贵州省暴雨洪计算实用手册-修订本-

1贵州省暴雨洪计算实用手册（修订本）小汇水流域部分王继辉（贵州省水文总站）(在本次修订过程中，省水利水电勘察设计院史学政高级工程师和省水文总站汪德麟高级工程师参加讨论在和确定修订方案及成果报告，对各应用单位对《贵州省暴雨洪水计算实用手册》以关心并提出许多宝贵意见，特在此表示感谢！本修订报告经贵州省水力电力厅黄付华副总工程师、吴焕德总工程师审阅。)《贵州省暴雨洪水计算实用手册》于1983年编制完成。多年来为我省水利水电建设、工矿、铁路、城市规划和建设经及教学、科研等部门所广泛应用，特别是短缺水文资料地区中、小工程规划、设计中的暴雨洪水计算或其管理运行中的防洪安全复核方面，发挥了重要作用，取得较大的效益，受到各方面的重视和好评，但是，在生产实践中，特别小汇水面积使用范围及小汇水面积雨洪计算公式的计算成果可能有相当的偏差。为省水利电力厅指定原编制单位进行补充和修订。对于汇水面积300km2以内的、且几何特征值4/13/1FJL低于30的小流域，应用本修订提供的雨洪计算公式取代原《贵州省暴雨洪水计算实用手册》（以下简称原《手册》）的有关部分，即原《手册》中的（3-5-2）式和原《手册》第33～35页“标准计算式的简化”部分以及有关的附图，附表，对θ高于30的中小流域仍然应用原《手册》的雨洪计算公式。本次修订的小汇水面积雨洪计算公式，仍然循原《手册》的基本思路，由于目前我省仍缺少汇水面积的实测水文资料，因而主要还是参考省外有关资料，参照省内应用原《手册》的效果和经验以及各地暴雨洪水计算的经验修订的，故难免还会有不足和片面之外，望继续2批评、指正。1、基本思路根据我省基本资料情况，河流汇水特性以及服务对象等，编制《贵州省暴雨洪水计算实用手册》时，仍然选定推理公式法，并推荐以采用径流系数的产流分析方法为基础推求雨洪标准计算公式。本次修订汇水面积雨洪计算公式，主要考虑了影响雨洪计算公式结构的关键性的经验关系即汇流参数地区综合经验关系以及有关的边界条件，参照外省的类似经验关系并结合我省的实际情况进行修订。主要有以下几个方面：⑴汇流参数m和流域几何特征值θ之间的地区综合关系m～θ，由于面积较小的小流域及特小流域中坡面汇流随着面积渐小而逐渐起主导作用，各站参与地区综合的m稳系反映大洪水的汇流特征，不同θ值的流域汇流条件相对地差异较小，因而m～θ线坡度较缓。随着面积增大，河槽汇流比重加大汇流速度增加较快，汇流参数m增大较多，汇流m～θ线坡度较陡，所以m～θ线是转折的。参照《小流域暴雨洪水计算》一书综合国内几个地区m～θ关系及邻近省区m～θ关系的趋势，结合我省某些自然地理分类（Ⅰ2类）点据分布情况，我省m～θ线大约在θ＝30处转折，当θ＞30，m～θ线坡度较陡，即原《手册》确定的m=rθ0.73；当θ＜30，m～θ线坡度较缓，如图中所定m=rθ0.22。⑵确定小面积m～θ的趋势时，由于我省实测资料特少，因此，除考虑点据外，还对我省可能出现的最小θ和m值进行估计，假定流域汇水面积为1km2时，对于主河道坡降很大（如100‰）的特小流域，设若干种流域形状系数，其最小的θ不小于3.0。取θ＝3为应用范围的最小值。由我省实测水文资料分析的汇流参数m值，最小值m=0.4，原《手册》在与邻省区典型流域汇流参数比较的综合材料中，我省最小汇流参数为m=0.31～0.39，结合我省分类m～θ关系点据分布，Ⅰ2类（丘山间谷坝、强岩溶、植被差）的m值最低，其小面积的点据较多，依照其点据分布趋势，确定m～θ线在θ＝30处转折后通过θ＝3.0。m=0.3处，m～θ线与Ⅰ2类点据配合得还比较好，亦即在应用范围内取我省的最小汇流参数m=0.3。为此小汇水面积流域的m～θ关系拟合为22.01rm。⑶鉴于其他各自然地理分类（Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3）小汇水面积流域的点据更小，同时考虑推导小汇水面积雨洪计算公式的方便，其他各自然分类的m～θ定为与Ⅰ2类m～θ平行的一组线，即均在θ＝30处转折，22.01rm。地区综合参数的非几何特征系数r1值综合如表1，表中分类即原《手册》的分区。3汇流参数Υ1系数统计表表1-2类别Υ1大类分类流域主要特征典型代表地区平均变化范围Ⅰ1丘山主，中等或部分强岩溶，植被较差。黔中地区0.3350.320～0.360ⅠⅠ2丘山间谷坝，强岩溶，植被较差。皮甲河流域平桥站以上0.2400.220～0.260Ⅱ1高山间山丘区，少量岩溶植被差。松坎河流域松坎站以上0.4300.410～0.450Ⅱ2山区间山丘，少量岩溶，植被一般或较好黔东北部分地区0.3800.360～0.400ⅡⅡ3山区间山丘，非或少量岩溶。植被好黔东南部分地区0.3100.290～0.320⑷根据我省暴雨时面深综合分析的实际情况，当流域汇水面积小于25km2时，暴雨点面折减系数ø＝ａFb=1，流域重心点暴雨量即为流域面平均雨量，此时，ａ＝1，b=0。⑸对于流域汇流时间τ≤1小时的特小流域，大约相当于流域汇水面积F＜10km2的流域，推导雨洪计算公式时，Sp直接用汇流域重心处的暴雨力，即最大1小时（60分钟）设计雨量H1p或H60’p，而不用H24p转算Sp，此时暴雨衰减指数用60分钟以内的衰减指数n1，全省n1的变化范围为0.45～0.55，平均大约为n=0.50。⑹其他概化条件，在简化雨洪计算公式时再予叙述。2、小汇水面积雨洪基本计算公式修订公式的推导⑴当25≤F＜300，并且θ≤30时，推理公式法推求洪峰流量的基本方程为：）（）（原《手册》中243143278.031mtmQmJVhQ取nscht，λ＝41。且VL278.0＝4131FJLbaF＝，此处ａ＝1.32，b=-0.084，75.0n，（n2=0.70，n3=0.80）若2LFf则5.05.0fFL24124HKSpnp22.01m将V、τ、θ、λ、m、Sp、L等代入(3-4-1)式并经转换后，即得设计洪峰流量Qp的基本计算式：423.124716.0240.0360.0922.01357.0HCKFJfQpP(……修订式1)以上各式中：Qm—洪峰流量(m3/s)；Qp—设计频率为P的洪峰流量(m3/s)；Ht—t时段的单一洪峰净雨深(mm)；τ—流域汇流时间(h)；V—流域平均汇流速度(m/s)；m—汇流参数；λ—洪峰流量经验指数，取λ=1/4；—暴雨点面折减系数；n—暴雨衰减指数，对1～24小时，n近似取为0.75；n2为1～6小时平均暴雨衰减指数，n3为6～24小时平均暴雨衰减指数；Sp—设计暴雨雨力，即最大1小时(60分钟)设计雨量H1p或H60’p；H24—年最大24小时点雨量均值(mm)；Kp—皮尔逊Ⅲ型曲线的模比系数，由年最大24小时点雨量变差系数Cv，查Cs=3.8Cv的Kp值表中，设计频率P的Kp值；F、L、J—流域汇水面积(km2)、主河道长度(km)、主河道坡降；f—流域形状系数，f=F/L2；C—洪峰径流系数，查原《手册》附表(九)，为应用方便摘录于后，并稍加整理。洪峰径流系数C查用表(原《手册》附表(九))表3产流分类相应汇流分类流域特征Hp(mm)项目100150200250300400500ⅠⅠ1Ⅰ2丘山间谷坝、中等岩溶、植被较差平均C变化范围0.650.52～0.770.760.63～0.850.820.74～0.880.860.79～0.910.880.83～0.920.910.87～0.940.930.90～0.95Ⅱ1Ⅱ1山区、少量岩溶、植被较差。平均C变化范围0.720.61～0.810.810.74～0.880.860.80～0.940.890.84～0.920.910.87～0.940.930.90～0.950.940.92～0.96Ⅱ2Ⅱ2Ⅱ3山区或部分山区；中等岩溶植被较好平均C变化范围0.660.53～0.770.770.66～0.850.820.74～0.880.860.83～0.910.880.83～0.920.910.87～0.940.930.90～0.955⑵当10≤F＜25时，下限多考虑其流域汇流时间大约为1小时，暴雨统计参数同前，但暴雨的点面折减系数φ=1，此时ａ=1，b=0，则设计洪峰流量Qp的基本计算方式为:23.124819.0240.0260.0922.01254.0HCKFJfQPp(………修订2式)（0.260处有的资料中为0.360）式中各符号同前。⑶当F＜10，即对于τ≤1小时，在雨洪基本公PSCQPm278.0中，S直接用设计暴雨雨力Sp,即最大1小时(60分钟)设计雨量H1p或H60’p，而不用最大24小时设计雨量换算。相应的，推导雨洪基本计算过程中，暴雨衰减指数n亦应采用1小时以内的暴雨衰减指数n，全省n1的变化范围为0.45～0.55，平均约为0.50，由于采用的暴雨参数与前两个修订式不同，因而洪峰径流系数亦不同。此处用C’以示区别，则设计洪峰流量Qp的基本计算式为：143.1890.0149.0225.0574.01'481.0PpSCFJfQ(……修订3式)式中特小流域的洪峰径流系数C′，可参照科学出版社1978年出版的《小流域暴雨洪峰流量计算》一书中的表6.1“径流系数C值表”选用。兹将比较适合我省应用的部分摘录于后。土类特征(Ⅱ类)：粘土地下水位较高(在0.3～0.5m)盐碱土地面；土壤脊薄的岩石地区；植被差，轻微风化的岩石地区。3、雨洪基本计算修订公式的简化本次修订小汇水面积雨洪计算公式，仍近按原《贵州省暴雨洪水计算实用手册》的思路进行简化。⑴流域几何特征方面对于25≤F＜300，且≤30和10≤F＜25的流域，即对于(修订2式)，试以f=0.30和J=0.050为比较基础(下表5中有“﹡”号的)，其变化累计差率如表6。上表所列表可见，对于f=0.20～0.40，J=0.04～0.06的流域，用f=0.30，J=0.050作为表值进行简化，相应的计算误差一般在20%以内。将此代表值代入修订1式和修订2式，得两个简化式。6径流系数C′值表表4n=0.4(用于0.25～0.55)n=0.7(用于0.55～0.85)F(km2)S(mm/h)S(mm/h)前期土壤水分对C′值改正数土类前期土壤水分t(h)高低山丘陵平坦204070100200204070100200湿润干旱0.10.01～1.00.780.830.860.880.910.870.870.900.910.930.21.01～5.00.01～1.00.760.810.850.870.900.800.840.870.890.910.45.01～201.01～5.00.01～1.00.730.790.830.850.890.760.810.850.870.900.620.01～505.01～201.01～5.00.720.780.820.840.880.730.790.830.850.890.850.01～10020.01～505.01～200.700.770.810.830.870.710.780.820.840.881.050.01～10020.01～500.690.760.810.830.870.690.760.810.830.87Ⅱ中等2.550.01～1000.650.730.780.810.850.610.700.760.790.831.080.92说明：1、表中n为暴雨衰减指数，S为雨力；2、对推求设计洪水，一般可不进行前期土壤水分对C′的改正。7f、J变化累计差率统计表表5ff0.360360.0648.0fJJ0.240240.0487.0J累计差率(%)0.200.5601.1570.0400.4621.05421.90﹡0.300.6481.000.0500.4871.0000.000.400.7190.9010.0600.5090.957－13.80.450.7500.8640.0800.5450.894-22.8①当25≤F＜