1、第9章 由暴雨资料推求设计洪水,9.1 概述9.2 设计面暴雨量9.3 设计暴雨时空分配计算9.4 由设计暴雨推求设计洪水9.5 小流域设计洪水计算,9.1 概述,9.1.1问题的提出,设计流域实测流量资料不足或缺乏,难以用相关法插补延，需用暴雨资料推求设计洪水；人类活动破坏了洪水系列的一致性;多种方法,互相印证,合理选定;PMP和小流域设计洪水常用暴雨资料推求；无资料地区的小流域设计洪水。,9.1 概述,9.1.2由暴雨资料推求设计洪水的步骤,按照暴雨洪水的形成过程，推求设计洪水可分三步进行。推求设计暴雨:用频率分析法求不同历时指定频率的设计雨量及暴雨过程。推求设计净雨:设计暴雨扣除损失就是
2、设计净雨。推求设计洪水:应用单位线法等对设计净雨进行汇流计算，即得流域出口断面的设计洪水过程。主要步骤：暴雨选样 设计暴雨 设计净雨 设计洪水,基本假定：是设计暴雨与设计洪水是同频率的,9.2 设计面暴雨量,设计面雨量是指设计断面以上流域的设计面暴雨量。,直接法：雨量站多、分布较均匀、各站又有长期的同期资料、能求出比较可靠的流域平均面雨量时，就可直接选取每年指定统计时段的最大面暴雨量，进行频率计算求得设计面暴雨量。间接法：雨量站稀少、或观测系列甚短，或同期观测资料很少甚至没有，无法直接求得设计面暴雨量，可先求流域中心附近代表站的设计点暴雨量，然后通过暴雨点面关系，求相应的设计面暴雨量。,暴雨资
3、料收集：主要向水文、气象部门刊印的水文年鉴、气象月报收集；主管部门的网站查阅；也可收集特大暴雨图集和特大暴雨的调查资料。暴雨资料的审查：可靠性审查：重点审查特大或特小值，记错、遗漏，自记器故障等；一致性审查：不同类型暴雨；代表性审查：临近长系列雨量、大洪水，偏丰、偏枯。统计选样：固定时段选取年最大值法。习惯上取单数天,如1、3、7、15天等。选取23个控制时段。,9.2 设计面暴雨量,9.2.1直接法推求设计面暴雨量,1.暴雨资料的收集、审查和统计选样,例P227表91,2.面雨量资料的插补展延,A站,B站,C站,E站,D站,F站,G站,1950,1960,1970,1980,1990,A、C
4、、D、G19681990年平均,系列中是否含有特大暴雨直接影响系列的代表性。一般暴雨变幅不很大，若不出现特大暴雨，统计参数均值、Cv往往会偏小，但加入特大暴雨，未作特大暴雨处理，又会使统计参数偏大。判断大暴雨资料是否属于特大值，一般可从经验频率点据偏离频率曲线的程度、模比系数K的大小、暴雨量级在地区上是否很突出，以及论证暴雨的重现期等方面进行分析判断。特大值处理的关键是确定重现期。一般认为，当流域面积较小时，流域平均雨量的重现期与相应洪水的重现期相近。,3.特大值的处理,4.面雨量频率计算,适线法：线型：（P-型）。参数：一般地区Cs3.5Cv。Cv0.6，Cs3.0Cv；Cv0.45，Cs4
5、.0Cv,比较统计参数，随面积增大而逐渐减小。直接法计算结果与间接法计算结果比较。与邻近地区的特大暴雨历时、面积、雨深资料比较。,5.设计面雨量计算成果合理性检验,9.2 设计面暴雨量,9.2.2间接法推求设计面暴雨量,1.设计点雨量的计算,设计点雨量是要推求流域中心的设计点暴雨量。如果流域中心或附近有雨量站，且有长系列观测资料，可采用频率计算方法直接计算。实际上很少这种情况，一般是求出流域各站的设计点暴雨，绘制设计点暴雨量等值线图，插值出流域中心的设计点暴雨量。,当流域面积很小时，可直接把流域中心的设计点雨量作为流域的设计面雨量。对于较大面积的流域，必须研究点雨量与面雨量之间的关系，进而将设
6、计点雨量转化为设计面雨量。,2.设计面暴雨量的计算,1）定点定面关系,2）动点动面关系,固定点：长系列资料的雨量站（流域中心或附近）。固定面：设计流域（比较多和分布均匀的雨量站）。建立固定点雨量和固定面雨量之间的关系,称定点定面关系。,对于一次暴雨某种时段的固定点雨量，有一个相应的面雨量，在定点定面条件下，点面折减系数为：,有了若干次某时段暴雨量，则可有若干个0值，取其平均值，作为设计计算用的点面折减系数。,1）定点定面关系,以暴雨中心点面关系代替定点定面关系，即以流域中心设计点暴雨量及地区综合的暴雨中心点面关系去求设计面暴雨量。由于暴雨中心的位置和暴雨分布不尽相同，是变化的，所以称动点动面关
7、系。,图9-3 某地区3天暴雨点面关系图 1各次实测暴雨；2地区平均暴雨,2）动点动面关系,“动点动面暴雨点面关系”包含了三个假定:假定设计暴雨的中心一定发生在流域中心；假定设计暴雨的点面关系符合平均的点面关系；假定流域周界与设计暴雨的某一等雨深线相重合。,注意：由于大中流域点面雨量关系一般都很微弱，应尽可能的采用直接法计算设计面暴雨量。,9.3 设计暴雨时空分布的计算,9.3.1设计暴雨时程分布,1.典型暴雨的选择和概化,典型暴雨同频率控制缩放,条件：代表性出现次数较多，分配形式接近多年平均和常遇情况。对工程不利暴雨核心部分偏后，形成的洪峰也偏后，对水库安全影响较大。在缺乏资料时，可引用水文
8、手册中的概化的典型雨型。,2.缩放典型过程，计算设计暴雨的时程分配,典型暴雨过程的缩放方法与设计洪水的典型过程缩放计算基本相同，一般均采用同频率放大法。,表9-3 暴雨日程分配（同频率法）,表9-2 各时段设计暴雨量,例【9-1】,表9-4 面设计暴雨最大1日的时程分配（同倍比法）,9.3 设计暴雨时空分布的计算,9.3.1设计暴雨地区分布,1.典型暴雨图法,2.同频率控制法,9.5 由设计暴雨推求设计洪水,9.3.1设计Pa的计算,取设计Pa=Im：雨水充沛，土壤湿润。扩展暴雨过程法：在统计暴雨资料时，加长统计历时，使之包括前期降雨历时在内。同频率法：,求设计条件下的土壤含水量，即设计Pa。
9、,注意：当得出PapIm时，则取Pap=Im。,上述三种方法中，扩展暴雨过程法用得较多，第一中方法仅适用于湿润地区。同频率法往往误差较大，常出现一些不合理得现象。,简化的降雨径流相关图,9.5 由设计暴雨推求设计洪水,9.3.2产汇流方案的应用,设计暴雨属于稀遇的大暴雨，往往超过实测暴雨很多，在推求设计洪水时，必须外延有关的产流、汇流方案。,常采用x+Pa与y形式的相关图法，关系线上部为45线，外延比较方便。,1.外延问题,产流方案,图9-9 PaiI0相关图,多采用初损后损法，对有关相关图在外延时必须考虑设计暴雨的雨强因素的影响。,湿润地区,干旱地区,由单位线的两个假定可知，汇流方案都属于“
10、线性系统”。对于实测暴雨，精度可以满足要求，对于罕见的大暴雨，线性假定可能导致相当大的误差。因此必须注意汇流方案在特大暴雨条件下的适用性。尽量选用实测大洪水资料分析得到的汇流方案（单位线），避免外延过远而扩大误差。用一般常遇洪水分析得到的单位线推求设计洪水，与由特大洪水资料分析的单位线推流，成果可能相差很大，其差值可达20%左右。,汇流方案单位线,如果设计流域缺乏实测降雨径流资料，无法直接分析产流、汇流方案，就得解决移用问题。产流方案一般采用分区综合法，如山东水文手册上就有适用于不同地区的14条次降雨径流相关线，供各个分区查用，汇流方案一般采用单位线的综合成果。,2.移用问题,9.5 由设计暴
11、雨推求设计洪水,9.3.2产汇流方案的应用,9.5 由设计暴雨推求设计洪水,9.3.3由设计暴雨推求设计洪水步骤,由暴雨资料推求设计洪水的步骤：暴雨选样；推求设计暴雨；推求设计净雨；推求设计洪水过程线。,【例9-3】某中型水库，集水面积为341km2，为了防洪复核，根据实测雨洪资料，拟采用暴雨资料来推求P=2的设计洪水。,1.设计暴雨计算 设计暴雨时段采用1天。首先根据雨量站的实测资料，推求设计点暴雨量，频率计算结果为：=110mm、Cv=0.58、Cs=3.5Cv 求得P=2%的最大1日设计点暴雨量为296mm。通过动点动面的暴雨点面关系图，查得暴雨点面折减系数为0.92，则P=2%的最大1
12、日面设计暴雨量为：x面1日=2960.92=272mm 按该地区的暴雨时程分配，求得设计暴雨过程，见表9-5。,表9-5 P=2%设计暴雨过程分配,2.设计净雨过程的推求 用同频率法求得设计Pa=78mm，本流域Im=100mm，所以降雨损失为22mm，可求得设计净雨过程（设计暴雨减去损失的雨量22mm）。分割地面净雨和地下净雨。fc=1.5mm/h,第一时段净雨历时：tc=7.9/29.961.6h，地下净雨h下=fctc=1.51.6=2.4mm。,3.设计洪水过程的推求,地下径流过程概化成等腰三角形出流，其峰值出现在设计地面径流停止时刻（第13时段），地下径流过程的底长为地面径流底长的2
13、倍，即 T下=2T面=2136=156h,T面,T下,地面径流,地下径流,t,Q,则W下=0.1h下F=0.129.4341104(m3)=1000104m3,T面,T下,地面径流,地下径流,t,Q,Qm下,9.6 小流域设计洪水的计算,小流域设计洪水具有的特点：(1)在小流域上修建的工程数量很多，往往缺乏暴雨和流量资料，特别是流量资料。(2)小型工程一般对洪水的调节能力较小，工程规模主要受洪峰流量控制，因而对设计洪峰流量的要求，高于对设计洪水过程的要求。(3)小型工程的数量较多，分布面广，计算方法应力求简便，使广大技术人员易于掌握和应用。,方法：推理公式法 经验公式法,9.6 小流域设计洪水
14、的计算,9.6.1小流域设计暴雨,针对小流域水文资料缺乏的特点，设计暴雨推求常采用以下步骤：根据省（区）水文手册中绘制的暴雨参数等值线图，查算出统计历时的流域设计雨量，如24h设计暴雨量等；将统计历时的设计雨量通过暴雨公式转化为任一历时的设计雨量；按分区概化雨型或移用的暴雨典型同频率控制放大，得设计暴雨过程。,1.年最大24h设计暴雨量计算 和Cv由各省区的暴雨径流查算图表和水文手册查取。Cs/Cv由Cs/Cv的分区图查由以上可求流域中心点的某频率的24h设计暴雨量,2.暴雨公式,式中:at,p历时为t，频率为P的平均暴雨 强度，mm/h；Spt=1h的平均雨强，俗称雨力，mm/h；n暴雨参数
15、或称暴雨递减指数。,xt,p频率为P，历时为t的暴雨量，mm。,图9-10 暴雨强度历时频率曲线,Sp及n值确定之后，即可用暴雨公式进行不同历时暴雨间的转换。24h雨量x24,p转换为t h的雨量xt,p，可以先求1h雨量,，再由Sp转换为t h雨量。,由求得的Sp转求t h雨量xt,p：当1ht24h时,当t1h时,9.6 小流域设计洪水的计算,9.6.2设计净雨计算,基本假定 流域产流强度在时间和空间分布均匀；流域汇流符合线性规律；流域汇流面积随汇流时间的增加而均匀增加。推理公式形式,9.6 小流域设计洪水的计算,9.6.3由推理公式推求设计洪水,计算中涉及三类共7个参数，即流域特征参数F
16、、L、J；暴雨特征参数S、n；产汇流参数、m。为了推求设计洪峰值，首先需要根据资料情况分别确定有关参数。对于没有任何观测资料的流域，需查有关图集。从公式可知，洪峰流量Qm和汇流时间互为隐函数，而径流系数对于全面汇流和部分汇流公式又不同，因而需有试算法或图解法求解。,1.试算法该法是以试算的方式联解式（8.7.4）（8.7.5）和(8.7.6），步骤如下：通过对设计流域调查了解，结合水文手册及流域地形图，确定流域的几何特征值F、L、J，设计暴雨的统计参数（均值、CV、Cs/CV）及暴雨公式中的参数n（或n1、n2），损失参数及汇流参数m。计算设计暴雨的Sp、xTP，进而由损失参数计算设计净雨的TB、RB。将F、L、J、RB、TB、m代入式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），其中仅剩下Qm、Rs,未知，但Rs,与有关，故可求解。,用试算法求解。先设一个Qm，代入式（8.7.6）得到一个相应的，将它与tc比较，判断属于何种汇流情况，再将该值代入式（8.7.4）或式（8.7.5），又求得一个Qm，若与假设的一致（误差不超过1%），则该Qm及即为所求；否则，另设Qm仿以上步骤试算，直到
