第九章_由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水.ppt

,第九章 由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水 inquire into the design flood using rainstorm data,9.1 概述,一、采用設(shè)計(jì)暴雨的原因 （1）流量資料較短時(shí)，直接推求設(shè)計(jì)洪水有困難。 （2）直接法和間接法相互檢驗(yàn)洪水是由暴雨產(chǎn)生的(為主要條 件)，從本質(zhì)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(yīng)該是一致的。 （3）暴雨資料相對(duì)較長(zhǎng)，受人類影響較小，為間接法提供了 可能。,若流量資料充分，一般多用流量資料，其可靠性較高,9.2 設(shè)計(jì)面雨量 由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水主要包括： （1）推求設(shè)計(jì)暴雨（確切講是設(shè)計(jì)暴雨過程）； （2）推求設(shè)計(jì)洪水過程線。,設(shè)計(jì)暴雨,1、統(tǒng)計(jì)選樣 （1）選樣步驟 計(jì)算各次大暴雨的時(shí)段面雨量 固定時(shí)段選年最大面雨量,一、直接法推求設(shè)計(jì)面暴雨量,2、面雨量資料的插補(bǔ)展延 若設(shè)計(jì)流域內(nèi)早期雨量站點(diǎn)稀少，后期雨量站點(diǎn)增多?？衫媒诘亩嗾酒骄炅縳多與同期少站平均雨量x少建立關(guān)系，利用相關(guān)關(guān)系展延多站平均雨量作為流域面雨量。,3、特大值處理 同設(shè)計(jì)洪峰流量(或洪量)計(jì)算。,4、面雨量頻率計(jì)算 采用目估適線法。經(jīng)驗(yàn)頻率公式采用期望值公式、線型采用p-型。國內(nèi)暴雨的cs/cv值，一般地區(qū)為3.5；在cv0.6的地區(qū)，約為3.0；cv0.45的地區(qū)，約為4.0。,5、成果合理性分析 同一流域不同歷時(shí)xp的協(xié)調(diào) 要求： （1）頻率曲線不交叉； （2）不同歷時(shí)的頻率曲線變化平緩，不能出現(xiàn)某歷時(shí)的頻率曲線突變的情況，否則要調(diào)整； （3）對(duì)所有點(diǎn)據(jù)總體擬合最優(yōu)。 設(shè)計(jì)面雨量成果在區(qū)域上的協(xié)調(diào)。,二、間接法推求設(shè)計(jì)面暴雨量,當(dāng)設(shè)計(jì)流域內(nèi)雨量站點(diǎn)稀少，無法直接求設(shè)計(jì)面雨量時(shí)?？上惹蟪龃碚镜脑O(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，然后通過暴雨點(diǎn)面關(guān)系，求相應(yīng)的設(shè)計(jì)面暴雨量。,1、設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨計(jì)算 (1)選樣方法 固定時(shí)段選年最大單站雨量。 (2)暴雨資料的插補(bǔ)延長(zhǎng) 插補(bǔ)延長(zhǎng)的方法：,直接移用鄰近站的雨量 適用條件：地形差別不大。,移用區(qū)域的平均值 適用條件：流域內(nèi)本年份未發(fā)生特大暴雨的情況。 用等值線插補(bǔ) 適用條件：主要是對(duì)發(fā)生特大暴雨的年份，且要求站點(diǎn)較多。由特大暴雨等值線圖進(jìn)行插補(bǔ)。 移置改正 適用條件：兩站的地形，下墊面條件差異較大。 均 值 改 正 xb=xa*（exb/exa）,(3)特大值處理 (4)點(diǎn)雨量頻率計(jì)算,經(jīng)驗(yàn)頻率公式、線型、參數(shù)估計(jì)方法,2、設(shè)計(jì)面雨量的計(jì)算 (1)定點(diǎn)定面的點(diǎn)面關(guān)系 x0xf 關(guān)系 適用條件：流域中心有長(zhǎng)系列雨量資料，流域內(nèi)還有一定數(shù)量且分布比較均勻的其他雨量站資料。,xf /x0f 關(guān)系 適用條件：本流域除中心點(diǎn)外無其他雨量資料。 做法：1）在鄰近地區(qū)找具備資料條件的流域； 2）做鄰近流域的xf /x0f 關(guān)系 繞中心點(diǎn)做同心圓(或正方形)。 統(tǒng)計(jì)同心圓面積f，面平均雨量xf及中心點(diǎn)雨量x0 。 根據(jù)（ xf /x0，f）點(diǎn)據(jù)，綜合出地區(qū)xf /x0f 線。,(3)利用點(diǎn)面關(guān)系將設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)面雨量 根據(jù)設(shè)計(jì)流域面積f在xf /x0f 線上查出(xf /x0) f ， 則xf，p=x0，p* (xf /x0) f,(2) 動(dòng)點(diǎn)動(dòng)面的點(diǎn)面關(guān)系 做法：1）做每場(chǎng)雨的等值線圖 2）對(duì)第i 場(chǎng)雨做xf /x0f關(guān)系 i=1、2（場(chǎng)數(shù)） 3）n場(chǎng)雨綜合，取上外包線（較安全）,9.3 設(shè)計(jì)暴雨時(shí)空分配的計(jì)算,一、設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配計(jì)算 1、典型暴雨的選擇和概化 原則： 能夠反映設(shè)計(jì)地區(qū)的暴雨特性； 雨量大，強(qiáng)度大，雨峰偏后。,2、縮放典型過程及計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配 根據(jù)不同時(shí)段的典型面雨量和設(shè)計(jì)面雨量計(jì)算各時(shí)段的縮放倍比。 采用同頻率方法縮放典型暴雨過程。,南水水庫各時(shí)段年最大雨量頻率曲線圖,雨量的放大倍比分別為： k1=x1p/x1d k3-1=（x3p-x1p）/（x3d-x1d） k7-3=（x7p-x3p）/（x7d-x3d） 式中：x1p、 x3p、 x7p分別為1、3、7日的設(shè)計(jì)雨量； x1d、 x3d、 x7d分別為1、3、7日的典型雨量。,p=0.01%白竹站設(shè)計(jì)暴雨過程圖,p=0.01%梯下站設(shè)計(jì)暴雨過程圖,p=0.01%大壩站設(shè)計(jì)暴雨過程圖,p=0.01%坪溪站設(shè)計(jì)暴雨過程圖,9.4 可能最大降水計(jì)算 9.5 由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水,歷年降雨資料x(t),設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算分系統(tǒng),流域產(chǎn)流匯流計(jì)算分系統(tǒng),設(shè)計(jì)洪水qp（t）,設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水流程,一、設(shè)計(jì)pa的計(jì)算 1、取設(shè)計(jì)pa=im（土壤最大缺水量） 一般適用于濕潤(rùn)地區(qū)，其汛期雨水充沛，土壤易蓄滿。 2、擴(kuò)展暴雨過程法 在擬定設(shè)計(jì)暴雨過程時(shí)，加長(zhǎng)暴雨歷時(shí)，把核心暴雨時(shí)間向前推1530d。,3、同頻率法 在暴雨頻率計(jì)算求得xp 的同時(shí)，計(jì)算(x+pa)p，則： pa=(x+pa)p-xp 當(dāng)?shù)贸龅膒a值大于im時(shí)，取pa=im。,二、產(chǎn)流方案和匯流方案的應(yīng)用 1、外延問題 2、移用問題 3、由設(shè)計(jì)凈雨推求設(shè)計(jì)洪水過程 地面徑流用單位線，地下徑流用簡(jiǎn)化三角形。,三、設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水算例 某中型水庫來水面積為341km2，為防洪復(fù)核，根據(jù)雨洪資料的條件，擬采用暴雨資料來推求p=2%的設(shè)計(jì)洪水。 步驟： 1、設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 通過點(diǎn)暴雨頻率計(jì)算及其參數(shù)分析，ex=110mm， cv=0.58，cs=3.5 cv，求得p=2%時(shí)，最大一日點(diǎn)暴雨量為296mm。通過動(dòng)點(diǎn)動(dòng)面的點(diǎn)面關(guān)系圖，由流域面積查得折減系數(shù)為0.92，則最大1日設(shè)計(jì)面暴雨量xp=296*0.92=272mm 按該地區(qū)的暴雨時(shí)程分配，得設(shè)計(jì)暴雨過程。,p=2%設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配表,2、設(shè)計(jì)凈雨過程的推求 （1）產(chǎn)流計(jì)算 用同頻率法求得設(shè)計(jì)pa，得pa=78mm。本流域土壤最大蓄水量為100mm，則d=100-78=22mm由第一時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨量扣除，得設(shè)計(jì)暴雨過程。,（2）水源劃分 根據(jù)實(shí)測(cè)洪水資料分割得來的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fc=1.5mm/h。 由凈雨過程中扣除下滲量fc tc ，得地面凈雨過程， 其中，第一時(shí)段凈雨歷時(shí)tc=(7.9/29.9)6=1.6h，下滲 量=fc tc =1.5 1.6=2.4mm，故第一時(shí)段地面凈雨量 為5.5mm。,3、匯流計(jì)算（設(shè)計(jì)洪水過程線的推求） （1）地面凈雨根據(jù)單位線推流，得地面徑流過程。 （2）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(zhǎng)為地面徑流歷時(shí)長(zhǎng)的2倍。 具體計(jì)算見p244-245，計(jì)算結(jié)果見p245的表9-6。,9.6 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算,一、概述 小流域設(shè)計(jì)洪水的特點(diǎn)、方法。 1、特點(diǎn) 國內(nèi)小流域上修建的工程數(shù)量很多，往往缺乏水文資料，尤其是實(shí)測(cè)流量資料；小型水利工程對(duì)洪水調(diào)節(jié)適用能力小，故對(duì)此類流域，以計(jì)算洪峰為主，洪水過程可以適當(dāng)簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)單易行 2、方法 主要有：經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式、綜合單位線及流域水文模型等。主要介紹：推理公式、經(jīng)驗(yàn)公式。,1、x24h，p的計(jì)算 （1）由x1d，p 推求x24h，p x24h，p=h.x1d，p h=1.11.2,二、小流域設(shè)計(jì)暴雨 不考慮暴雨在流域面上的不均勻性，以點(diǎn)代面。,(2）用x24h的參數(shù)等值線圖 先查出x24h的參數(shù)(均值、cv 和cs /cv 值)。再計(jì)算：,2、利用暴雨公式，由x24h，p計(jì)算xt，p (t 為任意歷時(shí)) （1）暴雨公式的形式,式中： at，p 歷時(shí)為t，頻率為p的平均暴雨強(qiáng)度(mm/h)； xt，p 歷時(shí)為t，頻率為p的雨量(mm)； sp 頻率為p的“雨力”(t=1h的平均雨強(qiáng)，mm/s)； n 暴雨參數(shù)，一般數(shù)值為0.50.7。,則暴雨公式分為兩段：,根據(jù)我國的實(shí)際情況，雙對(duì)數(shù)線圖上出現(xiàn)折線而不是直線，轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在歷時(shí)t =1h處，如圖。,（2）暴雨參數(shù)(n1、n2、sp)的確定 主要有兩種途徑： 根據(jù)實(shí)測(cè)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(cè)得到,公式：,根據(jù)實(shí)測(cè)暴雨資料分析的步驟： (1) 計(jì)算不同歷時(shí)暴雨系列的頻率曲線； (2) 由不同歷時(shí)各種頻率的xt, p除以歷時(shí)t 得到at, p ； (3) 點(diǎn)繪以頻率p為參數(shù)的lgat, p plgt 關(guān)系，在 t=1h出發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折。,三、設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算 利用損失參數(shù)值計(jì)算小流域設(shè)計(jì)凈雨。 損失參數(shù)值是指產(chǎn)流歷時(shí)tc 內(nèi)的平均損失強(qiáng)度。,四、由推理公式推求設(shè)計(jì)洪水的基本原理 1、推理公式的基本原理 假設(shè)條件：產(chǎn)流強(qiáng)度在時(shí)間和空上分布均勻。 考慮單位換算，洪峰流量的計(jì)算公式如下：,式中： f 流域面積（km2）； a平均降雨強(qiáng)度（mm/h）； 平均損失強(qiáng)度（mm/h）； qm洪峰流量（m3/s）。,qm=0.278（a- ）f,（1）tc t （產(chǎn)流歷時(shí)流域匯流時(shí)間） 全面匯流，流域中的所有點(diǎn)都參與造峰。 qm=0.278（a- ）f,(2）tc = t （產(chǎn)流歷時(shí)=流域匯流時(shí)間） qm=0.278（a- ）f,(3）tc t （產(chǎn)流歷時(shí)流域匯流時(shí)間） qm=0.278（a- ）ftc ftc tc時(shí)段長(zhǎng)的最大面積。,（1）tc t qm=0.278(a- )f=0.278 ht / t f,2、推理公式的一般形式,（2） tc t qm=0.278 hr /t f,連續(xù)t時(shí)段內(nèi)最大產(chǎn)流量,產(chǎn)流歷時(shí)內(nèi)的產(chǎn)流量,五、現(xiàn)行推理公式及其計(jì)算方法 1、設(shè)計(jì)暴雨及產(chǎn)流計(jì)算 （1）采用暴雨公式計(jì)算xt，p或at，p 依據(jù)暴雨公式，得相應(yīng)于指定頻率p的任意時(shí)段t 的設(shè)計(jì)雨量xt，p或平均雨強(qiáng)at，p： xt，p=spt1-n 或 at，p = sp/tn,令 i (t)=，可導(dǎo)出：,（2）產(chǎn)流歷時(shí)tc與產(chǎn)流量計(jì)算,2、流域匯流時(shí)間t的計(jì)算 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： t =0.278l/（mj1/3qm1/4） 式中：l 流域最遠(yuǎn)點(diǎn)的流程長(zhǎng)度 ； j 沿流域最遠(yuǎn)點(diǎn)的平均縱比降； m匯流經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，一般