小流域设计洪水的计算清楚明了

第五章小流域设计洪水的计算第一节小流域设计洪水特点第二节水科院推理公式法第三节小流域暴雨径流研究组公式本章重点：水科院推理公式法的设计洪水计算水土保持工作一般是在小流域上进行的。水土保持工程的规划设计、测流建筑物的设计都需要研究工程所在地点河流的水文态势，计算设计洪水。一、小流域设计洪水的意义第一节小流域设计洪水特点

二、小流域设计洪水的概念（1）小流域集水面积:

水文计算通常不超过200-300km2。水保上指的小流域，一般在30km2以下，最多不超过50km2。（2）设计洪水:

指符合一定设计标准的洪水，包括洪峰流量、洪水总量和洪水过程线三个要素。洪峰流量即一次洪水流量的最大值，用Qm表示。洪水总量为一次洪水流过程的总水量。（3）小流域设计标准:

推求设计洪水时，首先确定标准。设计标准是指水工建筑物本身防洪安全的标准。它是水利水保工程规划设计的一个重要指标。——参阅《水利水电枢纽工程等级划分设计标准》(SDJl2-78)及《水土保持治沟骨干工程暂行技术规范》(SDl75-86)的规定。

第一节小流域设计洪水特点

一、小流域设计洪水的意义二、小流域设计洪水的概念（1）多数小流域没有设站观测，缺乏实测流量和降雨资料。有的小流域虽有短期资料，但具有较多资料的流域很大，自然地理条件相差悬殊，短期资料也难以延展。因此小流域设计洪水计算是在缺乏资料的条件下进行的。第一节小流域设计洪水特点

一、小流域设计洪水的意义二、小流域设计洪水的概念三、小流域设计洪水的特点（2）任务方面：水保工程如小型水库、淤地坝对洪水的调蓄作用较小，工程尺寸常取决于设计洪峰流量，因此在设计洪水计算中，主要是求设计洪峰流量。洪水总量与洪水过程居于次要，可以简化。（3）工程措施：涉及的面广，数量多，又多是小型，因此，计算方法上要求方法简便又能保证一定的精度。第一节小流域设计洪水特点

一、小流域设计洪水的意义二、小流域设计洪水的概念三、小流域设计洪水的特点四、小流域设计洪水推求方法小流域设计洪水推求方法有推理公式法，经验公式法，综合瞬时单位线法，洪水调查法等。——推理公式法是从暴雨形成洪水的成因出发，即由暴雨推求流域设计洪峰流量，属于成因推理方法，是半理论半经验公式，是小流域计算暴雨洪水的主要方法。重点介绍水科院推理公式法和由铁道部、中科院地理所等提出的小流域暴雨径流研究组计算公式。（1）计算洪峰流量是以暴雨的设计频率作为设计洪峰流量的频率，即认为暴雨和洪水是同频率的。（2）暴雨和损失在时空上是均匀的，即净雨强度不随时间、地点变化，沿程的汇流速度不变。（3）把汇流面积概化为矩形，即汇流面积随时间的增长率是一条直线，全流域面积汇流形成最大洪峰流量。第二节水科院推理公式法一、水科院推理公式法的假设条件

1.净雨

总降雨量减去降雨损失后称之为净雨。第二节水科院推理公式法二、水科院推理公式法的有关概念

2.汇流历时(τ)净雨从流域上某点流到出口断面的时间即汇流历时。（见P76图5-2）

3.流域汇流历时(τm）流域最远点的净雨流到出口断面的时间。

4.

等流时线具有相同汇流时间的各点连线称为等流时线。

5.产流历时（tc）径流开始产生到径流终止所经历的时间即产流历时，又称为净雨历时。第二节水科院推理公式法二、水科院推理公式法的有关概念

6.全面汇流（Qm）全部流域面积上的净雨汇集而成。

7.部分汇流（Qm）由部分流域面积上的净雨汇集而成。第二节水科院推理公式法三、水科院推理公式法的有关公式1全面汇流

2部分汇流

根据水科院推理公式计算小流域设计洪峰流量Qm时，经过如下三步骤：(P80)（一）设计暴雨计算——确定设计暴雨强度ip；（二）产流计算——确定成峰径流系数Ψ；（三）汇流计算——确定流域汇流历时τ。第二节水科院推理公式法四、水科院推理公式法的计算步骤（1）流域面积（F）：在地形图上勾出分分水线后量得，在在图上如看不清分分水线时，应实地地勘测。（2）流域汇流长度（（L）：包括坡面和主河道道长度。地形图上上量取自出口断面面沿主河道至分水水岭的最长距离。。（3）沿流程的平均纵纵比降（J）：自出口断面起根据据沿流程比降变化化特征点高程及河河长，利用公式计计算。P16第二节水科院推理公式法法（一）设计暴雨计计算四、水科院推理公式法法的计算步骤1.流域特征参数（F、L、J）确定第二节水科院推理公式法法（一）设计暴雨计计算四、水科院推理公式法法的计算步骤2.暴雨特性参数（n、Sp）确定①暴雨衰减指数n随地区及历时长短短而变。常用的暴暴雨强度计算公式式为：该公式由水文所分分析了我国8个城市(北京、天津、南京京、上海、成都等等))的暴雨资料制定的的。第二节水科院推理公式法法（一）设计暴雨计计算四、水科院推理公式法法的计算步骤2.暴雨特性参数（n、Sp）确定②设计暴雨雨力(Sp)：即t=1h的最大暴雨平均强强度(mm/h)，随地区和重现期期而变。——可用水文手册中的的Sp等值线图和n值分区图计算暴雨雨强度。——如缺Sp等值线图，可根据据各地区的水文手手册查得设计地区区的暴雨统计参数数H24、Cv和Cs，以t＝24h作为控制时间即可可求得Sp：P83——产流计算的实质是求成峰系数Ψ。成峰径流系数是汇汇流历时内τ净雨总量hτ和暴雨总量Hτ的比值。第二节水科院推理公式法法（二）产流计算四、水科院推理公式法法的计算步骤①求成峰系数Ψ的确定：②产流历时（tc）的确定：u是产流期间内损失失强度的平均值。。反映了地面平均均入渗能力，它的大小与土壤的的渗水性、植被、、地貌、暴雨特性性、土壤前期含水水量等有关。陈家瑜等提出用用下式计算u值（该公式适合于tc≤24h的情况）。第二节水科院推理公式法法（二）产流计算四、水科院推理公式法法的计算步骤③平均入渗强度（u）的计算：第二节水科院推理公式法法四、水科院推理公式法法的计算步骤（二）产流计算当tc＞24h要改用下式式计算下渗渗强度u：各省、自治治区水文手册中一般都提提出了计算算u值的方法。。汇流计算的的目的是推求汇流流历时τ。计算公式式如下：第二节水科院推理理公式法四、水科院推理理公式法的的计算步骤骤（二）产流流计算（一）设计计暴雨计算算（三）汇流流计算1.汇流历时τ的确定四、水科院推理理公式法的的计算步骤骤（二）产流流计算（一）设计计暴雨计算算（三）汇流流计算1.汇流历时τ的确定第二节水科院推理理公式法2.汇流参数(m)的确定m的确定是汇汇流计算的的关键，它它是反映洪洪水汇流特特征的参数数，与植被、地地形、河网网分布、河河槽断面形形状、河道道糙率等因因素有关。。m值的计算公公式为：许多省(区)水文手册都都给出了本本地区m值的经验公公式，供设计时使使用。全面汇流

第二节水科院推理理公式法四、水科院推理理公式法的的计算步骤骤（二）产流流计算（一）设计计暴雨计算算（三）汇流流计算（四）洪峰流量Qm计算部分汇流

公式计算存存在两个困困难：1、τ在计算前是是未知量，，无法判断断是属于全全面汇流还还是部分汇汇流。2、方程中不不能将已知知量和未知知量分开，，不能采用用代入法求求解。试算法！1．确定7个参数，即流域特征征参数F、L、J；暴雨特性性参数Sp、n；经验性参参数u、m。2．求产流历历时tc。3．假定一个个Qm设，代入公式式计算τ。。4.将τ与tc比较，判断是全全面汇流还还是部分汇汇流，选定定出计算Ψ的公式，计算出Ψ。5．将τ和Ψ代入求Qm的公式，计计算Qm计，并比较Qm计和Qm设是否相等，，如不相等等，重新假假设Qm设，再试算，，直至相近近。第二节水科院推理理公式法五、水科院推理理公式试算法的计算过程程试算法例题题黄河下游某某流域拟建建一小水库库，坝址处处流域面积积F=92km2，L=29km，J=2.02%，H24,1%=343mm，n=0.588，m=1.07，=4.9mm/h，利用试算算法求Qm,1%第二节水科院推理理公式法第二节水科院推理理公式法试算法例题题为解决上述方程求解设计最大洪峰流量时的两个困难，可制成诺模图求解Ψ和τ0。步骤如下：1.计算n、Sp、u、m、tc

（同试算法）2.求τ03.求Ψ

及τ根据图5-13p88页，Ψ—τ诺模图，可得出τ

/τ0

，利用公式求得τ

4.根据τ与tc比较，判断是全面汇流还是部分汇流，利用公式计算Qm。公式基本形式一样，差别在Ψ上。诺模图法例例题第二节水科院公式式法水保工程中中的小型水水库、淤地地坝等要考考虑调洪作作用，以便便确定溢洪洪道尺寸。。因此设计洪洪峰流量推推求后，还还要推求设设计洪水总总量和洪水水过程线。。第二节水科院推理理公式法六、设计洪水量量及洪水过过程线（一）设计计洪水总量量Wp的推求hR——设计净雨深深或径流深深(mm)；h24p——相应于频率率P的24h的暴雨量H24p的径流深(mm)；a24——降雨历时等等于24h的径流系数数；h24P——查地区H24P－h24P关系曲线图图。小流域多采采用三角形形过程线，，由实测洪洪水过程线线概化而成成。T=t1+t2=2Wp/Qm式中Wp——设计洪量(m3)；Qm——设计洪蜂流流量(m3/s)；T——设计洪水过过程线总历历时(h)；t1——涨洪历时，，即汇流历历时τt2——退洪历时时。t2/t1=λ，λ一般为为1-3，最高达达10。第二节水科院推推理公式式法六、设计洪水水量及洪洪水过程程线（一）设设计洪水水总量Wp的推求（二）洪水过程程线的推推求——三角形过过程线一、公式的基基本形式式与特点点2、基本形形式：铁道部第第一设计计院、中中科院地地理所等等组成的的小流域域暴雨径径流研究究组提出出的计算洪峰峰流量的的简化公公式。第三节小流域暴暴雨径流流研究组组公式式中：C1产流因素素,C2汇流因素素,Z由暴雨与与汇流因因素而定定的指数数。1、假设条条件：小流域暴暴雨径流流研究组组法认为为：（1）流域的的汇流面面积随时时间增长长率为一一条曲线线。（2）流域内内降雨也也不均匀匀，最大大洪峰流流量是由由部分流流域面积积汇流形形成。第三节小流域暴暴雨径流流研究组组公式3、研究组组公式的的特点：(1)考虑到暴暴雨损失失与暴雨雨强度的的关系，，公式推推导采用用变动的的洪峰径径流系数数。(2)为适应小小流域(特别是100km2以下的小小流域)山坡汇流流所占比比重较大大的情况况，流域域汇流时时间采用用河槽与与山坡汇汇流时间间的代数数和。(3)计算参数数除暴雨雨及与其其有关参参数外，，所有计计算参数数均不带带频率概概念,而取平均均情况,即暴雨与与流量同同频率。。(4)当流域面面积F＞10km2时，暴雨雨计算考考虑了点点面折减减系数η一、公式的基基本形式式与特点点第三节小流域暴暴雨径流流研究组组公式二、研究究组计算算Qm的基本计计算公式式令则式中：P：最大同同时汇流流