第10章 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

1、小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算 小流域通常指集水面積不超過數(shù)百平方公里小流域通常指集水面積不超過數(shù)百平方公里的小河小溪，但并無明確限制。的小河小溪，但并無明確限制。 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，與大中流域相比，有許小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，與大中流域相比，有許多特點(diǎn)，并且廣泛應(yīng)用于鐵路、公路的小橋涵、多特點(diǎn)，并且廣泛應(yīng)用于鐵路、公路的小橋涵、中小型水利工程、農(nóng)田、城市及廠礦排水等工程中小型水利工程、農(nóng)田、城市及廠礦排水等工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，因此水文學(xué)上常常作為一個(gè)專門的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，因此水文學(xué)上常常作為一個(gè)專門的問題進(jìn)行研究。的問題進(jìn)行研究。小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法的特點(diǎn)小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法的特點(diǎn)（1 1）工程規(guī)模小，對(duì)洪

2、水的調(diào)節(jié)能力小，工程）工程規(guī)模小，對(duì)洪水的調(diào)節(jié)能力小，工程規(guī)模主要受洪峰流量控制；規(guī)模主要受洪峰流量控制；（2 2）缺乏水文資料，尤其是流量資料；）缺乏水文資料，尤其是流量資料；（3 3）計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行）計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行, ,易于基層水文工作者掌易于基層水文工作者掌握。握。計(jì)算基本方法計(jì)算基本方法Z小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法概括起來有小流域設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法概括起來有4 4種：種： 推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、歷史洪水調(diào)推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、歷史洪水調(diào)查分析法、綜合單位線法查分析法、綜合單位線法 它們的思路都是以暴雨形成洪水過程的理論它們的思路都是以暴雨形成洪水過程的理論為基礎(chǔ)，并按為基

3、礎(chǔ)，并按設(shè)計(jì)暴雨設(shè)計(jì)暴雨設(shè)計(jì)凈雨設(shè)計(jì)凈雨設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)洪水的順序進(jìn)行計(jì)算。的順序進(jìn)行計(jì)算。Z小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，大多數(shù)采用由暴雨推求小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，大多數(shù)采用由暴雨推求洪水的方法，因此，首先需要推求設(shè)計(jì)暴雨洪水的方法，因此，首先需要推求設(shè)計(jì)暴雨設(shè)計(jì)暴雨：設(shè)計(jì)暴雨：具有某一規(guī)定頻率的一定時(shí)段的暴雨量或平均暴雨強(qiáng)度。具有某一規(guī)定頻率的一定時(shí)段的暴雨量或平均暴雨強(qiáng)度。基本假定：基本假定：暴雨與其所形成洪峰流量或洪量具有相同的頻率暴雨與其所形成洪峰流量或洪量具有相同的頻率小流域暴雨特點(diǎn)小流域暴雨特點(diǎn)（1 1）歷時(shí)短，一般從幾十分鐘到若干小時(shí)；）歷時(shí)短，一般從幾十分鐘到若干小時(shí)；（2 2）缺乏實(shí)際觀測(cè)

4、資料）缺乏實(shí)際觀測(cè)資料（3 3）面積小，可以忽略暴雨在地區(qū)上的分布不均勻性）面積小，可以忽略暴雨在地區(qū)上的分布不均勻性把流域中心點(diǎn)雨量作把流域中心點(diǎn)雨量作為為流域面雨量，無需考流域面雨量，無需考慮慮點(diǎn)面雨量折算點(diǎn)面雨量折算由最大由最大1日日設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)雨量雨量X1日日,p推求推求歷時(shí)歷時(shí)t的的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)雨量雨量Xt,p設(shè)計(jì)暴雨推求常用步驟：設(shè)計(jì)暴雨推求常用步驟：Z 根據(jù)?。▍^(qū)）水文手冊(cè)（包括有關(guān)的水文圖集，如根據(jù)?。▍^(qū)）水文手冊(cè)（包括有關(guān)的水文圖集，如暴雨徑流查算圖表暴雨徑流查算圖表）中繪制的暴雨參數(shù)等值線圖，查）中繪制的暴雨參數(shù)等值線圖，查算出統(tǒng)計(jì)歷時(shí)的流域設(shè)計(jì)雨量，如算出統(tǒng)計(jì)歷時(shí)的流域設(shè)計(jì)雨量，

5、如2424h h設(shè)計(jì)暴雨量等；設(shè)計(jì)暴雨量等；Z 將統(tǒng)計(jì)歷時(shí)的設(shè)計(jì)雨量通過暴雨公式轉(zhuǎn)化為任一歷時(shí)將統(tǒng)計(jì)歷時(shí)的設(shè)計(jì)雨量通過暴雨公式轉(zhuǎn)化為任一歷時(shí)的設(shè)計(jì)雨量；的設(shè)計(jì)雨量；Z 按分區(qū)概化雨型或移用的暴雨典型同頻率控制放大，按分區(qū)概化雨型或移用的暴雨典型同頻率控制放大，得設(shè)計(jì)暴雨過程。得設(shè)計(jì)暴雨過程。暴雨公式及參數(shù)的推求暴雨公式及參數(shù)的推求Z暴雨公式暴雨公式在一定頻率情況下時(shí)段平均暴雨在一定頻率情況下時(shí)段平均暴雨強(qiáng)度強(qiáng)度i i與歷時(shí)與歷時(shí)t t的關(guān)系式，稱為暴雨公式。的關(guān)系式，稱為暴雨公式。nsitSS單位歷時(shí)的暴雨平均強(qiáng)度，又稱為雨力，單位歷時(shí)的暴雨平均強(qiáng)度，又稱為雨力， 隨地區(qū)和重現(xiàn)期而變，隨地區(qū)和

6、重現(xiàn)期而變， 如果如果t t以小時(shí)計(jì)，以小時(shí)計(jì)，s s就是就是t=1t=1小時(shí)的暴雨強(qiáng)度小時(shí)的暴雨強(qiáng)度nn暴雨遞減指數(shù)，隨地區(qū)及歷時(shí)長(zhǎng)短而變暴雨遞減指數(shù)，隨地區(qū)及歷時(shí)長(zhǎng)短而變x x 歷時(shí)為歷時(shí)為t t的暴雨量的暴雨量1 nxs t 對(duì)公式兩邊取對(duì)數(shù)：對(duì)公式兩邊取對(duì)數(shù)：lglglgisnt 上式為一直線方程式，上式為一直線方程式，lgslgs為截距，為截距，n n為斜率，在雙對(duì)為斜率，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)格紙上以數(shù)坐標(biāo)格紙上以i i為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，t t為橫坐標(biāo)，可點(diǎn)匯出一組近為橫坐標(biāo)，可點(diǎn)匯出一組近乎平行的直線，在線上量取乎平行的直線，在線上量取t=1t=1小時(shí)的縱坐標(biāo)值即為小時(shí)的縱坐標(biāo)值即為s

7、s值。值。Z（1 1）當(dāng)）當(dāng)t=1t=1小時(shí)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為小時(shí)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為s s；Z（2 2）當(dāng)）當(dāng)t1t1t1時(shí)，取時(shí)，取n=n2n=n2；水文手冊(cè)查水文手冊(cè)查n n值分區(qū)圖值分區(qū)圖2124,24nppxs2124,24nppsx2111,24,24nnnt pppxstxt由由2424小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量轉(zhuǎn)換為歷時(shí)小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量轉(zhuǎn)換為歷時(shí)t t的設(shè)計(jì)雨量的設(shè)計(jì)雨量Z當(dāng)當(dāng)1ht24h1ht24h時(shí)，時(shí)，n=n2n=n2Z 當(dāng)當(dāng)t1ht i 時(shí)，損失按時(shí)，損失按 值進(jìn)行，值進(jìn)行，超滲部分即為凈雨。超滲部分即為凈雨。 當(dāng)設(shè)計(jì)暴雨和當(dāng)設(shè)計(jì)暴雨和 值確定后，即可求出任值確定后，即可求出任何一

8、歷時(shí)的凈雨量及平均凈雨強(qiáng)度何一歷時(shí)的凈雨量及平均凈雨強(qiáng)度S S。值的確定值的確定Z為了便于小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，各省區(qū)水利水文為了便于小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，各省區(qū)水利水文部門在分析大量暴雨洪水資料之后，提出了決定部門在分析大量暴雨洪水資料之后，提出了決定 值的簡(jiǎn)便方法。參閱各地區(qū)的值的簡(jiǎn)便方法。參閱各地區(qū)的水文手冊(cè)水文手冊(cè)可可確定確定 的取值。的取值。Z推理公式又稱合理化公式，已有推理公式又稱合理化公式，已有100100多年歷史，多年歷史，是歷來小流域由暴雨推求洪峰流量的一種比較是歷來小流域由暴雨推求洪峰流量的一種比較常用的方法。常用的方法。（1 1）采用平均凈雨強(qiáng)度；）采用平均凈雨強(qiáng)度；（2 2

9、）暴雨與洪水同頻率）暴雨與洪水同頻率（3 3）流域的凈雨強(qiáng)度在時(shí)間上和空間上都是不變的）流域的凈雨強(qiáng)度在時(shí)間上和空間上都是不變的推理公式的基本形式推理公式的基本形式Z 推理公式可從線性匯流推導(dǎo)出來推理公式可從線性匯流推導(dǎo)出來 從等流時(shí)線的概念出發(fā)，假定產(chǎn)流強(qiáng)度在時(shí)間、空間從等流時(shí)線的概念出發(fā)，假定產(chǎn)流強(qiáng)度在時(shí)間、空間上都均勻的情況下，流域上的平均產(chǎn)流強(qiáng)度與一定面積的乘上都均勻的情況下，流域上的平均產(chǎn)流強(qiáng)度與一定面積的乘積即為出口斷面的流量，當(dāng)此乘積達(dá)到最大值時(shí)即出現(xiàn)最大積即為出口斷面的流量，當(dāng)此乘積達(dá)到最大值時(shí)即出現(xiàn)最大流量。流量。（1 1）全面匯流情況）全面匯流情況Z 在充分供水條件下，即凈

10、雨歷時(shí)大于匯流時(shí)間在充分供水條件下，即凈雨歷時(shí)大于匯流時(shí)間時(shí)，凈雨產(chǎn)時(shí)，凈雨產(chǎn)生后，每一時(shí)刻總有一部分面積上的凈雨同時(shí)匯流到流域出生后，每一時(shí)刻總有一部分面積上的凈雨同時(shí)匯流到流域出口斷面。此時(shí)流域出口斷面的最大流量是凈雨在全流域面積口斷面。此時(shí)流域出口斷面的最大流量是凈雨在全流域面積上形成的，此種情況稱為上形成的，此種情況稱為全面匯流全面匯流。()mQK if F 平均降雨強(qiáng)度，平均降雨強(qiáng)度，mm/hmm/h； 平均下滲強(qiáng)度，平均下滲強(qiáng)度，mm/hmm/h；FF流域面積，流域面積，kmkm2 2；KK單位換算系數(shù)單位換算系數(shù)if（2 2）部分匯流情況）部分匯流情況Z當(dāng)供水不充分時(shí)，即凈雨歷時(shí)

11、小于匯流時(shí)間當(dāng)供水不充分時(shí)，即凈雨歷時(shí)小于匯流時(shí)間，流域出口斷面的最大流量由部分流域面積形成，此部流域出口斷面的最大流量由部分流域面積形成，此部分流域面積稱為分流域面積稱為共時(shí)徑流面積共時(shí)徑流面積，此種情況稱為部分匯，此種情況稱為部分匯流。流。()mQK if FFF共時(shí)徑流面積，共時(shí)徑流面積，kmkm2 2；Z計(jì)算洪峰流量的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)一個(gè)地區(qū)各河流計(jì)算洪峰流量的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)一個(gè)地區(qū)各河流的實(shí)測(cè)洪水和調(diào)查洪水資料，找出洪峰流量與流域特的實(shí)測(cè)洪水和調(diào)查洪水資料，找出洪峰流量與流域特征、降雨特性之間的相互關(guān)系，建立起來的關(guān)系方程征、降雨特性之間的相互關(guān)系，建立起來的關(guān)系方程式。這些方

12、程都是根據(jù)某一地區(qū)的實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)指定式。這些方程都是根據(jù)某一地區(qū)的實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)指定的，只適用于該地區(qū)，所以稱為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式。的，只適用于該地區(qū)，所以稱為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式。( ,)Qf h F包含降雨因素的多參數(shù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式包含降雨因素的多參數(shù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式24,nppQChF24,nppQChF f24,nppQChF f JZ應(yīng)用推理公式或地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式，只能算出設(shè)計(jì)洪應(yīng)用推理公式或地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式，只能算出設(shè)計(jì)洪峰流量，對(duì)于一些中小型水庫(kù)，有時(shí)要求提供設(shè)峰流量，對(duì)于一些中小型水庫(kù)，有時(shí)要求提供設(shè)計(jì)洪水過程線，以便分析水庫(kù)的調(diào)洪能力和防洪計(jì)洪水過程線，以便分析水庫(kù)的調(diào)洪能力和防洪效果，一般用于計(jì)算小流域設(shè)計(jì)洪水過程線的方效果，一般用于計(jì)算小流域設(shè)計(jì)洪水過程線的方法有概化過程線法和綜合單位線法。法有概化過程線法和綜合單位線法。概化過程線概化過程線Z概化過程線是根據(jù)實(shí)測(cè)洪水資料，經(jīng)過綜合分析概化過程線是根據(jù)實(shí)測(cè)洪水資料，經(jīng)過綜合分析和簡(jiǎn)化而得。概化的線型有三角形、五邊形和綜和簡(jiǎn)化而