武大《工程水文学》课件第八章

1、工程水文学,武汉大学水利水电学院,第八章 由暴雨资料推求设计洪水,第一节 概述 原因： 1. 中小流域常常流量资料不足或代表性差，无法直接用流量资料推求设计洪水，需用暴雨资料。 2. 人类活动对径流的影响，破坏了洪水资料系列的一致性。 3. 为了对比论证设计成果的合理性。 4. 无资料地区小流域的设计洪水 5. 可能最大降水/洪水,主要内容： 1. 推求设计暴雨。根据实测暴雨资料，用统计分析和典型放大法求得。 2. 推求设计洪水过程线。由求得的设计暴雨，利用产流方案推求设计净雨过程，利用流域汇流方案由设计净雨过程推求设计洪水过程。 注意： 由暴雨资料推求设计洪水，其基本假定是设计暴雨与设计洪水

2、是同频率的。但这一假定在很多情况下并不成立。,第一节 直接法推求设计面暴雨量 设计面雨量是指设计断面以上的流域的设计面暴雨量。一般有两种计算方法： 1.直接法：雨量站多、分布较均匀、各站又有长期的同期资料、能求出比较可靠的流域平均面雨量时，就可直接选取每年指定统计时段的最大面暴雨量，进行频率计算求得设计面暴雨量。 2. 间接法：雨量站稀少、或观测系列甚短，或同期观测资料很少甚至没有，无法直接求得设计面暴雨量，可先求流域中心附近代表站的设计点暴雨量，然后通过暴雨点面关系，求相应的设计面暴雨量。,一、暴雨资料的收集、审查与统计选样 1. 暴雨资料的收集 2. 暴雨资料的审查 日雨量资料、自记雨量资

3、料、分段雨量资料 可靠性、代表性、一致性。 3. 统计选样 年最大值法,二、面雨量资料的插补展延 三、特大值的处理 系列中是否含有特大暴雨直接影响系列的代表性。 一般暴雨变幅不很大，若不出现特大暴雨，统计参数均值、Cv往往会偏小，但加入特大暴雨，未作特大暴雨处理，又会使统计参数偏大。,四、面雨量频率计算 适线法：经验频率（期望值公式）、线型（P型）。 Cv0.6，Cs3.0Cv；Cv0.45，Cs4.0Cv 一般地区Cs3.5Cv。 五、设计面暴雨量计算成果合理性检验 1. 比较统计参数，随面积增大而逐渐减小。 2. 直接法计算结果与间接法计算结果比较。 3. 与邻近地区的特大暴雨历时、面积、

4、雨深资料比较,第三节 间接法推求设计面暴雨量 一、设计点雨量的计算 设计点雨量是要推求流域中心的设计点暴雨量。 如果流域中心或附近有雨量站，且有长系列观测资料，可采用频率计算方法直接计算。 实际上很少这种情况，一般是求出流域各站的设计点暴雨，绘制设计点暴雨量等值线土，插值出流域中心的设计点暴雨量。,二、设计面暴雨量的计算 1. 定点定面关系 固定点：长系列资料的雨量站（流域中心或附近） 固定面：设计流域（比较多和分布均匀的雨量站） 选若干次大暴雨，求出若干个某时段暴雨量的0值，加以平均，作为点面折减系数。 用所求得的各时段设计点暴雨量，乘以相应的点面折减系数，就可得出各种设计时段设计面暴雨量。

5、,2. 动点动面关系 以暴雨中心点面关系代替定点定面关系，以流域中心设计点暴雨量及地区综合的暴雨中心点面关系去求设计面暴雨量。 由于暴雨中心的位置和暴雨分布不尽相同，是变化的，所以称为动点动面关系。 注意： 由于大中流域点面雨量关系一般都很微弱，应尽可能的采用直接法计算设计面暴雨量。,第四节 设计暴雨时空分配计算 一、设计暴雨时程分配的计算 典型暴雨同频率控制缩放 1. 典型暴雨的选择和概化 条件： 代表性出现次数较多，分配形式接近多年平均和常遇情况。 对工程不利暴雨核心部分偏后，形成的洪峰也偏后，对水库安全影响较大。 在缺乏资料时，可引用水文手册中的概化的典型雨型。,2. 缩放典型过程，计算

6、设计暴雨的时程分配,第五节 由设计暴雨推求设计洪水 一、设计Pa的计算 求设计条件下的土壤含水量，即设计Pa。 1. 取设计Pa=Im 雨水充沛，土壤湿润。 2. 扩展暴雨过程法,3. 同频率法,当得出PapIm时，则取Pap=Im。,上述三种方法中，扩展暴雨过程法用得较多，第一中方法仅适用于湿润地区。同频率法往往误差较大，常出现一些不合理得现象。,二、产流方案和汇流方案的应用 设计暴雨属于稀遇的大暴雨，往往超过实测暴雨很多，在推求设计洪水时，必须外延有关的产流、汇流方案。 （一）外延问题 产流方案： 湿润地区常采用降雨径流相关图法， 关系线上部为45线，外延比较方便。,干旱地区多采用初损后损

7、法，就需要对有关相关图在外延时必须考虑设计暴雨的雨强因素的影响。,汇流方案单位线： 由单位线的两个假定可知，汇流方案都属于“线性系统”。对于实测暴雨，精度可以满足要求，对于罕见的大暴雨，线性假定可能导致相当大的误差。 因此必须注意汇流方案在特大暴雨条件下的适用性。尽量选用实测大洪水资料分析得到的汇流方案（单位线），避免外延过远而扩大误差。 用一般常遇洪水分析得到的单位线推求设计洪水，与由特大洪水资料分析的单位线推流，成果可能相差很大，其差值可达20%左右。,（二）移用问题 如果设计流域缺乏实测降雨径流资料，无法直接分析产流、汇流方案，就得解决移用问题。 产流方案一般采用分区综合法，如山东水文手

8、册上就有适用于不同地区的14条次降雨径流相关线，供各个分区查用，汇流方案一般采用单位线的综合成果。,三、算例 集水面积341km2，由暴雨资料推求P=2%的设计洪水。 1. 设计暴雨计算 设计暴雨时段采用1天。首先根据雨量站的实测了，推求设计点暴雨量，频率计算结果为： x1日=110mm、Cv=0.58、Cs=3.5Cv 求得P=2%的最大1日设计点暴雨量为296mm。 通过动点动面的暴雨点面关系图，查得暴雨点面折减系数为0.92，则P=2%的最大1日面设计暴雨量为： x面1日=2960.92=272mm 按该地区的暴雨时程分配，求得设计暴雨过程。,2. 设计净雨过程的推求 用同频率法求得设计Pa=78mm，本流域Im=100mm，所以降雨损失为22mm，可求得设计净雨过程。 分割地面净雨和地下净雨。fc=1.5mm/h,第一时段净雨历时：tc=7.9/29.961.6h， 地下净雨h下=fctc=1.51.6=2.4mm。,地下径流过程视为等腰三角形出流过程，其总量等于设计断面径流停止时刻（第13时段），地下径流过程的底长为地面径流底长的2倍，即：