第九章由暴雨資料推求設計洪水

1、 一、采用設計暴雨的原因一、采用設計暴雨的原因 （1 1）流量資料較短時，直接推求設計洪水有困難。）流量資料較短時，直接推求設計洪水有困難。 （2 2）直接法和間接法相互檢驗洪水是由暴雨產(chǎn)生的）直接法和間接法相互檢驗洪水是由暴雨產(chǎn)生的( (為主要條為主要條 件件) )，從本質上講由洪水資料直接推求洪水，與由暴雨資料間接推，從本質上講由洪水資料直接推求洪水，與由暴雨資料間接推 求，兩者應該是一致的。求，兩者應該是一致的。 （3 3）暴雨資料相對較長，受人類影響較小，為間接法提供了）暴雨資料相對較長，受人類影響較小，為間接法提供了 可能。可能。 若流量資料充分，一般多用流量資料，其可靠性較高若流量

2、資料充分，一般多用流量資料，其可靠性較高 設計暴雨設計暴雨設計凈雨過程設計凈雨過程 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算 設計洪水過程設計洪水過程 匯流計算匯流計算 推求設計面暴雨量的途徑推求設計面暴雨量的途徑： 直接法直接法 間接法間接法 一、直接法推求設計面暴雨量一、直接法推求設計面暴雨量 （2 2）選樣時段）選樣時段 一般以日為界，大中流域：一般以日為界，大中流域：t=1t=1、3 3、7 7、1515、30d30d 小小 流流 域：域：t=1t=1、3 3、6 6、24h24h 3 3、特大值處理、特大值處理 同設計洪峰流量同設計洪峰流量( (或洪量或洪量) )計算。計算。 4 4、面雨量頻率計算、面雨量

3、頻率計算 采用目估適線法。經(jīng)驗頻率公式采用期望值公式、線型采采用目估適線法。經(jīng)驗頻率公式采用期望值公式、線型采 用用p-p-型。國內(nèi)暴雨的型。國內(nèi)暴雨的c cs s/c/cv v值，一般地區(qū)為值，一般地區(qū)為3.53.5；在；在c cv v0.60.6的地的地 區(qū)，約為區(qū)，約為3.03.0；c cv v0.450.45的地區(qū)，約為的地區(qū)，約為4.04.0。 1 1、設計點暴雨計算、設計點暴雨計算 ( (1)1)選樣方法選樣方法 固定時段選年最大單站雨量。固定時段選年最大單站雨量。 ( (2)2)暴雨暴雨資料資料的的插補延長插補延長 插插補延長的方法：補延長的方法： 直接移用鄰近站的雨量直接移用鄰

4、近站的雨量 適用條件適用條件：地形差別不大。：地形差別不大。 (3)(3)特大值處理特大值處理 (4)(4)點雨量頻率計算點雨量頻率計算 經(jīng)驗頻率公式經(jīng)驗頻率公式、線型線型、參數(shù)估計方法參數(shù)估計方法 x xf f / /x x0 0f f 關系關系 適用條件適用條件：本流域除中心點外無其他雨量資料。：本流域除中心點外無其他雨量資料。 做法：做法：1 1）在鄰近地區(qū)找具備資料條件的流域；）在鄰近地區(qū)找具備資料條件的流域； 2 2）做鄰近流域的）做鄰近流域的x xf f / /x x0 0f f 關系關系 繞中心點做同心圓繞中心點做同心圓( (或正方形或正方形) )。 統(tǒng)計同心圓面積統(tǒng)計同心圓面積

5、f f，面平均雨量，面平均雨量x xf f及及中心點雨量中心點雨量x x0 0 。 。 根據(jù)（根據(jù)（ x xf f / /x x0 0，f f）點據(jù)，綜合出地區(qū)）點據(jù)，綜合出地區(qū)x xf f / /x x0 0f f 線。線。 3)3)利用點面關系將設計點雨量轉換成設計面雨量利用點面關系將設計點雨量轉換成設計面雨量 根據(jù)設計流域面積根據(jù)設計流域面積f f在在x xf f / /x x0 0f f 線上查出線上查出( (x xf f / /x x0 0) ) f f ， ， 則則x xf f， ，p p= =x x0 0，p p* * ( (x xf f / /x x0 0) ) f f (2)

6、 (2) 動點動面的點面關系動點動面的點面關系 做法：做法：1 1）做每場雨的等值線圖）做每場雨的等值線圖 2 2）對第）對第i i 場雨做場雨做x xf f / /x x0 0f f關系關系 i i=1=1、22（場數(shù)）（場數(shù)） 3 3）n n場雨綜合，取上外包線（較安全）場雨綜合，取上外包線（較安全） 設計暴雨時空分配的計算 一、設計暴雨時程分配計算一、設計暴雨時程分配計算 1 1、典型暴雨的選擇和概化、典型暴雨的選擇和概化 原則：原則： 能夠反映設計地區(qū)的暴雨特性；能夠反映設計地區(qū)的暴雨特性； 雨量大，強度大，雨峰偏后。雨量大，強度大，雨峰偏后。 2 2、縮放典型過程及計算設計暴雨時程分

7、配、縮放典型過程及計算設計暴雨時程分配 根據(jù)不同時段的典型面雨量和設計面雨量計算各時段根據(jù)不同時段的典型面雨量和設計面雨量計算各時段 的縮放倍比。的縮放倍比。 采用同頻率方法縮放典型暴雨過程。采用同頻率方法縮放典型暴雨過程。 梯下梯下 1960-19981960-1998 白竹白竹 1960-19981960-1998 坪溪坪溪 1966-19981966-1998 大壩大壩 水位水位 雨量雨量 1970-19981970-1998 0.0111040709599.5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 最 大1日 ex= 90.7 c v=0

8、.44 cs /cv=4.0 最 大3日 ex=151.7 c v=0.41 cs /cv=4.0 最 大5日 ex=186.6 c v=0.41 cs /cv=4.5 最 大7日 ex=224.0 c v=0.41 cs /cv=4.5 雨 量 （mm）雨 量 （mm） 頻 率（%）頻 率（%） 南水水庫各時段年最大雨量頻率曲線圖南水水庫各時段年最大雨量頻率曲線圖 特征值特征值(mm ) x 1d x3dx5dx7d p=0.01%p=0.01%397.1397.1612.4612.4788.4788.4946.4946.4 典典 型型79.379.3139.2139.2142.5142.5

9、154.6154.6 k 1d x3d-1dx5d-3dx7d-5d p=0.01% 5.0075.0073.5943.59453.33353.33313.05813.058 雨量的放大倍比分別為：雨量的放大倍比分別為： k k1 1=x=x1p 1p/x /x1d 1d k k3-13-1= =（ （x x3p 3p-x -x1p 1p） ）/ /（x x3d 3d-x -x1d 1d） ） k k7-3 7-3= =（ （x x7p 7p-x -x3p 3p） ）/ /（x x7d 7d-x -x3d 3d） ） 式中：式中：x x1p 1p、 x x3p3p、 x x7p7p分別為 分別

10、為1 1、3 3、7 7日的設計雨量；日的設計雨量； x x1d 1d、 x x3d3d、 x x7d7d分別為 分別為1 1、3 3、7 7日的典型雨量。日的典型雨量。 020406080100120140160 0 5 10 15 20 25 30 35 雨 量 （ mm） 時 段 （ h） p=0.01%p=0.01%白竹站設計暴雨過程圖白竹站設計暴雨過程圖 p=0.01%梯下梯下站設計暴雨過程圖站設計暴雨過程圖 020406080100120140160 0 10 20 30 40 50 雨 量 （ mm） 時 段 （ h） p=0.01%大壩大壩站設計暴雨過程圖站設計暴雨過程圖 02

11、0406080100120140160 0 10 20 30 40 50 60 雨 量 （ mm） 時 段 （ h） p=0.01%坪溪坪溪站設計暴雨過程圖站設計暴雨過程圖 020406080100120140160 0 20 40 60 80 100 120 雨 量 （ mm） 時 段 （ h） 9.4 9.4 可能最大降水計算可能最大降水計算 9.5 9.5 由設計暴雨推求設計洪水由設計暴雨推求設計洪水 歷年降雨資料歷年降雨資料x(t) 輸入輸入 設計暴雨計算分系統(tǒng)設計暴雨計算分系統(tǒng) 設計暴雨設計暴雨 xp(t) 流域流域產(chǎn)流匯流計算分系統(tǒng)產(chǎn)流匯流計算分系統(tǒng) 設計洪水設計洪水qp（t） 輸

12、出輸出 設計暴雨推求設計洪水流程設計暴雨推求設計洪水流程 一、設計一、設計p pa a的計算的計算 1 1、取設計、取設計p pa a= =i im m（土壤最大缺水量）（土壤最大缺水量） 一般適用于濕潤地區(qū)，其汛期雨水充沛，土壤易蓄滿。一般適用于濕潤地區(qū)，其汛期雨水充沛，土壤易蓄滿。 2 2、擴展暴雨過程法、擴展暴雨過程法 在擬定設計暴雨過程時，加長暴雨歷時，把核心暴雨時間在擬定設計暴雨過程時，加長暴雨歷時，把核心暴雨時間 向前推向前推151530d30d。 x+pa p ( (x+pa) )p p=1% xp x pp=1% 二、產(chǎn)流方案和匯流方案的應用二、產(chǎn)流方案和匯流方案的應用 1 1

13、、外延問題、外延問題 2 2、移用問題、移用問題 3 3、由設計凈雨推求設計洪水過程、由設計凈雨推求設計洪水過程 地面徑流用單位線，地下徑流用簡化三角形。地面徑流用單位線，地下徑流用簡化三角形。 三、設計暴雨推求設計洪水算例三、設計暴雨推求設計洪水算例 p=2%p=2%設計暴雨時程分配表設計暴雨時程分配表 時段序號時段序號 (dt=6h) 1234合計合計 占最大占最大1天天 分配百分比分配百分比 1163179100 設計面暴雨設計面暴雨 量量(mm) 29.9171.346.224.6272 設計凈雨量設計凈雨量 (mm) 7.9171.346.224.6250 地面凈雨量地面凈雨量 (m

14、m) 5.5162.337.215.6220.6 地下凈雨量地下凈雨量 (mm) 2.49.09.09.029.4 2 2、設計凈雨過程的推求、設計凈雨過程的推求 （1 1）產(chǎn)流計算）產(chǎn)流計算 用同頻率法求得設計用同頻率法求得設計p pa a，得，得p pa a=78mm=78mm。本流域土壤最大。本流域土壤最大 蓄水量為蓄水量為100mm100mm，則，則d=100-78=22mmd=100-78=22mm由第一時段設計暴由第一時段設計暴 雨量扣除，得設計暴雨過程。雨量扣除，得設計暴雨過程。 （2 2）水源劃分水源劃分 根據(jù)實測洪水資料分割得來的地下徑流過程和凈雨過根據(jù)實測洪水資料分割得來的

15、地下徑流過程和凈雨過 程的分析，求得本流域的穩(wěn)定下滲率程的分析，求得本流域的穩(wěn)定下滲率f fc c=1.5mm/h=1.5mm/h。 由凈雨過程中扣除下滲量由凈雨過程中扣除下滲量f fc c tc ，得地面凈雨過程，得地面凈雨過程， 其中，第一時段凈雨歷時其中，第一時段凈雨歷時t tc c=(7.9/29.9)=(7.9/29.9) 6=1.66=1.6h h，下滲，下滲 量量= =f fc c t tc c =1.5 =1.5 1.6=2.4mm1.6=2.4mm，故第一時段地面凈雨量，故第一時段地面凈雨量 為為5.5mm5.5mm。 3 3、匯流計算（設計洪水過程線的推求）、匯流計算（設計

16、洪水過程線的推求） （1 1）地面凈雨根據(jù)單位線推流，得地面徑流過程。）地面凈雨根據(jù)單位線推流，得地面徑流過程。 （2 2）地下凈雨過程概化為等腰三角形出流，地下徑）地下凈雨過程概化為等腰三角形出流，地下徑 流等腰三角形的底長為地面徑流歷時長的流等腰三角形的底長為地面徑流歷時長的2 2倍。倍。 具體計算見具體計算見p244-245p244-245，計算結果見，計算結果見p245p245的表的表9-69-6。 9.6 小流域設計洪水計算 二、小流域設計暴雨二、小流域設計暴雨 不考慮暴雨在流域面上的不均勻性，以點代面。不考慮暴雨在流域面上的不均勻性，以點代面。 )1( 24,24pvhph cxx

17、 (2(2）用）用x x24h 24h的參數(shù)等值線圖 的參數(shù)等值線圖 先查出先查出x x24h 24h的參數(shù) 的參數(shù)( (均值、均值、c cv v 和 和c cs s / /c cv v 值 值) )。再計算：。再計算： 2 2、利用暴雨公式，由、利用暴雨公式，由x x24h 24h，p p計算 計算x xt t， ，p p ( (t t 為任意歷時為任意歷時) ) （1 1）暴雨公式的形式）暴雨公式的形式 式中：式中： at t， ，p p 歷時為歷時為t t，頻率為，頻率為p p的平均暴雨強度的平均暴雨強度(mm/h)(mm/h)； x xt t， ，p p 歷時為歷時為t t，頻率為，頻

18、率為p p的雨量的雨量(mm)(mm)； s sp p 頻率為頻率為p p的的“雨力雨力”( (t t=1=1h h的平均雨強，的平均雨強，mm/s)mm/s)； n n 暴雨參數(shù)，一般數(shù)值為暴雨參數(shù)，一般數(shù)值為0.50.50.70.7。 n ppt n p pt tsx t s a 1 , 或或 則暴雨公式分為兩段：則暴雨公式分為兩段： 1h t at,p -n1 n sp )1()1( ,24 )1( , )1()1( ,24 )1( , 222 121 24241 241 nn ph n ppt nn ph n ppt txtsxhth txtsxht 根據(jù)我國的實際情況，雙對數(shù)線圖上出

19、現(xiàn)折線而根據(jù)我國的實際情況，雙對數(shù)線圖上出現(xiàn)折線而 不是直線，轉折點發(fā)生在歷時不是直線，轉折點發(fā)生在歷時t t =1=1h h處，如圖。處，如圖。 （2 2）暴雨參數(shù)）暴雨參數(shù)(n(n1 1、n n2 2、s sp p) )的確定的確定 主要有兩種途徑：主要有兩種途徑： 根據(jù)實測暴雨資料通過圖解分析法確定根據(jù)實測暴雨資料通過圖解分析法確定 查小流域所在地區(qū)的水文手冊得到查小流域所在地區(qū)的水文手冊得到 21 21 loglog loglog aa n tt 公式：公式： 根據(jù)實測暴雨資料分析的步驟：根據(jù)實測暴雨資料分析的步驟： (1) (1) 計算不同歷時暴雨系列的頻率曲線；計算不同歷時暴雨系列

20、的頻率曲線； (2) (2) 由不同歷時各種頻率的由不同歷時各種頻率的x xt t, p , p除以歷時 除以歷時t t 得到得到at t, p , p ； ； (3) (3) 點繪以頻率點繪以頻率p p為參數(shù)的為參數(shù)的lglgat t, p , p p plgtlgt 關系，在關系，在 t=1ht=1h出發(fā)生明顯轉折。出發(fā)生明顯轉折。 a2 圖：圖： t2 a1 t1 利用損失參數(shù)利用損失參數(shù) 值計算小流域設計凈雨。值計算小流域設計凈雨。 損失參數(shù)損失參數(shù) 值是指產(chǎn)流歷時值是指產(chǎn)流歷時tc 內(nèi)的平均損失強度。內(nèi)的平均損失強度。 tc t i , 產(chǎn)生凈雨產(chǎn)生凈雨不產(chǎn)生凈雨不產(chǎn)生凈雨不產(chǎn)生凈雨

21、不產(chǎn)生凈雨 凈雨量凈雨量 四、由推理公式推求設計洪水的基本原理四、由推理公式推求設計洪水的基本原理 1 1、推理公式的基本原理、推理公式的基本原理 假設條件：產(chǎn)流強度在時間和空上分布均勻。假設條件：產(chǎn)流強度在時間和空上分布均勻。 考慮單位換算，洪峰流量的計算公式如下：考慮單位換算，洪峰流量的計算公式如下： 式中：式中： f f 流域面積（流域面積（kmkm2 2）；）； a平均降雨強度（平均降雨強度（mm/hmm/h）；）； 平均損失強度（平均損失強度（mm/hmm/h）；）； q qm m洪峰流量（洪峰流量（m m3 3/s/s）。）。 qm=0.278（a- ）f t t t1 t2 t3 f1 q a 0.278(a- )*f1 t tc tc+t t t 0.278(a- m)*f t1t2 0.278(a- m)*f2 a 0.278(a- )*f tc+ t t t t t q a t t t1 t2 t3 f1 2tc3tc 0.278（a- ）ftc q a tc+ ttc t t t tc tc f1 tc a 2 2、推理公式的一般形式、推理公式的一般形式 （2） tc t t qm=0.278 hr /t t f 連續(xù)連續(xù)t t時段內(nèi)最大產(chǎn)流量時段內(nèi)最大產(chǎn)流量 產(chǎn)流