第四章由暴雨推求设计洪水

研究对象：研究由暴雨资料推求设计洪水。研究内容：⑴暴雨资料的选样；⑵暴雨资料充分、不充分时如何推求设计暴雨。研究目的：了解由暴雨资料推求设计洪水的方法，掌握不同资料情况下设计暴雨的计算方法和在设计条件下将设计暴雨转化为设计净雨及设计洪水的方法，以解决短缺流量资料时，水库、堤防、桥涵等工程设计洪水的计算问题。主要内容§4.1概述§4.2暴雨特性分析§4.3点暴雨量频率计算§4.4面暴雨量频率计算§4.5设计暴雨量的时空分布计算§4.6分期设计暴雨§4.7由设计暴雨推求设计洪水(1)设计流域实测流量资料不足或缺乏时就有必要研究由暴雨资料推求设计洪水的问题。(2)人类活动破坏了洪水系列的一致性。(3)多种方法，互相印证，合理选定。§4.1.1问题的提出推求设计洪水推求设计净雨推求设计暴雨§4.1.2由暴雨资料推求设计洪水的步骤洪水与暴雨同频率§4.2.1特大暴雨的形成水汽动力特别充分的水气供应特别强烈的上升运动§4.2.2暴雨的时空分布特性（1）暴雨的时间分配特性§4.2.2暴雨的时空分布特性（1）暴雨的空间分布特性局地性§4.2.2暴雨的时空分布特性（1）暴雨的统计特性点暴雨频率计算面暴雨频率计算暴雨频率计算对一个雨量站的资料系列作统计计算对设计流域或排水区的面平均雨量资料作统计计算（1）暴雨资料的收集、审查和统计选样①暴雨资料收集暴雨资料主要向水文、气象部门刊印的《水文年鉴》、气象月报收集；也可在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。②暴雨资料的审查可靠性审查、一致性审查和代表性审查。§4.3.1点暴雨频率计算的一般方法③暴雨资料的统计选样设计时段T(1)习惯上取单数天,如1、3、7、15天等。(2)设计历时的长短与当地暴雨特性、流域大小、水库调蓄能力与调洪方式有关。(3)选取2～3个控制时段。选样方法：固定时段年最大值法（2）特大暴雨的处理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。由于历史暴雨无法直接考证，特大暴雨的重现期只能通过小河洪水调查，并结合当地历史文献有关灾情资料的记载分析估计。（3）经验频率公式、线型和参数估计经验频率计算线型参数估计①统一处理法②分别处理法皮尔逊Ⅲ型曲线适线法（矩法估计初值）（4）成果的合理性检查§4.3.2地区综合法推求点暴雨频率曲线参数等值线图法分区综合参数法将同一地区站群的暴雨资料综合在一起分析，降低单站计算成果的抽样误差适用于气候条件有所变化的大范围，要求站点较密、资料较多适用于气候、地形条件基本一致的小范围①站年法②均值法假定在气候一致时区内各站暴雨具有一致的总体分布，则若将各站暴雨资料系列的经验点据点绘在同一张几率格纸上，其经验点据应呈带状分布在该总体的附近。因此，可以通过点群中心拟合一条理论频率曲线，作为该分区的总体分布曲线。均值法取给定频率P的各站暴雨量xpi的均值M（xp）：均值法11()mppiiMxxm将相应于不同频率P的M（xp）连接成一条经验分布曲线，作为拟合理论频率曲线的依据。推求设计洪水所需的是流域平均面雨量的设计暴雨过程，而不是点雨量过程，当流域面积较大时，不能简单地以点设计暴雨量代替面设计雨量。流域面积（km2）37.6107115304.23357141152点面雨量离差（%）11.214.512.916.327.234.635.6不同面积的点面雨量离差分布直接计算法间接计算法根据工程所在地点以上流域内各年的最大面雨量系列直接进行频率分析计算采用设计点暴雨量和点面关系间接推算设计面雨量流域内长期站分布较密，资料充分资料短缺的中小流域或点面雨量误差较大计算步骤：(1)统计各种时段的年最大面雨量§4.4.1设计面暴雨的直接计算法算术平均法泰森多边形法等直线法计算逐日面雨量（2）面雨量资料的检查和插补展延（3）面雨量的频率计算经验频率计算线型参数估计①统一处理法②分别处理法皮尔逊Ⅲ型曲线适线法（矩法估计初值）（4）设计成果的合理性检查①统计参数:T长，则均值大，CV小,CS大；地区协调。②不同历时暴雨频率曲线的对比；③与实测大暴雨或邻近地区特大暴雨比较。§4.4面暴雨量频率计算当设计流域内雨量资料系列太短，或各站系列虽长但互不同期，或站数太少，分布不均，不能控制全流域面积，无法提供面雨量的长期系列，不能直接计算设计面雨量。§4.4.2设计面暴雨的间接计算先求出流域中心处指定频率的设计点雨量，再通过点雨量与面雨量之间的关系，将设计点雨量转化成所要求设计面雨量。点面关系—流域中心点雨量与相应的流域面雨量之间的关系(1)定点定面关系定点指流域中心点或其附近有长系列点雨量资料的雨量站,定面是把流域作为固定面,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。定点定面关系为一个地区内不同面积的多个流域或具有固定边界小区的面平均雨深的统计参数与流域或小区面积的关系(1)定点定面关系00ffppxxxxXf—流域面平均雨量x0—控制中心点雨量X0p—控制中心设计点雨量Xfp—流域设计面雨量动点动面关系是按照各次暴雨的中心与暴雨等值线图计算求得，因各次暴雨的中心和暴雨分布都不尽相同，所以称为动点动面关系。(2)动点动面关系动点动面关系反映的是暴雨中心地点的点雨量，与以暴雨中心周围各条闭合等雨深线包围的面积内的平均面雨量之间的点面关系，亦称暴雨中心点面关系或暴雨图点面关系。计算方法：选择几场大暴雨资料，绘出给定时段的暴雨等值线图，计算各等雨深线所包围面积f及其面平均雨量xf’，暴雨中心点雨量x0’就相当于f=0的雨量，根据各等雨深线相应的数据绘制xf’/x0’~f的关系。(2)动点动面关系动点动面暴雨点面关系包含了三个假定:①假定设计暴雨的中心一定发生在流域中心②假定设计暴雨的点面关系符合平均的点面关系③假定流域周界与设计暴雨的某一等雨深线相重合。(2)动点动面关系点暴雨频率计算成果的合理性分析，除应把各统计历时的暴雨频率曲线绘在一张图上检查，将统计参数，设计值与邻近地区站的成果协调外，还需借助水文手册中的点暴雨参数等值线图、邻近地区发生的特大暴雨记录以及世界点最大暴雨记录进行分析。成果合理性检查§4.5设计暴雨量的时程分配典型暴雨同倍比放大法或同频率放大法§4.5.1设计暴雨量的时程分配（1）选择典型暴雨①从设计流域年最大雨量过程中选择②资料不足时,可选用流域内或附近的点雨量过程③无资料时,可查水文手册或各省暴雨径流查算图表,选用地区综合概化的典型暴雨过程。暴雨总量大，强度也大，主雨峰集中在雨期最后（2）同频率放大分时段控制放大，控制时段划分不宜过细，一般是取1日、3日、7日控制给出日内各时段的雨量分配，一般按典型暴雨的百分比进行分配（3）暴雨的时程分配水库或梯级水库承担下游防洪任务时，需要拟定流域上各分区的洪水过程，因此需要给出设计暴雨在流域上的分布。§4.5.2设计暴雨量在地区上的分布典型暴雨图法同频率控制法计算目的水利工程分期蓄水调度运用施工期间的来水估计(1)分期暴雨选样§4.6.1分期暴雨选样原则：各分期内独立选用年最大暴雨选样方法：首先划定分期的日界，然后在各个分期内，每年选出一个最大雨量，不同分期各自独立选样，不受相邻分期的影响。(2)分期日期的确定水库分期蓄水施工洪水计算日期划定：依据设计流域暴雨季节分布特性和水利工程运行和施工的要求一般只需划分主汛期和一般汛期方法：先制作单站历时暴雨日期散布图，以日期（月、日）为横坐标，以历年各月最大若干次暴雨（一般可用一日暴雨，也可用其他历时）雨量为纵坐标，点绘散布图，以雨量大小划分。①水库分期蓄水结合施工进度要求划分一般先由施工部门提出几个时段的起讫时间，据此进行分期设计暴雨分析，将各时期暴雨频率分析成果进行比较，选择其中施工期较长、而暴雨洪水又相对较小的时期作为施工期。当施工期较长时，还需进一步安排短期计划，则需计算分月设计暴雨。②施工设计暴雨分期分期的起讫日期划定后，由于个别年份天气异常，在主汛期或主要大暴雨月份以外不太远的日期内可能出现较大的暴雨，如不考虑才将其加入主汛期或主雨月份参加频率分析，会影响设计成果的精度，为此要进行跨期选样。③跨期选样分期暴雨频率分析方法一般和年最大暴雨分析方法相同，但多个分期频率曲线的适线、参数的合理性检查和协调需要进一步分析。§4.6.2分期暴雨频率分析将分期频率曲线与年最大频率曲线点绘于同一频率纸上进行协调，先协调年最大雨量与各分期最大雨量的频率线，再对各个分期的最大雨量及该分期内所包含的各个月的月最大暴雨频率先进行比较分析和协调。(1)频率曲线适线和参数协调主要检查内容①在需使用的最大重现期范围内，分期最大雨量频率线与总时期以及年最大雨量频率线不应相交，分期设计雨量不应超过同频率总时期以及年最大设计雨量；否则应予调整。②各分期最大雨量的统计参数应相互协调。不同分期的参数具有一定的相对关系，并随月份有逐变趋势。检查方法：绘制暴雨特征和统计参数随月份的变化图(2)合理性检查原因：分期暴雨的分析站数较少，系列较短，Cv值较大，所以应注意分期暴雨参数的地区综合。§4.6.3分期暴雨参数的地区综合分区平均法断面分析法地区综合方法对一些不稳定的参数，如Cs/Cv将分期暴雨变化最为明显的地带划一个断面，在断面附近选取一批测站分析分期暴雨参数，投影到断面上，绘制断面的参数与水平距离关系线，检查沿断面参数的变化规律。断面分析法断面分析法1.拟定产流计算方案（1）流域水文模型（2）暴雨径流相关图法（3）初损后损法2.确定设计暴雨的前期影响雨量Pa(1)经验法因Pa变化在0～Im之间,设计情况下取:Pa,P=K*Im式中:K=0～1.0,设计标准较高的湿润地区K=1.0,一般K=0.5～0.8;设计标准较低的干旱地区K=0。例如黑龙江省取0.57～0.79，陕西省取0.23～0.67，湖北、湖南、浙江省取0.75。(2)扩展设计暴雨过程法在拟定设计暴雨过程时，加长暴雨历时，把核心暴雨的前面一段包括在内（一般长达15~30天），逐步推算核心暴雨部分的Pa值。(3)同频率法对于某统计历时，在从实测暴雨资料摘录年最大暴雨量x时，还同时计算x的前期影响雨量Pa，并求出(x+Pa)，于是有x和(x+Pa)两个系列，通过频率计算，由前者求得设计暴雨量PＰ，由后者求得同频率的(x+Pa)P，则设计暴雨相应的Pa，Ｐ为Pa,p=(X+Pa)p-Xp≤Im3.推求设计净雨过程根据设计的Pa，Ｐ和拟定好的产流计算方案，便可像由实际暴雨推求净雨一样，将设计暴雨过程转化为设计净雨过程。必须注意:设计暴雨，尤其是可能最大暴雨往往比实测的暴雨大得多，因此，应用降雨地面径流相关图法和初损后损法时，将有一个向设计条件外延的问题。①拟定地面汇流计算方案。②按拟定的地面汇流计算方案，计算设计地面净雨的地面径流过程。RＳ(t)───QＳ(t)③选定地下径流汇流计算方案，计算设计地下净雨的地下径流过程。Rg(t)───Qg(t)④将设计的地面径流过程与设计的地下径流过程迭加，即得设计洪水过程线。当设计暴雨为PMP时，计算的设计洪水便是PMF。Q(t)=QＳ(t)+Qg(t)计算过程概述由暴雨推求设计洪水过程资料收集资料审查特大暴雨处理点面关系计算设计面暴雨量设计点暴雨量设计净雨过程设计洪水过程ThanksForYourAttentionTheEnd