1、工程水文Engineering Hydrology,工程水文計算的一般程序以某水庫來水量預(yù)測為例,有長期資料情況,資料收集、審查、處理，獲得符合設(shè)計要求的逐年徑流量系列。,選擇統(tǒng)計計算模型，推求符合設(shè)計頻率的設(shè)計值設(shè)計年徑流量。,若要求推求設(shè)計年徑流量的月分配時,根據(jù)設(shè)計需要，從資料中選擇一個代表年份，按其月分配比分配設(shè)計年徑流量。,資料短缺情況,利用降水等資料 推求徑流系列,移用鄰流域徑流資料,利用地區(qū)綜合的圖表查算設(shè)計年徑流量,成果的合理性檢驗,例：某水庫千年一遇設(shè)計洪峰和各歷時洪量計算成果如表1，用同頻率法推求設(shè)計洪水過程線。經(jīng)分析選定1991年8月的一次洪水為典型洪水，計算典型洪水的洪

2、峰和各歷時洪量及放大倍比，結(jié)果見表1。依次進行逐時段放大，并修勻，最后得設(shè)計洪水過程線見表2和圖。,項 目,（表1）,某站P0.1設(shè)計洪水計算表,表2,典型洪水過程,放大洪水過程,修勻后的設(shè)計洪水過程,Q,t,第十章 由暴雨資料推求設(shè)計洪水 研究目的 了解由暴雨資料推求設(shè)計洪水的方法，掌握不同資料情況下設(shè)計暴雨的計算方法和在設(shè)計條件下將設(shè)計暴雨轉(zhuǎn)化設(shè)計洪水的方法，以解決短缺流量資料時，水庫、堤防、橋涵等工程設(shè)計洪水的計算問題。,第一節(jié) 概述 學(xué)習(xí)要點： 1.為什么要用暴雨資料推求設(shè)計洪水；2.用暴雨資料推求設(shè)計洪水的基本假設(shè)；3.用暴雨資料推求設(shè)計洪水的方法步驟。,一為什么要由暴雨資料推求設(shè)計

3、洪水?1、 設(shè)計流域?qū)崪y流量資料不足或缺乏；2、人類活動破壞了洪水系列的一致性;3、多種方法,互相印證,合理選定;二、由暴雨資料推求設(shè)計洪水的步驟1、由暴雨資料推求設(shè)計暴雨： 用頻率分析法求不同歷時指定頻率的設(shè)計雨量及暴雨過程。2、由設(shè)計暴雨推求設(shè)計凈雨：設(shè)計暴雨扣除損失。 3、由設(shè)計凈雨推求設(shè)計洪水：對設(shè)計凈雨進行匯流計算，求得流域出口斷面的設(shè)計洪水過程。三、基本假定 洪水與暴雨同頻率。即推求設(shè)計暴雨的頻率就是設(shè)計洪水的頻率。,第二節(jié) 直接法推求設(shè)計面暴雨量 一.暴雨資料的收集、審查、選樣；面雨量計算：方法？ 選樣：年最大值法選擇最大1日、3日、雨量。 控制時段與洪水一致。 例:教材表101

4、 二.暴雨資料的插補延長 三. 特大值處理分析確定實測系列中特大暴雨重現(xiàn)期（與相應(yīng)洪水重現(xiàn)期同） 四.面暴雨頻率計算（自學(xué)）； 五.設(shè)計面暴雨量成果的合理性分析（自學(xué)）。,第三節(jié)間接法推求設(shè)計面暴雨量 推求流域中心處設(shè)計點雨量將點雨量轉(zhuǎn)化為面雨量。 一、設(shè)計點暴雨量的計算 1、由流域中心附近有較長系列雨量站資料頻率計算推求。 2、無上述資料條件時，先求流域內(nèi)各測站設(shè)計點雨量，然后繪制設(shè)計暴雨量等值線圖，用地理插值法 推求 點暴雨資料一般不宜采用相關(guān)法插補。設(shè)計洪水規(guī)范建議采用以下方法插補展延 。 （1）直接借用鄰站某些年份的資料。 （2）采用鄰近各站的平均值插補。 （3）繪制次暴雨或年最大值等

5、值線圖插補。 （4）暴雨資料缺乏地區(qū)，利用水文手冊中的各時段年最大暴雨量的均值及Cv等值線圖推求。等等。,二、設(shè)計面暴雨量的計算 流域中心（形心）設(shè)計點暴雨量求得后，利用點面暴雨關(guān)系折算成設(shè)計面暴雨量。 1定點定面關(guān)系 如流域中心或附近有長系列資料的雨量站（點），流域內(nèi)有一定數(shù)量且分布比較均勻的其他雨量站資料時（面），可根據(jù)同期觀測資料，建立各種時段暴雨的點面關(guān)系。 一般求得大暴雨的平均點面雨量折減系數(shù)。,2動點動面關(guān)系 資料缺乏時，以暴雨中心點面關(guān)系代替定點定面關(guān)系。應(yīng)用時用流域中心或附近設(shè)計點雨量推求設(shè)計面雨量。 該法應(yīng)用包含3個假定： 設(shè)計暴雨中心與流域 中心重合； 設(shè)計暴雨的點面關(guān)系

6、符合平均的點面關(guān)系 流域的邊界與某條等雨 量線重合。,某地區(qū) 3 天暴雨點面關(guān)系圖 1實測暴雨 2地區(qū)平均暴雨,第四節(jié) 設(shè)計暴雨時空分配的計算 一、設(shè)計暴雨時程分配的計算 典型暴雨同頻率控制縮放 。 （一）典型暴雨的選擇和概化 1、典型暴雨選擇原則： （1）量接近設(shè)計值：雨量大，雨強大的大暴雨； （2）對工程不利：如峰型集中、主雨峰靠后； （3）有代表性：能反映本地區(qū)大暴雨的一般特點。,2、典型暴雨過程概化 求各時段雨量分配比（） 缺乏資料時，可采用各?。▍^(qū)）水文手冊中地區(qū)綜合概化的典型雨型。,某暴雨一致區(qū)綜合概化雨型,（二）設(shè)計暴雨時程分配 由設(shè)計暴雨量和典型或綜合概化雨型推求。例P258,

7、第五節(jié) 由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水（產(chǎn)流匯流計算） 一、流域產(chǎn)流、匯流計算基本知識 1. 基本內(nèi)容與流程 產(chǎn)流計算：研究降雨扣除截留、填洼、下滲、蒸發(fā)等損失之后，剩余的凈雨（產(chǎn)流量），數(shù)量上等于所形成的徑流深。 匯流計算：研究凈雨沿著地面和地下匯入河網(wǎng)，經(jīng)河網(wǎng)匯集形成流域出口的徑流過程。,2、基本思路 從實測降雨、徑流資料出發(fā)，分析流域產(chǎn)流或匯流的規(guī)律，建立產(chǎn)流、匯流模型。 用于洪水設(shè)計時，由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水； 用于洪水預(yù)報時，由實際降雨預(yù)報洪水。,二、產(chǎn)流計算 （一）實測降雨和相應(yīng)產(chǎn)生的徑流量計算 1洪水場次劃分及次洪水總徑流深R的計算,圖中hf以下為基流，agh為前次降水產(chǎn)生的徑流， d

8、f 以上為后期洪水。abcafg為降雨產(chǎn)生的徑流R 。 其中 aba為地表徑流 aafg為地下徑流 ag和af 稱地下水退水曲線,基流,h,Qgt,（二）前期影響雨量與流域蓄水量 1、流域最大蓄水量（WM或Im)(mm)： 選久旱無雨后的一次實測雨洪資料，認為前期流域蓄水量為0，則： （其中E為雨期蒸發(fā)量） 2、前期影響雨量Pa 本次降雨開始時刻流域蓄水量。,K日消退系數(shù) EM流域日蒸發(fā)能力 例41（P80),（三）蓄滿產(chǎn)流概念及應(yīng)用 1、 概念：當流域土壤含水量達到飽和（WM）時產(chǎn)生凈雨（徑流），適用于南方濕潤地區(qū)。 2、降雨徑流相關(guān)圖由實測雨洪資料建立次降水量PPa次徑流量R關(guān)系圖。由設(shè)計

9、暴雨過程及相應(yīng)Pa查設(shè)計凈雨過程。,PPaR降雨徑流相關(guān)圖 P+PaR降雨徑流相關(guān)圖,3、設(shè)計Pa推求(1) 經(jīng)驗法 Pa,P=KIm 式中:濕潤地區(qū)設(shè)計標準較高時K=1.0, 一般K=0.50.8; 如，湖北、湖南、浙江省取0.75。(2)擴展設(shè)計暴雨過程法 加長暴雨資料統(tǒng)計歷時。 例如根據(jù)設(shè)計暴雨的需要只統(tǒng)計7天暴雨，但由于要計算設(shè)計7天暴雨的Pa,P，統(tǒng)計歷時往前延長數(shù)十天，得出一個長達數(shù)十天的擴展設(shè)計暴雨過程。假設(shè)起點Pa, 按 演算到最大7天設(shè)計暴雨開始時刻Pa,P。,4、設(shè)計凈雨過程推求 由設(shè)計Pa、設(shè)計暴雨各時段雨量P查算各時段產(chǎn)生的凈雨 R,P,P2, R1,。,。,P1, R

10、2,P2, R1,5、地面地下徑流（凈雨）劃分 1、由實測一次降雨、徑流及蒸發(fā)資料，由下式（435） 試算推求流域穩(wěn)定下滲率fc ： 式中：等號左邊為一次降雨產(chǎn)生的地下徑流總量。 右邊第一項為雨強大于fc時產(chǎn)流面積FR/F上產(chǎn)生的地下徑流總量。 右邊第二項為雨強小于fc時產(chǎn)流面積FR/F上產(chǎn)生的地下徑流總量 2、設(shè)計凈雨中地下徑流（凈雨）劃分： 已知fc，計算 的各時段地下徑流量 的各時段地下徑流量,地表徑流,f,降水,地下徑流,四、超滲產(chǎn)流概念及應(yīng)用 1、概念 當降雨強度大于下滲強度時產(chǎn)生地面凈雨，適用于干旱地區(qū)。 2、方法之一 初損后損法 I0初損，即產(chǎn)流前的損失，與Pa有關(guān)，可由資料建立

11、Pa I0關(guān)系備用； 后期平均下滲率，與初損期平均雨強 有關(guān)，可由資料建立 關(guān)系備用。 3、應(yīng)用 已知設(shè)計暴雨各時段雨量、Pa. 1、由Pa查Pa I0關(guān)系確定I0 2、先扣初損（不產(chǎn)流），扣完I0 3、計算 ，查 關(guān)系求 4、由 扣后損分別得地表、地下 徑流過程。,例：某設(shè)計流域設(shè)計暴雨過程各時段雨量見下表，設(shè)計條件下Io=20mm， 1mm/h，試求設(shè)計地面凈雨過程,【算例】某流域F4200km2，推求百年一遇設(shè)計洪水。流域具有19591962四年流量資料和19501979三十年面雨量資料。,1、設(shè)計暴雨計算,（1）設(shè)計暴雨統(tǒng)計時段：根據(jù)工程要求選擇為1、3、7天； （2）設(shè)計雨量：雨量頻

12、率計算得 P1p108.0mm；P3p182.0mm；P7p270.0mm （3）典型雨量：選擇1955年一次暴雨過程，計算典型雨量 P1D63.2mm；P3D108.5mm；P7D148.6mm,（4）計算同頻率放大倍比,（5）同頻率法推求得設(shè)計暴雨過程,2、設(shè)計凈雨推求,（1）繪制降雨徑流相關(guān)圖，產(chǎn)流參數(shù)： Em8.0mm； Im100mm； （2）分析穩(wěn)定入滲率： fc12mm/d； （3）土壤含水量： Pa,0100mm； Pa,t+10.92（PatPtRt）,（4）由降雨徑流相關(guān)圖查算設(shè)計凈雨過程；,(5）劃分地表、地下凈雨過程,地表、地下凈雨推求,3、推求設(shè)計洪水過程,（1）分析

13、單位線，由地表凈雨推求地表徑流過程Qs； （2）地下徑流過程簡化為等腰三角形，峰位于地表徑流停止點。由地下凈雨推求地下徑流過程Qg； （3）地表徑流與地下徑流相加，得設(shè)計洪水過程線Qp。,推求設(shè)計洪水過程線,三、匯流 常用方法：等流時線法、經(jīng)驗單 位線法、瞬時單位線法等。 （一）匯流及單位線有關(guān)概念 1、匯流時間：流域各點的地面凈雨 流達出口斷面所經(jīng)歷的時間。2、流域匯流時間 m：流域上最遠點的凈雨流到出口的歷時。 3、等流時面積F()：同一時刻產(chǎn)生且匯流時間相同的凈雨組成的面積。 4、匯流造峰： （1） 凈雨歷時小于 m時稱部分匯流造峰（設(shè)t ） （2）凈雨歷時大于 m時稱全面匯流造峰。,設(shè)

14、凈雨時段為2 t，出口斷面流量 Q(t 1, )= i1F1 Q(t 2, )= i2F1 i1F2 Q(t 3,)= i2F2 i1F3 Q(t 4,)= i2F3 洪峰流量為Q2或Q3,由流域部分面積上的凈雨參與匯流而成。,設(shè)凈雨時段為4 t，出口斷面流量 Q(t 3, )= i3F1 i2F2 i1F3 Q(t 4, )= i4F1 i3F2 i2F3 Q(t 5, )= i4F2 i3F3 。 洪峰流量為Q3或Q4,由流域全部面積上的最大 m歷時凈雨參與匯流而成。,4、單位線q(t)在給定的流域上, 單位時段內(nèi)均勻降落單位深度的地面凈雨，在流域出口斷面形成的地面徑流過程線。單位凈雨一般

15、取10mm，單位時段可取1、3、6、12、24h等,依流域大小而定。 5、單位線應(yīng)用假定 (1) 倍比假定：如果單位時段內(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標的 k倍。(2) 疊加假定：如果凈雨不是一個時段 而是m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時 段線性疊加。,RW/F10mm,設(shè)10mm地面凈雨單位線為q1，q2 , qn ； 凈雨過程為R1, R2 ,Rm；(凈雨時段長與單位線時段長相同） 則產(chǎn)生的地面流量過程為：,（二）單位線推求 從實測資料選擇一次歷時較短的降雨形成的單峰洪水來分析。根據(jù)降雨扣損后的地面凈雨過程R1、R2 及

16、對應(yīng)的劃去地下水后的地面流量過程Q1、Q2、 ,用上式反推單位線流量q1 ,q2 ,。(注意保持單位線總水量為10mm）。,（三）單位線的應(yīng)用 例48（P103） 例（P261） 幾個應(yīng)用問題： 1、單位線的時段轉(zhuǎn)換S曲線法（如將6小時單位線轉(zhuǎn)化為3小時單位線） 2、暴雨大小對單位線的影響按暴雨大小分類推求和應(yīng)用單位線。 3、暴雨空間分布對單位線的影響按暴雨中心位置分類推求和應(yīng)用單位線。 （四）產(chǎn)匯流方案外延 一般洪水推求的方案應(yīng)用于設(shè)計條件時，需在成因分析基礎(chǔ)上外延相關(guān)線或參數(shù)。,第六節(jié) 小流域設(shè)計洪水 一、概述 （一）特點 1、無資料，必須利用地區(qū)綜合信息，由暴雨推洪水； 2、流域小，不考

17、慮降雨、產(chǎn)流的空間分布不勻，降雨以點代面； 3、工程小，主要研究洪峰流量，對洪量及洪水過程粗略處理； 4、對暴雨只研究與造峰有關(guān)的最大24小時核心暴雨短歷時暴雨； 5、方法必須簡便，易于查算。 （二）常用方法 1、推理公式法 2、經(jīng)驗公式法（常用于特小流域） 2、調(diào)查洪水法 4、地區(qū)綜合單位線法。,本章前階段小節(jié)： 1、該階段主要介紹由暴雨資料推求設(shè)計洪水的原理和方法。分設(shè)計暴雨計算、產(chǎn)流計算、匯流計算三部分 2、應(yīng)熟練掌握三種不同暴雨資料情況下設(shè)計暴雨量及時程分配的確定方法。 3、了解“蓄滿產(chǎn)流”“超流產(chǎn)流”兩種模式，了解等流時線的匯流概念，單位線概念； 4、了解降雨徑流相關(guān)法，初損后損法產(chǎn)流方案的建立，掌握方案使用方法； 4 掌握設(shè)計條件下應(yīng)用產(chǎn)、匯流方案，注意方案在設(shè)計條件下的外延問題。,二、小流域設(shè)計暴雨 （一）最大2