工程水文学

第九章由暴雨资料推求设计洪水§9-1概述一.为什么要采用这种途径1.实测流量资料不足2.人类活动措施影响太大、太复杂3.重要的设计洪水论证4.需要计算可能最大洪水5.雨量资料一般较多二.主要内容设计暴雨（包括设计前期影响雨量）→[产流计算]→设计净雨→[流域汇流计算）→设计洪水1.设计暴雨设计暴雨指形成设计洪水的暴雨。实际表明，某一设计频率的暴雨基本形成同频率的洪水，因此规范规定：设计暴雨即是与设计洪水同频率的暴雨z设计暴雨量z设计暴雨量的时程分配2.设计净雨=设计暴雨-损失,如降雨径流相关图法3.设计洪水：对设计净雨进行汇流计算，如单位线法§9-2暴雨资料充分时设计暴雨的推求流域内及附近有足够多的雨量站、且观测资料足够长，足以计算长系列的流域平均雨量（称面雨量）一.设计面暴雨量的计算流域暴雨资料收集与审查→[选样]→每年各历时的最大面雨量系列→[频率计算]→各种历时面暴雨量的理论频率曲线→[设计频率]→各种历时的设计面雨量z面暴雨量的插补延长z特大暴雨调查、移置及处理z成果合理性分析二、设计暴雨时程分配z典型暴雨过程的选择；选择原则与选典型洪水类似z同频率控制放大法，按各时段设计雨量对典型放大，得设计暴雨的时程分配。由于暴雨过程一般以柱状图表示，所以不需修匀§9-3暴雨资料不足时设计暴雨的推求暴雨资料不足指流域长期观测的雨量站不够多，无法直接推求面雨量，此时则需采用间接方法来推求设计面雨量：先由流域中心附近的长期资料求出流域中心处的设计点雨量→[暴雨点面关系]→转换为设计面雨量一、设计点雨量计算由流域中心附近的具有长期雨量资料的测站，依据该站点的资料进行频率计算，求得设计流域各种历时的设计点雨量对计算成果作合理性检查二、设计面暴雨量的推求z由点雨量与面雨量之间的关系（称暴雨点面关系）将设计点雨量转化为设计面雨量z将一个水文分区中各流域的点面关系综合为如图9-3所示的定点定面关系a∼T∼F。图中a为流域中心雨量折算为流域面雨量的系数，称点面系数，随所取的暴雨历时T和流域面积F而变化，它等于历时T的流域面雨量与相应的流域中心点雨量的比值。图9-3某水文分区定点定面暴雨点面关系曲线依据暴雨点面关系求设计面雨量：例如在图9-3所代表的水文分区中的某流域，流域面积为500km2，流域中心百年一遇1d暴雨为300mm，由图上查得点面系数a=0.92，故该流域百年一遇1d面雨量为P1%=0.92×300=276mm三、设计暴雨过程的确定——典型暴雨过程同频率放大法典型暴雨可在有长期观测的单站中选取§9-4暴雨资料缺乏时设计暴雨的推求流域上完全没有长系列雨量资料：1.由省水文手册等文献刊载的暴雨统计参数（各种历时的年最大点雨量均值、CV）等值线图和CS/CV分区图查得流域中心处各种历时暴雨的统计参数→绘出各种历时暴雨的理论频率曲线→由设计频率求得各种历时的设计点雨量→2.通过暴雨公式转化为任一历时的设计点雨量→3.通过该区的暴雨点面关系求得任一历时的设计面雨量→4.按分区概化雨型或移用的暴雨典型同频率控制放大，得设计暴雨过程一、统计历时的设计点雨量计算由设计流域中心点位置在各省区的水文手册中查出那里的某统计历时暴雨的均值、Cv及Cs/Cv→该统计历时的设计频率点雨量二、用暴雨公式计算任一历时的设计点雨量暴雨公式最常见的形式为（4-37）npTPTSi=T——暴雨历时；h；TPi——历时为T、频率为P的最大平均降雨强度，mm/h，见图9-4；SP——T=1.0h的最大平均降雨强度，与设计频率p有关；称雨力，mm/h；n——暴雨衰减指数，T1h为n0，1∼24h为n2，在水文手册中查取。图9-4某站设计暴雨过程线示意图雨力Sp与设计频率p有关，可由流域中心的设计24h雨量P24推求：（9-2）当T=24h时，PTp=P24p，n=n2，代入上式，得（9-4）求得Sp后，即可按式（9-2）推求任一历时T的设计点雨量nPTpTPTSTiP−==1124224−×=nPPPS三、设计面雨量计算各省、区的水文手册中，均刊有不同历时暴雨的点面关系图或点面关系表，可根据流域位置查取点面系数a，将设计点雨量转换为设计面雨量四、设计暴雨的时程分配常采用分区概化时程分配雨型来推求。如表9-1便是某省第二水文分区的概化时程分配雨型§9-5可能最大暴雨的估算（自学）§9-6由设计暴雨推求设计洪水一、由设计暴雨推求设计净雨z设计暴雨扣除相应的损失，即得设计净雨（一）拟定设计流域的产流计算方案z有暴雨径流资料时，可采用降雨径流相关图法、初损后损法等z缺乏暴雨径流资料时，可采用省水文手册等规定的方法（二）确定设计暴雨的前期影响雨量Pa,p（或前期流域蓄水量W）（二）确定设计暴雨的前期影响雨量Pa,p（或前期流域蓄水量W）1．Wm折算法Pa,p=γWmγ=0.5∼0.8，对于千年一遇以上的设计暴雨，为安全计，还可取γ=1.02．同频率法：按下式推求Pa,p=(P+Pa)p-Pp(4-9)式中Pp——设计频率为p的设计暴雨量，mm；Pa,p——设计暴雨发生时的前期影响雨量，mm；（P+Pa）p——与设计暴雨同频率的（P+Pa）值，mm。其中（P+Pa）p的计算方法是：对于某统计历时，在从实测暴雨资料摘录年最大暴雨量P时，还同时计算P的前期影响雨量Pa，并求出（P+Pa），于是有P和（P+Pa）两个系列，通过频率计算，由前者求得设计暴雨量Pp，由后者求得同频率的（P+Pa）p。例如已求得某流域的Wm=120mm，百年一遇的3d设计暴雨量P1%=400mm，百年一遇的（P+Pa）1%=480mm，则设计的Pa，1%=480-400=80mm。若计算的Pa,p大于Wm时，则取等于Wm。3.扩展设计暴雨过程法（三）推求设计净雨过程根据Pa,p和拟定的产流计算方案，便可用第八章介绍的方法由设计暴雨过程推求设计净雨过程。值得注意的是，产流计算方案外延的合理性（四）由设计净雨推求设计洪水1.拟定地面汇流计算方案，如单位线法，综合单位线法2.按拟定的地面汇流计算方案，将地面净雨转化为地面径流过程3.选定地下汇流计算方案，确定设计洪水的地下径流过程4.将地面、地下径流叠加，即得设计洪水过程例9-4，p170