1、第八章 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算,8.1 概述 8.2 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算 8.3 設(shè)計(jì)洪峰流量的推理公式 8.4 計(jì)算洪峰流量的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式 8.5 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求,8.1 概述,一、小流域設(shè)計(jì)洪水特點(diǎn) 1. 缺少實(shí)測(cè)資料(流量和暴雨資料)。 中、小型水庫(kù)，涵洞，城市和工礦區(qū)的防洪工程 2. 小型水利工程一般對(duì)洪水的調(diào)節(jié)能力較小,工程規(guī)模主要受洪峰流量控制。重點(diǎn)推求設(shè)計(jì)洪峰流量。 3. 計(jì)算方法力求簡(jiǎn)便。,二、小流域設(shè)計(jì)洪水發(fā)展史 小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算已有100多年的歷史。計(jì)算方法由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由計(jì)算洪峰流量到計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。,四、小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算步驟 1. 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算； 2.

2、設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算； 3. 小流域設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線擬定。,三、計(jì)算方法 1. 推理公式法 2. 經(jīng)驗(yàn)公式法 3. 相似流域法 4. 綜合單位線法,8.2 小流域設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算,小流域面積較小，可忽略暴雨在地區(qū)上分布的不均勻，由流域中心點(diǎn)處的點(diǎn)雨量作為流域面雨量。 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算采用以下步驟推求： 1 按?。▍^(qū)、市）水文手冊(cè)及暴雨徑流查算圖表上的資料計(jì)算特定歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨量； 2 將特定歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨量通過(guò)暴雨公式轉(zhuǎn)化為任意一歷時(shí)的設(shè)計(jì)雨量。,一、年最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算,各省、市、區(qū)都繪制了年最大24小時(shí)降雨量統(tǒng)計(jì)參數(shù)( 、Cv)等值線圖以及Cs/Cv的比值。這些參數(shù)直接從當(dāng)?shù)厮氖謨?cè)上查取。 通

3、過(guò)地理內(nèi)插法可獲得流域中心點(diǎn)年最大24小時(shí)降雨量統(tǒng)計(jì)參數(shù)： 、Cv。則設(shè)計(jì)頻率p下的年最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量P24,p為：,二、歷時(shí)t（24小時(shí)）的設(shè)計(jì)暴雨P(guān)t,p的計(jì)算 將年最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量P24，P通過(guò)暴雨公式轉(zhuǎn)化為任意一歷時(shí)的設(shè)計(jì)雨量Pt,P(1t24)。,1. 暴雨公式,式中，it.p 歷時(shí)為t、頻率為P的平均暴雨強(qiáng)度(mm/h); Sp 單位時(shí)間的平均雨強(qiáng)(mm/h)，又稱(chēng)雨力,隨地區(qū)和重現(xiàn)期而變; n 暴雨參數(shù)或暴雨遞減指數(shù)，隨地區(qū)和歷時(shí)長(zhǎng)短而變。 式（8-1）為水利電力部門(mén)廣泛應(yīng)用的暴雨公式。 意義：暴雨強(qiáng)度與歷時(shí)成指數(shù)關(guān)系。見(jiàn)書(shū)圖8-2。,（8-1）,2. 歷時(shí)t的設(shè)計(jì)暴

4、雨量公式,將(8-1)式左乘歷時(shí)t 得: t it,P=Pt,p=Spt1-n （8-2） 式（8-2）為歷時(shí)t 的設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算公式。 暴雨公式的作用： 在n、Sp已知情況下，可以得到任意歷時(shí)t的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度和設(shè)計(jì)暴雨量。,3. n、Sp的計(jì)算,將（8-1）式兩邊取對(duì)數(shù)得： 式中，lgit,p與lgt呈直線關(guān)系，見(jiàn)圖8-3。,（8-3）,由圖可見(jiàn)： a、在t=1h處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：t 1 h時(shí)，n=n1；t1h時(shí)，n=n2；t=1h, SP=i1.P。 b、 n1 、n2 和SP 隨頻率變化。,（1） n(n1、n2)的獲取 a、由實(shí)測(cè)暴雨資料分析得到; b、從水文手冊(cè)中的n值分區(qū)圖上查取。 （

5、2）Sp的計(jì)算 a、地區(qū)水文手冊(cè)中的Sp等值線圖插取; b、由式（8-2）知：Sp=Pt,ptn-1 P24,p已知（t=24h） Sp=P24,p24n2 -1,t it,P=Pt,p=Spt1-n,n2等值線圖,8.3 計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量的推理公式,一、推理公式的一般形式 假定：1）采用平均凈雨強(qiáng)度；2）暴雨與洪水同頻率；3）流域上的凈雨強(qiáng)度在時(shí)間上和空間上是不變的。 1. 基本概念 tc 產(chǎn)流歷時(shí)(h)；u產(chǎn)流歷時(shí)tc內(nèi)的平均損失強(qiáng)度。,i,t,u,tc,2. 全部產(chǎn)流 當(dāng)tc時(shí)，即充分供水條件下，出口斷面的最大流量是由 時(shí)段的凈雨在全流域面積上形成的： 稱(chēng)為全部產(chǎn)流。 式中 Qm洪峰流量

6、(m3/s); F流域面積(km2); i平均降雨強(qiáng)度(mm/h)； u平均下滲強(qiáng)度(mm/h); k單位換算系數(shù)。,（8-4）,3. 部分產(chǎn)流 當(dāng)tc時(shí)，即不充分供水條件下，出口斷面的最大流量是 由全部降雨在部分流域面積上形成的：,（8-5）,稱(chēng)為部分產(chǎn)流。 式中 F0為共時(shí)徑流面積（km2），即部分產(chǎn)流面積； 其余符號(hào)同前。,i,4. 推理公式的一般形式 或 式中， 洪峰徑流系數(shù)，即形成洪峰的凈雨量與降雨量 之比值; 共時(shí)徑流面積系數(shù)。,部分產(chǎn)流,全部產(chǎn)流,二、水文所公式 Qm=0.278iF （8-7） 式中，i為平均降雨強(qiáng)度（mm/h）;其余同前。我國(guó)水利部 門(mén)廣泛采用的推理公式。 當(dāng)

7、t=時(shí)，由暴雨公式有 ，代入式（8-7）中得： 式（8-8）是我國(guó)普遍采用的小流域設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算公式。 其中，未知參數(shù)為：Sp、n、F 、 、。,（8-8）,三、設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算 未知參數(shù)：Sp、n、F 、 、。 1. Sp、n、F 的計(jì)算 流域面積F可從地形圖上量出； n 由地區(qū)n值分區(qū)圖查出；Sp查等值線圖或由暴雨公式可求，即： 由式（8-1） 知：Sp=Pt,ptn-1 P24,P已知（t=24h） Sp=P24,p24n2-1,(1) 當(dāng)tc 時(shí) 而P =i=(Sp /n) =Sp 1-n。代入上式得： （8-11） (2) 當(dāng)tc時(shí) 由暴雨公式有： u=(1-n)Sp/tcn=(1

8、-n)itc 。 代入上式得：,（8-10）,（8-12）,2. 的計(jì)算,(3) tc的計(jì)算 由暴雨公式 Pt=itP t=(SP /t n) t=SP t1-n i=dPt /dt=(1-n)Sp /t n 當(dāng)i=u，t=tc時(shí)，則,（8-9）,3. 的計(jì)算 式中，L河流長(zhǎng)度（km）； v流域平均匯流速度（m/s）; Qm待求最大流量（m3/s）； m匯流參數(shù)； J流域平均縱比降； 、 反映沿流程水力特性的經(jīng)驗(yàn)指數(shù)。對(duì)于一般山區(qū)河道采用=1/3，=1/4。,（8-12）,將=1/3，=1/4代入（8-12）式得： 將上式代入 ，整理得： 未知參數(shù)：m，J，L 。 L、 J從地圖中量取。,4.

9、 損失參數(shù)u和匯流參數(shù)m的確定 (1) u的估算 在設(shè)計(jì)條件下 式中，hR設(shè)計(jì)凈雨量（mm）。 hR由地區(qū)暴雨徑流相關(guān)圖查算。 另外， u也可根據(jù)地區(qū)u值綜合圖（表）查取。,Pt,P,hR,(2) m的估算 m與流域特征因素存在密切的關(guān)系,一般建m 關(guān)系圖。流域特征因素與流域特征存在下列關(guān)系： 在建立m關(guān)系時(shí),分下面幾種情況: 1 按下墊面條件定線 2 按區(qū)域條件定線 3 考慮設(shè)計(jì)洪水大小定線 50年一遇以上洪水： m=0.50.23,P139,小流域4類(lèi)下墊面條件下相應(yīng)的m值。見(jiàn)表8-1。,三、設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算方法試算法 1. 、Cv、Cs、n1、n2 Sp Sp=P24,p24 n2 -1

10、 2. L、J、F m 3. P24,p R24,p u 4. 產(chǎn)流歷時(shí)tc計(jì)算 5. 試算求Qm,(1) 假定一個(gè)Qm 值，計(jì)算； (2) 當(dāng)tc時(shí)，由式（8-12）計(jì)算 ；當(dāng)tc時(shí)，由式（8-11）計(jì)算 ; (3)由 計(jì)算 ； (4)若Qm與 相等，即為所求；否則繼續(xù)試算。,四 實(shí)例,例某地區(qū)欲修建一座小型水庫(kù)，該水庫(kù)積水面積F=7.4km2，干流長(zhǎng)度L=4.1km，J=0.036。用試算法計(jì)算壩址百年一遇的洪峰流量。 解：,8.4 計(jì)算洪峰流量的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式,洪峰影響因素,暴雨特性（強(qiáng)度、歷時(shí)）,流域幾何形特征（河長(zhǎng)、比降、集水面積）,地質(zhì)地貌特征（植被、土壤、地質(zhì)）,一、單因素公式 以

11、流域面積F作為洪峰流量的主要影響因子，建立二者間的關(guān)系，其形式為： Qm,p=C pF n 式中，Cp隨頻率變化的綜合系數(shù)；n 經(jīng)驗(yàn)指數(shù)；各省、市水文手冊(cè)中可查。,例如湖南、江西的Cp、n值表,二、多因素公式 式中，f=F/L2流域形狀系數(shù)。 例如：安微省山區(qū)小河洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式為： 同時(shí)把山區(qū)分為4類(lèi)：深山區(qū)(C=0.0514)、淺山區(qū)(C=0.0285)、高丘區(qū)(C=0.0239)、低丘區(qū)(C=0.0194)。,8.5 小流域設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求,推求方法,時(shí)段綜合單位線法,瞬時(shí)綜合單位線法,概化過(guò)程線法*,概化過(guò)程線法 概化線型有三角形、五邊形和綜合概化過(guò)程線等形式。 一、三角形概化設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線 已知:設(shè)計(jì)洪峰流量Qm