浙江省小流域规划编水利计算部分讲义

1、浙江省水利河口研究院二五年十月 小流域防洪避洪规划编制前言水利计算的基本任务 水利计算的指导思想、步骤及方法水利计算实例(2个） 主要内容总结 1 前言 我省小流域雨量丰沛，河流源短流急、水位暴涨暴落，经常形成山洪、泥石流、滑坡等灾害，造成人员伤亡和房屋建筑、交通道路、水利工程、农田土地等的损毁。据统计，我省每年山区暴雨洪水灾害造成的死亡人数占全部洪涝灾害死亡人数的2/3左右。山区暴雨洪水灾害已经成为我省当前防洪减灾工作中的突出问题，引起了省委省政府的高度重视，省水利厅在进一步加强防灾减灾体系建设工作中，计划全面启动小流域防洪避洪规划编制工作1 前言 小流域防洪避洪规划中涉及临界降雨量确定、现

2、役工程防洪能力校核、洪水风险分析等有关水利计算。在收集和统计小流域地区降雨洪水资料的基础上，通过设计暴雨计算、设计洪水计算及断面水力计算确定规划工程的标准、临界降雨值等小流域防洪避洪规划的关键指标。因此，水利计算作为小流域防洪避洪规划的核心技术必须高度重视。2 水利计算的基本任务 1、现役工程防洪能力分析2、小流域地区临界降雨量的确定3、小流域洪水风险分析（见预案编制技术）3 水利计算的思路、步骤及方法 遵循着简单实用，资料易收集等原则确定计算思路和方法。 在调查和收资的基础上，选择典型断面，断面以上流域进行产、汇流计算，根据断面的水力计算确定HQ曲线，最后确定计算断面的水位，从而对河道堤防防

3、洪能力及临界降雨量值进行分析计算。其主要步骤为：3 水利计算的思路、步骤 及方法 3.1、小流域调查和收资 3.2、小流域计算断面的选择 3.3、设计暴雨计算 3.4、设计洪水计算 3.5、断面水力计算 3.6、工程防洪能力确定 3.7、临界降雨量的确定3 水利计算的思路、步骤及方法 资料收集断面选取过流能力确定设计暴雨推求产、汇流计算临界降雨量确定、工程防洪能力分析3.1、小流域调查和收资 小流域防洪避洪规划水利计算的调查和收资主要包括以下内容：1、流域河流水系分布2、流域降雨洪水资料3、流域村镇布局4、流域防洪工程布局5、历史的山洪灾害资料3.2、小流域计算断面的选择 1、断面选择 每个村

4、镇至少选择2各断面，重要的村镇可以适当的增加。断面可根据河势及两岸堤防的变化来确定。从河势来看，计算断面可以选择在河道突变段或平直段的典型代表。从两岸堤防来看，计算断面可以选择在极易被淹没或堤防防洪能力比较低的河段。3.2、小流域计算断面的选择 2、小流域典型断面测量 在确定统一高程基准点的基础，对选择的典型断面进行测量，由于山区小流域河道复杂，测量时可根据地形与河势，选择合适的地段进行测量。每个断面测点间距最好小于5米。3.3、设计暴雨计算 暴雨历时短、雨强大、雨区小成峰暴雨来势猛、涨落快小流域设计暴雨主要有以下特点：基本步骤（1）各历时平均点雨量均值、变差系数CV值查算；（2）暴雨衰减指数

5、n值计算；（3）设计点雨量均值计算 ；（4）小流域面雨量计算 ；（5）按时段雨型及分配计算设计面雨量。 3.3、设计暴雨计算无资料地区设计暴雨推求无资料地区设计暴雨推求 各历时平均点雨量均值、变差系数CV值查算根据浙江省短历时暴雨（2003年2月）（以下简称图集）表6-1规定的定点数目在图集附图中查算各历时的点雨量均值、CV值，并计算点雨量均值的平均值。A10km2时，参数（面）=参数（点）；A10km2时，HF =HA；HF-各历时雨量均值，HA-各历时平均点雨量均值 ；-点面系数各历时平均点雨量均值、变差系数CV值查算Cvi-各时段点雨量Cv无资料地区设计暴雨推求 点号指标历时10min3

6、0min1hr3hr6hr24hr1均值1829.82 41.00 55.91 68.00 110.00 Cv0.350.37 0.40 0.42 0.45 0.46 平均均值1829.82 41.00 55.91 68.00 110.00 Cv0.350.37 0.40 0.42 0.45 0.46 各历时平均点雨量均值、变差系数CV值查算-算例 以衢江区下山溪小流域为例，赛东坞镇以上集水面积约11.2平方公里。无资料地区设计暴雨推求 暴雨衰减指数的计算暴雨衰减指数的计算有以下公式: 无资料地区设计暴雨推求 设计点雨量均值计算 图集尚没有年最大30min、3hr等点雨量均值的等值线图，根据图

7、集使用说明，可进行插补计算，计算公式如下：无资料地区设计暴雨推求 设计点雨量均值计算无资料地区设计暴雨推求 设计点雨量均值计算-算例点号指标历时10min30min1hr3hr6hr24hr1均值1829.82 41.00 55.91 68.00 110.00 Cv0.350.37 0.40 0.42 0.45 0.46 平均均值1829.82 41.00 55.91 68.00 110.00 Cv0.350.37 0.40 0.42 0.45 0.46 以衢江区下山溪小流域为例，赛东坞镇以上集水面积约11.2平方公里。= 1，30min、3hr雨量分别为计算值。无资料地区设计暴雨推求 小流域

8、面雨量的计算 用P-III型曲线的p及Kp指定计算的设计频率下的Hp。已知 、Cv、Cs，用p表或Kp表，按下列计算设计雨量：无资料地区设计暴雨推求 小流域面雨量计算-算例历时10min30min60min3hr6hr24hr平均点雨量均值1829.84155.968110Cv0.350.370.40.420.450.46点面系数111111面雨量均值1829.84155.968110各频率设计面雨量1%37.2663.92192.66130.806167.282752%34.14654.116884.05117.949150.28246.45%29.8850.689872.324100.89

9、95127.092208.0110%26.44244.55162.97687.3158108.936177.6520%22.73437.99553.01372.893689.76145.86衢江区下山溪小流域赛东坞设计面雨量计算表 无资料地区设计暴雨推求 按时段雨型及分配计算设计面雨量 时段雨型及分配是建立在对多年时段雨量雨型和分配的统计基础之上的，因此暴雨图集上给出24小时的雨型分配。如果在小流域中需要对时段雨量进行雨型分配，应该对时段雨量进行统计分析。无资料地区设计暴雨推求 3.4、设计洪水计算 小流域设计洪水计算的方法主要有：1、推理公式法2、浙江省瞬时单位线法3、浙江省综合单位线法 1

10、、浙江省推理公式法适用于小于50km2的特小流域上。推理公式的基本形式为3.4、设计洪水计算1、 浙江省推理公式法两种汇流情况：一是tc（tc 产流历时）时，全流域汇流；二是tc （tc 产流历时）时，部分流域汇流。3.4、设计洪水计算 2、浙江省瞬时单位线法浙江省瞬时单位先利用Narsh单位线的模式。该模式建立在三个基本假定上：（1）流域入流集中于调节中心。（2）流域对净雨过程调蓄作用看作几个串联水库的调节。（3）前后洪水互不影响，符合叠加原理。3.4、设计洪水计算 2、浙江省瞬时单位线法基本公式：3.4、设计洪水计算 3、浙江省新综合单位线法综合单位线的三个基本假定：（1）合乎理想单位先，

11、从净雨开始至洪峰出现，定位六个单位时间（2）同一流域内，因单位时段历时不同，单位线的洪峰滞时和底宽也将不同，其变化值可以为单位历时差的3/4倍。（3）同一流域内单位线洪峰流量与洪峰滞时成反比。3.4、设计洪水计算 3、浙江省新综合单位线法单站综合分析：在原形单位线换算为理想单位线后，才可以进行单站综合分析，分析主要内容为：（1）理想单位线洪峰模数与实测最大1小时净雨的关系分析；（2）理想单位线洪峰模数与洪峰时间的关系分析。3.4、设计洪水计算3.5、断面水力计算 通过水力计算，确定上、中、下三个控制断面水位H与过流流量Q的关系，具体计算方法如下：根据实地测量的控制断面形状，计算在不同水位H时的

12、断面面积A、断面湿周；计算断面水力半径R；由R、河道糙率n值，计算谢才系数c；由R、c和河道比降J计算断面平均流速v；由A和v计算断面流量Q。河道比降J可由上、中、下断面的间距和各断面河床底高程差求得。 3.6、河道防洪能力确定 在小流域溪河上选取适当数量的控制断面，通过水力计算确定断面水深与流量的关系，即HQ的关系，并确定断面的最大过流能力。 结合前面叙述的设计暴雨、设计洪水计算等，确定流域不同频率的洪峰流量，根据断面水力计算的HQ关系，确定河道防御洪水的能力。基本步骤（1）绘出各频率1小时、3小时、6小时降雨量与暴雨频率关系曲线图；（2）根据P一般险情、P较大险情、P重大险情，从1小时、3

13、小时、6小时降雨量与暴雨频率关系曲线图中查得相应的1小时、3小时、6小时临界降雨量。3.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流域 以前述下山溪塞东坞流域为例，流域面积、主河道长度、坡降同前，推求塞东坞流域临界降雨量。3.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流域1、断面的选取 对有防避要求的各乡镇和自然村的上游河段、中游河段和下游河段各选取一个控制断面，控制断面的选取应综合考虑河道的走向和选择断面的代表性，对各控制断面进行实地测量，获得测量断面数据，同时测量断面间距。 3.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流域该断面在两溪汇合的下游3.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流域2、断面水力计算断面H(m)A(m2)(m

14、)R(R=A/)C(C=1/nR1/6)V(V=c*sqrt(RJ)Q(Q=AV)J赛东坞1178.5500000181.5519.9512.11.648760324.153518695.652739693112.77220.03322赛东坞2172.43000000.03322174.9315.625111.420454523.560909065.11806182279.969720.03322赛东坞3169.5800000.03322171.6812.2859.81.253571423.075210274.70890602957.848910.033223.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流

15、域3、确定断面最大过流能力和险情等级 塞东坞断面最大过流能力分别约为：112m3/s、80m3/s、58m3/s。根据实际情况确定一般险情、较大险情、重大险情的流量后查水位流量关系曲线得出塞东坞断面险情表如下：险情等级所在村上断面中断面 下断面堤顶高程水位堤顶高程水位堤顶高程水位一般险情赛东坞181.55180.95174.93175.25171.68172.85 较大险情181.55181.75174.93176.19171.68173.95重大险情181.55182.55174.93177.13171.68175.043.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流域4、确定各暴雨频率下1小时、3小时

16、洪峰 ，绘出各频率洪水洪峰流量与暴雨频率的关系曲线图，即PQmax,p的关系。 3.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流域5、绘出各频率暴雨与频率的关系曲线图，即PHmax,p的关系。 3.7、临界降雨量的确定例子塞东坞流域6、根据P一般险情、P较大险情、P重大险情，从1小时、3小时降雨量与暴雨频率关系曲线图中查得相应的1小时、3小时临界降雨量分别为一般险情：1小时临界降雨量40mm、3小时临界降雨量60mm较大险情：1小时临界降雨量70mm、3小时临界降雨量95mm较大险情：1小时临界降雨量70mm以上、3小时临界降雨量88mm以上 3.7、临界降雨量的确定6、算例 衢江区下山溪小流域塞东坞以上

17、流域面积11.2平方公里，主河道长4.92km，河道平均坡降为0.03322，推求塞东坞断面设计洪峰流量。 4 水利计算算例(1) 6、算例 推理公式为： （1）m取值 根据实地调研，认为塞东坞流域植被一般，计算(=L/J1/3 )值为15.3，根据m=0.60.100得m值为 0.788。 4 水利计算算例 （1）6、算例 （2）各频率的净雨计算 由于该流域无降水资料，因此，采用浙江省暴雨图集查图方法计算该流域净雨量。 具体如下： 定点数目的确定 该流域面积介于1019km2，定点数目取1； 确定流域点雨量 定点数目为1，根据定点数目查相应各时段的雨量等值线 图，得到流域点雨量值。4 水利计

18、算算例 （1）6、算例 （2）各频率的净雨计算 点面系数的确定 根据流域面积，确定该流域点面系数为=1.0 流域面雨量的计算 根据公式 HF=HA HF流域面平均雨量 HA流域点雨量平均值 计算流域面雨量，按照后损1mm/小时，得到流域净雨量值见下表：4 水利计算算例 （1）6、算例 （2）各频率的净雨计算 净雨量10min30min1hr3hr6hr0.50%40.2369.285100.86143.104183.61%37.2663.92192.66130.806167.282%34.14654.116884.05117.949150.285%29.8850.689872.324100.8

19、995127.09210%26.44244.55162.97687.3158108.93620%22.73437.99553.01372.893689.764 水利计算算例 （1）6、算例 （3）推求各频率的Qm 根据公式 采用试算法计算求得流域的洪峰流量，计算结果见下表。 4 水利计算算例 （1）6、算例 （3）推求各频率的Qm 乡、村集雨面积（km2）不同洪水频率下设计洪峰流量（m3/s）1%2%5%10%20%赛东坞11.2220.5190.1150.5120.490.14 水利计算算例 （1）算例： 某小流域溪河控制断面以上集雨面积F=60.0km2，断面至主河道河源长度L=17.1k

20、m，主河道平均比降J=7.1，暴雨过程已知，计算该控制断面5年一遇3小时设计洪水过程，计算步骤如下。 4 水利计算算例 (2)基本步骤（1）计算流域特征值 （2）产流计算；（3）净雨过程计算 ；（4）地表径流洪水过程线计算 ；（5）地下径流过程回加 ；4 水利计算算例 （2）已知设计面雨量表 历时60min3hr6hr平均点雨量均值42.357.970.3CV0.420.4240.43面雨量0.8440.9200.959均值35.753.367.4CV0.420.4240.43设计面雨量0.5%93.9141.2180.61%85.3128.3164.12%76.8115.2146.95%64

21、.997.3123.910%55.783.4106.020%46.169.087.44 水利计算算例 （2）1、计算流特征值 4 水利计算算例 （2）1、计算流特征值（4）由F查Fn表，得n=1.5；（5）由“浙江省多站综合M1（10） 相关图”，查得：=89时，M1（10）=6.0；（6）由“浙江省多站b 相关图”，查得： =0.069时，b=0.62；（7）a= M1（10）10b=25.01； 4 水利计算算例 （2） 2、产流计算 小流域山洪主要由短历时暴雨形成，山洪形成的前提条件是土壤已饱和，3小时降雨产流计算假定前期土壤已饱和，不再扣除初损，后损为1.0mm/hr。； 4 水利计算算例 （2）3、净雨过程计算 浙江省瞬时单位线法地下径流部分采用斜线分割法，潜流部分在设计条件下尚需回加，其回加数量以