水文分析计算-第4章-2019年ppt课件

1、第四章第四章 设计暴雨分析计算设计暴雨分析计算概述概述（1流量资料较短时，直接推求设计洪水有困难流量资料较短时，直接推求设计洪水有困难（2直接法和间接法相互检验直接法和间接法相互检验（3暴雨资料相对较长，受人类影响较小暴雨资料相对较长，受人类影响较小,间接法间接法有其优势。有其优势。设计暴雨设计暴雨过程过程Xp(t)产汇流计算产汇流计算设计洪水设计洪水过程过程Qp(t)推求设计洪水间接法推求设计洪水间接法 第一节 暴雨特性分析一、大暴雨形成1、雨量等级的划分24小时小时雨量雨量（mm）0.10.1101025255050100100200200等级等级微量微量小雨小雨中雨中雨大雨大雨暴雨暴雨大

2、暴雨大暴雨特大特大暴雨暴雨2、形成条件、形成条件（1充分的水汽条件供应不断）充分的水汽条件供应不断）（2强烈的上升运动对流、地形抬升）强烈的上升运动对流、地形抬升）（3较长的降水持续时间较长的降水持续时间二、暴雨的时空分布二、暴雨的时空分布1、时间分布、时间分布 降雨强度降雨强度it 时程分配曲时程分配曲线线 (柱状图柱状图) 以以t为时段的雨为时段的雨强强反映时程上分布的集中程度反映时程上分布的集中程度it1 2 3 4 5it1 2 3 4 52、空间分布、空间分布（1决定因素决定因素 A产生暴雨的产生暴雨的 天气系统天气系统 B与地形条件有关与地形条件有关（2分析方法分析方法 A等值线图

3、等值线图 场次降雨累积雨量等值线图场次降雨累积雨量等值线图历时最大雨量等值线图历时最大雨量等值线图.11312346080100做法：中心点编号做法：中心点编号1f1=0，Xf1=113 等值线编号等值线编号2）：）：f2=200，Df2-1=200， XDf2-1=（113+100）/2=107 Xf2=（ XDf2-1* Df1-2+ Xf1* f1）/ f2=107 等值线编号等值线编号3）：）：f3=480， Df3-2=280， XDf3-2=（100+80）/2=90 Xf3=（ XDf3-2* Df3-2+ Xf2* f2）/ f3=97 等值线编号等值线编号4）：）：f4=70

4、0， Df4-3=220， XDf4-3=（80+60）/2=70 Xf4=（ XDf4-3* Df4-3+ Xf3* f3）/ f4=89fi第第i条等值线面积条等值线面积KM2） Xfi雨量深雨量深mm）编号编号1234面积面积 fi0200480700雨量雨量Xfi1131008060求：不同等值线包求：不同等值线包围面积平均雨量围面积平均雨量AD7d3d1dB历时历时面积面积雨深雨深DAD ）曲线）曲线 线的陡缓，表明降雨空 间分布的均匀程度 移用于无资料地区 75.8 暴雨暴雨DAD关系关系整体上，重现期整体上，重现期=400Yrs 第二节、点暴雨频率计算研究点暴雨的原因：（1在小流

5、域，以点代面（2在中等流域，仅有中心点雨量X0，P，则通过点面关系转换，得Xf，P。一、方法一、方法（一统计选样（一统计选样（1选样方法选样方法年最大值法：适用于所有水利工程。（资料条件较好）年最大值法：适用于所有水利工程。（资料条件较好）年多次法：一年多次。（资料系列较短）年多次法：一年多次。（资料系列较短）超定量法：规定一个门限值，从历史资料中挑出大于该门限超定量法：规定一个门限值，从历史资料中挑出大于该门限值的所有样本。主要用于城市排水工程及资料系列较短。值的所有样本。主要用于城市排水工程及资料系列较短。（2选样时段选样时段 一般以日为界一般以日为界 大中流域：大中流域：T=1、3、7、

6、15、30d 小流域：小流域：T0.6地区地区Cv0.45地区地区一般地区一般地区Cs/Cv3.04.03.52、单站成果在区域上协调、单站成果在区域上协调 与所在区域或邻近地区观测的特大暴雨与所在区域或邻近地区观测的特大暴雨资料及设计成果对比，量级上应协调一致。资料及设计成果对比，量级上应协调一致。 CvD关系一般为铃形分布： 较小和较长D-Cv小 中间历时-Cv大干旱区：CvmaxD1h中部地区：CvmaxD6h沿海地区：CvmaxD 1d二、地区综合法推求点暴雨频率曲线二、地区综合法推求点暴雨频率曲线将区域其它站信息用于单站分析将区域其它站信息用于单站分析1、统计参数等值线图法、统计参数

7、等值线图法 EX、CV、CS等值线等值线 Xp=EX(1+Cv)2、分区综合法、分区综合法 条件：分区内各站来自同一总体，分区要求条件：分区内各站来自同一总体，分区要求在一个经纬度内符合气候条件、地形条件基本在一个经纬度内符合气候条件、地形条件基本相似）。相似）。（1站年法站年法 基本假定：分区内各站的暴雨资料，属于基本假定：分区内各站的暴雨资料，属于同一总体的独立随机抽样。同一总体的独立随机抽样。 （很少使用）（很少使用）（2均值法中值法）均值法中值法） 假设：各站同分布，并不要求独立。假设：各站同分布，并不要求独立。 做法：做法：1将各站的经验点据点到一张图上将各站的经验点据点到一张图上

8、0.1% 1%pX1日，日，P2求同一频率求同一频率P下，各站下，各站XP的均值的均值 或中值有时需要初或中值有时需要初步确定各站经验频率曲线）。步确定各站经验频率曲线）。 pX3将点将点 点绘到同一张图上点绘到同一张图上 p)X(P,4根据根据 经验适线，确定的频率曲线就是区内各经验适线，确定的频率曲线就是区内各点的暴雨频率曲线。点的暴雨频率曲线。p)X(P,(3) (3) 指标暴雨法指标暴雨法index-rainfallindex-rainfall）假设：气候一致区内各站暴雨的模比系数变量同分布；假设：气候一致区内各站暴雨的模比系数变量同分布； （各站均值不同，但（各站均值不同，但CvCv

9、，Cs/CvCs/Cv相同。）相同。）ijiixxK/,模比系数变量，模比系数变量，iK个站mi,.,1jix,.,1inj 第第i站样本系列，站样本系列，样本容量in对模比系数变量对模比系数变量Ki，用均值法或中值法），用均值法或中值法）推求出该分区综合模比系数频率曲线；推求出该分区综合模比系数频率曲线； 乘以各站均值，转换成各站频率曲线乘以各站均值，转换成各站频率曲线 第四节第四节 面暴雨量频率计算面暴雨量频率计算资料充分：根据面平均雨量系列直接计算。资料充分：根据面平均雨量系列直接计算。一、设计面雨量的直接计算一、设计面雨量的直接计算 选样选样-插补展延插补展延-三性审查三性审查-频率分

10、析频率分析-合理性检查合理性检查 资料短缺：资料短缺：以点代面以点代面 （小流域（小流域F=0.110 km2） 点面关系转换点面关系转换二、设计面雨量的间接计算二、设计面雨量的间接计算（一定点定面点面关系（一定点定面点面关系 1、X0Xf关系关系 条件：有相应的资料条件：有相应的资料 2、Xf/X0f关系关系 条件：适用于本流域除中心点外无其他资料。条件：适用于本流域除中心点外无其他资料。 做法：做法：1在邻近地区找有资料流域资料充分）。在邻近地区找有资料流域资料充分）。 2做邻近流域的做邻近流域的Xf/X0f关系关系 作法：作法：a.绕中心点做同心圆正方形）绕中心点做同心圆正方形） b.统

11、计同心圆面积统计同心圆面积f，面平均雨量，面平均雨量Xf， 中心点雨量中心点雨量X0 c.得若干（得若干（ Xf/X0，f点，点， 综合出一条地区上的综合出一条地区上的Xf/X0f线。线。3将将Xf / X0f 关系应用于设计流域。可由设计流域面积关系应用于设计流域。可由设计流域面积F查出查出 （Xf / X0F，那么，那么 XF，P=X0，P*（ Xf / X0F （三存在的问题 （1点面关系对大、中流域一般较弱，因此不易采用; （2定点定面关系未考虑到暴雨的地区分布特性; （3运用时，仅考虑流域F大小，未考虑形状影响， 无法修正; （4用动点动面代替定点定面时，假设不易满足; （5尽量使用

12、直接法计算。（二动点动面点面关系（二动点动面点面关系 做法：做法：1做每场雨的等值线图做每场雨的等值线图 2对第对第i场雨做场雨做Xf / X0f关系关系 i=1、2（场数）（场数） 3n场雨综合，取上外包线较安全）场雨综合，取上外包线较安全）第五节、设计暴雨时空分布计算第五节、设计暴雨时空分布计算一、设计暴雨的时程分配一、设计暴雨的时程分配选典型：洪水选峰高、量峰偏后，暴雨选量大、选典型：洪水选峰高、量峰偏后，暴雨选量大、强度大、雨峰偏后。强度大、雨峰偏后。控制时段：控制时段： 长时段：长时段：1d、3d、7d、15d 等等 短时段：短时段：1h、3h、6h 等等 时程分配：不同控制时段之间

13、为同频率T日） 1 3 7XT,pmm）3033944851234567(1)X1日，P 100% (2)X3日，P-X1日，P 40% 60%(3)X7日，P-X3日，P30%33%37% 0% (4)Xp(t) 某流域百年一遇各种时段设计暴雨某流域百年一遇各种时段设计暴雨暴雨日程分配暴雨日程分配暴雨典暴雨典型示意型示意30336552730340算例：算例：二、设计暴雨的空间分配二、设计暴雨的空间分配方法：典型暴雨图法、同频率控制法方法：典型暴雨图法、同频率控制法BA计算目标：计算目标： A断面以上断面以上 B断面以上断面以上 区间区间AB设计暴雨设计暴雨（1典型暴雨图法典型暴雨图法移置实

14、际大暴雨等雨量线图于设计流域，暴雨中心放到移置实际大暴雨等雨量线图于设计流域，暴雨中心放到AB区间上；区间上； 计算典型暴雨中，计算典型暴雨中，B以上、以上、AB区间面雨量各占区间面雨量各占A以上流域面以上流域面雨量的雨量的 比例：比例：KB、KAB；pABBXKX,pABABAXKX,将将A以上流域的设计面雨量以上流域的设计面雨量XA，p分配到分配到B以上及以上及AB区间：区间：BA（2同频率控制法同频率控制法A及及AB区间同频率，区间同频率，B以上相应；以上相应；根据水量平衡：根据水量平衡：BBApBAApABFFXFXX,一、一般流程一、一般流程 历年降雨资料历年降雨资料Xt）输入输入设

15、计暴雨计算设计暴雨计算设计暴雨设计暴雨Xpt）流域产流汇流方案流域产流汇流方案设计洪水设计洪水Qpt）输出输出第第7节节 由设计暴雨推求设计洪水由设计暴雨推求设计洪水Qp(t)Xp(t)雨洪雨洪同频同频二、产汇流计算方法二、产汇流计算方法 三、设计前期雨量三、设计前期雨量Pa计算计算（1取取Pa=Im土壤最大缺水量）土壤最大缺水量）, 适用于湿润地区。适用于湿润地区。产流产流汇流汇流单位线：用于地表净雨单位线：用于地表净雨简化法：用于地下净雨如概化三角形法）简化法：用于地下净雨如概化三角形法）降雨径流关系降雨径流关系 模型方法如新安江模型）模型方法如新安江模型） （2扩展暴雨过程法加长暴雨历时

16、，核心暴加长暴雨历时，核心暴雨前雨前1530天包括在内。天包括在内。15日Xp(t)Pa(t+1)=kPa(t)+P(t)（3同频率法 在暴雨频率计算求得XP的同时计算x+PaP X(第第i年年,i=1n）XXiX+Pap（X+PaPP=1%Xi+Pa，iPXPP=1%Xit那么：那么： Pa=(X+Pa)PXP 当得出的当得出的Pa值大于值大于Im时，取时，取Pa=Im三、设计暴雨推求设计洪水算例三、设计暴雨推求设计洪水算例某中型水库来水面积为某中型水库来水面积为341Km2，为了防洪复核，为了防洪复核，根据雨洪资料的条件，拟采用暴雨资料来推求根据雨洪资料的条件，拟采用暴雨资料来推求P=2%

17、的设计洪水。的设计洪水。1、设计暴雨计算、设计暴雨计算最大最大1日日: EX=110mm，CV=0.58，CS=3.5 CVXo,2%=296mm;点面折减系数点面折减系数=0.922、设计暴雨时程分配及净雨划分、设计暴雨时程分配及净雨划分最大最大1日日 XP,f=296*0.92=272mm时段序号（Dt=6h）1234合计占最大1天分配百分比1163179100（1用同频率法求得用同频率法求得Pa=78mm；Im=100mm损失损失 I0=100-78=22mm设计净雨量设计净雨量: I0从第一时段设计暴雨量依次扣除，扣完为止。从第一时段设计暴雨量依次扣除，扣完为止。（2稳定下渗率稳定下渗率fc=1.5mm/h。第一时段净雨历时第一时段净雨历时净雨历时净雨历时 t0=（7.9/29.9）*6=1.6h地下净雨量下渗量）地下净雨量下渗量）fc*tc=1.5*1.6=2.4mm地面净雨量地面净雨量7.92.45.5mm设计面暴雨量（mm）29.9171.346.224.6272设计净雨量（mm）7.9171.346.224.6250地面净雨量（mm