第7章洪水分析計(jì)算教學(xué)輔導(dǎo).

1、第 7 章 洪水分析計(jì)算 教學(xué)輔導(dǎo)25什么是洪水三要素，洪水分析計(jì)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(diǎn)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(dá)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?yàn)檫@樣，洪水分析計(jì)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(jì)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(xiǎn)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(hù)地區(qū) 受洪水危害的風(fēng)險(xiǎn)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(hù)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(shí)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(xì)的介紹。概括地說，工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中防洪設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 第二類是保障下游防護(hù)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)(對應(yīng)正常運(yùn)用情 況）和校核標(biāo)準(zhǔn)（對應(yīng)非常運(yùn)用情況） 。工程遇到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時應(yīng) 能保證正常運(yùn)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(jì)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(shí)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(shí)際上是沒有意義的 （試想如上 游防洪水庫已失事，下游防護(hù)對象如何保證安全？） 。27推求設(shè)計(jì)洪水有哪幾種基本途徑？ 如前述，絕大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)洪水就是某一頻率的洪水。故 推求設(shè)計(jì)洪水一般就是推求符合設(shè)計(jì)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(jì)要求不同， 推求設(shè)計(jì)洪 水有不同途徑。當(dāng)設(shè)計(jì)流域具有較長期的實(shí)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(jì)洪水。當(dāng)流域具有較長期實(shí)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(jì)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(yàn)公式等方法推求設(shè)計(jì)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(jì)洪水 （可能最大洪水的計(jì)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(yuǎn)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(shí)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(shí)測一般洪水之間的洪水變量， 需進(jìn)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(yàn)頻率的計(jì)算方法問 題。在文字教材中介紹了兩種頻率計(jì)算方法，在這兩種方法中，特大 洪水的頻率計(jì)算公式實(shí)際上是相同的。對于一般洪水的頻率計(jì)算公 式，望

7、理解其假定和來源。29推求設(shè)計(jì)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(jì)洪水時要確定設(shè)計(jì)洪水過程線，亦即確定設(shè)計(jì)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(jì)洪水過程線。 進(jìn)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(jì)洪峰流量與典型洪峰流量的比 值或某時段的設(shè)計(jì)洪量與典型洪量的比值對典型洪水過程線進(jìn)行放 大。但按此法進(jìn)行放大后， 不能保證設(shè)計(jì)洪水過程線各個時段的洪量 或洪峰流量都與設(shè)計(jì)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(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪量值。這兩種放大典型過程線的方法在水文分析計(jì)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(jìn)行 產(chǎn)流計(jì)算？在由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水時，需對流域的產(chǎn)流和匯流分別進(jìn) 行分析計(jì)算。蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流均為流域產(chǎn)流計(jì)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(dá)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(qiáng)， 在土壤沒有達(dá)到田間持水量以前， 降雨強(qiáng)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(jìn)行產(chǎn)流分析計(jì)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(jì)降雨量 P,橫軸表示累計(jì)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(jì)暴雨確定后， 即可運(yùn)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(jì)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(jìn)行匯流計(jì)算，需對地面凈雨和地下凈雨進(jìn)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(bǔ)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(qiáng)度超過下滲強(qiáng)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(qiáng)度超過下滲強(qiáng) 度時流域才產(chǎn)流。對于超滲產(chǎn)流，可用初損后損法進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算。初損后損法是 一種簡化計(jì)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(qiáng)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(jìn)行分析，可求出流域后損平均強(qiáng) 度f的平均值，并可將該平均值作為流域的后損平均強(qiáng)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(jì)算的示意圖。產(chǎn)流計(jì)算時， 可先計(jì)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(jì)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(qiáng)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(jì)洪水，除了推求它的設(shè)計(jì)洪峰流量和不同時段的設(shè)計(jì) 洪量外，還需確定其洪水過程線，即進(jìn)行匯流計(jì)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(jì)算的方法，在推求設(shè)計(jì)洪水過 程線時，用于推求地面徑流過程。單位線法是有實(shí)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(jì)洪水計(jì)算有何特點(diǎn)，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(shí)測資料。同時，實(shí)際工作中，經(jīng)常會遇到 需要在小流域上對多個工程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)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(diǎn)