工程水文学六七八章复习

第六章由流量资料推求设计洪水一、概述：1.水利工程（水库、大坝）的作用：兴利、防洪2.洪水：由于流域内降雨或融雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位猛涨的水文现象。3.设计洪水：指水利水电工程规划、设计中所依据的各种设计标准的洪水。4.水工建筑物的等级和防洪标准设计标准：水库枢纽正常运行，而不被破坏的标准。对应着设计洪水。校核标准水利工程不正常运用，主要水工建筑物必须确保安全的标准，允许效能设施、次要建筑物部分破坏。对应着校核洪水。坝顶高程取大者设计洪水位+安全超高+风浪爬高校核洪水位+安全超高+风浪爬高5.设计洪水计算的内容和方法：内容：三要素--设计洪峰流量、设计洪量、设计洪水过程线，不同工程有所侧重方法：由流量资料直接推求设计洪水的方法由降雨资料间接推求设计洪水的方法二、设计洪峰流量QmP及设计洪量WtP的推求1.资料审查：可靠性（实测年份差，调查大洪水）、一致性（洪水改道）、代表性（历史特大洪水）2.样本选取：洪峰流量--年最大值法；固定时段独立选取年最大值法--洪量系列3.洪水资料的插补延长：相关分析--上下游站的洪水特征值、本站峰量关系、暴雨径流关系、相邻河流测站的洪水特征值4.特大洪水的处理1）特大洪水重现期的确定①从发生年代至今为最大N=设计年份-调查期发生年份+1②从调查考证的最远年份至今为最大N=设计年份-文献考证期最远年份+1如果能调查到N年（Nn）中的特大洪水，就相当于把n年资料展延到了N年，提高了系列的代表性，使计算结果更合理、准确。2）洪水经验频率的估算独立样本法5.频率曲线线型选择皮尔逊Ⅲ型6.频率曲线参数的估算：初估参数1）矩法2）三点法：三点的选取计算查S—Cs关系表，求Cs再查Cs—Φ值表，得Φ(P1,Cs)，Φ(P2,Cs)，Φ(P3,Cs)。7.适线法注意事项1)尽量照顾点群的趋势，使曲线通过点群中心。2）曲线与点据拟合时，侧重考虑中、上部的较大洪水点据。3）适线是不宜机械地通过特大洪水点据，也不宜脱离大洪水点据过远。8.设计洪水估计值的抽样误差9.计算成果的合理性检验：2,...,n1,llmnmPm1a1,2,...,MNMPM1nliiajjxjnaNxNx111nliiajjvxxlnaNxxNxC1212111)(),(),(),(),(),(31231ssssssCfCPCPCPCPCPS),(),(3131ssPPCPCPxx),(22sPCPxxxCv（1）据本站频率计算成果，检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历时之间的关各历时洪量频率曲线不相交。随历时增长，洪量均值增大，Cv、Cs一般减小。(2)根据上下游、干支流及邻近地区各河流洪水频率分析成果进行比较。从上游到下游，均值增大、Cv值减小（3）与暴雨频率分析结果进行比较：一般洪水径流深应小于相应天数的暴雨深，而洪水的Cv值大于相应暴雨量的Cv值。三、设计洪水过程线的推求1.典型洪水过程线的选择1）资料完整，精度较高，峰高量大的实测大洪水过程线；2）具有较好的代表性，即在发生季节、地区组成、峰型、主峰位置、洪水历时及峰量关系等能代表设计流域大洪水的特性；3）选对防洪不利典型，如峰型集中、主峰靠后。4）如下游有防洪要求，考虑与下游洪水遭遇的不利典型2.典型洪水过程线放大典型洪水过程线上选取不同时段洪量，时段应长包短同倍比放大同频率放大优缺点:优--同倍比：简单、快捷；能保持典型洪水过程线的形状.同频率：峰、量同频率，符合设计标准缺--同倍比：峰、量不能保持同一频率；与设计标准有较大差异同频率：复杂；放大的典型洪水过程线的形状与实际有差异。四、分期设计洪水：施工阶段的防洪需要分期划分依据：设计流域洪水季节变化规律、工程要求、原则：尽可能根据不同成因的洪水，把全年划分为若干分期。分期不宜过短，一般以不短于1个月为宜。施工初期围堰——设计洪峰流量大坝合龙——设计洪峰和洪量调洪——设计洪水工程线五、入库设计洪水1.入库洪水的组成：水库回水末端干支流河道断面的洪水；上述干支流河道断面以下到水库周围的区间陆地所产生的洪水；水库库面的降水量2.入库洪水与坝址洪水的差异：库区产流条件改变，使入库洪水的洪量增大；流域汇流时间缩短，入库洪峰流量出现时间提前，涨水段的洪量增大。六、设计洪水的地区组成作用：为研究流域开发方案，计算水库对下游的防洪作用，以及进行梯级水库或水库群的联合调洪计算等问题。内容：计算当下游控制断面发生某设计频率的洪水时，其上游各控制断面和区间相应的洪峰洪量及其洪水过程线。第七章流域产汇流计算一、降雨径流要素的分析计算1.降雨特性分析（1）单站降雨性分析：降雨强度过程线、降雨量累积曲线、降雨强度-历时曲线。（2）流域降雨特性分析1）流域平均降雨量计算算术平均法：垂直平分法：等雨深线法：2）时面深关系曲线3）点面关系：定点-定面关系；动点-动面关系2.径流量计算：割除前期洪水、后续洪水、深层地下径流niiPnP11njjjPAAP11niiiAPAP11R=3.6∑Q△t/F水源划分退水曲线3.前期影响雨量的计算如果第t日内无降雨Pa,t+1=KPa,t如果第t日内有降雨PtPa,t+1=K(Pa,t+Pt)二、流域产流分析计算1.蓄满产流降雨径流相关图法适用于湿润地区P～Pa～R三变量相关图F当雨强ifc时，（i-fc）形成地面径流，fc形成地下径流当雨强i﹤fc时，i形成地下径流，地面径流为0。2.超渗产流与初损后损法初损I0的确定：实测雨洪资料分析起涨点前累积雨量；Pa-I0相关图。干旱半干旱地区i大于下渗强度f时产流三、流域汇流计算1.地面径流的汇流计算（1）等流时线法等流时线：将流域上汇流时间相等的点子连成的线。等流时面积：两条相邻等流时线间的面积，记为（f1、f2、f3、...）。一般公式（2）时段单位线法单位线基本概念：在给定的流域下，单位时段内均匀分布的单位地面净雨量，在流域出口断面形成的地面径流过程线。10mm、△t单位线的假定：倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是k个单位，则形成的流量过程是单位线纵坐标的k倍。叠加假定：如果净雨不是一个时段而是m个时段，则形成的流量过程是各时段净雨形成的部分流量过程错开相加。单位线法推流步骤分析单位线不同时段单位线的时段转换时段单位线存在的问题：汇流速度的非线性（净雨强大）非均匀性（暴雨中心位置）（3）瞬时单位线2.地下径流汇流：概化三角形法'0PtfIPRc1,2,3,...t101tiiitttfhQ1,2,...t10101tiititqhQ第八章由暴雨资料推求设计洪水一、概述:由暴雨资料推求设计洪水的主要程序；暴雨洪水同频率。二、直接法推求设计面暴雨量：暴雨资料比较充分1.暴雨资料的收集、审查、选样与统计：1）暴雨资料的收集雨量站网观测资料：日雨量、自记雨量特大值2）暴雨资料的审查可靠性：特大、特小值；代表性：邻近长系列；一致性：雨型3）统计选样：固定时段年最大值独立选样法a根据流域雨量站分布情况，选定面雨量计算方法，计算各年逐日面雨量；b选定不同时段，统计逐年不同时段的年最大面雨量。核心部分—洪水，更长时段—起始流域蓄水（Pa）c选各年不同时段最大值组成样本：年最大、独立、连续2.面雨量资料的展延插补：利用长期少站资料展延短期多站资料3.特大暴雨的处理：系列中是否含有特大暴雨直接影响系列的代表性确定重现期：直接考证；与相应洪水重现期相近4.面雨量频率计算：矩法、三点法统计参数估计；P-Ⅲ型目估适线；一般地区Cs≈3.5Cv5.设计面暴雨量计算成果的合理性检查：1）本流域各时段雨量频率曲线在实用范围内不相交。随历时增加暴雨均值、设计值增加，变差系数减小或单峰铃形曲线2）面上，与本流域或邻近地区比较，地区上协调。3）各种历时的设计暴雨量与邻近地区、全省、全国、世界特大暴雨实测记录比较。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。三、间接法退求设计面暴雨量1.设计点暴雨量1）有较充分点雨量资料设计点雨量是流域形心处的设计点暴雨量。a.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。b.长系列站不在流域中心或附近，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，用地理插值法求出流域形心的设计点暴雨量。选样：固定时段年最大值选样法，大暴雨可移置2）暴雨资料短期，因其局地性，不宜相关法插补：移用附近站资料；采用邻近各站平均值插补；移用邻近特大值；暴雨和洪水峰量相关。3）暴雨资料缺乏,利用地区水文手册中各时段年最大暴雨量的均值、Cv等值线图，地理插值法。Cs=3.5Cv。2.设计面暴雨量的计算设计点暴雨量--点面关系--设计面暴雨量1）当流域面积很小时,流域形心处的设计点雨量可代表流域设计面雨量;2）当流域面积很大时,则建立点面关系,分两种情况:A定点定面关系：流域中心点雨量与流域平均面雨量的关系，同序号对应不同时段B动点动面关系：运用若干场大暴雨、特大暴雨资料，求出暴雨中心设计点暴雨量与等雨深线所围面积的平均面雨量的关系。三个假定：设计暴雨中心与流域中心重合；设计暴雨的点面关系符合平均点面00xxF关系；假定流域边界与某条等雨量线重合四、设计暴雨时空分配的计算1.设计暴雨时程分配的计算（1）典型暴雨的选择和概化A有实测资料情况下比较容易发生——雨量接近设计值，雨型（雨峰个数，主峰位置）常见。对工程不利——雨量集中主雨峰偏后，对水库安全影响大。B无实测资料情况下借用邻近暴雨特性相似流域的典型暴雨过程；可引用暴雨洪水图集中的地区综合概化的典型概化雨型(以百分数表示)。（2）同频率分段控制法，对典型暴雨分段进行缩放2.设计暴雨的地区分配两部分:A以上流域的设计暴雨;A~B区间的暴雨.常采用两种方法:典型暴雨图法、同频率控制法五、由设计暴雨推求设计洪水1.设计Pa的计算经验方法：按地区特性取值扩展暴雨过程法：把核心暴雨前面一段加入统计时段。同频率法：Pap=(Pt+Pa)p-Ptp当PapIm时取Pap=Im2.产流方案与汇流方案的应用外延问题：P-Pa-RPa-Io移用问题：缺乏资料，分区综合六、小流域设计洪水的计算1.概述：小流域设计洪水特点（1）工程数量多，缺乏水文资料，尤其是流量资料；（2）工程规模小，对洪水的调节能力小，主要受洪峰流量控制（3）量多面广，计算方法简单易行，适用无水文资料条件。2.小流域设计暴雨（1）按省（区、市）水文手册及《暴雨径流查算图表》上的资料计算特定历时的设计暴雨量；（2）将特定历时的设计暴雨量通过暴雨公式转化为任意一历时的设计雨量。P(1t24)Pt,p=Sp·t1-nn——暴雨参数或暴雨递减指数，随地区和历时长短而变。暴雨公式的作用：在n、Sp已知情况下，可以得到任意历时t的设计暴雨强度和设计暴雨量。3.设计净雨的计算利用损失参数的地区综合规律计算小流域净雨的方法。4.由推理公式推求设计洪水的基本原理推理公式的一般形式：Qm=0.278rF=0.278(i-u)F5.北京水科院推理公式法:我国水利部门广泛采用的推理公式,计算小流域设计洪峰流量--洪峰径流系数τ—汇流历时，Sp、n—暴雨参数6.计算洪峰流量的地区经验公式：单因素公式、多因素公式7.小流域设计洪水过程线的推求概化过程线法：概化线型有三角形、五点概化过程。nPPttSi,FSQnpm278.0河流泥沙一、概述；悬移质泥沙、推移质泥沙、河床质泥沙二、泥沙测验1.含沙量：单位体积内所含干沙的质量，用Cs表示，单位为kg/m3。2.输沙率：单位时间流过河流某断面的干沙质量，以Qs表示，单位为kg/s。断面输沙率是通过断面上含沙量测验配合断面流量测量来推求的。水样的含沙量可按式计算：Cs=Ws/V3.输沙率测验：由含沙量测定与流量测验两部分工作组成的。测点的含沙量--垂线平均含沙