年徑流與洪水的分析與計(jì)算

12項(xiàng)目9年徑流與洪水的分析與計(jì)算研究內(nèi)容：年徑流，設(shè)計(jì)年徑流；輸沙量，多年平均輸沙量。研究對(duì)象：徑流變化及其影響因素，設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算，設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配；枯水流量分析計(jì)算；多年平均輸沙量的估算。研究目的：年徑流及年輸沙量的分析計(jì)算是為水利水電工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)服務(wù)的，年徑流分析計(jì)算成果與用水資料相配合，進(jìn)行水庫調(diào)節(jié)計(jì)算，便可求出水庫的興利庫容；多年平均輸沙量計(jì)算成果為水庫死水位的選擇提供了重要依據(jù)。同時(shí)，年徑流分析計(jì)算成果是進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是制定和實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的重要依據(jù)之一。

年徑流分析計(jì)算的目的

年徑流分析計(jì)算是水資源利用工程中最重要的工作之一。設(shè)計(jì)年徑流是衡量工程規(guī)模和確定水資源利用程度的重要指標(biāo)。推求不同保證率的年徑流量及其分配過程，就是設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算的主要目的。

設(shè)計(jì)保證率：水資源利用工程包括水庫蓄水工程、供水工程、水力發(fā)電工程和航運(yùn)工程等，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，用保證率表示，反映對(duì)水利資源利用的保證程度，即工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的既定目標(biāo)不被破壞的年數(shù)占運(yùn)用年數(shù)的百分比。

破壞率：水資源利用程度，在分析枯水徑流和時(shí)段最小流量時(shí)，還可用破壞率，即破壞年數(shù)占運(yùn)用年數(shù)的百分比來表示，在概念上更為直觀。

保證率和破壞率的換算：設(shè)保證概率為p，破壞概率為q，則p＝1-q。

年徑流分析計(jì)算的內(nèi)容

(1)基本資料信息的搜集和復(fù)查

(2)年徑流量的頻率分析計(jì)算

(3)提供設(shè)計(jì)年徑流的時(shí)程分配

(4)對(duì)分析成果進(jìn)行合理性檢查

任務(wù)9.1設(shè)計(jì)年徑流1、徑流與徑流量

在河槽里運(yùn)動(dòng)的水流叫做河川徑流，簡稱徑流。在一定時(shí)段內(nèi)，通過河流某一斷面的累積水量稱為徑流量，記作W(m3)；也可以用時(shí)段平均流量(m3／s)、流域徑流深R(mm)或流域徑流模數(shù)M（mm/s﹒km2）來表示。徑流量與流量的關(guān)系為：

式中ΔT-計(jì)算時(shí)段，s。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)的需要，ΔT可分別采用年、季或月，則其相應(yīng)的徑流分別稱為年徑流、季徑流或月徑流。9.1.1年徑流2、年徑流與年徑流量一個(gè)年度內(nèi)在河槽里流動(dòng)的水流叫做年徑流，年徑流量是在一年里通過河流某一斷面的水量。

年徑流量可以用年徑流總量W、年平均流量Q、年徑流深R及年徑流模數(shù)M等表示。多年平均年徑流量有時(shí)被稱為

正常年徑流量，相應(yīng)以W0、Q0、R0、M0等表示。

某一年的年徑流量與正常年徑流量之比，稱為該年徑流量的模比系數(shù)，用ki表示，則有

3、徑流的年內(nèi)變化河川徑流的主要來源為大氣降水。降水在年內(nèi)分配是不均勻的，有多雨季節(jié)和少雨季節(jié)，徑流也隨之呈現(xiàn)出豐水期（或洪水期）和枯水期，或汛期與非汛期。徑流在一年內(nèi)的這種變化稱為年內(nèi)變化。

4、徑流的年際變化

河川徑流不僅在一年之內(nèi)有較大的變化，就是在年與年之間的變化也是很大的。我們把年平均流量較大的那些年份稱為豐水年，年平均流量較小的那些年份稱為枯水年，年平均流量接近于多年平均值的那些年份稱為中水年，徑流的這種變化稱為年際變化。

5、分析和研究影響年徑流的因素的目的

為了深刻認(rèn)識(shí)年徑流及其變化規(guī)律，就必須從物理成因方面去分析和研究影響年徑流的因素，尤其在徑流資料短缺時(shí)，顯得更為重要。當(dāng)具有短期實(shí)測徑流資料時(shí)，常常需要建立年徑流量與有關(guān)因素之間的相關(guān)關(guān)系來展延年徑流系列；當(dāng)缺乏徑流資料時(shí)，常用水文比擬法或等值線圖法來推估年徑流量，上述情況都要分析影響年徑流的因素。6、如何確定影響年徑流的因素

通常用水量平衡方程來研究影響年徑流的因素。對(duì)于閉合流域，年水量平衡方程為

P=R+E+△W

其中年徑流量R的大小取決于年降水量P和年蒸發(fā)量E

，還與流域蓄水變化量△W有關(guān)。前兩項(xiàng)屬于流域氣候因素，而后一項(xiàng)則主要取決于流域下墊面因素以及人類活動(dòng)情況。在多年平均情況下，△W各年有正有負(fù)，使，故得多年平均的流域水量平衡方程為

P0=R0+E0

因此，影響多年平均年徑流量的因素主要是流域的氣候因素。

7、氣候因素對(duì)年徑流的影響

在氣候因素中，年降水量與年蒸發(fā)量對(duì)年徑流量的影響程度，隨流域所在地區(qū)不同而有差異。

8、流域下墊面因素對(duì)年徑流的影響

流域下墊面因素包括地形、土壤、地質(zhì)、植被、湖泊、沼澤和流域面積等。這些因素對(duì)年徑流的作用，一方面表現(xiàn)在流域蓄水能力上，另一方面通過對(duì)降水和蒸發(fā)等氣候條件的改變間接地影響年徑流。

9、人類活動(dòng)對(duì)年徑流的影響

人類活動(dòng)對(duì)年徑流的影響，包括直接與間接兩個(gè)方面。直接影響如跨流域引水，將本流域的水量引到另一流域，或?qū)⒘硪涣饔虻乃奖玖饔?，都直接影響河川的年徑流量?/p>

9.1.2具有長期徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流的計(jì)算一、有較長資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流頻率分析計(jì)算

所謂較長年徑流系列是指設(shè)計(jì)代表站斷面或參證流域斷面有實(shí)測徑流系列，其長度不小于規(guī)范規(guī)定的年數(shù)，即不應(yīng)小于30年。如實(shí)測系列小于30年，應(yīng)設(shè)法將系列加以延長；如系列中有缺測資料，應(yīng)設(shè)法予以插補(bǔ)；如有較明顯的人類活動(dòng)影響，應(yīng)進(jìn)行徑流資料的還原工作。1、年徑流系列的一致性分析

應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行年徑流的分析計(jì)算時(shí)，一個(gè)重要的前提是年徑流系列應(yīng)具有一致性。就是說組成該系列的流量資料，都是在同樣的氣候條件、同樣的下墊面條件和同一測流斷面上獲得的。其中氣候條件變化極為緩慢，一般可以不加考慮。人類活動(dòng)影響下墊面的改變，有時(shí)卻很顯著，為影響資料一致性的主要因素，需要重點(diǎn)進(jìn)行考慮。測量斷面位置有時(shí)可能發(fā)生變動(dòng)，當(dāng)對(duì)徑流量產(chǎn)生影響時(shí)，需要改正至同一斷面的數(shù)值。

2、年徑流系列的代表性分析年徑流系列的代表性，是指該樣本對(duì)年徑流總體的接近程度，如接近程度較高，則系列的代表性較好，頻率分析成果的精度較高，反之較低。樣本對(duì)總體代表性的高低，可通過對(duì)二者統(tǒng)計(jì)參數(shù)的比較加以判斷。但總體分布是未知的，無法直接進(jìn)行對(duì)比，只能根據(jù)人們對(duì)徑流規(guī)律的認(rèn)識(shí)以及與更長徑流、降水等系列對(duì)比，進(jìn)行合理性分析與判斷。常用的方法如下：

（1）進(jìn)行年徑流的周期性分析

對(duì)于一個(gè)較長的年徑流系列，應(yīng)著重檢驗(yàn)它是否包括了一個(gè)比較完整的水文周期，即包括了豐水段(年組)、平水段和枯水段，而且豐、枯水段又大致是對(duì)稱分布的。

（2）與更長系列參證變量進(jìn)行比較

參證變量系指與設(shè)計(jì)斷面徑流關(guān)系密切的水文氣象要素，如水文相似區(qū)內(nèi)其他測站觀測期更長，并被論證有較好代表性的年徑流或年降水系列。3、年徑流的頻率分析水文要素頻率分析的通用方法，在前面已有詳細(xì)闡述，此處重點(diǎn)針對(duì)年徑流的特點(diǎn)，補(bǔ)充介紹一些應(yīng)予注意的事項(xiàng)。（1）年徑流的年度選擇

日歷年度：當(dāng)年徑流資料經(jīng)過審查、插補(bǔ)延長、還原計(jì)算和資料一致性和代表性論證以后，應(yīng)按逐年逐月統(tǒng)計(jì)其徑流量，組成年徑流系列和月徑流系列。這些數(shù)據(jù)絕大部分可自《水文年鑒》上直接引用，但須注意《水文年鑒》上刊布的數(shù)字是按日歷年分界的，即每年1-12月為一個(gè)完整的年份。

水文年度：在計(jì)算流域水量平衡關(guān)系時(shí)，最好采用水文年度。一個(gè)水文年度內(nèi)的徑流應(yīng)該是該水文年度的降水所產(chǎn)生的。水利年度：在水資源利用工程中，為便于水資源的調(diào)度運(yùn)用，常采用水利年度，有時(shí)亦稱為調(diào)節(jié)年度。它不是從1月份開始，而是將水庫調(diào)節(jié)庫容的最低點(diǎn)(汛前某一月份，各地根據(jù)入汛的遲早具體確定)作為一個(gè)水利年度的起始點(diǎn)，周而復(fù)始加以統(tǒng)計(jì)，建立起一個(gè)新的年徑流系列。當(dāng)年徑流系列較長時(shí)，用上述日歷年度、水文年度或水利年度所獲得的系列做出的頻率分析成果是很接近的。（2）線型與參數(shù)估算

經(jīng)驗(yàn)表明，我國大多數(shù)河流的年徑流頻率分析，可以采用P-Ⅲ型頻率分布曲線，但規(guī)范同時(shí)指出，經(jīng)分析論證亦可采用其他線型。P-Ⅲ型年徑流頻率曲線有三個(gè)參數(shù)，其中均值一般直接采用矩法計(jì)算值；變差系數(shù)可先用矩法估算，并根據(jù)適線擬合最優(yōu)的準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)整；偏態(tài)系數(shù)一般不進(jìn)行計(jì)算，而直接采用的倍比，我國絕大多數(shù)河流可采用＝2～3。在進(jìn)行頻率適線和參數(shù)調(diào)整時(shí)，可側(cè)重考慮平、枯水年份年徑流點(diǎn)群的趨勢。（3）其他注意事項(xiàng)1）參數(shù)的定量應(yīng)注意參照地區(qū)綜合分析成果

2）歷史枯水年徑流的考證和引用二、有較短年徑流系列時(shí)設(shè)計(jì)年徑流頻率分析計(jì)算本法的關(guān)鍵是展延年徑流系列的長度。方法的實(shí)質(zhì)是尋求與設(shè)計(jì)斷面徑流有密切關(guān)系并有較長觀測系列的參證變量，通過設(shè)計(jì)斷面年徑流與其參證變量的相關(guān)關(guān)系，將設(shè)計(jì)斷面年徑流系列適當(dāng)?shù)丶右匝娱L至規(guī)范要求的長度。當(dāng)年徑流系列適當(dāng)延長以后，其頻率分析方法與本章第二節(jié)所述完全一樣。1、參證變量的選擇最常采用的參證變量有：設(shè)計(jì)斷面的水位、上下游測站或鄰近河流測站的徑流量、流域的降水量。參證變量應(yīng)具備下列條件：①參證變量與設(shè)計(jì)斷面徑流量在成因上有密切關(guān)系。②參證變量與設(shè)計(jì)斷面徑流量有較多的同步觀測資料。③參證變量的系列較長，并有較好的代表性。2、年徑流系列的展延（1）利用本站的水位資料延長年徑流系列。（2）利用上下游站或鄰近河流測站實(shí)測徑流資料，延長設(shè)計(jì)斷面的徑流系列。（3）利用年降水資料延長設(shè)計(jì)斷面的年徑流系列。徑流是降水的產(chǎn)物。流域的年徑流量與流域的年降水量往往有良好的相關(guān)關(guān)系。又因降水觀測系列在許多情況下較徑流觀測系列長，因此降水系列常被用來作為延長徑流系列的參證變量。

3、注意事項(xiàng)利用參證變量延長設(shè)計(jì)斷面的年徑流系列時(shí)，應(yīng)特別注意下列問題：一是盡量避免遠(yuǎn)距離測驗(yàn)資料的輾轉(zhuǎn)相關(guān)。二是系列外延的幅度不宜過大，一般以控制在不超過實(shí)測系列的50％為宜。三、設(shè)計(jì)年徑流的時(shí)程分配1、設(shè)計(jì)代表年法設(shè)計(jì)代表年法的實(shí)質(zhì)是在長系列徑流資料中選擇一個(gè)典型的年內(nèi)分配過程，并按此典型計(jì)算設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配。（1）、代表年（典型年）的選擇從實(shí)測徑流資料中選擇某一年（稱為典型年）的年內(nèi)分配作為典型,其選擇原則有二：

（1）選取年徑流量與設(shè)計(jì)值相接近的實(shí)際年份作為典型。

（2）選取對(duì)工程較為不利的年份作為典型。（2）、設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配的計(jì)算將設(shè)計(jì)年徑流量按典型年的月徑流過程進(jìn)行分配。常用的是同倍比法。

即先求設(shè)計(jì)年徑流量（Q年設(shè)或W年設(shè)）與典型年的年徑流量（Q年典或W年典）的比值：

K=Q年設(shè)/Q年典

或

K=W年設(shè)/W年典

而后以K分別乘典型年各月的徑流量，就得到設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配。2、實(shí)際代表年法設(shè)計(jì)代表年法常用于水電工程，而較少用于灌溉工程。這是因?yàn)楣喔扔盟c氣象資料有關(guān)，作物需水量大小，取決于當(dāng)年蒸發(fā)情況。所以灌溉工程選出典型年（選擇原則與設(shè)計(jì)代表年發(fā)的相同）后，直接用其年徑流量和年內(nèi)分配作為設(shè)計(jì)年徑流量與年內(nèi)分配。3、水文比擬法對(duì)缺乏實(shí)測徑流資料的設(shè)計(jì)流域，其設(shè)計(jì)年徑流的時(shí)程分配，主要采用水文比擬法推求，即將水文相似區(qū)內(nèi)參證站各種代表年的徑流分配過程，經(jīng)修正后移用于設(shè)計(jì)流域。先求出參證站各月的徑流分配比，遍乘設(shè)計(jì)站的年徑流，即得設(shè)計(jì)年徑流的時(shí)程分配。月徑流分配比按下式推求：

ai=yi/Y

式中

ai

--參證站第i月的徑流分配比，％；

yi--參證站第i月的徑流量，m3；

Y--參證站年徑流量，m3。9.1.3缺乏實(shí)測徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流的計(jì)算在部分中小設(shè)計(jì)流域內(nèi)，有時(shí)只有零星的徑流觀測資料，且無法延長其系列，甚至完全沒有徑流觀測資料，則只能利用一些間接的方法，對(duì)其設(shè)計(jì)徑流量進(jìn)行估算。采用這類方法的前提是設(shè)計(jì)流域所在的區(qū)域內(nèi)，有水文特征值的綜合分析成果，或在水文相似區(qū)內(nèi)有徑流系列較長的參證站可資利用。1、參數(shù)等值線圖法

我國已繪制了全國和分省(區(qū))的水文特征值等值線圖和表，其中年徑流深等值線圖及Cv等值線圖，可供中小流域設(shè)計(jì)年徑流量估算時(shí)直接采用。（1）年徑流均值的估算根據(jù)年徑流深均值等值線圖，可以查得設(shè)計(jì)流域年徑流深的均值，然后乘以流域面積，即得設(shè)計(jì)流域的年徑流量。如果設(shè)計(jì)流域內(nèi)通過多條年徑流深等值線，可以用面積加權(quán)法推求流域的平均徑流深。（2）年徑流Cv值的估算年徑流深的Cv值，也有等值線圖可供查算，方法與年徑流均值估算方法類似，但可更簡單一點(diǎn)，即按比例內(nèi)插出流域重心的Cv值就可以了。（3）年徑流Cs值的估算年徑流的Cs值，一般采用Cv的倍比。按照規(guī)范規(guī)定，一般可采用Cs＝2～3Cv。在確定了年徑流的均值、Cv，Cs后，便可借助于查用P-Ⅲ型頻率曲線表，繪制出年徑流的頻率曲線，確定設(shè)計(jì)頻率的年徑流值。

2、經(jīng)驗(yàn)公式法年徑流的地區(qū)綜合，也常以經(jīng)驗(yàn)公式表示。這類公式主要是與年徑流影響因素建立關(guān)系。不同設(shè)計(jì)頻率的年平均流量Qp，也可以建立類似的關(guān)系，只是其參數(shù)的定量亦各有不同。這類方法的精度，一般較等值線圖法低。但在進(jìn)行流域初步規(guī)劃，需要快速估算流域的地表水資源量及水力蘊(yùn)藏量時(shí)，有實(shí)用價(jià)值。

3、水文比擬法水文比擬法是無資料流域移置(經(jīng)過修正)水文相似區(qū)內(nèi)相似流域的實(shí)測水文特征的常用方法，特別適用于年徑流的分析估算。

4、流量歷時(shí)曲線的繪制在有部分徑流資料的情況下，還可以用繪制流量歷時(shí)曲線的方法，滿足某些工程，如小型水電站、航運(yùn)和漂木等在規(guī)劃設(shè)計(jì)中確定對(duì)水資源利用保證率的初步需要。在一些有徑流頻率分析計(jì)算成果的大中型水利水電工程中，為了專項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)的需要，有時(shí)也可以繪制這種曲線，作為深入分析研究的輔助手段。在我國的小型水力發(fā)電站水文計(jì)算規(guī)范中，已將此法列為一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。

流量歷時(shí)曲線是累積徑流發(fā)生時(shí)間的曲線，表示等于或超過某一流量的時(shí)間百分?jǐn)?shù)。徑流統(tǒng)計(jì)時(shí)段，可按工程的要求選定，常采用日或旬為單位。當(dāng)資料年數(shù)較多時(shí)，為簡化計(jì)算，也可以按典型年或豐平枯代表年繪制流量歷時(shí)曲線。當(dāng)資料年數(shù)較少時(shí)，也可采用全部完整年份的流量資料繪制流量歷時(shí)曲線。小結(jié)⑴三種資料情況下，掌握推求設(shè)計(jì)年徑流及共年內(nèi)分配的方法。⑵理解對(duì)徑流資料進(jìn)行三性審查意義。⑶重點(diǎn)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)的年徑流量及年內(nèi)分配計(jì)算適用條件：

（1）流量資料不足；

（2）徑流系列的一致性受到破壞；

（3）與其它方法推求設(shè)計(jì)洪水結(jié)果相互驗(yàn)證。計(jì)算程序：

（1）推求設(shè)計(jì)雨量；

（2）擬定設(shè)計(jì)暴雨過程；

（3）由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

9.2.1概述任務(wù)9.2由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水

一、設(shè)計(jì)雨量

有充分長度面雨量資料：流域點(diǎn)雨量資料充分并可以推求足夠長度的流域面平均雨量系列。有充分長度點(diǎn)雨量資料：少數(shù)點(diǎn)雨量資料系列較長，但無法推求足夠長度流域面平均雨量系列。點(diǎn)雨量資料缺乏或不足：點(diǎn)雨量資料長度不足以點(diǎn)繪點(diǎn)雨量頻率曲線。9.2.2設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算流域具有充分雨量資料流域具有點(diǎn)雨量資料流域點(diǎn)雨量資料不足或缺乏計(jì)算流域面平均雨量統(tǒng)計(jì)各時(shí)段最大面雨量流域雨量點(diǎn)面關(guān)系內(nèi)插并統(tǒng)計(jì)流域中心時(shí)段最大點(diǎn)雨量流域各時(shí)段設(shè)計(jì)面雨量根據(jù)區(qū)域綜合資料流域中心雨量統(tǒng)計(jì)參數(shù)mx、Cv、Cs查算流域中心設(shè)計(jì)時(shí)段點(diǎn)雨量點(diǎn)繪流域中心點(diǎn)雨量頻率曲線點(diǎn)繪時(shí)段面雨量頻率曲線計(jì)算流域中心設(shè)計(jì)時(shí)段點(diǎn)雨量地區(qū)綜合動(dòng)點(diǎn)動(dòng)面關(guān)系三種資料條件下推求流域設(shè)計(jì)面雨量計(jì)算框圖二、設(shè)計(jì)暴雨過程擬定1、選擇典型暴雨過程的原則（1）暴雨強(qiáng)度高、降水總量大（接近設(shè)計(jì)條件，放大后變形小）；（2）降雨過程有足夠的代表性（易出現(xiàn)）；（3）主雨峰偏后（對(duì)工程不利）2、放大方法（1）同頻率法（常用）；（2）同倍比法9.2.3由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

（一）設(shè)計(jì)凈雨1、產(chǎn)流方案制定（1）有一定的流量資料：直接流域制定產(chǎn)流方案（分析外延的其合理性）。（2）缺乏流量資料：移用相鄰相似流域產(chǎn)流方案（進(jìn)行必要的修正和可行性論證）。2、設(shè)計(jì)Pa

的推求

擴(kuò)展暴雨法；

同頻率法；

分析法；

典型暴雨法。擴(kuò)展暴雨法：在統(tǒng)計(jì)暴雨資料時(shí),加長統(tǒng)計(jì)時(shí)段以包括前期降雨。例如根據(jù)設(shè)計(jì)需要只統(tǒng)計(jì)7天暴雨,但由于要計(jì)算Pa,就得在7天暴雨前增添30天統(tǒng)計(jì)時(shí)段,得出37天的設(shè)計(jì)暴雨過程,其中最后7天核心暴雨是用來計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的,前30天的雨量僅用于計(jì)算設(shè)計(jì)Pa。同頻率法：

同時(shí)進(jìn)行Ｐ和Ｐ＋Pa兩種系列的頻率計(jì)算，由設(shè)計(jì)頻率的Ｐ＋Pa值減去同一頻率的Ｐ值,差額作為所求的設(shè)計(jì)Pa值：

Paｐ＝（Ｐ＋Pa）ｐ－Ｐp。分析法：根據(jù)流域水文氣象和地理特性、設(shè)計(jì)條件、經(jīng)驗(yàn)分析或查手冊(cè)得出設(shè)計(jì)Pa

。在濕潤地區(qū)，當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高時(shí)，可取Pa＝Im。典型暴雨法：如果所采用的實(shí)際典型年降雨量的頻率接近設(shè)計(jì)頻率，可以采用實(shí)際前期降雨作為計(jì)算設(shè)計(jì)Pa的依據(jù)。（二）由設(shè)計(jì)凈雨推求設(shè)計(jì)洪水

有流量資料：單位線法（注意分析外延的可靠性）。無流量資料：地區(qū)綜合單位線法。

【算例】某流域F＝4200km2，推求百年一遇設(shè)計(jì)洪水。流域具有1959－1962四年流量資料和1950－1979三十年面雨量資料。1、設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算（1）設(shè)計(jì)暴雨統(tǒng)計(jì)時(shí)段：根據(jù)工程要求選擇為1、3、7天；（2）設(shè)計(jì)雨量：雨量頻率計(jì)算得P1p＝108.0mm；P3p＝182.0mm；P7p＝270.0mm（3）典型雨量：選擇1955年一次暴雨過程，計(jì)算典型雨量P1D＝63.2mm；P3D＝108.5mm；P7D＝148.6mm（4）計(jì)算同頻率放大倍比（5）同頻率法推求得設(shè)計(jì)暴雨過程表9-3設(shè)計(jì)暴雨過程

日次

1

2

3

4

5

6

7

典型暴雨

13.8

6.1

20.0

0.2

0.9

63.2

44.4

放大倍比

2.20

2.20

2.20

2.20

1.63

1.71

1.63

設(shè)計(jì)暴雨

30.4

13.4

44.0

0.4

1.5

108.0

72.4

同頻率法推求得設(shè)計(jì)暴雨過程2、設(shè)計(jì)凈雨推求（1）繪制降雨徑流相關(guān)圖，產(chǎn)流參數(shù)：Em＝8.0mm；Im＝100mm；（2）分析穩(wěn)定入滲率：

fc＝12mm/d；（3）土壤含水量：

Pa,0＝100mm；

Pa,t+1＝0.92Pa,t＋Pt－Rt

（5）劃分地表、地下凈雨過程表9－4設(shè)計(jì)凈雨過程

日

1

2

3

4

5

6

7

合計(jì)

P

30.4

13.4

44.0

0.4

1.5

108.0

72.4

270.1

Pa

100

100

100

100

92.4

86.5

100

h

22.4

5.4

36.0

0

0

87.6

64.4

215.8

hg

12.0

5.4

12.0

0

0

12.0

12.0

53.4

hs

10.4

0

24.0

0

0

75.6

52.4

162.4

（4）由降雨徑流相關(guān)圖查算設(shè)計(jì)凈雨過程；地表、地下凈雨推求3、推求設(shè)計(jì)洪水過程（1）分析單位線，由地表凈雨推求地表徑流過程Qs；（2）地下徑流過程簡化為等腰三角形，峰位于地表徑流停止點(diǎn)。由地下凈雨推求地下徑流過程Qg；（3）地表徑流與地下徑流相加，得設(shè)計(jì)洪水過程線Qp。Qgi＝i×236/11＝

i×21.45表9－5設(shè)計(jì)洪水過程線

Q(m/3s)

日

時(shí)

hs

(mm)

q

(m/3s)

10.4

24.0

75.6

52.4

Qs

(m3/s)

Qg

(m3/s)

Q

(m3/s)

18

0

0

0

0

28

10.4

220

229

229

21

250

38

0

170

177

0

177

43

220

48

24.0

70

72.8

528

601

64

665

58

0

22

22.9

408

431

86

517

68

0

0

0

168

0

168

107

275

78

75.6

52.8

1663

0

1716

129

1845

88

52.4

0

1285

1153

2438

150

2588

98

529

891

1420

172

1592

108

166

367

533

193

726

118

0

115

115

215

330

128

0

0

236

236

138

215

215

148

193

193

158

172

172

168

150

150

178

129

129

…

…

小結(jié)（1）熟練掌握降雨徑流相關(guān)法，初損后損法產(chǎn)流方案的建立，及有關(guān)參數(shù)計(jì)算。（2）在深刻理解單位線定義及其基本概念的基礎(chǔ)上，熟練地分析單位線和由擬定的單位線推流。（3）了解“蓄滿產(chǎn)流”“超流產(chǎn)流”兩種模式，了解河流時(shí)線的匯流概念，瞬時(shí)單位線概念；要了解為什么要采用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。（4）重點(diǎn)難點(diǎn)：產(chǎn)、匯流方案的建立及應(yīng)用。9.3.1小流域設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪水的特點(diǎn)與估算方法特點(diǎn)：（1）工程規(guī)模小，對(duì)洪水的調(diào)節(jié)能力??；（2）缺乏水文資料，尤其是流量資料；（3）計(jì)算方法簡單易行，適用無。方法：采用由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪峰的簡化方法。任務(wù)9.3小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算9.3.2推理公式的概化假定、基本形式、計(jì)算公式和計(jì)算方法1、基本假定（1）流域產(chǎn)流強(qiáng)度在時(shí)間和空間分布均勻；（2）流域匯流符合線性規(guī)律；（3）流域匯流面積隨匯流時(shí)間的增加而均勻增加。

2、推理公式的導(dǎo)出

全流域匯流

m

r

f

q1

q2

q3

q4

Q

Qm

1

r1

f1

r1f1

r1f1＝rf

2

r2

f2

r1f2

r2f1

r1f2+r2f1＝2rf

3

r3

f3

r1f3

r2f2

r3f1

r1f3+r2f2+r3f1＝3rf

rF

4

r4

r2f3

r3f2

r4f1

r2f3+r3f2+r4f1＝3rf

rF

5

r3f3

r4f2

r3f3+r4f2＝2rf

6

r4f3

r4f3＝rf

部分流域匯流

m

r

f

q1

q2

Q

Qm

1

r1

f1

r1f1

r1f1＝rf

2

r2

f2

r1f2

r1f2

r1f2+r2f1＝2rf

rFtc

3

f3

r1f3

r2f2

r1f3+r2f2＝2rf

rFtc

4

r2f3

r2f3＝rf

得:Qm＝

0.278rτFtc≥τ

Qm＝

0.278rtcFtctc＜τ

用平均雨強(qiáng)表示

Qm＝

0.278（iτ－μ）Ftc≥τ

Qm＝

0.278（itc－μ）Ftctc＜τ

FFFtc

tc

τ

oFFtctc=tFtcFtct=

消除FtcFtciQtcmtm)(278.0-=Qm＝

0.278（iτ－μ）Ftc≥τtc＜τ

代入得

tc≥τtc＜τ

暴雨公式npptSi=FSQnpm)(278.0mt-=FtctcSQnpmtm)(278.0-=9.3.3推理公式中的參數(shù)選擇和應(yīng)用（1）暴雨參數(shù)Sp、n

方法1：查等值線圖或水文手冊(cè)方法2：若已知24小時(shí)設(shè)計(jì)雨量P24p，可根據(jù)查出的n代入暴雨公式反推Sp：

Ptp＝Spt1－n

P24p＝Sp241－n

Sp

＝P24p24n－1Sp

＝αP日p24n－1

（2）損失參數(shù)μ

方法1：查區(qū)域或流域水文手冊(cè)

方法2：設(shè)計(jì)公式

可以證明

nnpnnhSn--=111)()1(－m

（3）凈雨歷時(shí)tc

證明：

瞬時(shí)雨強(qiáng)

I＝μ

時(shí)

t＝tc，

代入上式得證。npcSnt1)])1[(m－＝npnptSntSdtddtdPI)1(1－＝==-

（4）流域匯流時(shí)間τ

τ＝0.278L/Vτ

V＝mJσQmλ

出口概化為三角形，取σ＝1/3；λ＝1/4代入上式得4/13/1278.0mQmJL＝t（5）匯流參數(shù)m的取值：

方法1：查水文手冊(cè)方法2：由實(shí)測流量資料反推：方法3：采用經(jīng)驗(yàn)公式，如

m＝f(θ)4/13/1mQJVmt＝4/13/1FJL＝q（6）設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算

tc≥τ

tc＜τ

采用試算或圖解法聯(lián)立求解。

FSQnpm)(278.0mt-=FtctcSQnpmtm)(278.0-=4/13/1278.0mQmJL＝t9.3.4小流域設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算（一）暴雨公式

1、暴雨公式形式暴雨強(qiáng)度ip與暴雨歷時(shí)t

之間的關(guān)系稱暴雨公式，水利部門常用形式為：式中，Sp－雨力，單位歷時(shí)暴雨平均強(qiáng)度，隨重現(xiàn)期和地區(qū)而變；n－暴雨遞減指數(shù)，隨地區(qū)和歷時(shí)而變按雨量表示npptSi=nptP-=12、暴雨公式參數(shù)推求及綜合

由雨量～歷時(shí)～頻率（P～t～p）關(guān)系轉(zhuǎn)為雨強(qiáng)～頻率～歷時(shí)（i～p～t）關(guān)系。對(duì)有雨量資料站點(diǎn)進(jìn)行24小時(shí)內(nèi)各時(shí)段（一般取t＝0.2、0.5、1、3、6、12、24h）雨量頻率計(jì)算由頻率曲線查算時(shí)段雨量并計(jì)算雨強(qiáng)ip＝Pp/t，（一般取p=5%、2%、1%）對(duì)ip~t點(diǎn)據(jù)配以公式

iP=SP

/tn，按離差最小為原則率定參數(shù)Sp和n（常假定n不隨p而變）根據(jù)多站的參數(shù)Sp和n進(jìn)行地區(qū)綜合（可以是等值線圖或綜合表形式）（二）設(shè)計(jì)暴雨過程

1、同頻率過程線t(h)

P(mm)

2、地區(qū)綜合暴雨過程線

t(h)

α

（三）推求設(shè)計(jì)流量過程線1、綜合時(shí)段單位線法2、綜合瞬時(shí)單位線法

【算例】湘江支流某地欲修建一座水庫，地點(diǎn)位于北緯28以南，集水面積2.93km2，干流長度2.56km，干流坡度0.033。推求壩址處百年一遇洪峰流量。（1）暴雨參數(shù)Sp、n

由湖南省《小型水庫水文手冊(cè)》雨量參數(shù)圖表，查算得流域中心點(diǎn)

＝120mm；Cv＝0.4；Cs/Cv＝3.5；n2＝0.76；n1＝0.62。

按Cs＝3.5Cv＝1.4，查離均系數(shù)表得φ1%＝3.27

計(jì)算得

P24，1％

＝

（φ1%Cv＋1）

＝120（0.4×3.27＋1）

＝277（mm）

S1％

＝

P24，1％

/

t1-n2

＝277/241-0.76

＝129（mm/h）24P24P（2）損失參數(shù)μ

由μ等值線圖,查得流域中心

μ＝2mm/h（3）凈雨歷時(shí)tc

tc＝［（1-n）S１％/μ］1／n

＝［（1－0.76）129/2.0］