第10章 小流域设计洪水计算

1、小流域设计洪水计算 小流域通常指集水面积不超过数百平方公里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。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、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，因此水文学上常常作为一个专门的规划设计中，因此水文学上常常作为一个专门的问题进行研究。的问题进行研究。小流域设计洪水计算方法的特点小流域设计洪水计算方法的特点（1 1）工程规模小，对洪

2、水的调节能力小，工程）工程规模小，对洪水的调节能力小，工程规模主要受洪峰流量控制；规模主要受洪峰流量控制；（2 2）缺乏水文资料，尤其是流量资料；）缺乏水文资料，尤其是流量资料；（3 3）计算方法简单易行）计算方法简单易行, ,易于基层水文工作者掌易于基层水文工作者掌握。握。计算基本方法计算基本方法Z小流域设计洪水的计算方法概括起来有小流域设计洪水的计算方法概括起来有4 4种：种： 推理公式法、地区经验公式法、历史洪水调推理公式法、地区经验公式法、历史洪水调查分析法、综合单位线法查分析法、综合单位线法 它们的思路都是以暴雨形成洪水过程的理论它们的思路都是以暴雨形成洪水过程的理论为基础，并按为基

3、础，并按设计暴雨设计暴雨设计净雨设计净雨设计洪水设计洪水的顺序进行计算。的顺序进行计算。Z小流域设计洪水计算，大多数采用由暴雨推求小流域设计洪水计算，大多数采用由暴雨推求洪水的方法，因此，首先需要推求设计暴雨洪水的方法，因此，首先需要推求设计暴雨设计暴雨：设计暴雨：具有某一规定频率的一定时段的暴雨量或平均暴雨强度。具有某一规定频率的一定时段的暴雨量或平均暴雨强度。基本假定：基本假定：暴雨与其所形成洪峰流量或洪量具有相同的频率暴雨与其所形成洪峰流量或洪量具有相同的频率小流域暴雨特点小流域暴雨特点（1 1）历时短，一般从几十分钟到若干小时；）历时短，一般从几十分钟到若干小时；（2 2）缺乏实际观测

4、资料）缺乏实际观测资料（3 3）面积小，可以忽略暴雨在地区上的分布不均匀性）面积小，可以忽略暴雨在地区上的分布不均匀性把流域中心点雨量作把流域中心点雨量作为为流域面雨量，无需考流域面雨量，无需考虑虑点面雨量折算点面雨量折算由最大由最大1日日设计设计雨量雨量X1日日,p推求推求历时历时t的的设计设计雨量雨量Xt,p设计暴雨推求常用步骤：设计暴雨推求常用步骤：Z 根据省（区）水文手册（包括有关的水文图集，如根据省（区）水文手册（包括有关的水文图集，如暴雨径流查算图表暴雨径流查算图表）中绘制的暴雨参数等值线图，查）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，如算出统计历时的流域设计雨量，

5、如2424h h设计暴雨量等；设计暴雨量等；Z 将统计历时的设计雨量通过暴雨公式转化为任一历时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；的设计雨量；Z 按分区概化雨型或移用的暴雨典型同频率控制放大，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。得设计暴雨过程。暴雨公式及参数的推求暴雨公式及参数的推求Z暴雨公式暴雨公式在一定频率情况下时段平均暴雨在一定频率情况下时段平均暴雨强度强度i i与历时与历时t t的关系式，称为暴雨公式。的关系式，称为暴雨公式。nsitSS单位历时的暴雨平均强度，又称为雨力，单位历时的暴雨平均强度，又称为雨力， 随地区和重现期而变，随地区和

6、重现期而变， 如果如果t t以小时计，以小时计，s s就是就是t=1t=1小时的暴雨强度小时的暴雨强度nn暴雨递减指数，随地区及历时长短而变暴雨递减指数，随地区及历时长短而变x x 历时为历时为t t的暴雨量的暴雨量1 nxs t 对公式两边取对数：对公式两边取对数：lglglgisnt 上式为一直线方程式，上式为一直线方程式，lgslgs为截距，为截距，n n为斜率，在双对为斜率，在双对数坐标格纸上以数坐标格纸上以i i为纵坐标，为纵坐标，t t为横坐标，可点汇出一组近为横坐标，可点汇出一组近乎平行的直线，在线上量取乎平行的直线，在线上量取t=1t=1小时的纵坐标值即为小时的纵坐标值即为s

7、s值。值。Z（1 1）当）当t=1t=1小时，转折点的纵坐标即为小时，转折点的纵坐标即为s s；Z（2 2）当）当t1t1t1时，取时，取n=n2n=n2；水文手册查水文手册查n n值分区图值分区图2124,24nppxs2124,24nppsx2111,24,24nnnt pppxstxt由由2424小时设计暴雨量转换为历时小时设计暴雨量转换为历时t t的设计雨量的设计雨量Z当当1ht24h1ht24h时，时，n=n2n=n2Z 当当t1ht i 时，损失按时，损失按 值进行，值进行，超渗部分即为净雨。超渗部分即为净雨。 当设计暴雨和当设计暴雨和 值确定后，即可求出任值确定后，即可求出任何一

8、历时的净雨量及平均净雨强度何一历时的净雨量及平均净雨强度S S。值的确定值的确定Z为了便于小流域设计洪水计算，各省区水利水文为了便于小流域设计洪水计算，各省区水利水文部门在分析大量暴雨洪水资料之后，提出了决定部门在分析大量暴雨洪水资料之后，提出了决定 值的简便方法。参阅各地区的值的简便方法。参阅各地区的水文手册水文手册可可确定确定 的取值。的取值。Z推理公式又称合理化公式，已有推理公式又称合理化公式，已有100100多年历史，多年历史，是历来小流域由暴雨推求洪峰流量的一种比较是历来小流域由暴雨推求洪峰流量的一种比较常用的方法。常用的方法。（1 1）采用平均净雨强度；）采用平均净雨强度；（2 2

9、）暴雨与洪水同频率）暴雨与洪水同频率（3 3）流域的净雨强度在时间上和空间上都是不变的）流域的净雨强度在时间上和空间上都是不变的推理公式的基本形式推理公式的基本形式Z 推理公式可从线性汇流推导出来推理公式可从线性汇流推导出来 从等流时线的概念出发，假定产流强度在时间、空间从等流时线的概念出发，假定产流强度在时间、空间上都均匀的情况下，流域上的平均产流强度与一定面积的乘上都均匀的情况下，流域上的平均产流强度与一定面积的乘积即为出口断面的流量，当此乘积达到最大值时即出现最大积即为出口断面的流量，当此乘积达到最大值时即出现最大流量。流量。（1 1）全面汇流情况）全面汇流情况Z 在充分供水条件下，即净

10、雨历时大于汇流时间在充分供水条件下，即净雨历时大于汇流时间时，净雨产时，净雨产生后，每一时刻总有一部分面积上的净雨同时汇流到流域出生后，每一时刻总有一部分面积上的净雨同时汇流到流域出口断面。此时流域出口断面的最大流量是净雨在全流域面积口断面。此时流域出口断面的最大流量是净雨在全流域面积上形成的，此种情况称为上形成的，此种情况称为全面汇流全面汇流。()mQK if F 平均降雨强度，平均降雨强度，mm/hmm/h； 平均下渗强度，平均下渗强度，mm/hmm/h；FF流域面积，流域面积，kmkm2 2；KK单位换算系数单位换算系数if（2 2）部分汇流情况）部分汇流情况Z当供水不充分时，即净雨历时

11、小于汇流时间当供水不充分时，即净雨历时小于汇流时间，流域出口断面的最大流量由部分流域面积形成，此部流域出口断面的最大流量由部分流域面积形成，此部分流域面积称为分流域面积称为共时径流面积共时径流面积，此种情况称为部分汇，此种情况称为部分汇流。流。()mQK if FFF共时径流面积，共时径流面积，kmkm2 2；Z计算洪峰流量的地区经验公式是根据一个地区各河流计算洪峰流量的地区经验公式是根据一个地区各河流的实测洪水和调查洪水资料，找出洪峰流量与流域特的实测洪水和调查洪水资料，找出洪峰流量与流域特征、降雨特性之间的相互关系，建立起来的关系方程征、降雨特性之间的相互关系，建立起来的关系方程式。这些方

12、程都是根据某一地区的实测经验数据指定式。这些方程都是根据某一地区的实测经验数据指定的，只适用于该地区，所以称为地区经验公式。的，只适用于该地区，所以称为地区经验公式。( ,)Qf h F包含降雨因素的多参数地区经验公式包含降雨因素的多参数地区经验公式24,nppQChF24,nppQChF f24,nppQChF f JZ应用推理公式或地区经验公式，只能算出设计洪应用推理公式或地区经验公式，只能算出设计洪峰流量，对于一些中小型水库，有时要求提供设峰流量，对于一些中小型水库，有时要求提供设计洪水过程线，以便分析水库的调洪能力和防洪计洪水过程线，以便分析水库的调洪能力和防洪效果，一般用于计算小流域设计洪水过程线的方效果，一般用于计算小流域设计洪水过程线的方法有概化过程线法和综合单位线法。法有概化过程线法和综合单位线法。概化过程线概化过程线Z概化过程线是根据实测洪水资料，经过综合分析概化过程线是根据实测洪水资料，经过综合分析和简化而得。概化的线型有三角形、五边形和综和简化而