由暴雨资料推求设计洪水.ppt

第9章由暴雨资料推求设计洪水,9.1概述9.2设计面暴雨量9.3设计暴雨时空分配计算9.4由设计暴雨推求设计洪水9.5小流域设计洪水计算,9.1概述,9.1.1问题的提出,设计流域实测流量资料不足或缺乏,难以用相关法插补延，需用暴雨资料推求设计洪水；人类活动破坏了洪水系列的一致性;多种方法,互相印证,合理选定;PMP和小流域设计洪水常用暴雨资料推求；无资料地区的小流域设计洪水。,9.1概述,9.1.2由暴雨资料推求设计洪水的步骤,按照暴雨洪水的形成过程，推求设计洪水可分三步进行。推求设计暴雨:用频率分析法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:应用单位线法等对设计净雨进行汇流计算，即得流域出口断面的设计洪水过程。主要步骤：暴雨选样设计暴雨设计净雨设计洪水,基本假定：是设计暴雨与设计洪水是同频率的,9.2设计面暴雨量,设计面雨量是指设计断面以上流域的设计面暴雨量。,直接法：雨量站多、分布较均匀、各站又有长期的同期资料、能求出比较可靠的流域平均面雨量时，就可直接选取每年指定统计时段的最大面暴雨量，进行频率计算求得设计面暴雨量。间接法：雨量站稀少、或观测系列甚短，或同期观测资料很少甚至没有，无法直接求得设计面暴雨量，可先求流域中心附近代表站的设计点暴雨量，然后通过暴雨点面关系，求相应的设计面暴雨量。,暴雨资料收集：主要向水文、气象部门刊印的水文年鉴、气象月报收集；主管部门的网站查阅；也可收集特大暴雨图集和特大暴雨的调查资料。暴雨资料的审查：可靠性审查：重点审查特大或特小值，记错、遗漏，自记器故障等；一致性审查：不同类型暴雨；代表性审查：临近长系列雨量、大洪水，偏丰、偏枯。统计选样：固定时段选取年最大值法。习惯上取单数天,如1、3、7、15天等。选取23个控制时段。,9.2设计面暴雨量,9.2.1直接法推求设计面暴雨量,1.暴雨资料的收集、审查和统计选样,例P227表91,2.面雨量资料的插补展延,A站,B站,C站,E站,D站,F站,G站,1950,1960,1970,1980,1990,A、C、D、G19681990年平均,系列中是否含有特大暴雨直接影响系列的代表性。一般暴雨变幅不很大，若不出现特大暴雨，统计参数均值、Cv往往会偏小，但加入特大暴雨，未作特大暴雨处理，又会使统计参数偏大。判断大暴雨资料是否属于特大值，一般可从经验频率点据偏离频率曲线的程度、模比系数K的大小、暴雨量级在地区上是否很突出，以及论证暴雨的重现期等方面进行分析判断。特大值处理的关键是确定重现期。一般认为，当流域面积较小时，流域平均雨量的重现期与相应洪水的重现期相近。,3.特大值的处理,4.面雨量频率计算,适线法：线型：（P-型）。参数：一般地区Cs3.5Cv。Cv0.6，Cs3.0Cv；CvIm时，则取Pap=Im。,上述三种方法中，扩展暴雨过程法用得较多，第一中方法仅适用于湿润地区。同频率法往往误差较大，常出现一些不合理得现象。,简化的降雨径流相关图,9.5由设计暴雨推求设计洪水,9.3.2产汇流方案的应用,设计暴雨属于稀遇的大暴雨，往往超过实测暴雨很多，在推求设计洪水时，必须外延有关的产流、汇流方案。,常采用x+Pa与y形式的相关图法，关系线上部为45线，外延比较方便。,1.外延问题,产流方案,图9-9PaiI0相关图,多采用初损后损法，对有关相关图在外延时必须考虑设计暴雨的雨强因素的影响。,湿润地区,干旱地区,由单位线的两个假定可知，汇流方案都属于“线性系统”。对于实测暴雨，精度可以满足要求，对于罕见的大暴雨，线性假定可能导致相当大的误差。因此必须注意汇流方案在特大暴雨条件下的适用性。尽量选用实测大洪水资料分析得到的汇流方案（单位线），避免外延过远而扩大误差。用一般常遇洪水分析得到的单位线推求设计洪水，与由特大洪水资料分析的单位线推流，成果可能相差很大，其差值可达20%左右。,汇流方案单位线,如果设计流域缺乏实测降雨径流资料，无法直接分析产流、汇流方案，就得解决移用问题。产流方案一般采用分区综合法，如山东水文手册上就有适用于不同地区的14条次降雨径流相关线，供各个分区查用，汇流方案一般采用单位线的综合成果。,2.移用问题,9.5由设计暴雨推求设计洪水,9.3.2产汇流方案的应用,9.5由设计暴雨推求设计洪水,9.3.3由设计暴雨推求设计洪水步骤,由暴雨资料推求设计洪水的步骤：暴雨选样；推求设计暴雨；推求设计净雨；推求设计洪水过程线。,【例9-3】某中型水库，集水面积为341km2，为了防洪复核，根据实测雨洪资料，拟采用暴雨资料来推求P=2的设计洪水。,1.设计暴雨计算设计暴雨时段采用1天。首先根据雨量站的实测资料，推求设计点暴雨量，频率计算结果为：=110mm、Cv=0.58、Cs=3.5Cv求得P=2%的最大1日设计点暴雨量为296mm。通过动点动面的暴雨点面关系图，查得暴雨点面折减系数为0.92，则P=2%的最大1日面设计暴雨量为：x面1日=2960.92=272mm按该地区的暴雨时程分配，求得设计暴雨过程，见表9-5。,表9-5P=2%设计暴雨过程分配,2.设计净雨过程的推求用同频率法求得设计Pa=78mm，本流域Im=100mm，所以降雨损失为22mm，可求得设计净雨过程（设计暴雨减去损失的雨量22mm）。分割地面净雨和地下净雨。fc=1.5mm/h,第一时段净雨历时：tc=7.9/29.961.6h，地下净雨h下=fctc=1.51.6=2.4mm。,3.设计洪水过程的推求,地下径流过程概化成等腰三角形出流，其峰值出现在设计地面径流停止时刻（第13时段），地下径流过程的底长为地面径流底长的2倍，即T下=2T面=2136=156h,T面,T下,地面径流,地下径流,t,Q,则W下=0.1h下F=0.129.4341104(m3)=1000104m3,T面,T下,地面径流,地下径流,t,Q,Qm下,9.6小流域设计洪水的计算,小流域设计洪水具有的特点：(1)在小流域上修建的工程数量很多，往往缺乏暴雨和流量资料，特别是流量资料。(2)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，因而对设计洪峰流量的要求，高于对设计洪水过程的要求。(3)小型工程的数量较多，分布面广，计算方法应力求简便，使广大技术人员易于掌握和应用。,方法：推理公式法经验公式法,9.6小流域设计洪水的计算,9.6.1小流域设计暴雨,针对小流域水文资料缺乏的特点，设计暴雨推求常采用以下步骤：根据省（区）水文手册中绘制的暴雨参数等值线图，查算出统计历时的流域设计雨量，如24h设计暴雨量等；将统计历时的设计雨量通过暴雨公式转化为任一历时的设计雨量；按分区概化雨型或移用的暴雨典型同频率控制放大，得设计暴雨过程。,1.年最大24h设计暴雨量计算和Cv由各省区的暴雨径流查算图表和水文手册查取。Cs/Cv由Cs/Cv的分区图查由以上可求流域中心点的某频率的24h设计暴雨量,2.暴雨公式,式中:at,p历时为t，频率为P的平均暴雨强度，mm/h；Spt=1h的平均雨强，俗称雨力，mm/h；n暴雨参数或称暴雨递减指数。,xt,p频率为P，历时为t的暴雨量，mm。,图9-10暴雨强度历时频率曲线,Sp及n值确定之后，即可用暴雨公式进行不同历时暴雨间的转换。24h雨量x24,p转换为th的雨量xt,p，可以先求1h雨量,，再由Sp转换为th雨量。,由求得的Sp转求th雨量xt,p：当1ht24h时,当t1h时,9.6小流域设计洪水的计算,9.6.2设计净雨计算,基本假定流域产流强度在时间和空间分布均匀；流域汇流符合线性规律；流域汇流面积随汇流时间的增加而均匀增加。推理公式形式,9.6小流域设计洪水的计算,9.6.3由推理公式推求设计洪水,计算中涉及三类共7个参数，即流域特征参数F、L、J；暴雨特征参数S、n；产汇流参数、m。为了推求设计洪峰值，首先需要根据资料情况分别确定有关参数。对于没有任何观测资料的流域，需查有关图集。从公式可知，洪峰流量Qm和汇流时间互为隐函数，而径流系数对于全面汇流和部分汇流公式又不同，因而需有试算法或图解法求解。,1.试算法该法是以试算的方式联解式（8.7.4）（8.7.5）和(8.7.6），步骤如下：通过对设计流域调查了解，结合水文手册及流域地形图，确定流域的几何特征值F、L、J，设计暴雨的统计参数（均值、CV、Cs/CV）及暴雨公式中的参数n（或n1、n2），损失参数及汇流参数m。计算设计暴雨的Sp、xTP，进而由损失参数计算设计净雨的TB、RB。将F、L、J、RB、TB、m代入式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），其中仅剩下Qm、Rs,未知，但Rs,与有关，故可求解。,用试算法求解。先设一个Qm，代入式（8.7.6）得到一个相应的，将它与tc比较，判断属于何种汇流情况，再将该值代入式（8.7.4）或式（8.7.5），又求得一个Qm，若与假设的一致（误差不超过1%），则该Qm及即为所求；否则，另设Qm仿以上步骤试算，直到两式都能共同满足为止。试算法计算框图如图8.7.1。,2.图解交点法该法是对（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6）分别作曲线Qm及Qm，点绘在一张图上，如图8.7.2所示。两线交点的读数显然同时满足式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），因此交点读数Qm、即为该方程组的解。,【例8.3】江西省流域上需要建小水库一座，要求用推理公式法推求百年一遇设计洪峰流量。计算步骤如下：1.流域特征参数F、L、J的确定F=104km2，L=26km，J=8.752.设计暴雨特征参数n和Sp暴雨衰减指数n由各省（区）实测暴雨资料发现定量，查当地水文手册可获得，一般n得数值以定点雨量资料代替面雨量资料，不作修正。从江西省水文手册中查得设计流域最大1日雨量得统计参数为：,3.产汇流参数、m的确定可查有关水文手册，本例查得的结果是=3.0mm/h、m=0.70。4.图解法求设计洪峰流量(1)采用全面汇流公式计算，即假定tc。将有关参数代入式（8.7.4）、（8.7.6）和式（3-45），得Qm及的计算式如下：（2）假定一组值，代入式（8.7.7），算出一组相应的Qmp值，再假定一组Qmp值代入公式（8.7.8），算出一组相应的值，成果见表8.7.3）。（3）绘图。将两组数据绘再同一张方格纸上，见