小流域洪水设计副本.pptx

会计学1小流域洪水设计副本小流域洪水设计副本 绝大多数小流域都没有水文站，即缺乏实测径流资料，甚至降雨资料也没有。小流域面积小，自然地理条件比较单一，拟定计算方法时，允许作适当的简化，即允许作出一些概化性假定。例如假定短历时设计暴雨时空分布均匀等等。小流域分布广、数量多。因此，所拟定的计算方法，在保证一定精度的前提下，力求简便。第1页/共86页 小流域设计洪水的计算方法很多，如：推理公式法、地区经验公式法、历史洪水调查分析法和综合单位线法。其中应用最广泛的是推理公式法，它的思路是以暴雨形成洪水过程的理论为基础，并按设计暴雨设计净雨设计洪水的顺序进行计算。小型工程一般对洪水的调节能力较小，工程规模主要受洪峰流量控制，因此，小流域设计洪水，主要推求设计洪峰流量，对洪水过程线的要求低，一般采用概化过程线。第2页/共86页二、小流域设计暴雨的计算 针对小流域水文资料缺乏的特点，设计暴雨推求常采用以下步骤：根据省（区）水文手册（包括有关的水文图集，如暴雨径流查算图表）中绘制的暴雨参数等值线图，查算出各种历时的流域设计雨量，如24h设计暴雨量等。（如果有实测资料，可直接推求设计雨量）第3页/共86页第4页/共86页第5页/共86页工程设计中常用的暴雨历时有：城市排水：5、10、15、20、30、45、60、90、120 min水利部门：1、3、6、12、24 h 将各种历时的设计雨量建立暴雨公式，就可利用暴雨公式推求任一历时的设计雨量；按分区概化雨型或移用邻近流域典型暴雨，用同频率法控制放大，求得设计暴雨过程。第6页/共86页1.特定历时的设计暴雨计算 由各省区的暴雨径流查算图表和水文手册查取。例如湖北省1985 年印发的暴雨径流查算图表中，就提供了7d、3d、24h、6h、1h及10min的暴雨参数等值线图，CS/CV值全省统一用3.5。据此，便可查出设计流域中心点位置的某特定历时暴雨的均值、CV 及CS/CV，进而求得该历时设计频率的雨量。如：x24P、x6P、x1P。第7页/共86页2.用暴雨公式计算任一历时的设计雨量 有了特定历时的设计暴雨量（如：x24P、x6P、x1P），就可以建立暴雨公式。大量资料的统计成果表明，暴雨强度和历时的关系可用指数方程来表达，它反映一定频率某历时的平均降雨强度 at，P 与该历时 t 的关系，称为短历时暴雨公式。暴雨公式最常见的形式为：式中，at，P：历时为t，频率为P的平均暴雨强度，mm/h；第8页/共86页SP：频率为P，历时为1h的平均暴雨强度（average rainfall intensity for duration t=1h with frequency P），称为设计雨力，mm/h。n：暴雨参数、暴雨递减指数或暴雨衰减指数。暴雨递减指数n与历时长短有关，且随地区而变化，可根据自记雨量资料分析。首先对实测各种历时的雨量进行频率分析，求得各种频率的设计雨强at，P 及相应的历时t，然后推求n。由（10-1）式可知：第9页/共86页lg at，P lg tn2=0.60 P=0.1%n2=0.60 P=1%n1=0.40 n1=0.40SP=0.1%SP=1%1h用图解法可求得n。根据我国资料分析，大多数地区n与P无关，在t=1h的前后发生变化，记t1h为n1，t=124h为n2。n1、n2各地不同，各省（自治区、直辖市）已根据各自分析的n1、n2绘成了等值线图或分区查算图。第10页/共86页第11页/共86页第12页/共86页频率为P、历时为 t 的暴雨量：计算步骤：已知：流域中心 求出24h设计暴雨量 x24，P。由式（10-2）：（10-3）第13页/共86页 由式（10-2）（10-3），可求出任意历时 t 的设计雨量：当 1 h t 24 h：当 t 时，损失率为，超渗部分 i-形成净雨，总净雨量如图阴影部分所示。只要有了，就可求出净雨量。各省水文手册一般有的经验关系，可直接查阅。第22页/共86页四、推理公式推求设计洪峰流量的基本原理 （fundamental conception in rational formula）（一）推理公式的形式汇流时间（concentration time）：净雨从流域上某点流至流域出口断面的时间。等流时线（isochronic line）：流域上汇流时间相等的点的联线。如图：标有1、2、的虚线（为单位汇流时段长）。等流时面积（isochronic aera）：相邻两条等流时线间的面积 f。本例：F=f1+f2+f3。第23页/共86页tttf1f2f3流域上最远点净雨流到出口断面所经历的时间，称为流域最大汇流时间，简称流域汇流时间，或流域汇流历时（concentration time of catchment），记为。本例：=3t。第24页/共86页thQtttt 时段内在等流时面积 f 上形成的净雨 h 都能在两个t 时段内流出流域出口断面。最大流量为：Q第25页/共86页设流域内形成了4个时段的净雨，故净雨历时（产流历时）tc=4t，出口断面形成的流量过程线为：+Qm第26页/共86页推理公式第一个假定：净雨在时间和空间上分布均匀，即：h1=h2=h3=h4=h，则有：为净雨强度，或称为产流强度，记为：a 为平均降雨强度，为损失强度，故有：第27页/共86页另一种表示方法：式中，=3t 为流域汇流历时，h=3h 为 历时内的净雨量，而净雨历时 tc=4t，全部净雨为 4h。显然，tc ，洪峰流量是部分净雨在全部流域面积上形成的。这种情况称为全面汇流。第28页/共86页设流域内形成了2个时段的净雨，故净雨历时（产流历时）tc=2t，出口断面形成的流量过程线为：+Qm第29页/共86页仍假定净雨时空分布均匀，即：h1=h2=h，则 Qm 视（f1+f2）和（f2+f3）的大小而定，记最大者为 Ftc，称为净雨历时内最大共时径流面积，则有：式中，hR=2h 为净雨历时内的净雨量，即全部的产流量。Ftc 为净雨历时内最大共时径流面积，即参与形成洪峰流量的那部分汇流面积，与 tc 及流域形状有关。显然，tc=2t，而 =3t。所以，tc ，洪峰流量是全部净雨在部分流域面积上形成的，称为部分汇流。第30页/共86页推理公式第二假定：流域汇流面积随时间的增长率为线性关系（矩形假定），即：则上式可写为：最后有：当 tc ：当 tc ：第31页/共86页五、北京水科院推理公式及其应用 推理公式中需求出 h、hR 及 。h、hR 就是产流计算，推求净雨的问题；为流域汇流时间，即流域汇流计算问题。1、设计暴雨过程 暴雨过程线对称；瞬时雨强峰值趋于无穷大；雨强过程线无法用显式表示；i时间ittc第32页/共86页 历时为t时，瞬时雨强过程线上相应的雨量为设计雨量 xt，P：i时间ittc第33页/共86页2、产流量计算 当 tc 时：i时间tch第34页/共86页i时间tchR 当 tc 时：第35页/共86页求 tc ：i时间tchR由式（10-2）：瞬时雨强 i(t)：由图，当 t=tc 时，i(tc)=，故有：第36页/共86页所以：另将 代入 hR 式，消去 ，得：第37页/共86页3、流域汇流时间 计算 采用半理论半经验公式：式中，L：主河长（length of main water course），从流域出口断面沿主河道至分水岭的长度，km。J：主河道比降（the weighted mean slope of the main water course），以小数计，按式（2-9）计算。m：流域汇流参数（factor of flow concentration），各省水文手册一般都有经验关系：m L/J1/3 第38页/共86页4、用推理公式推求设计洪峰流量 将 代入式（10-7），得：tc (10-15)tc (10-16)将式（10-11）代入式（10-8），得：第39页/共86页5、计算步骤 上述方程组需要7个参数：F、L、J、n、SP、m，即可解出QmP、。方法有图解法、试算法等。具体步骤：流域参数 F、L、J 在地形图上量算 暴雨参数 n、SP 查水文手册中的水文图集，可得：第40页/共86页由设计标准 P 及 P-型曲线，可求得24h设计暴雨量 x24，P，再由式（10-3）推求 SP：流域损失参数 和汇流参数 m查水文手册，求出；汇流参数m查 m L/J1/3 关系。计算 tc 由式（10-10）：第41页/共86页 推求 QmP 第一种方法：图解法（graphic method）（1）假定一组：QmP 假定一个QmP，由式（10-12），求出对应的。作 QmP 关系曲线，如 线。第42页/共86页（2）假定一组 ，求相应的 QmP 若 tc ，由式（10-15）计算 QmP；若 tc ，由式（10-16）计算 QmP；作 QmP 关系曲线，如 线。线线 QmP Q第43页/共86页（3）求 QmP、线和线的交点对应的纵横坐标即为所求。第二种方法：试算法（cut-and-trial method）（1）假设一个QmP，代入式（10-12）得到一个相应 的；（2）求 比较 tc 与 的大小：第44页/共86页 当tc ，代入式（10-15）得 ；若 tc ，代入式（10-16）得 ；（3）比较QmP 和 若：，即为所求；若：，令 ，返回（1）。第45页/共86页【例10-2】江西省流域上需要建小水库一座，要求用推理公式法推求百年一遇设计洪峰流量。计算步骤如下：1.流域特征参数F、L、J的确定 F=104km2，L=26km，J=8.75 2.设计暴雨特征参数 n 和 SP 暴雨衰减指数n由各省（区）实测暴雨资料分析定量，可查当地水文手册。一般n的数值用点雨量资料代替面雨量资料直接推求，不必作修正。第46页/共86页 从江西省水文手册中查得设计流域最大1日雨量得统计参数为：x24，P=1.1x1d，P 暴雨衰减指数 n=n2=0.60。由CS =3.5CV=3.50.42=1.47，P=1%，查值表，得：P=3.312。第47页/共86页3.产汇流参数、m的确定 查有关水文手册，得：=3.0mm/h、m=0.70。4.图解法求设计洪峰流量(1)假定一组：QmP 计算结果见表 10-7。第48页/共86页表 10-7 QmP 线及 QmP线计算表 设 (h)QmP（m3/s）设 QmP（m3/s）（h）（1）（2）（3）（4）8617.440011.210529.145010.912465.350010.614416.660010.1（2）假定一组 ，求相应的 QmP 第49页/共86页若 tc ，由式（10-15）计算 QmP；若 tc ，由式（10-16）计算 QmP；由表 10-7，较小，故可设tc ，由式（10-15）计算 QmP：计算结果见表 10-7。第50页/共86页（3）作图10-12（4）求 QmP、图10-12，两线交点处对应的Qmp即为所求的设计洪峰流量。由图读出Qmp=510m3/s，=10.55h。检验是否满足tc，本例题=10.55h tc=57h，所以采用全面汇流公式计算是正确的。第51页/共86页推理公式的另一种常用表示方式：两组公式：当 tc ：当 tc ：式中，h 为汇流历时 内形成洪峰流量的净雨量；hR 为净雨历时 tc 内形成洪峰流量的净雨量。第52页/共86页用毛降雨量表示，引入洪峰径流系数，令：当 tc 时：当 tc 时：合并式（10-7）（10-8）：引入暴雨强度公式（10-1）：第53页/共86页得洪峰流量公式：产流量计算：当 tc 时：由图10-10（a）第54页/共86页 当 tc 时：由图10-10（b）将式（10-9）代入上式，得：另将式（10-11）代入 ，整理得：第55页/共86页对没有 的经验关系的地区，可用上式估算，式中 hR 按下式估算：当 tc 24h（小流域）：式中，称为24h 径流系数，可根据流域土壤类型查有关设计手册。第56页/共86页当 tc 时，（n）：当 tc 时，（n）：第57页/共86页已知：流域参数：F、L、J汇流参数：m暴雨参数：1、由设计标准 P 及 P-型曲线，可求得24h设计暴雨量 x24，P，再由式（10-3）推求 SP：2、求 tc 若 已知，由式（10-10）计算 tc ；第58页/共86页若未知，可由x24，P hR（E）式）（D）式）tc 式（10-10）。3、试算步骤：假定 QmP （B）式 求 当 tc 时，（n）：当 tc 时，（：当：地表净雨 地下净雨 （mm）（mm）第80页/共86页 计算设计洪量 地表洪量 （m3）地下洪量 （m3）第81页/共86页 地表洪水过程线 采用福建省概化洪水过程线推求。先计算洪水形状系数 ，式中，T为地表洪水过程线的底宽，24h设计雨量固定为50h，然后根据值查关系表 （见表9），乘以地表洪峰流量即得设计地表洪水过程线。第82页/共86页 地下洪水过程线 地下洪水过程线概化为等腰三角形，底宽是地表洪水过程线底宽的两倍，地下洪峰流量：T为地表洪水过程线的底宽。第83页/共86页 设计洪水过程线 将地下洪水过程线的洪峰流量置于地表洪水过程线的终止点，起涨点和地表洪水过程线的起涨点重合，中间过程按直线内插，然后同时刻地表流量和地下流量叠加即得设计洪水过程线。第84页/共86页8.成果合理性分析 根据福建省及江西省赣州市部分小流域实测洪水频率计算成果分析论证陂下水库设计洪水的合理性和可靠性。9撰写设计报告 设计报告应根据设计要求撰写，综合反映设计意图、设计要求、设计程序和设计成果。设计报告应分章、节撰写，包括：设计要求、基本资料、计算方法、计算过程、设计成果和合理性分析。有关图、表必须编号，插在相应的章节中。最后装订成册，装入文件袋。采用土建学院课程设计统一封面.第85页/共86页