第六章-用暴雨资料推求设计洪水

第六章由暴雨推求设计洪水第一节概述在什么情况下采用暴雨资料推求设计洪水？1.在中小流域上修建水利工程，经常遇到流量资料不足或代表性较差，难于使用相关法进行插补展延，需要用暴雨资料推求设计洪水。2.由于人类活动的影响，使径流形成条件发生显著地改变，破坏了洪水资料系列的一致性，可通过暴雨资料，用人类活动后新的径流形成条件推求设计洪水。3.对于重要工程，效益大，失事后损失也大，即使流量资料充足的情况下，也要用暴雨资料推求设计洪水。4.无资料地区小流域的设计洪水和保坝洪水，用暴雨资料推求。由暴雨推求设计洪水的主要内容有：1、推求设计暴雨2、拟定产流方案，推求设计净雨3、拟定汇流方案，推求设计洪水过程线第二节暴雨特性分析1、暴雨的时间分布特性2、暴雨的空间分布特性暴雨时-面-深曲线的绘制暴雨时-面-深曲线的绘制第三节点暴雨量频率计算设计暴雨计算分为设计点暴雨计算和设计面暴雨计算。一、点暴雨频率计算的一般方法1、统计选样固定时段年最大值法。2、暴雨资料的插补展延（1）与邻近流域很近时，可直接借用邻近站某些年份的资料。（2）一般年份当邻近站雨量相差不大时，可移用邻近各站的平均值。（3）出现大暴雨的年份，当邻近地区测站较多时，可绘制该次暴雨或该年最大值等值线图进行插补。（4）各别大雨年份缺测，如邻近地区已观测到特大暴雨，可应用该特大暴雨资料。（5）峰量关系较好时，可建立两者相关关系插补。3、特大值的改正与处理4、经验频率公式、线型和参数估计方法地区一般地区Cv0.6Cv0.45Cs/Cv3.53.04.0我国暴雨1、3日雨量的Cs/Cv数值表5、成果的合理性分析（1）将各种时段（1天、3天、7天）的暴雨频率曲线和统计参数综合进行比较。（2）应与本地气候、地形条件相似的邻近地区长系列测站的统计参数比较。（3）各种时段的设计暴雨量应与邻近地区的特大暴雨记录进行比较，以检查设计值是否安全可靠。二、地区综合法推求点暴雨频率曲线目前常用的地区综合方法有参数等值线图法和分区综合法。（一）点暴雨统计参数等值线图法（二）分区综合法站年法均值法指标暴雨法雨量日期雨量日期雨量日期1960546.1780.46.1750.26.17196197.110.1110.36.11120.76.11196298.97.2127.57.6109.89.3某分区三个站历年最大1日雨量资料李庄青河小谷年份站年法选样指标暴雨法认为一个分区内暴雨模比系数具有一致的总体分布。,,ijijixKx将各站的暴雨资料转化为模比系数列。第四节面暴雨量频率计算推求设计洪水所需要的是流域平均面雨量的设计暴雨过程，而不是点雨量过程。小流域（F=0.1~10km2）的中心点雨量和流域面平均雨量的相关关系线接近45°直线，可以点代面求设计暴雨量。流域面积稍大，点雨量和面雨量差异明显。流域面积(km2)1152.0714.0335.0304.2115.0107.037.6点雨量与面雨量之间的相对离差的平均数（%）35.634.527.216.312.914.511.2各种面积的面雨量与中心点雨量相对离差分布参数表设计面暴雨量的分析方法：(1)直接计算法。当流域内长期站分布较密，资料充分时，可根据工程所在地点以上流域内各年的最大面雨量系列直接进行频率分析计算，得出各所需频率的设计面雨量。(2)间接计算法。对于资料短缺的中小型流域或者流域面积较大，设计暴雨历时较短，以设计点雨量代表设计面雨量误差较大时，采用设计点暴雨量和点面关系间接推算设计面雨量。选定流域平均面雨量计算方法算数平均、泰森多边形法、等雨量线法设计流域的逐日面雨量选取各年的各种时段年最大面雨量独立选样法一、设计面暴雨量的直接计算法频率计算1.统计各种时段的年最大面雨量一、设计面暴雨量的直接计算法A站B站C站1969.6.305.30.21.81969.7.150.426.925.334.22311.510.814.712.34134.8125.9124129.9129.9532.521.41021.365.610.54.76.9735.525.227.629.483.77.11.44.1911.15.89.78.910…1969.8.186.626.941922.72.45.410.22021224251.754.849.72360.168.653.560.72481.854.132.356.125166.5234时间（年月日）逐日点雨量逐日面雨量最大1d、3d、7d面雨量2.面雨量资料的检查和插补展延一、设计面暴雨量的直接计算法3.面雨量的频率计算需要注意的问题：（2）注意搜集临近地区的特大暴雨资料，将地理气候条件相似地区的特大暴雨面雨量移到本流域参与频率分析或做合理性检查。（1）面雨量资料一般短于点雨量资料，根据点雨量系列检查面雨量系列，有无遗漏早期的特大暴雨年份。（3）将本流域设计面暴雨量成果与本流域设计点暴雨量成果进行比较，一般面暴雨的均值小于点暴雨的均值，面暴雨的变差系数也略小于点暴雨量的变差系数，面暴雨量设计值小于点暴雨设计值。（4）对各历时面雨量计算成果进行检查分析均值、变差系数和设计值随历时的变化趋势，各历时面雨量频率曲线有无交叉现象。（5）检查由面暴雨量推求的设计洪水与本流域用流量资料推求的设计成果有无明显出入。二、设计面暴雨量的间接计算法1.定点定面关系2.动点动面关系先求出流域中心处指定频率的设计点雨量，在通过点面关系，将设计点雨量转化成所要求的设计面雨量。定点定面关系定点定面关系为一个地区内不同面积的多个流域或具有固定边界小区的面平均雨深（包括面积为零的点雨量）的统计参数与流域或小区面积的关系。在一个地区内，按照一定的规则划出各种不同大小的面积，分别对这些面积上的面雨量进行频率计算，并求出指定频率的面雨量。用这些具有相同频率、不同面积上的面雨量与面积建立关系，就可用于推求各种面积上的面雨量。基本原理L2L4R1R4面积F(km2)正方形边长L(km)圆形半径R(km)000100031.6217.84200044.7125.20300054.7730.90400063.2555.670.70.80.91010002000300040005000F(km2)xf/x0按同心圆面积计算面雨量按同心正方形面积计算面雨量某水文分区定点定面暴雨点面关系图该关系反映的是暴雨中心地点的点雨量，与以暴雨中心周围各条闭合等雨量线包围面积内的平均面雨量之间的点面关系。动点动面关系具体做法：选择几场大暴雨资料，绘出给定时段的暴雨等值线图，计算各等雨量线所包围面积F及其面平均雨量xf，绘制面积和折算系数的关系图，一般（1）采用平均值；（2）外包线。【例】某次暴雨最大3日的等雨量线分布如图，其中01040,Pmm11000,Pmm2800,Pmm3600,Pmm4400.Pmm制作该次暴雨的面深关系。面积f(km2)平均雨量PF(mm)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)1104001040121000140140102010200.9813800360220900946.70.9146008004407008110.7854001760960500641.40.617面积F上的平均雨量(mm)点面折算系数(PF/P0)序号等雨量线雨量P（mm)面积F（km2）等雨量线之间的次暴雨面深关系计算P1P2P3P4P0P2P3p3思考题：定点定面和动点动面关系存在什么样的问题？面深关系的应用,0,FppPP已知设计流域面积F，设计中心点暴雨P0,P，查相应历时的点面关系图得点面折算系数α，则面设计暴雨量为：例：某工程设计断面以上集水面积为300km2，已求得代表点P=1%的最大24h设计暴雨量为167.0mm，工程所在地区的暴雨时面深如表，推求P=1%的最大6h设计面暴雨量。暴雨中心501002003004005006002410010092.586.779.775.471.568.859.4669.810090.38476.371.166.663.257.5各种面积的折算系数α(%)历时tβ第五节设计暴雨的时空分布计算求得各种时段的相应指定频率的设计面暴雨量后，要对设计暴雨进行时间和空间上的分配，选定典型分配过程，用同频率法或同倍比法缩放。一、设计暴雨的时程分配1、典型的选择和概化在暴雨特性一致的气候区内，选择暴雨总量大，强度也大，对工程不利的一次或几次暴雨过程作为典型，为了避免一次或几次暴雨作为典型带来的偶然性，实际工作中将多次暴雨进行综合，分析出概化雨型。概化雨型的做法：1、对本地区大暴雨的成因、发生季节等进行统计分析，找出规律，挑选出符合规律又对工程不利的一些大暴雨。2、将选出的大暴雨进一步按照主雨峰出现位置（前、中、后）、雨峰个数等再选出常见的暴雨。3、按主雨峰对齐，将各次典型暴雨排列好，计算多次平均的时程分配，各时段雨量均用百分数表示，即为概化雨型。12345678910111219710.75.33.61.610.27.62338.92.419720.59.7121.5290.1213.160.13.219760.12.33.418.14588.54.1…………………………………198449.828.11519864.538.70.90.1177.144.940.19.1平均1.93.623.60.81.98.14.4614.354.87.5年份时段△t=6h例：某站72h雨量典型过程及计算得的平均72h雨量分配过程，计算概化雨型。时段123456789101112合计平均分配过程时段雨量（mm）1.93.623.60.81.98.14.4614.354.87.5108.9占最大6h雨量的比例（%）100占最大12h其余6h雨量的比例（%）100占最大24h其余12h雨量的比例（%）44.455.6占最大72h其余48h雨量的比例（%）7.213.67.613.63.17.230.916.8某站72h概化雨型=1.9/(108.9-54.8-7.5-14.3-6)=7.2%2、同频率分段控制放大一般去1d、3d、7d。3、暴雨的时程分配(1)典型放大某流域百年一遇的设计暴雨量，历时1d的暴雨量为110.0mm，3d的暴雨量为198.5mm，7d的暴雨量为275mm，试在流域内某代表站历年实测最大7日暴雨资料中选定典型过程，并进行放大，拟出设计暴雨过程。年份日次12345677d雨量195117662165.310.3011.2190.8195835.89.629.61740.449.231.4212.919594.88.322.114.534.741.356181.7项目p(%)典型最大1日11056最大3日198.5132最大7日275181.711101.9656k31198.51101.1613256k73275198.51.54181.7132k日次1234567典型4.88.322.114.534.741.356放大倍比*1.54*1.54*1.54*1.54*1.16*1.16*1.96设计暴雨7.512.934.122.440.447.9109.8(2)概化雨型某流域百年一遇各种时段设计面雨量如下：时段（d）137设计面雨量303394485选得典型暴雨时程分配时段1234567典型分配比100%设计雨量(mm）303典型分配比40%60%设计雨量(mm）3655典型分配比30%33%37%0%设计雨量(mm）2730340设计暴雨过程（mm）27303403630355最大7日暴雨日程分配表x1303mmx3-x191mmx7-x391mm二、设计暴雨在地区上的分布（1）典型暴雨图法（2）同频率控制法算例某流域面积F=595km2，流域内有4个雨量站，推求流域的设计暴雨过程。1.暴雨量频率计算（1）直接法推求设计面雨量序号最大1日面雨量最大3日面雨量m(mm)(mm)1250.5488.74.82185282.79.53153.9267.414.3415