小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算清楚明了

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，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200-300km2。水保上指的小流域，一般在30km2以下，最多不超過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、洪水總量和洪水過程線三個要素。洪峰流量即一次洪水流量的最大值，用Qm表示。洪水總量為一次洪水流過程的總水量。（3）小流域設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):

推求設(shè)計(jì)洪水時，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)的一個重要指標(biāo)。——參閱《水利水電樞紐工程等級劃分設(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)小流域沒有設(shè)站觀測，缺乏實(shí)測流量和降雨資料。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、淤地壩對洪水的調(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。洪水總量與洪水過程居于次要，可以簡化。（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，綜合瞬時單位線法，洪水調(diào)查法等?！评砉椒ㄊ菑谋┯晷纬珊樗某梢虺霭l(fā)，即由暴雨推求流域設(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）暴雨和損失在時空上是均勻的，即凈雨強(qiáng)度不隨時間、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，即匯流面積隨時間的增長率是一條直線，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之為凈雨。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

2.匯流歷時(τ)凈雨從流域上某點(diǎn)流到出口斷面的時間即匯流歷時。（見P76圖5-2）

3.流域匯流歷時(τm）流域最遠(yuǎn)點(diǎn)的凈雨流到出口斷面的時間。

4.

等流時線具有相同匯流時間的各點(diǎn)連線稱為等流時線。

5.產(chǎn)流歷時（tc）徑流開始產(chǎn)生到徑流終止所經(jīng)歷的時間即產(chǎn)流歷時，又稱為凈雨歷時。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，經(jīng)過如下三步驟：(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)Ψ；（三）匯流計(jì)算——確定流域匯流歷時τ。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）：在地形圖上勾出分分水線后量得，在在圖上如看不清分分水線時，應(yīng)實(shí)地地勘測。（2）流域匯流長度（（L）：包括坡面和主河道道長度。地形圖上上量取自出口斷面面沿主河道至分水水嶺的最長距離。。（3）沿流程的平均縱縱比降（J）：自出口斷面起根據(jù)據(jù)沿流程比降變化化特征點(diǎn)高程及河河長，利用公式計(jì)計(jì)算。P16第二節(jié)水科院推理公式法法（一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)計(jì)算四、水科院推理公式法法的計(jì)算步驟1.流域特征參數(shù)（F、L、J）確定第二節(jié)水科院推理公式法法（一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)計(jì)算四、水科院推理公式法法的計(jì)算步驟2.暴雨特性參數(shù)（n、Sp）確定①暴雨衰減指數(shù)n隨地區(qū)及歷時長短短而變。常用的暴暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式式為：該公式由水文所分分析了我國8個城市(北京、天津、南京京、上海、成都等等))的暴雨資料制定的的。第二節(jié)水科院推理公式法法（一）設(shè)計(jì)暴雨計(jì)計(jì)算四、水科院推理公式法法的計(jì)算步驟2.暴雨特性參數(shù)（n、Sp）確定②設(shè)計(jì)暴雨雨力(Sp)：即t=1h的最大暴雨平均強(qiáng)強(qiáng)度(mm/h)，隨地區(qū)和重現(xiàn)期期而變?！捎盟氖謨灾械牡腟p等值線圖和n值分區(qū)圖計(jì)算暴雨雨強(qiáng)度?！缛盨p等值線圖，可根據(jù)據(jù)各地區(qū)的水文手手冊查得設(shè)計(jì)地區(qū)區(qū)的暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)數(shù)H24、Cv和Cs，以t＝24h作為控制時間即可可求得Sp：P83——產(chǎn)流計(jì)算的實(shí)質(zhì)是求成峰系數(shù)Ψ。成峰徑流系數(shù)是匯匯流歷時內(nèi)τ凈雨總量hτ和暴雨總量Hτ的比值。第二節(jié)水科院推理公式法法（二）產(chǎn)流計(jì)算四、水科院推理公式法法的計(jì)算步驟①求成峰系數(shù)Ψ的確定：②產(chǎn)流歷時（tc）的確定：u是產(chǎn)流期間內(nèi)損失失強(qiáng)度的平均值。。反映了地面平均均入滲能力，它的大小與土壤的的滲水性、植被、、地貌、暴雨特性性、土壤前期含水水量等有關(guān)。陳家瑜等提出用用下式計(jì)算u值（該公式適合于tc≤24h的情況）。第二節(jié)水科院推理公式法法（二）產(chǎn)流計(jì)算四、水科院推理公式法法的計(jì)算步驟③平均入滲強(qiáng)度（u）的計(jì)算：第二節(jié)水科院推理公式法法四、水科院推理公式法法的計(jì)算步驟（二）產(chǎn)流計(jì)算當(dāng)tc＞24h要改用下式式計(jì)算下滲滲強(qiáng)度u：各省、自治治區(qū)水文手冊中一般都提提出了計(jì)算算u值的方法。。匯流計(jì)算的的目的是推求匯流流歷時τ。計(jì)算公式式如下：第二節(jié)水科院推理理公式法四、水科院推理理公式法的的計(jì)算步驟驟（二）產(chǎn)流流計(jì)算（一）設(shè)計(jì)計(jì)暴雨計(jì)算算（三）匯流流計(jì)算1.匯流歷時τ的確定四、水科院推理理公式法的的計(jì)算步驟驟（二）產(chǎn)流流計(jì)算（一）設(shè)計(jì)計(jì)暴雨計(jì)算算（三）匯流流計(jì)算1.匯流歷時τ的確定第二節(jié)水科院推理理公式法2.匯流參數(shù)(m)的確定m的確定是匯匯流計(jì)算的的關(guān)鍵，它它是反映洪洪水匯流特特征的參數(shù)數(shù)，與植被、地地形、河網(wǎng)網(wǎng)分布、河河槽斷面形形狀、河道道糙率等因因素有關(guān)。。m值的計(jì)算公公式為：許多省(區(qū))水文手冊都都給出了本本地區(qū)m值的經(jīng)驗(yàn)公公式，供設(shè)計(jì)時使使用。全面匯流

第二節(jié)水科院推理理公式法四、水科院推理理公式法的的計(jì)算步驟驟（二）產(chǎn)流流計(jì)算（一）設(shè)計(jì)計(jì)暴雨計(jì)算算（三）匯流流計(jì)算（四）洪峰流量Qm計(jì)算部分匯流

公式計(jì)算存存在兩個困困難：1、τ在計(jì)算前是是未知量，，無法判斷斷是屬于全全面匯流還還是部分匯匯流。2、方程中不不能將已知知量和未知知量分開，，不能采用用代入法求求解。試算法！1．確定7個參數(shù)，即流域特征征參數(shù)F、L、J；暴雨特性性參數(shù)Sp、n；經(jīng)驗(yàn)性參參數(shù)u、m。2．求產(chǎn)流歷歷時tc。3．假定一個個Qm設(shè)，代入公式式計(jì)算τ。。4.將τ與tc比較，判斷是全全面匯流還還是部分匯匯流，選定定出計(jì)算Ψ的公式，計(jì)算出Ψ。5．將τ和Ψ代入求Qm的公式，計(jì)計(jì)算Qm計(jì)，并比較Qm計(jì)和Qm設(shè)是否相等，，如不相等等，重新假假設(shè)Qm設(shè)，再試算，，直至相近近。第二節(jié)水科院推理理公式法五、水科院推理理公式試算法的計(jì)算過程程試算法例題題黃河下游某某流域擬建建一小水庫庫，壩址處處流域面積積F=92km2，L=29km，J=2.02%，H24,1%=343mm，n=0.588，m=1.07，=4.9mm/h，利用試算算法求Qm,1%第二節(jié)水科院推理理公式法第二節(jié)水科院推理理公式法試算法例題題為解決上述方程求解設(shè)計(jì)最大洪峰流量時的兩個困難，可制成諾模圖求解Ψ和τ0。步驟如下：1.計(jì)算n、Sp、u、m、tc

（同試算法）2.求τ03.求Ψ

及τ根據(jù)圖5-13p88頁，Ψ—τ諾模圖，可得出τ

/τ0

，利用公式求得τ

4.根據(jù)τ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Ψ上。諾模圖法例例題第二節(jié)水科院公式式法水保工程中中的小型水水庫、淤地地壩等要考考慮調(diào)洪作作用，以便便確定溢洪洪道尺寸。。因此設(shè)計(jì)洪洪峰流量推推求后，還還要推求設(shè)設(shè)計(jì)洪水總總量和洪水水過程線。。第二節(jié)水科院推理理公式法六、設(shè)計(jì)洪水量量及洪水過過程線（一）設(shè)計(jì)計(jì)洪水總量量Wp的推求hR——設(shè)計(jì)凈雨深深或徑流深深(mm)；h24p——相應(yīng)于頻率率P的24h的暴雨量H24p的徑流深(mm)；a24——降雨歷時等等于24h的徑流系數(shù)數(shù)；h24P——查地區(qū)H24P－h(huán)24P關(guān)系曲線圖圖。小流域多采采用三角形形過程線，，由實(shí)測洪洪水過程線線概化而成成。T=t1+t2=2Wp/Qm式中Wp——設(shè)計(jì)洪量(m3)；Qm——設(shè)計(jì)洪蜂流流量(m3/s)；T——設(shè)計(jì)洪水過過程線總歷歷時(h)；t1——漲洪歷時，，即匯流歷歷時τt2——退洪歷時時。t2/t1=λ，λ一般為為1-3，最高達(dá)達(dá)10。第二節(jié)水科院推推理公式式法六、設(shè)計(jì)洪水水量及洪洪水過程程線（一）設(shè)設(shè)計(jì)洪水水總量Wp的推求（二）洪水過程程線的推推求——三角形過過程線一、公式的基基本形式式與特點(diǎn)點(diǎn)2、基本形形式：鐵道部第第一設(shè)計(jì)計(jì)院、中中科院地地理所等等組成的的小流域域暴雨徑徑流研究究組提出出的計(jì)算洪峰峰流量的的簡化公公式。第三節(jié)小流域暴暴雨徑流流研究組組公式式中：C1產(chǎn)流因素素,C2匯流因素素,Z由暴雨與與匯流因因素而定定的指數(shù)數(shù)。1、假設(shè)條條件：小流域暴暴雨徑流流研究組組法認(rèn)為為：（1）流域的的匯流面面積隨時時間增長長率為一一條曲線線。（2）流域內(nèi)內(nèi)降雨也也不均勻勻，最大大洪峰流流量是由由部分流流域面積積匯流形形成。第三節(jié)小流域暴暴雨徑流流研究組組公式3、研究組組公式的的特點(diǎn)：(1)考慮到暴暴雨損失失與暴雨雨強(qiáng)度的的關(guān)系，，公式推推導(dǎo)采用用變動的的洪峰徑徑流系數(shù)數(shù)。(2)為適應(yīng)小小流域(特別是100km2以下的小小流域)山坡匯流流所占比比重較大大的情況況，流域域匯流時時間采用用河槽與與山坡匯匯流時間間的代數(shù)數(shù)和。(3)計(jì)算參數(shù)數(shù)除暴雨雨及與其其有關(guān)參參數(shù)外，，所有計(jì)計(jì)算參數(shù)數(shù)均不帶帶頻率概概念,而取平均均情況,即暴雨與與流量同同頻率。。(4)當(dāng)流域面面積F＞10km2時，暴雨雨計(jì)算考考慮了點(diǎn)點(diǎn)面折減減系數(shù)η一、公式的基基本形式式與特點(diǎn)點(diǎn)第三節(jié)小流域暴暴雨徑流流研究組組公式二、研究究組計(jì)算算Qm的基本計(jì)計(jì)算公式式令則式中：P：最大同同時匯流流