第10章 小流域设计洪水计算

小流域设计洪水计算小流域通常指集水面积不超过数百平方公里的小河小溪，但并无明确限制。小流域设计洪水计算，与大中流域相比，有许多特点，并且广泛应用于铁路、公路的小桥涵、中小型水利工程、农田、城市及厂矿排水等工程的规划设计中，因此水文学上常常作为一个专门的问题进行研究。小流域设计洪水计算方法的特点（1）工程规模小，对洪水的调节能力小，工程规模主要受洪峰流量控制；（2）缺乏水文资料，尤其是流量资料；（3）计算方法简单易行,易于基层水文工作者掌握。计算基本方法小流域设计洪水的计算方法概括起来有4种：推理公式法、地区经验公式法、历史洪水调查分析法、综合单位线法它们的思路都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。小流域设计洪水计算，大多数采用由暴雨推求洪水的方法，因此，首先需要推求设计暴雨设计暴雨：具有某一规定频率的一定时段的暴雨量或平均暴雨强度。基本假定：暴雨与其所形成洪峰流量或洪量具有相同的频率小流域暴雨特点（1）历时短，一般从几十分钟到若干小时；（2）缺乏实际观测资料（3）面积小，可以忽略暴雨在地区上的分布不均匀性①把流域中心点雨量作为流域面雨量，无需考虑点面雨量折算②由最大1日设计雨量X1日,p推求历时t的设计雨量Xt,p设计暴雨推求常用步骤：①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，查算出统计历时的流域设计雨量，如24h设计暴雨量等；②将统计历时的设计雨量通过暴雨公式转化为任一历时的设计雨量；③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。暴雨公式及参数的推求暴雨公式——在一定频率情况下时段平均暴雨强度i与历时t的关系式，称为暴雨公式。nsitS—单位历时的暴雨平均强度，又称为雨力，随地区和重现期而变，如果t以小时计，s就是t=1小时的暴雨强度n—暴雨递减指数，随地区及历时长短而变x—历时为t的暴雨量1nxst对公式两边取对数：lglglgisnt上式为一直线方程式，lgs为截距，n为斜率，在双对数坐标格纸上以i为纵坐标，t为横坐标，可点汇出一组近乎平行的直线，在线上量取t=1小时的纵坐标值即为s值。（1）当t=1小时，转折点的纵坐标即为s；（2）当t1时，取n=n1；（3）当t1时，取n=n2；水文手册查n值分区图2124,24nppxs2124,24nppsx2111,24,24nnntpppxstxt由24小时设计暴雨量转换为历时t的设计雨量当1h≤t≤24h时，n=n2当t1h时，n=n12111,24,24nntppxxt2211,24,24nntppxxt设计暴雨的时程分配根据典型暴雨过程各控制时段降雨量百分比进行分配。小流域设计暴雨的最长时段一般不超过24小时，最大3小时或6小时雨量对小流域洪峰流量的影响较大，暴雨时程分配一般采用3小时、6小时、24小时作为控制时段。设计净雨过程由暴雨推求设计洪水，一般分产流和汇流两个阶段。产流——由降雨过程求净雨过程汇流——由净雨过程求流量过程利用损失参数μ值的地区综合规律计算设计净雨法损失参数μ是指产流历时tc内的平均损失强度设计净雨过程（1）i≤μ时，降雨全耗于损失，不产生净雨；（2）iμ时，损失按μ值进行，超渗部分即为净雨。当设计暴雨和μ值确定后，即可求出任何一历时的净雨量及平均净雨强度S。μ值的确定为了便于小流域设计洪水计算，各省区水利水文部门在分析大量暴雨洪水资料之后，提出了决定μ值的简便方法。参阅各地区的《水文手册》可确定μ的取值。推理公式又称合理化公式，已有100多年历史，是历来小流域由暴雨推求洪峰流量的一种比较常用的方法。（1）采用平均净雨强度；（2）暴雨与洪水同频率（3）流域的净雨强度在时间上和空间上都是不变的推理公式的基本形式推理公式可从线性汇流推导出来从等流时线的概念出发，假定产流强度在时间、空间上都均匀的情况下，流域上的平均产流强度与一定面积的乘积即为出口断面的流量，当此乘积达到最大值时即出现最大流量。（1）全面汇流情况在充分供水条件下，即净雨历时大于汇流时间τ时，净雨产生后，每一时刻总有一部分面积上的净雨同时汇流到流域出口断面。此时流域出口断面的最大流量是净雨在全流域面积上形成的，此种情况称为全面汇流。()mQKifF——平均降雨强度，mm/h；——平均下渗强度，mm/h；F——流域面积，km2；K——单位换算系数if（2）部分汇流情况当供水不充分时，即净雨历时小于汇流时间τ，流域出口断面的最大流量由部分流域面积形成，此部分流域面积称为共时径流面积，此种情况称为部分汇流。'()mQKifFF’——共时径流面积，km2；计算洪峰流量的地区经验公式是根据一个地区各河流的实测洪水和调查洪水资料，找出洪峰流量与流域特征、降雨特性之间的相互关系，建立起来的关系方程式。这些方程都是根据某一地区的实测经验数据指定的，只适用于该地区，所以称为地区经验公式。(,)QfhF包含降雨因素的多参数地区经验公式24,nppQChF24,nppQChFf24,nppQChFfJ应用推理公式或地区经验公式，只能算出设计洪峰流量，对于一些中小型水库，有时要求提供设计洪水过程线，以便分析水库的调洪能力和防洪效果，一般用于计算小流域设计洪水过程线的方法有概化过程线法和综合单位线法。概化过程线概化过程线是根据实测洪水资料，经过综合分析和简化而得。概化的线型有三角形、五边形和综合概化过程线等，一般根据地区涨洪的情况选取。从概化过程线转换成设计洪水过程线，必须知道设计洪峰流量和设计洪水总量。9.66mWTQ0.1Qmp430.1(10m)WRF概化洪水过程线00.10.250.501.00Qmp0.2QmpTi/T