工程水文學第七章 由暴雨資料推求設計洪水ppt課件

1、第七章第七章 由暴雨資料推求設計洪水由暴雨資料推求設計洪水 第一節(jié) 概述一、適用條件1. 流量資料不足或代表性差。2. 資料缺乏一致性。3.多種方法相互論證。4.無資料區(qū)小流域設計洪水計算。5.可能最大洪水是用暴雨資料推求的。二、由暴雨資料推求設計洪水主要內(nèi)容：二、由暴雨資料推求設計洪水主要內(nèi)容：1. 1. 推求設計暴雨推求設計暴雨根據(jù)實測暴雨資料，用統(tǒng)計分析和典型放大法求根據(jù)實測暴雨資料，用統(tǒng)計分析和典型放大法求得。得。2. 2. 推求設計凈雨推求設計凈雨由求得的設計暴雨，利用產(chǎn)流方案推求設計凈雨。由求得的設計暴雨，利用產(chǎn)流方案推求設計凈雨。 3. 推求設計洪水過程線利用流域匯流方案由設計凈

2、雨過程推求設計洪水過程。 基本假定： 設計暴雨與設計洪水同頻率。設計暴雨設計暴雨出口河網(wǎng)設計凈雨設計凈雨 設計洪水過程線 Qt）產(chǎn)流方案產(chǎn)流方案匯流方案匯流方案推求設計洪水過程示意圖推求設計洪水過程示意圖 第二節(jié) 設計面暴雨量的推求 設計面暴雨量： 指設計斷面以上流域的設計面暴雨量。 計算方法： 設計面暴雨量的直接計算 設計面暴雨量的間接計算 一、設計面暴雨量的直接計算 方法： 直接選取每年指定統(tǒng)計時段的最大面暴雨量，進行頻率計算求得指定時段設計面暴雨量。 資料要求： 雨量站多、分布較均勻、各站又有較長期的同期資料，能求出比較可靠的流域平均面雨量。 1、資料的收集、審查與暴雨資料的統(tǒng)計選樣、資

3、料的收集、審查與暴雨資料的統(tǒng)計選樣 資料的收集資料的收集 來源來源 ：主要為雨量站網(wǎng)觀測資料。：主要為雨量站網(wǎng)觀測資料。 注意強度特大暴雨。注意強度特大暴雨。 暴雨資料的審查暴雨資料的審查 資料類型：資料類型： 日雨量資料、自記雨量資料、分段雨量資料。日雨量資料、自記雨量資料、分段雨量資料?？煽啃裕嚎煽啃裕褐攸c：特大或特小雨量觀測記錄。重點：特大或特小雨量觀測記錄。代表性代表性 與鄰近地區(qū)長系列雨量或其他水文資料，以及與鄰近地區(qū)長系列雨量或其他水文資料，以及本流域或鄰近流域?qū)嶋H大洪水資料對比分析。本流域或鄰近流域?qū)嶋H大洪水資料對比分析。 一致性一致性 通過統(tǒng)計與成因兩方面進行。不同類型暴雨分別

4、考通過統(tǒng)計與成因兩方面進行。不同類型暴雨分別考慮。慮。選定面雨量計算方法選定面雨量計算方法計算每年各次大暴雨計算每年各次大暴雨的逐日面雨量的逐日面雨量選定不同選定不同統(tǒng)計時段統(tǒng)計時段統(tǒng)計逐年不同統(tǒng)計逐年不同時段年最大面雨量時段年最大面雨量年最大值法樣本樣本暴雨資料的統(tǒng)計選樣暴雨資料的統(tǒng)計選樣1 1、3 3、7 7、1515、3030日日 例7-1 ： 某流域有3個雨量站，分布均勻，可按算術平均法計算面雨量，統(tǒng)計某一年份不同時段雨量。 過程： 計算該年份逐日面降雨量 采用年最大值法統(tǒng)計不同時段降雨量。 時段選?。簳r段選?。?對于大、中流域的暴雨統(tǒng)計時段：我國一般取對于大、中流域的暴雨統(tǒng)計時段：我

5、國一般取1、3、7、15、30日，其中日，其中1、3、7日暴雨是一次暴雨日暴雨是一次暴雨的核心部分，直接形成所求的設計洪水的核心部分，直接形成所求的設計洪水 部分，而部分，而統(tǒng)計更長是為了分析計算起始時刻的流域蓄水量。統(tǒng)計更長是為了分析計算起始時刻的流域蓄水量。某流域不同時段年最大雨量統(tǒng)計表時間 （月、日）點雨量面平均雨量最大1、3、7日面雨量及起訖日期A站B站C站6.305.30.21.8 7 7月月4 4日日為年最大1日：X1日=128.8mm=128.8mm8 8月月22228 8月月2424日日8 8月月為年最大3日：X X3 3日日=165.5mm=165.5mm7 7月月1 1日日

6、7 7日日為年最大7日：X X7 7日日=234.0mm=234.0mm。7.150.426.625.334.1 7.27.311.510.814.712.3 7.4134.8125.9124128.2 7.532.521.41021.3 7.65.610.54.76.9 7.735.525.227.629.4 7.83.77.11.44.1 7.911.15.89.78.9 8.186.60.26.94.6 8.1922.72.45.410.2 8.20.0 8.218.2242.651.754.849.7 8.2360.168.653.560.7 8.2481.854.132.356.1

7、8.252.310.11.1 2 2、面降雨量資料的插補展延、面降雨量資料的插補展延1950196019701980利用近期雨量：X多 X少 3、特大值的處理、特大值的處理 系列中是否含有特大暴雨直接影響系列的代表性。系列中是否含有特大暴雨直接影響系列的代表性。 一般暴雨變幅不很大，若不出現(xiàn)特大暴雨，統(tǒng)計一般暴雨變幅不很大，若不出現(xiàn)特大暴雨，統(tǒng)計參數(shù)均值、參數(shù)均值、Cv往往會偏小，但加入特大暴雨，未作特往往會偏小，但加入特大暴雨，未作特大暴雨處理，又會使統(tǒng)計參數(shù)偏大。大暴雨處理，又會使統(tǒng)計參數(shù)偏大。 例例7-2 ：福建長汀縣四都站，根據(jù)：福建長汀縣四都站，根據(jù)1972年以前最年以前最 大一日雨

8、量系列計算：大一日雨量系列計算： 據(jù)此求得：據(jù)此求得： vsvCCCmmx5 . 3,35. 0,1021日mmxp332%01. 0 （1特大值的判斷特大值的判斷 經(jīng)驗頻率點據(jù)明顯偏離曲線。模比系數(shù)大，暴雨經(jīng)驗頻率點據(jù)明顯偏離曲線。模比系數(shù)大，暴雨的量級突出。的量級突出。 河北：河北：63.8，河南：，河南：75.8，內(nèi)蒙：，內(nèi)蒙：77.8. （2特大值重現(xiàn)期的確定特大值重現(xiàn)期的確定 一般認為，當流域面積較小時，流域平均面雨量一般認為，當流域面積較小時，流域平均面雨量的重現(xiàn)期與相應洪水重現(xiàn)期相近。的重現(xiàn)期與相應洪水重現(xiàn)期相近。 4、面雨量頻率計算、面雨量頻率計算 適線法：適線法： 經(jīng)驗頻率期

9、望值公式）、線型經(jīng)驗頻率期望值公式）、線型P-型）。型）。 Cv0.6，Cs3.0Cv；Cv Wm Pa Wm ，則取，則取Pa= Wm Pa= Wm 流域最大蓄水量流域最大蓄水量 Wm 和消退系數(shù)和消退系數(shù)K 流域最大蓄水量流域最大蓄水量 Wm 采用蓄滿產(chǎn)流模型，用實測資料分析率定參考有關采用蓄滿產(chǎn)流模型，用實測資料分析率定參考有關資料）。資料）。 采用實測雨洪資料分析確定：采用實測雨洪資料分析確定： 取若干次洪水，其前期十分干旱（取若干次洪水，其前期十分干旱（ Pa 0），降雨），降雨量相當大，達到全流域蓄滿產(chǎn)流，取各次洪水損失的最量相當大，達到全流域蓄滿產(chǎn)流，取各次洪水損失的最大值。大值

10、。 損失損失=降雨徑流降雨徑流 流域?qū)嶋H蓄水量在流域?qū)嶋H蓄水量在0 Wm之間變化。濕潤地區(qū)之間變化。濕潤地區(qū)80140mm。 消退系數(shù)K： 消退系數(shù)綜合反映流域蓄水量因流域蒸散發(fā)而減少的特性。 流域蒸散發(fā)取決于： 流域蒸散發(fā)能力， 流域供水條件，即流域蓄水量。 計算公式：mmWEK 1流域蒸發(fā)能力：Em=E0： 例7-4：前期影響雨量Pa的計算(Wm=100mm)WmPPaR三變量相關圖：兩時段降雨兩時段降雨P1=49mmP2=81mm降雨開始時降雨開始時Pa=60mm由P1=49mm,查得R1=20.0mm由P1 +P2=130mm,查得R1+R2=80.0mm則第二時段凈雨則第二時段凈雨R

11、2=80-20=60mm三變量相關圖的應用：三變量相關圖的應用：降雨徑流相關圖也可簡化為降雨徑流相關圖也可簡化為P + Pa P + Pa R R 關系：關系： 地面凈雨、地下凈雨的劃分 劃分原理 蓄滿產(chǎn)流只有在包氣帶蓄滿后才產(chǎn)流，此時的下滲率為穩(wěn)定下滲率fc 。根據(jù)產(chǎn)匯流理論，利用下式可將各時段凈雨h(等于徑流R ）劃分為地面凈雨、地下凈雨： ghtfchtfhctfhcgshhhph其中：ghtfchtfhctfhcgshhhph其中： 凈雨大于穩(wěn)定入滲，凈雨應包含由穩(wěn)定入滲形成的地下凈雨和地面凈雨。 fc 推求： 利用實測的降雨、徑流資料推求： 分割次降雨流量過程，得降雨對應的徑流和地下

12、徑流，即得一次降雨P、R、Rg 關系。 雨前土壤含水量： W0 (Pa) = R +Wm P ，然后進行產(chǎn)流計算得產(chǎn)流過程R(t)，即凈雨過程。 根據(jù)上述公式采用試算法求 fc。 例7-5：某流域一次降雨徑流過程，利用三變量相關圖求得各時段產(chǎn)流量如下表，分割流量過程線得總徑流量、地下徑流量118.1mm、38.1mm，推求穩(wěn)定下滲率 f c。某流域一次降雨過程及各時段產(chǎn)流量某流域一次降雨過程及各時段產(chǎn)流量時段序號降雨歷時(h)P (mm)h(mm)1614.57.6244.63.73644.444.44646.546.55614.814.8611.11.1總計118.1（38.1）先假設f c

13、=2.0mm/h，有： 再設fc=1.6mm/h，有： 與38.1mm相近，因而，確定該場洪水的fc=1.6mm/h。hg=47.1mmhg=38.6mm穩(wěn)定下滲率fc計算表時段序號降雨歷時(h)P (mm) h(mm)fc=2.0mm/hfc=1.6mm/hhg(mm)hg (mm)1614.57.60.524 6.3 6.3 5.05.0 244.63.70.804 8.0 3.7 5.13.73644.444.41.000 12.0 12.09.6 9.6 4646.546.51.000 12.0 12.09.6 9.6 5614.814.81.000 12.0 12.0 9.69.6

14、611.11.11.000 2.0 1.1 1.61.1總計118.147.1 38.6 )(mmtfc)(mmtfc 設計凈雨的推求設計凈雨的推求 設計面暴雨設計面暴雨+設計設計Pap推求徑流深，該徑流深等于推求徑流深，該徑流深等于設計凈雨，劃分徑流過程得設計地面、地下凈雨。設計凈雨，劃分徑流過程得設計地面、地下凈雨。 設計設計Pap的計算：的計算： 設計條件下的土壤含水量即設計設計條件下的土壤含水量即設計Pa。 取設計取設計Pap= Wm 雨水充沛，土壤濕潤。雨水充沛，土壤濕潤。 3030日設計暴雨過程日設計暴雨過程 擴展暴雨過程法 同頻率法 當?shù)贸鯬ap Wm時，則取Pap= Wm。 上

15、述三種方法中，擴展暴雨過程法用得較多，第一中方法僅適用于濕潤地區(qū)。同頻率法往往誤差較大，常出現(xiàn)一些不合理得現(xiàn)象。 二、初損后損法產(chǎn)流量計算 超滲產(chǎn)流概念 在干旱半干旱地區(qū)，地下水埋藏很深，流域的包氣帶很厚，缺水量大，降雨過程中的下滲的水量不易使整個包氣帶達到田間持水量，所以不產(chǎn)生地下徑流，并且只有當降雨強度大于下滲強度時才產(chǎn)生地面徑流，這種產(chǎn)流方式稱為超滲產(chǎn)流。 超滲產(chǎn)流示意圖初滲階段，降雨全部損失不穩(wěn)定下滲、穩(wěn)定下滲階段產(chǎn)流量初損階段：歷時為t0。降雨損失I0，不產(chǎn)流。后損階段：損失按平均下滲能力來計算： + P超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流量計算0Pt fIPRR 初損量I0的確定： 小流域: 徑流過程的

16、起漲點以前的累積雨量可以作為初損的近似值。 大流域: 則要考慮流域內(nèi)各雨量站至流域出口斷面匯流時間不同的問題。分別確定各自的產(chǎn)流開始時刻，再確定初損。 實際工作中： 常根據(jù)各次降雨初損I0、土壤含水量Pa，以月份M為參數(shù)繪Pa M I0相關圖以備設計時查用。Pamm)I0mm)4567M月份)Pa M I0相關圖或繪Pa i I0相關圖 平均后損率 對多次降雨資料分析，確定平均后損率f 。 一次降雨形成的徑流深R:因而: 例7-6：某次實測降雨過程，降雨開始 Pa.0=15.4mm，推求凈雨過程。 知： 根據(jù)當?shù)豍a M I0相關圖得:I0=31.0mm ,多次降雨資料分析確定的流域平均后損率

17、為1.5mm/h。 初損后損法求凈雨深計算表日時P(mm)I0(mm)f t(mm)h(t)(mm)1.361.21.26917.817.89123612.0 （1h)3(2h)21.0 12158.84.54.3 15185.44.50.9 21247.74.53.2 18221.91.90.0 合計78.83129.4 第六節(jié) 設計洪水過程線推求 降落在流域上的雨水，從流域各處向流域出口斷面匯集的過程，稱為流域匯流。 設計洪水過程線推求：即由設計凈雨地面、地下凈雨通過流域匯流推求設計洪水過程線。 一、等流時線法匯流計算 基本概念 流域各點的地面凈雨流達出口斷面所經(jīng)歷的時間，稱為匯流時間）。

18、流域匯流時間用m表示。 將流域上匯流時間相等的點子連成一條曲線，就是等流時線。兩條相鄰等流時線間的面積稱為等流時面積（ f1 、f2、f3、.）。 兩個時段2 t)、凈雨(h1、h2)、3個等流時面積f1、f2、f3)形成的地面徑流過程分析：niiitttttfhttfhfhfhQ11322111278. 036001000一般的： 二、經(jīng)驗單位線匯流計算 單位線意義及基本假定 定義 一個單位時段內(nèi)，某一特定流域上均勻分布的單位地面凈雨深，在流域出口斷面形成的地面徑流過程線。 單位凈雨深： 一般取為10mm。 單位時段t: 可取1、3、6、12、24h等等，依流域大小而定。 倍比假定：如果單位

19、時段內(nèi)的凈雨不是一個單位而是k 個單位，則形成的流量過程是單位線縱坐標的 k 倍。單位線基本假定 疊加假定：疊加假定： 如果凈雨不是一個時段而是如果凈雨不是一個時段而是m m個時段，則形成的個時段，則形成的流量過程是各時段凈雨形成的部分流量過程錯開相加流量過程是各時段凈雨形成的部分流量過程錯開相加。Q=Q1+Q2+Q3 單位線的推求單位線的推求 方法：方法： 利用實測降雨徑流資料推求。利用實測降雨徑流資料推求。 選擇時空分布較均勻，歷時較短的降雨形成的單峰選擇時空分布較均勻，歷時較短的降雨形成的單峰洪水。洪水。 步驟：步驟： 根據(jù)流量過程線求地面徑流過程。根據(jù)流量過程線求地面徑流過程。 利用降

20、雨資料，推求地面凈雨。利用降雨資料，推求地面凈雨。 根據(jù)地面凈雨及其對應的地面徑流過程線推求單根據(jù)地面凈雨及其對應的地面徑流過程線推求單位線。位線。 例7-7：已知某流域?qū)崪y流量資料分割后的地面徑流過程以及推算出的地面凈雨過程(如下表)，分析單位線。 單位線分析計算表時間(月.日.時)地面徑流量(m3/s)凈雨深(mm)凈雨15.7mm產(chǎn)生的徑流量(m3/s)凈雨5.9產(chǎn)生的徑流量(m3/s)單位線縱坐標(m3/s)修正后單位線縱坐標(m3/s)單位線時段數(shù)(12h)9.24.9000 0 09.24.2112015.7120076 76 19.25.92755.9230 45 146 146

21、 29.25.21737651 86 415 415 39.26.91065821 244 523 523 49.26.21840532 308 339 345 59.27.9575375 200 239 241 69.27.21389248 141 158 157 79.28.9261168 93 107 110 89.28.21180117 63 74 73 99.29.912884 44 54 52 109.29.219563 32 40 42 119.30.97349 24 31 37 129.30.215537 18 23 31 1310.1.94026 14 17 26 1410.

22、1.212919 10 12 21 1510.2.91912 7 8 16 1610.2.21128 4 5 10 1710.3.963 3 2 5 1810.3.2110 1 0 0 1910.4.90020合計2269 2326 單位線徑流深(mm)9.8 10.0 單位線時段轉(zhuǎn)換 單位線應用時，往往因?qū)嶋H降雨歷時和已知單位線的時段長不相符合，不能任意移用； 例如：降雨記錄只有四段制的，即每6小時觀測一次，由此可分析得6h單位線，但實際上則需3h的單位線，就要將6小時單位線轉(zhuǎn)換為3小時單位線。最常用的方法是S曲線法。 S曲線概念： 假定流域上凈雨持續(xù)不斷，且每時段凈雨均為一個單位，在流域出

23、口斷面形成的流量過程線。 單位線時段轉(zhuǎn)換： 將已知時段為t0的單位線q（ t0，t轉(zhuǎn)換為時段為t的單位線q（ t，t） 。 步驟： 將St曲線向右平移t ，得另一條起始時刻遲t 的St- t ）曲線， 兩條兩條S曲線縱坐標相減曲線縱坐標相減St）- St-t ），代表），代表t 時段降雨量為時段降雨量為 的凈雨形成的流量過程線。的凈雨形成的流量過程線。 根據(jù)倍比假定：根據(jù)倍比假定：tt010ttttttStSttq001010)()(),(ttStSttttq()(),(0 例7-8：將時段為6h的單位線轉(zhuǎn)換為時段為3h和9h的單位線。 步驟： 求St曲線。 單位線轉(zhuǎn)換。 ttttttStSt

24、tq001010)()(),(ttStSttttq()(),(0S曲線計算表原單位線(t0=6h) S曲線時序 q(t) 00 01760 762209760 2853616 209 760 9014489 616 209 760 13905356 489 616 209760 17466235 356 489 616 209760 19817160 235 356 489 616 209 760 21418110 160 235 356 489 616 209 760 2251978110 160 235 356 489 616209 760 2329105078 110 160 235 3

25、56 489616 209760 237911355078 110 160 235 356489 616 209760 24141223355078110 160 235356 489 616 209760 2437131223355078110 160235 356 489 616 209760 24491401223355078 110160 235 356 489 616209760244901223355078 110 160 235 356 489616209762449 012233550 78 110 160 235 356489616209 0122335 5078110 16

26、0 23535648961601223 355078110 160235356489不同時段單位線轉(zhuǎn)換計算表 時間原單位線(t0=6h)S(t)S(t-3)S(t)-S(t-3)單位線(t=3h)S(t-9)S(t)-S(t-9)單位線(t=9h)時序q(t)時序q(t)時序q(t)0000000003250251506176762551210291557679315801551103 1222092851551304260252601550028521554307642418361690150040168021557462497 2111619012607520285876244489139

27、011612298458500890271585139019593909016843456 30535617461585161103221161585331883174613711274139049336623519811883981219615853964264 39206619818513170174632042716021412066751415018832584522042141631512619812235149 4881102251220447169420661855122962251451790214115554978232922963318662204125683 57235823292919582251107601050237923582120422296836324002379212142232971747 661135241424001422