-15）计算：、净雨过程（1-15）式中为24小时的总径流深。求得后，将各时段的毛径流深减去稳损与之积，即得设计净雨过程，以代表每个历时的净雨量，则 （1-16）三、瞬时单位线方法1、参数、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） （30km2）（1-17-a） （30km2）（1-17-b） （5）（1-18） （5）（1-19）片（6、8、9、11区）（1-20）（1-21）片（7、10区）（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：（1-24）某些流域值较大，例如解家河、皮家集、武镇以及某些4的流域可参考下式计算：（1-25）溶岩地区，流域内天坑面积超过10%时：江汉平原未作地区综合，在接近平原湖区的丘区：（1-26）仍用各分区公式计算。以上公式相应的雨强为10mm/h。当设计雨强超过10mm/h时，除溶岩地区外一般应作参数外延的非线性改正。2、参数的非线性改正随着降雨强度加大，河道汇流速度有加快的趋势，表现在汇流历时缩短，单位线峰值增高和时间提前。因此一般大、中洪水参数的综合公式用于稀遇设计洪水，应作非线性改正。对五十年一遇以下的设计洪水或超过五十年一遇但有溶岩地质和天坑的流域均不考虑非线性改正。目前常用的改正公式为（1-27）式中为造峰雨历时的降雨强度，造峰雨历时全省采用统一的公式估算即：山区扇形流域 （1-28-a）丘区长形流域 （1-28-b）值仅作为计算雨强的指标，对设计洪水影响不大，不属于上述情况的流域可内插按比例取值，例如山丘区取以上两式平均值，流域分类标准为：山区：15或流域平均高程在500m以上.山丘区: =515丘区: 5扇形： 一般：长形：造峰雨强（1-29）为历时的面雨量设计频率的按公式（1-7）（1-10）计算。雨强为10mm/h的单位线(10)，非线性改正按下式计算：（1-30）当50mm/h时，其改变的趋势不甚明显，即。特小流域也用上式计算，一般不超过100mm/h，超过时仍用=100mm代入公式计算。、列于下表。表1-2 表0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2以上0.160.200.360.440.500.540.580.600.610.620.630.64； 以千分率计； 以km2计表1-3 表（km2）2020-100101-500501-10001000以上0.300.250.200.150.103、瞬时单位线转换为时段单位线（1-31）（1-32）为参数、的函数，有查算表可供查用。时段单位线公式：（1-33）化算为小时，毫米净雨时段单位线为：（1-34）本图表附有时段单位线查算表，用、直接查出式（1-33）的结果，不必通过曲线换算。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。为查曲线或时段单位线应计算值：（1-35）为非线性改正后的，若不需改正，则用上节公式计算的和再选定，查表得：，如果用曲线可根据、查得，错后一小时即得，每个时段的减去对应的即得。以、代入式（1-34）求得。再分别乘以各段净雨顺序错开一个时段相加，即得地面径流过程。将该过程计算地表径流总量然后除以得地表径流深，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（）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（1-36）即：（1-37）式中 （起涨流量）为退水拐点之流量 （即地下径流洪峰值） （退水指数） （地面径流过程线底宽）时段之单位线底宽稳损值地下径流过程线：时 （1-38）时 （1-39）上式计算到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=1%的设计洪水。坝址以上流域面积=451.4km2，主河道长度=30.3km，主河道加权平均比降=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和变差系数：1小时 =40mm =0.426小时 =68mm =0.4724小时 =100mm =0.54设计暴雨点雨量，查读皮尔逊型频率曲线值表，代入上式得百年一遇各历时雨量：2.392.602.9195.6176.82912、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： 查图集表5得：=0.684 =0.754 =0.814代入以上各式计算面雨量如下：=65.4mm =133.3mm =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小时为折点，用（1-12）及（1-13）式计算：1-6小时 6-24小时 其中： 代入得：1t6 6t24 3、设计净雨设计净雨过程参照表（1-4）计算：初损=22.5mm，稳损mm将上节计算的1-24小时的设计面雨量列入表1-4中第（2）栏；第（3）栏为，即=1的时段面雨量；第（4）栏为按=1小时，=24小时的设计雨型排列后的面雨量过程；第（5）栏为扣除初损后的面雨量过程；第（6）栏为扣除稳损后的净雨过程。（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：2、的非线性改正改正后的为：式中：根据流域形状选用的计算公式由于=32.9515，属于山区流域，属扇形故hmm代入式1-29得：mm/h，查得=0.578，由于50mm/h，故计算时，采用：，采用1.1修正后采用=4.9，=1.1（三）时段单位线的确定时段单位线是单位时段（不等于0）的单位净雨在出口断面形成的地表流量过程，一般以表示，已知瞬时单位线参数，和时段，便可以从时段单位线用表查出无因次时段单位线，也可通过曲线转换，计算步骤见表1-5及下一节的说明。由推求小时，mm的时段单位线按（1-34）式计算，如果净雨取1mm则换算系数为常数。本例中，=451.4km2，=1h，m3/sm3/s（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，除以即第（2）栏，由和查曲线表填入第（3）栏，错一个时段为，顺序填入第（4）栏，第（5）栏等于（3）减（4），（5）乘以系数（本例=125.5）即得填入第（6）栏，（7）至（12）各栏分别为每段净雨乘以，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：时：时：式中：=451.4km2，=1h，=20h，=18h（时段单位线底宽），（稳损），（退水指数），h（地面径流过程底宽）m3/s将、代入上式得：=76.6 m3/s已知，和即可用（1-38）及（1-39）式计算地下径流，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。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：（2-1）（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（即值有两个以上），当6小时，采用不同的计算公式。（2）值地区综合成果表明，洪水增大，值略为减小，由于缺乏特大暴雨的雨洪资料且单站值变幅较大，使得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-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）设计净雨历时和损失参数，不采用原水科院方法定量，直接用地区综合成果，由于设计都比大，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：（2-3）式（2-3）为推理公式法的洪峰流量计算式。式中：，为汇流参数。、，为暴雨递减指数的函数，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，计算方法如下：二、暴雨递减指数和雨力的计算（1）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，则面递减指数为：16 （2-4-a）6t24 （2-4-b）式中 （2）雨力的计算公式中是为计算而引入的，即（2-5）当6小时，（2-5）式采用相应的，即设计的最大一小时雨量；当6小时，（2-5）式采用（计算PMP时如果12小时应采用）相应的（或），其值为按（或H12面按）推至相应的值，称等价。因此各设计频率值应分别用或计算：当16，采用（2-6）当624，采用（2-7）也可以用设计频率的和，计算（2-8）（2-9）当流域面积大于300km2，12小时，计算可能最大洪水应采用，相应的为：（2-10）三、汇流参数值按设计流域所在分区并参照的量级从表（2-1）中选用相应的公式计算，公式中：，采用实际比值 ，以km计下表适用于山区、山丘区，500km2以下，植被一般，且森林面积不大于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、损失参数推理公式中为产流期平均损失率，值对设计洪水精度影响很小，稀遇频率的设计雨力大，故值较小，采用本文扣损方法与原水科院公式定量值，分别计算的洪峰流量，相对误差不超过5%。设计时值用下式计算：（2-11）（2-12）为设计频率的面雨量。表2-1 各分区公式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 700mm五十年一遇至万年一遇或 =200-600mm低于五十年一遇或 200m湘鄂边界、森林覆盖面积占50%以上且植被良好的小流域五、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和进行概化，为了进一步考虑流域和暴雨洪水特性的差异，引进洪水形状系数：（2-13）式中：设计净雨总量（mm）流域面积（km2）洪峰流量（m3/s）地面径流历时（h）地面径流历时与流域特性和净雨历时有关，采用下式计算：（2-14）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，可参照下表取值。表2-2 取值表（km2）5以下5-2020-100100-300300-500（h）3-66-1212-1818-2424（2-15）为产流历时的总径流深，等于历时的面雨量。设计应取3，6，12，18，24等标准时段值，不要内插，当流域面积较大，采用18或24小时，为了提高精度，可分为两段，查附表（16），例如等于18小时则分为主峰6小时及次峰12小时，净雨也相应分成、，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）根据流域面积选定计算，。（2）按式（2-13）计算，式（2-14）计算。（3）令峰现时间，采用式（2-3）之计算值。（4）查附表（16）选用相应的一组比值。（5）以乘以比值（）得，以乘以比值（）得，这样就换算成洪水过程线，此过程线为地面径流过程线，每时段都加上则为设计洪水过程线，采用定值，按下式计算：（2-16）六、算例水口桥站=104km2，=24.1km，=3.9，计算百年一遇设计洪水。（1）计算设计面雨量及、。水口桥站暴雨参数