小流域设计洪水ppt
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: 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)
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
当t<1h:
(10 4)
xt,P S P t
1 n1
x24,P 24
n2 1
t
1 n1
(10 5)
3. 设计面雨量计算
按上述方法所求得的设计流域中心点的各种历时
的点暴雨量,需要转换成流域平均暴雨量,即面暴雨
量。各省(自治区、直辖市)的水文手册中,刊有不
同历时暴雨的点面关系图或点面关系表,可供查用。
合计
100
100
100
100
237.0
三、设计净雨计算
由暴雨推求洪水过程,一般分为产流和汇流两个阶 段,故需先进行产流计算,推求设计净雨过程。
方法:利用损失参数 μ 推求 损失参数 μ :指 产流历时tc内的平 均损失强度。如图 10-8所示,i ~ t 为 设计雨强过程, μ 为产流历时tc内的 平均损失强度。
SP a24,P 24 n2 24 S P 241 n2 24
S P x24,P 24n2 1
(10-3)
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:
xt,P S P t 1 n2 x24,P 24n2 1 t 1 n2
10 - 6 小流域设计洪水计算
Design Flood for Small Watershed
一、 概 述
铁路、公路建设中的小桥涵、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的洪水设
计,大多集水面积小,属小流域。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。例如:水利部门 F ≤ 200 km2 ,公路交通部门F ≤
4. 设计暴雨的时程分配 在推求小流域设计洪水中,需要计算设计暴雨过 程。这时常采用分区概化时程分配雨型来推求。
【 例 1 】鱼龙溪流域位于某省第二水文分区,拟在此
建一小水库,试推求 P=1% 的设计洪水。为此,应先 推求 P=1% 的设计暴雨及其时程分配过程。 (1)计算1、3、6、24h 流域设计雨量 根据该流域中心点位置,查该省水文手册得24h暴
Qm
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:
h h Qm ( f1 f 2 f 3 ) F(未单位换算) t t h 0.278 F (m 3 / S ) t
h 为净雨强度,或称为产流强度,记为: t
h a t
i, μ
不产生 净 雨
产生净雨 i~t
不产生 净 雨
μ
时间
tC
当 i ≤ μ时,降 i, μ 雨全部耗于损失; 当 i > μ时,损 失率为μ,超渗 部分 i - μ 形成 净雨,总净雨量 如图阴影部分所 示。
不产生
净 雨
产生净雨 i~t
不产生
净 雨
μ
时间 tC
只要有了μ,就可求出净雨量。各省水文手册一 般有μ的经验关系,可直接查阅。
a 为平均降雨强度,μ为损失强度,故有:
Qm 0.278F 0.278(a )F
另一种表示方法:
(10 6)
h 3h h Qm 0.278 F 0.278 F 0.278 F t 3 t
(10 7)
式中,τ = 3Δt 为流域汇流历时,hτ = 3h 为 τ 历时内的 净雨量,而净雨历时 tc = 4Δt ,全部净雨为 4h 。显然, tc ≥ τ ,洪峰流量是部分净雨在全部流域面积上形成的。
6 h设计雨量 x6P= 0.754×197.5=148.9mm
24h设计雨量 x24P= 0.814×291.2=237.0mm
(2)计算设计暴雨过程
将上面所得各种历时的设计暴雨量x1P、x 3P、x
6P、x 24P 按该水文分区的概化雨型进行分配,得设计
暴雨过程。
时段 (Δt = 1 h)
1~3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23~24
汇流历时(concentration
time of catchment),记为
τ 。本例:τ= 3Δt。
Δt 时段内在等流时面积 f 上形 成的净雨 h 都能在两个Δt 时段 内流出流域出口断面。最大流 量为:
Q
Δt
h
Q
1 hf Q 2t 2
hf Q t
Δt
Δt
t
设流域内形成了4个时段的净雨,故净雨历时(产流 历时)tc = 4Δt,出口断面形成的流量过程线为:
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 。
流域上最远点净雨流到出
口断面所经历的时间,称
t t
t f3 f2 f1
为流域最大汇流时间,简
称流域汇流时间,或流域
lg at,P lg S P n lg t
用图解法可求得n。根 lg at,P 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t<1h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。
100 km2 。小流域设计洪水计算,与大中流域相比,
有自己的特点,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的主要特点是:
① 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。 ② 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
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
a t, P
SP n t
(10 1)
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:
求各种历时设计面雨量: 该流域的面积为451.4km2,查水文手册得各种历时的 点~面折减系数为α1= 0.684, α3 = 0.707, α6 = 0.754, α24= 0.814。折算后各种历时的设计面暴雨量为: 1h设计雨量 x1P= 0.684×119.6 = 81.8mm 3h设计雨量 x3P = 0.707 × 162.7= 115.0mm
SP=0.1%
SP=1%
1h
lg t
频率为P、历时为 t 的暴雨量:
xt,P at,P t S P t 1 n
计算步骤:
已知:流域中心
( mm)
(10 2)
x 24,CV,C S ( 3.5 ~ 4)CV,n1,n2求出24h设计暴雨量 x2来自,P。由式(10-2):
x24,P
水利部门:1、3、6、12、24 h
② 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; ③ 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。
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
h1
h2
h3
h4
0
t 2t 3t 4t 5t 6t
0 h1 f1 0 t h2 f1 h1 f 2 + t t 0 h2 f 2 h1 f 3 + + h3 f1 t t t 0 h2 f 3 h3 f 2 0 h4 f1 t + t + t 0 h3 f 3 h4 f 2 + t t 0 h4 f 3 t
S P x24,P 24n2 1 291.2 240.721 119.6mm / h
求历时为1、3、6 h 的设计点暴雨量:
x1,P S P t 1 n2 119.6 110.72 119.6mm
x3,P S P t 1 n2 119.6 310.72 162.7mm x6,P S P t 1 n2 119.6 610.72 197.5mm
这种情况称为全面汇流。
设流域内形成了2个时段的净雨,故净雨历时(产流 历时)tc = 2Δt,出口断面形成的流量过程线为:
h1
h2
0
t 2t 3t 4t 5t 6t