第九章由暴雨资料推求设计洪水

1、 一、采用设计暴雨的原因一、采用设计暴雨的原因 （1 1）流量资料较短时，直接推求设计洪水有困难。）流量资料较短时，直接推求设计洪水有困难。 （2 2）直接法和间接法相互检验洪水是由暴雨产生的）直接法和间接法相互检验洪水是由暴雨产生的( (为主要条为主要条 件件) )，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，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。求，两者应该是一致的。 （3 3）暴雨资料相对较长，受人类影响较小，为间接法提供了）暴雨资料相对较长，受人类影响较小，为间接法提供了 可能。可能。 若流量资料充分，一般多用流量资料，其可靠性较高若流量

2、资料充分，一般多用流量资料，其可靠性较高 设计暴雨设计暴雨设计净雨过程设计净雨过程 产流计算产流计算 设计洪水过程设计洪水过程 汇流计算汇流计算 推求设计面暴雨量的途径推求设计面暴雨量的途径： 直接法直接法 间接法间接法 一、直接法推求设计面暴雨量一、直接法推求设计面暴雨量 （2 2）选样时段）选样时段 一般以日为界，大中流域：一般以日为界，大中流域：t=1t=1、3 3、7 7、1515、30d30d 小小 流流 域：域：t=1t=1、3 3、6 6、24h24h 3 3、特大值处理、特大值处理 同设计洪峰流量同设计洪峰流量( (或洪量或洪量) )计算。计算。 4 4、面雨量频率计算、面雨量

3、频率计算 采用目估适线法。经验频率公式采用期望值公式、线型采采用目估适线法。经验频率公式采用期望值公式、线型采 用用p-p-型。国内暴雨的型。国内暴雨的c cs s/c/cv v值，一般地区为值，一般地区为3.53.5；在；在c cv v0.60.6的地的地 区，约为区，约为3.03.0；c cv v0.450.45的地区，约为的地区，约为4.04.0。 1 1、设计点暴雨计算、设计点暴雨计算 ( (1)1)选样方法选样方法 固定时段选年最大单站雨量。固定时段选年最大单站雨量。 ( (2)2)暴雨暴雨资料资料的的插补延长插补延长 插插补延长的方法：补延长的方法： 直接移用邻近站的雨量直接移用邻

4、近站的雨量 适用条件适用条件：地形差别不大。：地形差别不大。 (3)(3)特大值处理特大值处理 (4)(4)点雨量频率计算点雨量频率计算 经验频率公式经验频率公式、线型线型、参数估计方法参数估计方法 x xf f / /x x0 0f f 关系关系 适用条件适用条件：本流域除中心点外无其他雨量资料。：本流域除中心点外无其他雨量资料。 做法：做法：1 1）在邻近地区找具备资料条件的流域；）在邻近地区找具备资料条件的流域； 2 2）做邻近流域的）做邻近流域的x xf f / /x x0 0f f 关系关系 绕中心点做同心圆绕中心点做同心圆( (或正方形或正方形) )。 统计同心圆面积统计同心圆面积

5、f f，面平均雨量，面平均雨量x xf f及及中心点雨量中心点雨量x x0 0 。 。 根据（根据（ x xf f / /x x0 0，f f）点据，综合出地区）点据，综合出地区x xf f / /x x0 0f f 线。线。 3)3)利用点面关系将设计点雨量转换成设计面雨量利用点面关系将设计点雨量转换成设计面雨量 根据设计流域面积根据设计流域面积f f在在x xf f / /x x0 0f f 线上查出线上查出( (x xf f / /x x0 0) ) f f ， ， 则则x xf f， ，p p= =x x0 0，p p* * ( (x xf f / /x x0 0) ) f f (2)

6、 (2) 动点动面的点面关系动点动面的点面关系 做法：做法：1 1）做每场雨的等值线图）做每场雨的等值线图 2 2）对第）对第i i 场雨做场雨做x xf f / /x x0 0f f关系关系 i i=1=1、22（场数）（场数） 3 3）n n场雨综合，取上外包线（较安全）场雨综合，取上外包线（较安全） 设计暴雨时空分配的计算 一、设计暴雨时程分配计算一、设计暴雨时程分配计算 1 1、典型暴雨的选择和概化、典型暴雨的选择和概化 原则：原则： 能够反映设计地区的暴雨特性；能够反映设计地区的暴雨特性； 雨量大，强度大，雨峰偏后。雨量大，强度大，雨峰偏后。 2 2、缩放典型过程及计算设计暴雨时程分

7、配、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。的缩放倍比。 采用同频率方法缩放典型暴雨过程。采用同频率方法缩放典型暴雨过程。 梯下梯下 1960-19981960-1998 白竹白竹 1960-19981960-1998 坪溪坪溪 1966-19981966-1998 大坝大坝 水位水位 雨量雨量 1970-19981970-1998 0.0111040709599.5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 最 大1日 ex= 90.7 c v=0

8、.44 cs /cv=4.0 最 大3日 ex=151.7 c v=0.41 cs /cv=4.0 最 大5日 ex=186.6 c v=0.41 cs /cv=4.5 最 大7日 ex=224.0 c v=0.41 cs /cv=4.5 雨 量 （mm）雨 量 （mm） 频 率（%）频 率（%） 南水水库各时段年最大雨量频率曲线图南水水库各时段年最大雨量频率曲线图 特征值特征值(mm ) x 1d x3dx5dx7d p=0.01%p=0.01%397.1397.1612.4612.4788.4788.4946.4946.4 典典 型型79.379.3139.2139.2142.5142.5

9、154.6154.6 k 1d x3d-1dx5d-3dx7d-5d p=0.01% 5.0075.0073.5943.59453.33353.33313.05813.058 雨量的放大倍比分别为：雨量的放大倍比分别为： k k1 1=x=x1p 1p/x /x1d 1d k k3-13-1= =（ （x x3p 3p-x -x1p 1p） ）/ /（x x3d 3d-x -x1d 1d） ） k k7-3 7-3= =（ （x x7p 7p-x -x3p 3p） ）/ /（x x7d 7d-x -x3d 3d） ） 式中：式中：x x1p 1p、 x x3p3p、 x x7p7p分别为 分别

10、为1 1、3 3、7 7日的设计雨量；日的设计雨量； x x1d 1d、 x x3d3d、 x x7d7d分别为 分别为1 1、3 3、7 7日的典型雨量。日的典型雨量。 020406080100120140160 0 5 10 15 20 25 30 35 雨 量 （ mm） 时 段 （ h） p=0.01%p=0.01%白竹站设计暴雨过程图白竹站设计暴雨过程图 p=0.01%梯下梯下站设计暴雨过程图站设计暴雨过程图 020406080100120140160 0 10 20 30 40 50 雨 量 （ mm） 时 段 （ h） p=0.01%大坝大坝站设计暴雨过程图站设计暴雨过程图 02

11、0406080100120140160 0 10 20 30 40 50 60 雨 量 （ mm） 时 段 （ h） p=0.01%坪溪坪溪站设计暴雨过程图站设计暴雨过程图 020406080100120140160 0 20 40 60 80 100 120 雨 量 （ mm） 时 段 （ h） 9.4 9.4 可能最大降水计算可能最大降水计算 9.5 9.5 由设计暴雨推求设计洪水由设计暴雨推求设计洪水 历年降雨资料历年降雨资料x(t) 输入输入 设计暴雨计算分系统设计暴雨计算分系统 设计暴雨设计暴雨 xp(t) 流域流域产流汇流计算分系统产流汇流计算分系统 设计洪水设计洪水qp（t） 输

12、出输出 设计暴雨推求设计洪水流程设计暴雨推求设计洪水流程 一、设计一、设计p pa a的计算的计算 1 1、取设计、取设计p pa a= =i im m（土壤最大缺水量）（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。一般适用于湿润地区，其汛期雨水充沛，土壤易蓄满。 2 2、扩展暴雨过程法、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 向前推向前推151530d30d。 x+pa p ( (x+pa) )p p=1% xp x pp=1% 二、产流方案和汇流方案的应用二、产流方案和汇流方案的应用 1 1

13、、外延问题、外延问题 2 2、移用问题、移用问题 3 3、由设计净雨推求设计洪水过程、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。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三、设计暴雨推求设计洪水算例 p=2%p=2%设计暴雨时程分配表设计暴雨时程分配表 时段序号时段序号 (dt=6h) 1234合计合计 占最大占最大1天天 分配百分比分配百分比 1163179100 设计面暴雨设计面暴雨 量量(mm) 29.9171.346.224.6272 设计净雨量设计净雨量 (mm) 7.9171.346.224.6250 地面净雨量地面净雨量 (m

14、m) 5.5162.337.215.6220.6 地下净雨量地下净雨量 (mm) 2.49.09.09.029.4 2 2、设计净雨过程的推求、设计净雨过程的推求 （1 1）产流计算）产流计算 用同频率法求得设计用同频率法求得设计p pa a，得，得p pa a=78mm=78mm。本流域土壤最大。本流域土壤最大 蓄水量为蓄水量为100mm100mm，则，则d=100-78=22mmd=100-78=22mm由第一时段设计暴由第一时段设计暴 雨量扣除，得设计暴雨过程。雨量扣除，得设计暴雨过程。 （2 2）水源划分水源划分 根据实测洪水资料分割得来的地下径流过程和净雨过根据实测洪水资料分割得来的

15、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程的分析，求得本流域的稳定下渗率f fc c=1.5mm/h=1.5mm/h。 由净雨过程中扣除下渗量由净雨过程中扣除下渗量f fc c tc ，得地面净雨过程，得地面净雨过程， 其中，第一时段净雨历时其中，第一时段净雨历时t tc c=(7.9/29.9)=(7.9/29.9) 6=1.66=1.6h h，下渗，下渗 量量= =f fc c t tc c =1.5 =1.5 1.6=2.4mm1.6=2.4mm，故第一时段地面净雨量，故第一时段地面净雨量 为为5.5mm5.5mm。 3 3、汇流计算（设计洪水过程线的推求）、汇流计算（设计

16、洪水过程线的推求） （1 1）地面净雨根据单位线推流，得地面径流过程。）地面净雨根据单位线推流，得地面径流过程。 （2 2）地下净雨过程概化为等腰三角形出流，地下径）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流等腰三角形的底长为地面径流历时长的2 2倍。倍。 具体计算见具体计算见p244-245p244-245，计算结果见，计算结果见p245p245的表的表9-69-6。 9.6 小流域设计洪水计算 二、小流域设计暴雨二、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。不考虑暴雨在流域面上的不均匀性，以点代面。 )1( 24,24pvhph cxx

17、 (2(2）用）用x x24h 24h的参数等值线图 的参数等值线图 先查出先查出x x24h 24h的参数 的参数( (均值、均值、c cv v 和 和c cs s / /c cv v 值 值) )。再计算：。再计算： 2 2、利用暴雨公式，由、利用暴雨公式，由x x24h 24h，p p计算 计算x xt t， ，p p ( (t t 为任意历时为任意历时) ) （1 1）暴雨公式的形式）暴雨公式的形式 式中：式中： at t， ，p p 历时为历时为t t，频率为，频率为p p的平均暴雨强度的平均暴雨强度(mm/h)(mm/h)； x xt t， ，p p 历时为历时为t t，频率为，频

18、率为p p的雨量的雨量(mm)(mm)； s sp p 频率为频率为p p的的“雨力雨力”( (t t=1=1h h的平均雨强，的平均雨强，mm/s)mm/s)； n n 暴雨参数，一般数值为暴雨参数，一般数值为0.50.50.70.7。 n ppt n p pt tsx t s a 1 , 或或 则暴雨公式分为两段：则暴雨公式分为两段： 1h t at,p -n1 n sp )1()1( ,24 )1( , )1()1( ,24 )1( , 222 121 24241 241 nn ph n ppt nn ph n ppt txtsxhth txtsxht 根据我国的实际情况，双对数线图上出

19、现折线而根据我国的实际情况，双对数线图上出现折线而 不是直线，转折点发生在历时不是直线，转折点发生在历时t t =1=1h h处，如图。处，如图。 （2 2）暴雨参数）暴雨参数(n(n1 1、n n2 2、s sp p) )的确定的确定 主要有两种途径：主要有两种途径： 根据实测暴雨资料通过图解分析法确定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查小流域所在地区的水文手册得到 21 21 loglog loglog aa n tt 公式：公式： 根据实测暴雨资料分析的步骤：根据实测暴雨资料分析的步骤： (1) (1) 计算不同历时暴雨系列的频率曲线；计算不同历时暴雨系列

20、的频率曲线； (2) (2) 由不同历时各种频率的由不同历时各种频率的x xt t, p , p除以历时 除以历时t t 得到得到at t, p , p ； ； (3) (3) 点绘以频率点绘以频率p p为参数的为参数的lglgat t, p , p p plgtlgt 关系，在关系，在 t=1ht=1h出发生明显转折。出发生明显转折。 a2 图：图： t2 a1 t1 利用损失参数利用损失参数 值计算小流域设计净雨。值计算小流域设计净雨。 损失参数损失参数 值是指产流历时值是指产流历时tc 内的平均损失强度。内的平均损失强度。 tc t i , 产生净雨产生净雨不产生净雨不产生净雨不产生净雨

21、不产生净雨 净雨量净雨量 四、由推理公式推求设计洪水的基本原理四、由推理公式推求设计洪水的基本原理 1 1、推理公式的基本原理、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。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：考虑单位换算，洪峰流量的计算公式如下： 式中：式中： f f 流域面积（流域面积（kmkm2 2）；）； a平均降雨强度（平均降雨强度（mm/hmm/h）；）； 平均损失强度（平均损失强度（mm/hmm/h）；）； q qm m洪峰流量（洪峰流量（m m3 3/s/s）。）。 qm=0.278（a- ）f t t t1 t2 t3 f1 q a 0.278(a- )*f1 t tc tc+t t t 0.278(a- m)*f t1t2 0.278(a- m)*f2 a 0.278(a- )*f tc+ t t t t t q a t t t1 t2 t3 f1 2tc3tc 0.278（a- ）ftc q a tc+ ttc t t t tc tc f1 tc a 2 2、推理公式的一般形式、推理公式的一般形式 （2） tc t t qm=0.278 hr /t t f 连续连续t t时段内最大产流量时段内最大产流量 产流