9、由暴雨资料推求设计洪水解析

适用条件：流量资料不足或代表性差洪水一致性被破坏校核流量计算成果无资料地区第9章由暴雨资料推求设计洪水9.1概述推求设计雨量；拟定设计暴雨过程；由设计暴雨推求设计洪水。设计暴雨推求设计洪水的方法步骤9.2设计面暴雨一、设计雨量有充分长度面雨量资料：流域点雨量资料充分并可以推求足够长度的流域面平均雨量系列。有充分长度点雨量资料：少数点雨量资料系列较长，但无法推求足够长度流域面平均雨量系列。点雨量资料缺乏或不足：点雨量资料长度不足以绘点雨量频率曲线。三种资料条件下推求流域设计面雨量计算框图流域具有充分雨量资料流域具有点雨量资料流域点雨量资料不足或缺乏计算流域面平均雨量流域各时段设计面雨量流域雨量点面关系地区综合动点动面关系计算流域中心设计时段点雨量查算流域中心设计时段点雨量点绘时段面雨量频率曲线根据区域综合资料流域中心雨量统计参数xm、Cv、Cs统计各时段最大面雨量点绘流域中心点雨量频率曲线内插并统计流域中心时段最大点雨量9.3设计暴雨时空分配的计算9.3.1选择典型暴雨过程的原则（1）暴雨强度高、降水总量大（接近设计条件，放大后变形小）；（2）降雨过程有足够的代表性（易出现）；（3）主雨峰偏后（对工程不利）9.3.2放大方法（1）同频率法（2）同倍比法9.5由设计暴雨推求设计洪水扩展暴雨法；同频率法；分析法；典型暴雨法。9.5.1设计Pa的推求扩展暴雨法：在统计暴雨资料时,加长统计时段以包括前期降雨。例如根据设计需要只统计7天暴雨,但由于要计算Pa,就得在7天暴雨前增添30天统计时段,得出37天的设计暴雨过程,其中最后7天核心暴雨是用来计算设计洪水的,前30天的雨量仅用于计算设计Pa。同频率法：同时进行Ｐ和Ｐ＋Ｐａ两种系列的频率计算，由设计频率的Ｐ＋Ｐａ值减去同一频率的Ｐ值,差额作为所求的设计Ｐａ值：Ｐａ,ｐ＝（Ｐ＋Ｐａ）ｐ－Ｐｐ分析法：根据流域水文气象和地理特性、设计条件、经验分析或查手册得出设计Pa。在湿润地区，当设计标准较高时，可取Pa＝Im典型暴雨法：如果所采用的实际典型年降雨量的频率接近设计频率，可以采用实际前期降雨作为计算设计Pa的依据。1、产流方案制定（1）有一定的流量资料：直接制定流域产流方案（分析外延的其合理性）（2）缺乏流量资料：移用相邻相似流域产流方案（进行必要的修正和可行性论证）9.5.2产流方案与汇流方案的应用有流量资料：单位线法（注意分析外延的可靠性）无流量资料：地区综合单位线法2、汇流方案制定面积越大，均值、Cv越小。不同历时的雨量频率曲线在适用范围内不相交。直接法与间接法结果相互比较。与邻近地区特大暴雨比较。9.5.3合理性检查【算例】某流域F＝4200km2，推求百年一遇设计洪水。流域具有1959－1962四年流量资料和1950－1979三十年面雨量资料。1、设计暴雨计算（1）设计暴雨统计时段：根据工程要求选择为1、3、7天；（2）设计雨量：雨量频率计算得P1p＝108.0mm；P3p＝182.0mm；P7p＝270.0mm（3）典型雨量：选择1955年一次暴雨过程，计算典型雨量P1D＝63.2mm；P3D＝108.5mm；P7D＝148.6mm（4）计算同频率放大倍比(5)同频率法推求得设计暴雨过程同频率法推求得设计暴雨过程2、设计净雨推求（1）绘制降雨径流相关图，产流参数：Em＝8.0mm；Im＝100mm；（2）分析稳定入渗率：fc＝12mm/d；（3）土壤含水量：Pa,0＝100mm；Pa,t+1＝0.92Pa,t＋Pt－Rt；（4）由降雨径流相关图查算设计净雨过程；（5）划分地表、地下净雨过程3、推求设计洪水过程（1）分析单位线，由地表净雨推求地表径流过程Qs；（2）地下径流过程简化为等腰三角形，峰位于地表径流停止点。由地下净雨推求地下径流过程Qg；（3）地表径流与地下径流相加，得设计洪水过程线Qp9.6小流域设计洪水特点：（1）工程规模小，对洪水的调节能力小；（2）缺乏水文资料，尤其是流量资料；（3）计算方法简单易行，适用无水文资料条件,一般借助水文手册即能完成。方法：采用由设计暴雨推求设计洪峰的简化方法。一、设计暴雨计算（一）暴雨公式1．暴雨公式形式暴雨强度ip与暴雨历时t之间的关系称暴雨公式，水利部门常用形式为：式中，Sp－雨力，单位历时暴雨平均强度，随重现期和地区而变。n－暴雨递减指数，随地区和历时而变。按雨量表示：nppttsa,nppttsx1,2．暴雨公式参数推求及综合对有雨量资料站点进行24小时内各时段（一般取t＝0.2、0.5、1、3、6、12、24h）雨量频率计算由频率曲线查算时段雨量并计算雨强ap＝xp/t，（一般取p=5%、2%、1%）对ap~t点据配以公式aP=SP/tn，按离差最小为原则率定参数Sp和n（常假定n不随p而变）根据多站的参数Sp和n进行地区综合（可以是等值线图或综合表形式）（二）设计暴雨过程0102030405060123456789101112t同频率过程线系列1二、推求设计流量过程1．综合时段单位线法2．综合瞬时单位线法三、推求设计洪峰（一）推理公式法1．基本假定（1）流域产流强度在时间和空间分布均匀；（2）流域汇流符合线性规律；（3）流域汇流面积随汇流时间的增加而均匀增加。2．推理公式的导出mrfq1q2q3q4QQm1r1f1r1f1r1f1=rf2r2f2r1f2r2f1r1f2+r2f1=2rf3r3f3r1f3r2f2r3f1r1f3+r2f2+r3f1=3rfrF4r4r2f3r3f2r4f1r2f3+r3f2+r4f1=3rfrF5r3f3r4f2r3f3+r4f2=2rf6r4f3r4f3=rf全流域汇流mrfq1q2QQm1r1f1r1f1r1f1=rf2r2f2r1f2r2f1r1f2+r2f1=2rfrFtc3f3r1f3r2f2r1f3+r2f2=2rfrFtc4r2f3r2f3=rf部分流域汇流得：Qm＝0.278rτFtc≥τQm＝0.278rtcFtctc＜τ用平均雨强表示Qm＝0.278（aτ－μ）Ftc≥τQm＝0.278（atc－μ）Ftctc＜τFFtcτtcτtcFtcF——=消除FtcQm＝0.278（atc－μ）tc＜τQm＝0.278（aτ－μ）Ftc≥τ—tcτF暴雨公式npsnppttsa,代入得Qm＝0.278（－μ）Ftc≥τncptsQm＝0.278（－μ）tc＜τtcτ—F3．推理公式参数估算（1）暴雨参数Sp、n方法1：查等值线图或水文手册方法2：若已知24小时设计雨量x24p，可根据查出的n代入暴雨公式反推Sp：x24p＝Sp241－nSp＝x24p24n－1（2）损失参数μnn1)(nphs方法1：查区域或流域水文手册方法2：设计公式可以证明μ＝（1-n）nn11（3）净雨历时tc证明:瞬时雨强npcsnt1])1[(npnptsntsdtdi)1(1i=μ时t=tc代入得证（4）流域汇流时间ττ＝0.278L/VτV＝mJσQmλ出口概化为三角形，取σ＝1/3；λ＝1/4代入上式得4/13/1278.0mQmJL汇流参数m的取值：方法1：查水文手册方法2：由实测流量资料反推：4/13/1mQJVm4/13/1FJL)(fm方法3：采用经验公式，如npsncptsQm＝0.278（－μ）Ftc≥τQm＝0.278（－μ）Ftc＜τ(4)设计洪峰Qm采用试算或图解法联立求解。tc_τ4/13/1278.0mQmJL1.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，损失参数µ，汇流参数m。2.计算暴雨公式中的Sp，Xt,p,进而由损失参数µ计算设计净雨的tc,hR.3.将F、L、J、hR、tc、m代入9-21，9-22中，其中仅剩Qm,4.试算法求解。先设一个Qm,代入公式中，求出一个，将与tc比较，判断属于何种汇流情况，再将该值代入9-21或9-22，又求得一个Qm，若与假设一致（误差不超过1%），则Qm,为所求。小流域推理公式计算洪峰流量的方法步骤：【算例】湘江支流某地欲修建一座水库，地点位于北纬28°以南，集水面积2.93km2，干流长度2.56km，干流坡度0.033。推求坝址处百年一遇的洪峰流量。由湖南省《小型水库水文手册》雨量参数图，查算得流域中心点＝120mm；Cv＝0.4；Cs/Cv＝3.5；n2＝0.76；n1＝0.62按Cs＝3.5Cv＝1.4，查离均系数表得φ1%＝3.27计算得P24，1％＝（φ1%Cv＋1）＝120（0.4×3.27＋1）＝277（mm）S1％＝P24，1％/t1-n2＝277/241-0.76＝129（mm/h）24p24p（2）损失参数μ由μ等值线图,查得流域中心（3）净雨历时tctc＝［（1-n）S１％/μ］1／n＝［（1－0.76）129/2.0］1／0.76＝36.8hμ＝2mm/h（4）流域汇流参数θ＝L/Ｊ1/3F1/4＝2.65/0.0331/3×2.931/4＝6.31ｍ＝0.54θ0.15＝0.54×6.31０.15＝0.71(5)设计洪峰Qm的试算将结果代入推理公式得τ＝3.235Ｑmp0.25（1）Ｑmp＝105.1τ－0.76－1.63tc≥τ（2）Ｑmp＝189.7τ－1tc＜τ（3）试算：假设Ｑmp＝100代入（1）τ＝1.023τ＝1.023代入（2）Ｑｍｐ＝101.7假设Ｑmp＝101.7代入（1）τ＝1.019τ＝1.019代入（2）Ｑmp＝102设计洪峰流量Ｑmp＝102ｍ３/ｓ