小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算（29頁(yè)清楚明了）

1、第五章 小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算 第一節(jié) 小流域設(shè)計(jì)洪水特點(diǎn)第二節(jié) 水科院推理公式法第三節(jié) 小流域暴雨徑流研究組公式本章重點(diǎn)： 水科院推理公式法的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算水土保持工作一般是在小流域上進(jìn)行的。水土保持工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、測(cè)流建筑物的設(shè)計(jì)都需要研究工程所在地點(diǎn)河流的水文態(tài)勢(shì)，計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。一、小流域設(shè)計(jì)洪水的意義第一節(jié) 小流域設(shè)計(jì)洪水特點(diǎn) 二、小流域設(shè)計(jì)洪水的概念（1）小流域集水面積: 水文計(jì)算通常不超過(guò)200-300km2。水保上指的小流域，一般在30km2以下，最多不超過(guò)50km2。（2）設(shè)計(jì)洪水: 指符合一定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，包括洪峰流量、洪水總量和洪水過(guò)程線三個(gè)要素。洪峰流量即一次洪水流量的最大

2、值，用Qm表示。洪水總量為一次洪水流過(guò)程的總水量。（3）小流域設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn): 推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)，首先確定標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是指水工建筑物本身防洪安全的標(biāo)準(zhǔn)。它是水利水保工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)。參閱水利水電樞紐工程等級(jí)劃分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(SDJl2-78)及水土保持治溝骨干工程暫行技術(shù)規(guī)范(SDl75-86)的規(guī)定。 第一節(jié) 小流域設(shè)計(jì)洪水特點(diǎn) 一、小流域設(shè)計(jì)洪水的意義二、小流域設(shè)計(jì)洪水的概念（1）多數(shù)小流域沒(méi)有設(shè)站觀測(cè)，缺乏實(shí)測(cè)流量和降雨資料。有的小流域雖有短期資料，但具有較多資料的流域很大，自然地理?xiàng)l件相差懸殊，短期資料也難以延展。因此小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算是在缺乏資料的條件下進(jìn)行的。第一節(jié) 小流域設(shè)計(jì)洪水

3、特點(diǎn) 一、小流域設(shè)計(jì)洪水的意義二、小流域設(shè)計(jì)洪水的概念三、小流域設(shè)計(jì)洪水的特點(diǎn)（2）任務(wù)方面： 水保工程如小型水庫(kù)、淤地壩對(duì)洪水的調(diào)蓄作用較小，工程尺寸常取決于設(shè)計(jì)洪峰流量，因此在設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中，主要是求設(shè)計(jì)洪峰流量。洪水總量與洪水過(guò)程居于次要，可以簡(jiǎn)化。（3）工程措施：涉及的面廣，數(shù)量多，又多是小型，因此，計(jì)算方法上要求方法簡(jiǎn)便又能保證一定的精度。第一節(jié) 小流域設(shè)計(jì)洪水特點(diǎn) 一、小流域設(shè)計(jì)洪水的意義二、小流域設(shè)計(jì)洪水的概念三、小流域設(shè)計(jì)洪水的特點(diǎn)四、小流域設(shè)計(jì)洪水推求方法小流域設(shè)計(jì)洪水推求方法有推理公式法，經(jīng)驗(yàn)公式法，綜合瞬時(shí)單位線法，洪水調(diào)查法等。推理公式法是從暴雨形成洪水的成因出發(fā)，即由

4、暴雨推求流域設(shè)計(jì)洪峰流量，屬于成因推理方法，是半理論半經(jīng)驗(yàn)公式，是小流域計(jì)算暴雨洪水的主要方法。重點(diǎn)介紹水科院推理公式法和由鐵道部、中科院地理所等提出的小流域暴雨徑流研究組計(jì)算公式。（1）計(jì)算洪峰流量是以暴雨的設(shè)計(jì)頻率作為設(shè)計(jì)洪峰流量的頻率，即認(rèn)為暴雨和洪水是同頻率的。（2）暴雨和損失在時(shí)空上是均勻的，即凈雨強(qiáng)度不隨時(shí)間、地點(diǎn)變化，沿程的匯流速度不變。（3）把匯流面積概化為矩形，即匯流面積隨時(shí)間的增長(zhǎng)率是一條直線，全流域面積匯流形成最大洪峰流量。 第二節(jié) 水科院推理公式法 一、水科院推理公式法的假設(shè)條件 1. 凈雨 總降雨量減去降雨損失后稱(chēng)之為凈雨。 第二節(jié) 水科院推理公式法 二、水科院推理公

5、式法的有關(guān)概念 2.匯流歷時(shí)()凈雨從流域上某點(diǎn)流到出口斷面的時(shí)間即匯流歷時(shí)。（見(jiàn)P76圖5-2） 3.流域匯流歷時(shí)(m）流域最遠(yuǎn)點(diǎn)的凈雨流到出口斷面的時(shí)間。 4. 等流時(shí)線具有相同匯流時(shí)間的各點(diǎn)連線稱(chēng)為等流時(shí)線。 5.產(chǎn)流歷時(shí)（tc）徑流開(kāi)始產(chǎn)生到徑流終止所經(jīng)歷的時(shí)間即產(chǎn)流歷時(shí)，又稱(chēng)為凈雨歷時(shí)。 第二節(jié) 水科院推理公式法 二、水科院推理公式法的有關(guān)概念 6.全面匯流（Qm）全部流域面積上的凈雨匯集而成。 7.部分匯流（Qm）由部分流域面積上的凈雨匯集而成。 第二節(jié) 水科院推理公式法 三、水科院推理公式法的有關(guān)公式1全面匯流 2部分匯流 根據(jù)水科院推理公式計(jì)算小流域設(shè)計(jì)洪峰流量Qm時(shí)，經(jīng)過(guò)如下

6、三步驟：(P80)（一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算確定設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度ip；（二）產(chǎn)流計(jì)算確定成峰徑流系數(shù)；（三）匯流計(jì)算確定流域匯流歷時(shí)。 第二節(jié) 水科院推理公式法 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟（1）流域面積（F）：在地形圖上勾出分水線后量得，在圖上如看不清分水線時(shí)，應(yīng)實(shí)地勘測(cè)。 （2）流域匯流長(zhǎng)度（L）：包括坡面和主河道長(zhǎng)度。地形圖上量取自出口斷面沿主河道至分水嶺的最長(zhǎng)距離。 （3）沿流程的平均縱比降（J）：自出口斷面起根據(jù)沿流程比降變化特征點(diǎn)高程及河長(zhǎng)，利用公式計(jì)算。P16 第二節(jié) 水科院推理公式法 （一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 1. 流域特征參數(shù)（F、L、J）確定 第二節(jié) 水科院

7、推理公式法 （一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 2.暴雨特性參數(shù)（ n 、 Sp）確定 暴雨衰減指數(shù)n隨地區(qū)及歷時(shí)長(zhǎng)短而變。常用的暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式為：該公式由水文所分析了我國(guó)8個(gè)城市(北京、天津、南京、上海、成都等)的暴雨資料制定的。 第二節(jié) 水科院推理公式法 （一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 2.暴雨特性參數(shù)（ n 、 Sp）確定 設(shè)計(jì)暴雨雨力(Sp)：即 t=1h的最大暴雨平均強(qiáng)度(mm/h)，隨地區(qū)和重現(xiàn)期而變?？捎盟氖謨?cè)中的Sp等值線圖和n值分區(qū)圖計(jì)算暴雨強(qiáng)度。如缺Sp等值線圖，可根據(jù)各地區(qū)的水文手冊(cè)查得設(shè)計(jì)地區(qū)的暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)H24、Cv和Cs，以t

8、24h作為控制時(shí)間即可求得Sp：P83產(chǎn)流計(jì)算的實(shí)質(zhì)是求成峰系數(shù)。成峰徑流系數(shù)是匯流歷時(shí)內(nèi) 凈雨總量h和暴雨總量H的比值。 第二節(jié) 水科院推理公式法 （二）產(chǎn)流計(jì)算 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 求成峰系數(shù)的確定：產(chǎn)流歷時(shí)（tc）的確定：u是產(chǎn)流期間內(nèi)損失強(qiáng)度的平均值。反映了地面平均入滲能力，它的大小與土壤的滲水性、植被、地貌、暴雨特性、土壤前期含水量等有關(guān)。陳家瑜等提出用下式計(jì)算u值（該公式適合于tc24h的情況）。 第二節(jié) 水科院推理公式法 （二）產(chǎn)流計(jì)算 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟平均入滲強(qiáng)度（u）的計(jì)算： 第二節(jié) 水科院推理公式法 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 （二）產(chǎn)流計(jì)算

9、當(dāng)tc24h 要改用下式計(jì)算下滲強(qiáng)度u：各省、自治區(qū)水文手冊(cè)中一般都提出了計(jì)算u值的方法。匯流計(jì)算的目的是推求匯流歷時(shí) 。計(jì)算公式如下： 第二節(jié) 水科院推理公式法 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 （二）產(chǎn)流計(jì)算 （一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 （三）匯流計(jì)算 1.匯流歷時(shí)的確定 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 （二）產(chǎn)流計(jì)算 （一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 （三）匯流計(jì)算 1.匯流歷時(shí)的確定 第二節(jié) 水科院推理公式法 2.匯流參數(shù)(m)的確定 m 的確定是匯流計(jì)算的關(guān)鍵，它是反映洪水匯流特征的參數(shù)，與植被、地形、河網(wǎng)分布、河槽斷面形狀、河道糙率等因素有關(guān)。 m 值的計(jì)算公式為：許多省(區(qū))水文手冊(cè)都給出了本地區(qū) m

10、值的經(jīng)驗(yàn)公式，供設(shè)計(jì)時(shí)使用。全面匯流 第二節(jié) 水科院推理公式法 四、水科院推理公式法的計(jì)算步驟 （二）產(chǎn)流計(jì)算 （一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 （三）匯流計(jì)算 （四）洪峰流量 Qm 計(jì)算 部分匯流 公式計(jì)算存在兩個(gè)困難：1、在計(jì)算前是未知量，無(wú)法判斷是屬于全面匯流還是部分匯流。2、方程中不能將已知量和未知量分開(kāi)，不能采用代入法求解。試算法！1確定7個(gè)參數(shù)，即流域特征參數(shù)F、L、J；暴雨特性參數(shù)Sp、n；經(jīng)驗(yàn)性參數(shù)u、m。 2求產(chǎn)流歷時(shí)tc。 3假定一個(gè)Qm設(shè)，代入公式計(jì)算。 。 4. 將與tc比較，判斷是全面匯流還是部分匯流，選定出計(jì)算的公式，計(jì)算出。 5將和代入求Qm的公式，計(jì)算Qm 計(jì)，并比較Qm計(jì)和

11、Qm設(shè)是否相等，如不相等，重新假設(shè)Qm設(shè) ，再試算，直至相近。 第二節(jié) 水科院推理公式法 五、水科院推理公式試算法的計(jì)算過(guò)程 試算法例題黃河下游某流域擬建一小水庫(kù)，壩址處流域面積F=92km2，L=29km，J=2.02%，H24,1%=343mm，n=0.588，m=1.07，=4.9mm/h，利用試算法求Qm,1% 第二節(jié) 水科院推理公式法 第二節(jié) 水科院推理公式法 試算法例題為解決上述方程求解設(shè)計(jì)最大洪峰流量時(shí)的兩個(gè)困難，可制成諾模圖求解和0。步驟如下：1. 計(jì)算 n、Sp、u、m、tc（同試算法）2. 求 03. 求 及根據(jù)圖5-13p88頁(yè)， 諾模圖，可得出 / 0 ，利用公式 求得

12、 4. 根據(jù)與tc比較，判斷是全面 匯流還是部分匯流，利用公式計(jì)算Qm。公式基本形式一樣，差別在上。諾模圖法例題 第二節(jié) 水科院公式法 水保工程中的小型水庫(kù)、淤地壩等要考慮調(diào)洪作用，以便確定溢洪道尺寸。因此設(shè)計(jì)洪峰流量推求后，還要推求設(shè)計(jì)洪水總量和洪水過(guò)程線。 第二節(jié) 水科院推理公式法 六、設(shè)計(jì)洪水量及洪水過(guò)程線（一）設(shè)計(jì)洪水總量Wp的推求hR設(shè)計(jì)凈雨深或徑流深(mm)；h24p相應(yīng)于頻率P的24h的暴雨量H24p的徑流深(mm)；a24降雨歷時(shí)等于24h的徑流系數(shù)；h24P查地區(qū)H24Ph24P關(guān)系曲線圖。小流域多采用三角形過(guò)程線，由實(shí)測(cè)洪水過(guò)程線概化而成。 T=t1+t2=2Wp/Qm式中

13、 Wp設(shè)計(jì)洪量(m3)； Qm設(shè)計(jì)洪蜂流量(m3/s)； T設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線總歷時(shí)(h)； t1漲洪歷時(shí)，即匯流歷時(shí)t2退洪歷時(shí)。 t2/t1=，一般 為1-3，最高達(dá)10。 第二節(jié) 水科院推理公式法 六、設(shè)計(jì)洪水量及洪水過(guò)程線（一）設(shè)計(jì)洪水總量Wp的推求（二）洪水過(guò)程線的推求三角形過(guò)程線 一、公式的基本形式與特點(diǎn)2、基本形式：鐵道部第一設(shè)計(jì)院、中科院地理所等組成的小流域暴雨徑流研究組提出的計(jì)算洪峰流量的簡(jiǎn)化公式。 第三節(jié) 小流域暴雨徑流研究組公式 式中：C1 產(chǎn)流因素, C2 匯流因素, Z 由暴雨與匯流因素而定的指數(shù)。 1、假設(shè)條件：小流域暴雨徑流研究組法認(rèn)為：（1）流域的匯流面積隨時(shí)間增長(zhǎng)

14、率為一條曲線。（2）流域內(nèi)降雨也不均勻，最大洪峰流量是由部分流域面積匯流形成。 第三節(jié) 小流域暴雨徑流研究組公式 3、研究組公式的特點(diǎn)： (1)考慮到暴雨損失與暴雨強(qiáng)度的關(guān)系，公式推導(dǎo)采用變動(dòng)的洪峰徑流系數(shù)。 (2)為適應(yīng)小流域(特別是100km2以下的小流域)山坡匯流所占比重較大的情況，流域匯流時(shí)間采用河槽與山坡匯流時(shí)間的代數(shù)和。 (3)計(jì)算參數(shù)除暴雨及與其有關(guān)參數(shù)外，所有計(jì)算參數(shù)均不帶頻率概念,而取平均情況,即暴雨與流量同頻率。 (4)當(dāng)流域面積F10km2時(shí)，暴雨計(jì)算考慮了點(diǎn)面折減系數(shù)一、公式的基本形式與特點(diǎn) 第三節(jié) 小流域暴雨徑流研究組公式 二、研究組計(jì)算Qm的基本計(jì)算公式令則式中：P：最大同時(shí)匯流面積系數(shù)，為形成洪峰最大同時(shí)匯流面積f與全流域面積F的比值。即Pf/F；C：徑流系數(shù)；n 暴雨衰減指數(shù)；S 雨力，暴雨參數(shù)；tQ 形成洪峰時(shí)間；P1 形成洪峰歷時(shí)系數(shù)，即時(shí)間系數(shù)。為形成洪峰時(shí)間tQ與流域匯流時(shí)間的比值，即PltQ/。本章復(fù)習(xí)題1