第7章洪水分析計算教學(xué)輔導(dǎo).

1、第 7 章 洪水分析計算 教學(xué)輔導(dǎo)25什么是洪水三要素，洪水分析計算的主要任務(wù)是什么？ 如前述，洪澇災(zāi)害、水資源不足、水污染是我國的三大水問題。1998年大水以后， 雖然中央和地方都加大了防洪的投入， 重點堤防的 工程狀況有了比較大的改善， 但從總體上來看， 目前我國江河的防洪 工程系統(tǒng)還沒有達到規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)， 許多城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)還很低， 防治洪 澇災(zāi)害是我們面臨的重大課題。另外，在當(dāng)前水資源緊缺的形勢下， 如何調(diào)蓄洪水，利用洪水的水量，變水害為水利，也具有重大意義。 正因為這樣，洪水分析計算成為水資源管理課程的重要內(nèi)容。洪峰流量、洪水總量以及洪水過程線可全面地描述洪水，稱為 洪水的三個要素。洪水

2、分析計算的主要任務(wù)，就是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)， 推求洪水的三要素，掌握洪水的規(guī)律。26什么是防洪標(biāo)準(zhǔn)，我國現(xiàn)行的防洪標(biāo)準(zhǔn)怎樣？ 為防治洪水災(zāi)害，需要采取工程措施和非工程措施。工程措施 即修建各種防洪工程。 非工程措施是指像防洪立法， 推行防洪保險等 的措施。在采取防洪措施的時候，必須以一定標(biāo)準(zhǔn)的洪水作為依據(jù)， 這種依據(jù)稱為防洪標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)采取一定的防洪措施時，采用的防洪標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)越高，防護地區(qū) 受洪水危害的風(fēng)險越小， 但同時采取措施的投入就越大。 由此可知防 洪標(biāo)準(zhǔn)取得過高和過低都是不合理的。防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依照國家有關(guān)規(guī) 范，按照防洪工程和防護地區(qū)的重要性確定。我國現(xiàn)行的防洪標(biāo)準(zhǔn)是從 1995年 1月開始實施的

3、中華人民共和 國國家標(biāo)準(zhǔn)防洪標(biāo)準(zhǔn) (GB 5020194)。文字教材的第 7 章和第 15 章對此規(guī)范作了比較詳細的介紹。概括地說，工程規(guī)劃設(shè)計中防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)分為兩類。第一類是 保證水工建筑物自身安全的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)， 第二類是保障下游防護對 象免除一定洪水災(zāi)害的防洪標(biāo)準(zhǔn)。水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)又可以分為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(對應(yīng)正常運用情 況）和校核標(biāo)準(zhǔn)（對應(yīng)非常運用情況） 。工程遇到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時應(yīng) 能保證正常運用，遇到校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時，主要建筑物不得發(fā)生破壞， 但是允許部分次要建筑物損壞或失效。水工建筑物的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水都是以某一個頻率的形式給出的， 比如 50 年一遇洪水、百年遇洪水等等。而校核標(biāo)準(zhǔn)洪水除

4、以某一個 頻率的形式給出外， 對于土石壩， 一旦其失事可能使下游造成特別重 大損失時，對于I級水工建筑物，還可能以可能最大洪水作為校核洪 水（可能最大洪水是現(xiàn)代氣候條件下可能發(fā)生的最大洪水。 采用可能 最大洪水作為校核標(biāo)準(zhǔn)，實際上是要求工程做到萬無一失） 。需注意，下游防洪對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)高于上游防洪工程建筑 物的防洪標(biāo)準(zhǔn)， 因這樣規(guī)定防洪標(biāo)準(zhǔn)實際上是沒有意義的 （試想如上 游防洪水庫已失事，下游防護對象如何保證安全？） 。27推求設(shè)計洪水有哪幾種基本途徑？ 如前述，絕大多數(shù)情況下，設(shè)計洪水就是某一頻率的洪水。故 推求設(shè)計洪水一般就是推求符合設(shè)計頻率的洪峰流量、 洪水總量和洪 水過程線。 因

5、掌握資料的情況和工程規(guī)劃設(shè)計要求不同， 推求設(shè)計洪 水有不同途徑。當(dāng)設(shè)計流域具有較長期的實測洪水資料，且具有歷史洪水調(diào)查 和考證資料時，可直接由流量資料推求設(shè)計洪水。當(dāng)流域具有較長期實測暴雨資料，而且有多次暴雨洪水對應(yīng)觀 測資料，可以分析產(chǎn)流和匯流規(guī)律時，可由暴雨資料推求設(shè)計洪水。小流域往往既缺乏洪水資料，又缺乏暴雨資料，此時可采用推 理公式法和地區(qū)經(jīng)驗公式等方法推求設(shè)計洪水。當(dāng)采用可能最大洪水作為校核洪水時，需由可能最大降雨求得 可能最大洪水， 從而確定相應(yīng)的設(shè)計洪水 （可能最大洪水的計算屬較 專門的問題，在本課程中未作介紹） 。28什么是特大洪水處理？ 洪水變量（如洪峰流量、洪水總量）的變

6、化幅度遠比年徑流為 大，使得我們掌握的洪水變量系列中可能出現(xiàn)一些特大值。 或者說洪 水變量系列可能是不連序的（指序號上的不連續(xù)） 。比如，在幾十年 實測洪水資料中有幾個特大值， 而這幾個特大值的重現(xiàn)期并不是幾十 年，而是幾百年或者更長時間。又如，通過歷史洪水調(diào)查，確定了歷 史上曾經(jīng)發(fā)生過的， 重現(xiàn)期是幾百年或更長時間的特大洪水。 以上情 況下并不掌握介于特大洪水和實測一般洪水之間的洪水變量， 需進行 特大洪水處理。特大洪水的處理主要是解決特大洪水經(jīng)驗頻率的計算方法問 題。在文字教材中介紹了兩種頻率計算方法，在這兩種方法中，特大 洪水的頻率計算公式實際上是相同的。對于一般洪水的頻率計算公 式，望

7、理解其假定和來源。29推求設(shè)計洪水過程線的基本方法是什么，洪水過程線放大 有哪兩類方法？推求設(shè)計洪水時要確定設(shè)計洪水過程線，亦即確定設(shè)計洪水的 時程分配。目前，生產(chǎn)上一般采用放大典型洪水過程線的方法確定設(shè) 計洪水過程線。 進行洪水過程線放大通常采用兩種方法， 即同倍比法 和同頻率法。同倍比法較為簡單，可采用設(shè)計洪峰流量與典型洪峰流量的比 值或某時段的設(shè)計洪量與典型洪量的比值對典型洪水過程線進行放 大。但按此法進行放大后， 不能保證設(shè)計洪水過程線各個時段的洪量 或洪峰流量都與設(shè)計值相等。采用同頻率法放大典型洪水過程線時，對洪峰流量和各個時段 的洪量采用不同倍比， 使得放大以后的過程線洪峰流量以及

8、各時段的 洪量可分別等于設(shè)計洪峰流量和設(shè)計洪量值。這兩種放大典型過程線的方法在水文分析計算中都是經(jīng)常采用 的，需注意掌握。30什么是蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流，如何對這兩種產(chǎn)流方式進行 產(chǎn)流計算？在由暴雨資料推求設(shè)計洪水時，需對流域的產(chǎn)流和匯流分別進 行分析計算。蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流均為流域產(chǎn)流計算所采用的模型。（1）蓄滿產(chǎn)流 濕潤地區(qū)或者干旱地區(qū)的雨季，雨量充沛，地下水位較高，土 壤通氣層較薄， 而且通氣層下層常已達到田間持水量， 通氣層上層的 缺水容易被一次大雨所滿足。同時，濕潤地區(qū)往往植被良好，土壤下 滲能力較強， 在土壤沒有達到田間持水量以前， 降雨強度不容易超過 下滲能力，只有在流域降雨滿足了

9、通氣層的缺水以后才能產(chǎn)生徑流。 這種產(chǎn)流方式概化為蓄滿產(chǎn)流。粗略地說，蓄滿產(chǎn)流就是把產(chǎn)流概化為流域表層土壤的蓄水得 到滿足以后才產(chǎn)流。對流域的多次降雨徑流資料反復(fù)進行產(chǎn)流分析計算后，可得到 流域蓄滿產(chǎn)流的降雨徑流相關(guān)圖。文字教材中的圖 7.20 即為降雨徑 流相關(guān)圖。圖中，縱軸表示累計降雨量 P,橫軸表示累計徑流量 R。 圖中的各條曲線是以流域的前期降雨量Pa 為參數(shù)的降雨徑流相關(guān)線（前期影響雨量 Pa 表示了流域降雨以前的土壤蓄水情況） 。當(dāng)流域的 前期影響雨量和設(shè)計暴雨確定后， 即可運用降雨徑流相關(guān)圖求得一次 降雨產(chǎn)生的徑流量 （按照前期影響雨量和各個時段的降雨量， 可由降 雨徑流相關(guān)曲線

10、查出相應(yīng)時段的徑流量， 從而確定產(chǎn)流的徑流過程） 。流域上的降雨，一部分損失了，只有一部分生成徑流，故在水 文計算中又將流域產(chǎn)生的徑流稱為凈雨。 相應(yīng)地，地面徑流稱為地面 凈雨，地下徑流稱為地下凈雨。為進行匯流計算，需對地面凈雨和地下凈雨進行劃分。因蓄滿 產(chǎn)流開始后， 降雨中的一部分以穩(wěn)定下滲的形式補充地下徑流， 所以 可按穩(wěn)定下滲率劃分地面凈雨和地下凈雨。 文字教材中介紹了劃分凈 雨的具體方法。（2）超滲產(chǎn)流 干旱地區(qū)，或者濕潤地區(qū)的干旱季節(jié)，雨量稀少，地下水位低， 通氣層厚，土壤缺水量很大，一般降雨不能滿足流域缺水量，也不產(chǎn)生徑流，只有當(dāng)降雨強度超過下滲強度時才能形成地面徑流，這種產(chǎn)流方式

11、概化為超滲產(chǎn)流。超滲產(chǎn)流可以粗略地說成，把產(chǎn)流概化為降雨強度超過下滲強 度時流域才產(chǎn)流。對于超滲產(chǎn)流，可用初損后損法進行產(chǎn)流計算。初損后損法是 一種簡化計算方法。該法將超滲產(chǎn)流的降雨損失分為兩個階段， 產(chǎn)流 開始以前的損失稱為初損，產(chǎn)流以后的損失稱為后損。如用f表示后損的平均強度，則PRIo-Po式中P 一次降雨的降雨量;R一次降雨產(chǎn)生的徑流量（凈雨量）；Io初損;R后損期內(nèi)不產(chǎn)流的降雨量（后損期間下滲水量）；tR后損歷時（后損小時數(shù)）對流域的多次降雨徑流資料進行分析，可求出流域后損平均強 度f的平均值，并可將該平均值作為流域的后損平均強度。 另外，可 建立以月份為參數(shù)的前期影響雨量 Pa和初

12、損Io的關(guān)系圖（類似于文字教材的圖7.25，圖中縱坐標(biāo)表示前期降雨量R,橫坐標(biāo)表示初損I 0）。文字教材的圖7.23是超滲產(chǎn)流產(chǎn)流計算的示意圖。產(chǎn)流計算時， 可先計算流域的前期影響雨量 R，然后由Pa和Io關(guān)系圖確定初損 Io,再按照設(shè)計降雨過程，由已求出的初損Io確定初損歷時（即圖7.23 中的to），然后按照流域后損平均強度f分割后損期間的降雨過程， 即可得到凈雨過程（見圖7.23圖所示）。31.單位線法解決的課題是什么？對于設(shè)計洪水，除了推求它的設(shè)計洪峰流量和不同時段的設(shè)計 洪量外，還需確定其洪水過程線，即進行匯流計算。匯流包括地面徑流匯流和地下徑流匯流，其中地面徑流匯流的 速度快，流量

13、變化大，對洪水過程線的影響也大。單位線法是一種地面徑流匯流計算的方法，在推求設(shè)計洪水過 程線時，用于推求地面徑流過程。單位線法是有實用意義的，學(xué)習(xí)單位線法時，要注意掌握和理 解單位線的定義和概念，以及單位線的基本假定和分析、推求、應(yīng)用 單位線的方法。32小流域設(shè)計洪水計算有何特點，如何學(xué)習(xí)有關(guān)內(nèi)容？ 小流域一般是指面積在 300500km2 以內(nèi)的流域。 小流域一般都缺乏實測資料。同時，實際工作中，經(jīng)常會遇到 需要在小流域上對多個工程進行規(guī)劃設(shè)計的情況。比如水利建設(shè)中， 可能需要在小流域上修建一批農(nóng)田水利工程，包括小型水庫、塘堰、 水閘等。再如鐵路、公路建設(shè)中，可能需要在小流域上修建許多橋梁、 涵洞等。針對小流域的特點