第八章 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算.ppt

1、第八章 小流域設(shè)計(jì)洪水,重 點(diǎn),第八章 小流域設(shè)計(jì)洪水,掌握小流域設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算、推理公式法和經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量的方法 小流域的定義及其特點(diǎn) 小流域設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算 小流域洪水計(jì)算方法,目 錄,第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 第三節(jié) 推理公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量 第四節(jié) 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量 第五節(jié) 概化設(shè)計(jì)洪水過程線的推求,第八章 小流域設(shè)計(jì)洪水,第一節(jié) 概 述,一、小流域的概念,小流域通常指集水面積不超過數(shù)百平方公里的小河小溪，但并無明確限制。小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，與大中流域相比，有許多特點(diǎn)，并且廣泛應(yīng)用于鐵路、公路的小橋涵、中小型水利工程、農(nóng)田、城市及廠礦排水等工

2、程的規(guī)劃設(shè)計(jì)中,絕大多數(shù)小流域都沒有水文站，即缺乏實(shí)測(cè)徑流資料，甚至降雨資料也沒有 小流域面積小，自然地理?xiàng)l件趨于單一，擬定計(jì)算方法時(shí)，允許作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，即允許作出一些概化的假定。例如假定短歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)空分布均勻 小流域分布廣、數(shù)量多。因此，所擬定的計(jì)算方法，在保持一定精度的前提下，將力求簡(jiǎn)便，一般借助水文手冊(cè)即可完成 小型工程一般對(duì)洪水的調(diào)節(jié)能力較小，工程規(guī)模主要受洪峰流量控制，因此對(duì)設(shè)計(jì)洪峰流量的要求，高于對(duì)洪水過程線的要求,第一節(jié) 概 述,二、小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法,小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法概括起來有4種 推理公式法 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法 歷史洪水調(diào)查分析法 綜合單位線法 其中應(yīng)用最廣泛

3、的是推理公式法和綜合瞬時(shí)單位線法。它們的思路都是以暴雨形成洪水過程的理論為基礎(chǔ)，并按設(shè)計(jì)暴雨設(shè)計(jì)凈雨設(shè)計(jì)洪水的順序進(jìn)行計(jì)算,第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,一、 小流域設(shè)計(jì)暴雨的特點(diǎn),小流域由于面積小，雨深隨面積變化不大，可不考慮暴雨在空間面分布上的不均勻性，面以流域中心的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量代替全流域的設(shè)計(jì)面雨量 小流域匯流面積小匯流歷時(shí)短，在一次暴雨過程中僅有較短歷時(shí)的核心部分雨量參與形成洪峰流量，這部分雨量稱為“成峰暴雨” 小流域通常缺乏自記雨量計(jì)觀測(cè)記錄，通常先推求出年最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量X24,P，然后利用短歷時(shí)暴雨公式或雨量百分率歷時(shí)曲線轉(zhuǎn)換成任意歷時(shí)t的設(shè)計(jì)成峰暴雨量Xt,P,第二節(jié) 小流域

4、設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,二、短歷時(shí)暴雨公式,大量資料的統(tǒng)計(jì)成果表明，暴雨強(qiáng)度和歷時(shí)的關(guān)系可用指數(shù)方程來表達(dá)，它反映一定頻率情況下所取歷時(shí)的平均降雨強(qiáng)度at,P與歷時(shí)t的關(guān)系，稱為短歷時(shí)暴雨公式,式中SP習(xí)慣上稱頻率為P的“雨力”，它表示最大l小時(shí)暴雨的平均強(qiáng)度（mmh），n為暴雨衰減指數(shù)，n=0.60.8,1. 公式形式,第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,2. 參數(shù)分析,在雙對(duì)數(shù)紙上SP為t=1h的縱坐標(biāo)讀數(shù)、而n是直線的斜率,第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,2. 參數(shù)分析,如果在雙對(duì)致紙上點(diǎn)繪aPt關(guān)系，應(yīng)為一直線。但很多地區(qū)由于反映暴雨遞減速度的參數(shù)n值并非常數(shù)，因此繪在雙對(duì)數(shù)紙上的aPt關(guān)系關(guān)系就往往不是直

5、線分布，而是曲線狀。這時(shí)，通常將它概化成變斜率的折線，通過分段圖解確定公式中的暴雨衰減指數(shù)n值,第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,2. 參數(shù)分析,n值反映地區(qū)暴雨特性，在一定的氣候區(qū)內(nèi)具有一定的數(shù)值，因而可對(duì)n值進(jìn)行地區(qū)綜合，給出n值的分區(qū)圖，供無資料流域查用 SP值的大小隨頻率P變化，P愈大，SP愈小。有的部門對(duì)SP也進(jìn)行地區(qū)綜合，繪制成SP等值線圖供查用。但水利部門更廣泛地采用由年最大24h設(shè)計(jì)雨量X24,P反推SP的方法,第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,三、年最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量的計(jì)算,若流域中心附近有充分長(zhǎng)的人工觀測(cè)的日雨量資料，可對(duì)日雨量系列進(jìn)行頻率計(jì)算，先求得年最大一日設(shè)計(jì)雨量X日,P，然

6、后按X24,P1.11.2 X日,P 進(jìn)行換算 如流域無日雨量資料，可由暴雨洪水圖案或手冊(cè)查閱年最大24小時(shí)暴雨均值和Cv等值繪圖，求出流域中心處的均值和Cv ，Cs常采用3.5Cv，由確定的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，便可求得流域中心處年最大24小時(shí)設(shè)計(jì)雨量X24,P,第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,四. 設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配,t=124h,t 1h,t=16h,t=624h,第二節(jié) 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,五. 設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算,產(chǎn)流計(jì)算：由降雨過程求凈雨過程 匯流計(jì)算：由凈雨過程求流量過程,產(chǎn)流,不產(chǎn)流,第三節(jié) 推求公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,一、推理公式得基本形式,推理公式是在假定流域上降雨與損失均勻，即凈雨強(qiáng)度不隨時(shí)間

7、和空間變化等條件下，根據(jù)流域線性匯流原理推導(dǎo)出來的流域出口斷面處設(shè)計(jì)洪蝸流量的計(jì)算公式，又稱合理化公式,1. 基本原理,2. 基本形式,式中 為洪峰徑流系數(shù)，aT,P為最大時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨的平均強(qiáng)度（mm/h)，F(xiàn)為流 域面積（km2）。上述三個(gè)實(shí)質(zhì)上是分別屬于設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算、產(chǎn)流計(jì)算和匯流 算的問題,第三節(jié) 推求公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,二、設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,假定：流域匯流原理分析可知，對(duì)于小流域參與形成洪峰流量的成峰暴雨歷時(shí)t等于流域匯流歷時(shí)T,式中參數(shù)SP、n的確定按上節(jié)方法,第三節(jié) 推求公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,三、產(chǎn)流計(jì)算,洪峰徑流系數(shù)是指參與造成洪峰流量的凈雨量與最大T時(shí)段內(nèi)的降雨量之比值。它可

8、以根據(jù)產(chǎn)流歷時(shí)(或稱凈雨歷時(shí))tc與匯流歷時(shí)T之間的關(guān)系，分成tCT和tCT兩種情況來分折,第三節(jié) 推求公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,1. 產(chǎn)流歷時(shí)tC的確定,2. 洪峰徑流系數(shù) 的確定,第三節(jié) 推求公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,四、匯流計(jì)算,流域匯流歷時(shí)T不僅與流域最大匯流長(zhǎng)度L有關(guān)，還與沿程水力條件有關(guān)，情況較為復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，多采用流域平均匯流速度，來概括描述徑流在坡面和河道內(nèi)的運(yùn)動(dòng),第三節(jié) 推求公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,2、匯流參數(shù)m,選用能反映流域大小和地形條件的流域特征因素與m建立相關(guān)關(guān)系，對(duì)m值進(jìn)行地區(qū)綜合,按下墊面條件定線,按區(qū)域條件定線,按設(shè)計(jì)洪水大小定線,1、損失參數(shù)u,第三節(jié) 推求公

9、式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,2、損失參數(shù)u,第三節(jié) 推求公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,五、設(shè)計(jì)洪峰流量Qm,P的計(jì)算,第四節(jié) 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)本地區(qū)的實(shí)測(cè)或調(diào)查洪水資料進(jìn)行分析，直接建立洪峰流量與有關(guān)因素之間的相關(guān)關(guān)系，然后根據(jù)相關(guān)曲線的線型配以適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方程式采建立的。這種公式部是根據(jù)某一地區(qū)實(shí)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)制定，沒有從形成洪峰流量的物理概念上推導(dǎo)，純屬經(jīng)驗(yàn)關(guān)系、地區(qū)性很強(qiáng)因此稱為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式,1. 單因素公式,以流域面積作為影響洪峰流量的主要因素，把其他因素用一個(gè)綜合系數(shù)表示,式中CP為綜合系數(shù),第四節(jié) 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量,2. 多因素公式,式中J為河

10、道干流平均坡度，f為利于形狀系數(shù)，h24,P為設(shè)計(jì)頻率為P的最大24小時(shí)凈雨量，a, ,r,n為指數(shù),3. 洪峰流量均值的經(jīng)驗(yàn)公式,第五節(jié) 概化設(shè)計(jì)洪水過程線的推求,用于計(jì)算小流域設(shè)計(jì)洪水過程線的方法有綜合單位線法和概化過程線法。綜合單位線包括綜合時(shí)段單位線(指經(jīng)驗(yàn)單位線)和綜合瞬時(shí)單位錢。綜合時(shí)段單位線是將時(shí)段單位線的要素，如洪峰流量qm、洪峰滯時(shí)tc和單位線總歷時(shí)T等，分別與流域特征，如流域面積F、干流河長(zhǎng)L及平均坡度J等建立關(guān)系式的。運(yùn)用這些關(guān)系式就可確定設(shè)計(jì)流域所需單位線。近年來隨著水文計(jì)算工作的發(fā)展和瞬時(shí)單位線的推廣應(yīng)用，我國(guó)絕大部分地區(qū)已以綜合瞬時(shí)單位線取代綜合時(shí)段單位線架推求小流域的設(shè)計(jì)洪水過程,第五節(jié) 概化設(shè)計(jì)洪水過程線的推求,一、三角形概化過程線,三角形概化過程線是一種最簡(jiǎn)單的極化洪水過程線。當(dāng)洪水陡漲陡落時(shí)，可假定流量為直線變化,式中，W設(shè)計(jì)洪水總量(104m3)，hP為設(shè)計(jì)凈雨總量（mm)，T為設(shè)計(jì)洪水總歷時(shí),第五節(jié) 概化設(shè)計(jì)洪水過