小流域设计洪水计算(主讲推理公式法)

1、WUHEE 第八章 小流域设计洪水计算 F8.1 8.1 概述概述 F8.2 8.2 小流域设计暴雨计算小流域设计暴雨计算 F8.3 8.3 设计洪峰流量的推理公式设计洪峰流量的推理公式 F8.4 8.4 计算洪峰流量的地区经验公式计算洪峰流量的地区经验公式 F8.5 8.5 设计洪水过程线的推求设计洪水过程线的推求 WUHEE 8.1 8.1 概述概述 一、小流域设计洪水特点一、小流域设计洪水特点 1. 1. 缺少实测资料缺少实测资料( (流量和暴雨资料流量和暴雨资料) )。 中、小型水库，涵洞，城市和工矿区的防洪工程中、小型水库，涵洞，城市和工矿区的防洪工程 2. 2. 小型水利工程一般对

2、洪水的调节能力较小小型水利工程一般对洪水的调节能力较小, ,工程规工程规 模主要受洪峰流量控制。重点推求设计洪峰流量。模主要受洪峰流量控制。重点推求设计洪峰流量。 3. 3. 计算方法力求简便。计算方法力求简便。 二、小流域设计洪水发展史二、小流域设计洪水发展史 小流域设计洪水计算已有小流域设计洪水计算已有100100多年的历史。计算方法由多年的历史。计算方法由 简单到复杂，由计算洪峰流量到计算设计洪水过程线。简单到复杂，由计算洪峰流量到计算设计洪水过程线。 WUHEE 四、小流域设计洪水计算步骤四、小流域设计洪水计算步骤 1. 1. 小流域设计暴雨计算；小流域设计暴雨计算； 2. 2. 设计

3、洪峰流量计算；设计洪峰流量计算； 3. 3. 小流域设计洪水过程线拟定。小流域设计洪水过程线拟定。 三、计算方法三、计算方法 1. 1. 推理公式法推理公式法 2. 2. 经验公式法经验公式法 3. 3. 相似流域法相似流域法 4. 4. 综合单位线法综合单位线法 WUHEE 8.2 8.2 小流域设计暴雨计算小流域设计暴雨计算 小流域面积较小，可忽略暴雨在地区上分布的不均匀，小流域面积较小，可忽略暴雨在地区上分布的不均匀， 由流域中心点处的点雨量作为流域面雨量。由流域中心点处的点雨量作为流域面雨量。 设计暴雨计算采用以下步骤推求：设计暴雨计算采用以下步骤推求： 1 1 按省（区、市）水文手册

4、及按省（区、市）水文手册及暴雨径流查算图表暴雨径流查算图表 上的资料计算特定历时的设计暴雨量；上的资料计算特定历时的设计暴雨量； 2 2 将特定历时的设计暴雨量通过将特定历时的设计暴雨量通过暴雨公式暴雨公式转化为任意转化为任意 一历时的设计雨量。一历时的设计雨量。 一、年最大一、年最大2424小时设计暴雨量计算小时设计暴雨量计算 WUHEE 各省、市、区都绘制了年最大各省、市、区都绘制了年最大2424小时降雨量统计参数小时降雨量统计参数 ( ( 、Cv) )等值线图以及等值线图以及Cs/Cv的比值。这些参数直接从当的比值。这些参数直接从当 地水文手册上查取。地水文手册上查取。 通过地理内插法可

5、获得流域中心点年最大通过地理内插法可获得流域中心点年最大2424小时降雨量小时降雨量 统计参数：统计参数： 、Cv。则设计频率。则设计频率p下的年最大下的年最大2424小时设计暴小时设计暴 雨量雨量P24,p为：为： )1 ( 24,24 CvPP PP 二、历时二、历时t t（2424小时）的设计暴雨小时）的设计暴雨P Pt,p t,p的计算 的计算 将年最大将年最大2424小时设计暴雨量小时设计暴雨量P P24 24，P P通过 通过暴雨公式暴雨公式转化为任转化为任 意一历时的设计雨量意一历时的设计雨量P Pt,P t,P( (1t 时，即充分供水条件下，出口断面的最大流量是由时，即充分供

6、水条件下，出口断面的最大流量是由 时段的净雨在全流域面积上形成的：时段的净雨在全流域面积上形成的： 称为全部产流。称为全部产流。 式中式中 Qm洪峰流量洪峰流量( (m3/s);); F流域面积流域面积( (km2);); i平均降雨强度平均降雨强度( (mm/h) )； u平均下渗强度平均下渗强度( (mm/h); ); k单位换算系数。单位换算系数。 （8-4） FuikQm)( WUHEE 3. 部分产流部分产流 当当t tc c 时，即不充分供水条件下，出口断面的最大流量是时，即不充分供水条件下，出口断面的最大流量是 由全部降雨在部分由全部降雨在部分流域面积上形成的：流域面积上形成的：

7、 （8-5） 0 )(FuikQm 称为部分产流。称为部分产流。 式中式中 F0为共时径流面积为共时径流面积 （kmkm2 2），即部分），即部分 产流面积；产流面积； 其余符号同前。其余符号同前。 i WUHEE 4. 推理公式的一般形式推理公式的一般形式 或或 式中，式中， 洪峰径流系数，即形成洪峰的净雨量与降雨量洪峰径流系数，即形成洪峰的净雨量与降雨量 之比值之比值; ; 共时径流面积系数。共时径流面积系数。 FikQm FuikQm)( F F0 0 )(FuikQm FuikQm)( 部分产流部分产流全部产流全部产流 WUHEE 二、水文所公式二、水文所公式 Qm=0.278iF （

8、8-7） 式中，式中，i为平均降雨强度（为平均降雨强度（mm/hm/h）; ;其余同前其余同前。我国水利部。我国水利部 门广泛采用的推理公式。门广泛采用的推理公式。 当当t=时，由暴雨公式有时，由暴雨公式有 ，代入式（，代入式（8-78-7）中得：）中得： 式（式（8-88-8）是我国普遍采用的小流域设计洪峰流量计算公式。）是我国普遍采用的小流域设计洪峰流量计算公式。 其中，未知参数为：其中，未知参数为：Sp、n、F 、 、。 n p S i F S Q n p m 278. 0 （8-8） WUHEE 三、设计洪峰流量计算三、设计洪峰流量计算 未知参数：未知参数：Sp、n、F 、 、。 1.

9、 Sp、n、F 的计算的计算 流域面积流域面积F可从地形图上量出；可从地形图上量出； n 由地区由地区n值分区图值分区图查出；查出； Sp查等值线图或由暴雨公式可求，即：查等值线图或由暴雨公式可求，即： 由式（由式（8-18-1） 知：知：Sp=Pt,ptn-1 P24,P已知（已知（t=24=24h） Sp=P24,p24n2-1 F S Q n p m 278. 0 n P Pt t S i , WUHEE (1) 当当tc 时时 而而P =i =(Sp /n) =Sp 1-n。代入上式得：代入上式得： （8-11） (2) 当当tctc时，时，由式（由式（8- 11）计算）计算 ; ;

10、(3)(3)由由 计算计算 ； (4)若若Q Qm m与与 相等，即为所求；否则继续试算。相等，即为所求；否则继续试算。 F S Q n p m 278. 0 m Q m Q 4/13/1 278. 0 m QmJ L n c t n 1 )( n p n p S u S u 11 1 四四 实例实例 WUHEE 例例 某地区欲修建一座小型水库，该水库积水面积某地区欲修建一座小型水库，该水库积水面积F=7.4kmF=7.4km2 2， 干流长度干流长度L=4.1kmL=4.1km，J=0.036J=0.036。用试算法计算坝址百年一遇的洪。用试算法计算坝址百年一遇的洪 峰流量。峰流量。 解：解

11、： WUHEE h u S nt n p c 6 .22 )1 ( 1 WUHEE WUHEE 8.4 8.4 计算洪峰流量的地区经验公式计算洪峰流量的地区经验公式 洪峰影响因素洪峰影响因素 暴雨特性（强度、历时暴雨特性（强度、历时） 流域几何形特征（河长、比降、集水面积）流域几何形特征（河长、比降、集水面积） 地质地貌特征（植被、土壤、地质）地质地貌特征（植被、土壤、地质） 一、单因素公式一、单因素公式 以流域面积以流域面积F作为洪峰流量的主要影响因子，建立二者间作为洪峰流量的主要影响因子，建立二者间 的关系，其形式为：的关系，其形式为： Qm,p=C pF n 式中，式中，Cp随频率变化的

12、综合系数；随频率变化的综合系数；n 经验指数；各省、经验指数；各省、 市水文手册中可查。市水文手册中可查。 WUHEE 例如湖南、江西的例如湖南、江西的C Cp p、n n值表值表 WUHEE 二、多因素公式二、多因素公式 式中，式中，f=F/L2流域形状系数。流域形状系数。 例如：安微省山区小河洪峰流量经验公式为：例如：安微省山区小河洪峰流量经验公式为： 同时把山区分为同时把山区分为4类：深山区类：深山区(C=0.0514)、浅山区、浅山区(C=0.0285)、 高丘区高丘区(C=0.0239)、低丘区、低丘区(C=0.0194)。 n ppm n ppm n ppm FfJChQ FfCh

13、Q FChQ ,24, ,24, ,24, 73. 021. 1 ,24 FChQ PP WUHEE 8.5 8.5 小流域设计洪水过程线的推求小流域设计洪水过程线的推求 推求方法推求方法 时段综合单位线法时段综合单位线法 瞬时综合单位线法瞬时综合单位线法 概化过程线法概化过程线法* 概化过程线法概化过程线法 概化线型有三角形、五边形和综合概化过程线等形式。概化线型有三角形、五边形和综合概化过程线等形式。 一、三角形概化设计洪水过程线一、三角形概化设计洪水过程线 已知已知:设计洪峰流量设计洪峰流量Qm,p；P24,p Qm,p B t Q T W P FRW PP,24 1 . 0 WUHEE 二、五边形概化设计洪水过程线二、五边形概化设计洪水过程线 已知已知 : 设计洪峰流量设计洪峰流量Qm,p和和 P24,p。 Qm,p B t Q T D C A E F TtK QKQ QKQ t