小流域设计洪水的概念及意义

第五章小流域设计洪水的计算第一节小流域设计洪水特点第二节水科院推理公式法第三节小流域暴雨径流研究组公式本章重点：水科院推理公式法的设计洪水计算水土保持工作一般是在小流域上进行的。水土保持工程的规划设计、测流建筑物的设计都需要研究工程所在地点河流的水文态势，计算设计洪水。一、小流域设计洪水的意义第一节小流域设计洪水特点

二、小流域设计洪水的概念（1）小流域集水面积:

水文计算通常不超过200-300km2。水保上指的小流域，一般在30km2以下，最多不超过50km2。（2）设计洪水:

指符合一定设计标准的洪水，包括洪峰流量、洪水总量和洪水过程线三个要素。洪峰流量即一次洪水流量的最大值，用Qm表示。洪水总量为一次洪水流过程的总水量。（3）小流域设计标准:

推求设计洪水时，首先确定标准。设计标准是指水工建筑物本身防洪安全的标准。它是水利水保工程规划设计的一个重要指标。——参阅《水利水电枢纽工程等级划分设计标准》(SDJl2-78)及《水土保持治沟骨干工程暂行技术规范》(SDl75-86)的规定。

第一节小流域设计洪水特点

一、小流域设计洪水的意义二、小流域设计洪水的概念（1）多数小流域没有设站观测，缺乏实测流量和降雨资料。有的小流域虽有短期资料，但具有较多资料的流域很大，自然地理条件相差悬殊，短期资料也难以延展。因此小流域设计洪水计算是在缺乏资料的条件下进行的。第一节小流域设计洪水特点

一、小流域设计洪水的意义二、小流域设计洪水的概念三、小流域设计洪水的特点（2）任务方面：水保工程如小型水库、淤地坝对洪水的调蓄作用较小，工程尺寸常取决于设计洪峰流量，因此在设计洪水计算中，主要是求设计洪峰流量。洪水总量与洪水过程居于次要，可以简化。（3）工程措施：涉及的面广，数量多，又多是小型，因此，计算方法上要求方法简便又能保证一定的精度。第一节小流域设计洪水特点

一、小流域设计洪水的意义二、小流域设计洪水的概念三、小流域设计洪水的特点四、小流域设计洪水推求方法小流域设计洪水推求方法有推理公式法，经验公式法，综合瞬时单位线法，洪水调查法等。——推理公式法是从暴雨形成洪水的成因出发，即由暴雨推求流域设计洪峰流量，属于成因推理方法，是半理论半经验公式，是小流域计算暴雨洪水的主要方法。重点介绍水科院推理公式法和由铁道部、中科院地理所等提出的小流域暴雨径流研究组计算公式。（1）计算洪峰流量是以暴雨的设计频率作为设计洪峰流量的频率，即认为暴雨和洪水是同频率的。（2）暴雨和损失在时空上是均匀的，即净雨强度不随时间、地点变化，沿程的汇流速度不变。（3）把汇流面积概化为矩形，即汇流面积随时间的增长率是一条直线，全流域面积汇流形成最大洪峰流量。第二节水科院推理公式法一、水科院推理公式法的假设条件

1.净雨

总降雨量减去降雨损失后称之为净雨。第二节水科院推理公式法二、水科院推理公式法的有关概念

2.汇流历时(τ)净雨从流域上某点流到出口断面的时间即汇流历时。（见P76图5-2）

3.流域汇流历时(τm）流域最远点的净雨流到出口断面的时间。

4.

等流时线具有相同汇流时间的各点连线称为等流时线。

5.产流历时（tc）径流开始产生到径流终止所经历的时间即产流历时，又称为净雨历时。第二节水科院推理公式法二、水科院推理公式法的有关概念

6.全面汇流（Qm）全部流域面积上的净雨汇集而成。

7.部分汇流（Qm）由部分流域面积上的净雨汇集而成。第二节水科院推理公式法三、水科院推理公式法的有关公式1全面汇流

2部分汇流

根据水科院推理公式计算小流域设计洪峰流量Qm时，经过如下三步骤：(P80)（一）设计暴雨计算——确定设计暴雨强度ip；（二）产流计算——确定成峰径流系数Ψ；（三）汇流计算——确定流域汇流历时τ。第二节水科院推理公式法四、水科院推理公式法的计算步骤（1）流流域域面面积积（（F）：：在地地形形图图上上勾勾出出分分水水线线后后量量得得，，在在图图上上如如看看不不清清分分水水线线时时，，应应实实地地勘勘测测。。（2）流流域域汇汇流流长长度度（（L）：：包括括坡坡面面和和主主河河道道长长度度。。地地形形图图上上量量取取自自出出口口断断面面沿沿主主河河道道至至分分水水岭岭的的最最长长距距离离。。（3）沿沿流流程程的的平平均均纵纵比比降降（（J）：：自出出口口断断面面起起根根据据沿沿流流程程比比降降变变化化特特征征点点高高程程及及河河长长，，利利用用公公式式计计算算。。P16第二二节节水水科科院院推推理理公公式式法法（一一））设设计计暴暴雨雨计计算算四、、水科科院院推推理理公公式式法法的的计计算算步步骤骤1.流域域特特征征参参数数（（F、L、J）确确定定第二二节节水水科科院院推推理理公公式式法法（一一））设设计计暴暴雨雨计计算算四、、水科科院院推推理理公公式式法法的的计计算算步步骤骤2.暴雨雨特特性性参参数数（（n、Sp）确确定定①暴雨雨衰衰减减指指数数n随地地区区及及历历时时长长短短而而变变。。常常用用的的暴暴雨雨强强度度计计算算公公式式为为：：该公公式式由由水水文文所所分分析析了了我我国国8个城城市市(北京京、、天天津津、、南南京京、、上上海海、、成成都都等等))的暴暴雨雨资资料料制制定定的的。。第二二节节水水科科院院推推理理公公式式法法（一一））设设计计暴暴雨雨计计算算四、、水科科院院推推理理公公式式法法的的计计算算步步骤骤2.暴雨雨特特性性参参数数（（n、Sp）确确定定②设计计暴暴雨雨雨雨力力(Sp)：即即t=1h的最最大大暴暴雨雨平平均均强强度度(mm/h)，随随地地区区和和重重现现期期而而变变。。———可用用水水文文手手册册中中的的Sp等值值线线图图和和n值分分区区图图计计算算暴暴雨雨强强度度。。———如缺缺Sp等值值线线图图，，可可根根据据各各地地区区的的水水文文手手册册查查得得设设计计地地区区的的暴暴雨雨统统计计参参数数H24、Cv和Cs，以以t＝24h作为为控控制制时时间间即即可可求求得得Sp：P83——产流计算算的实质质是求成峰峰系数Ψ。成峰径流流系数是是汇流历历时内τ净雨总量量hτ和暴雨总总量Hτ的比值。。第二节水水科院院推理公公式法（二）产产流计算算四、水科院推推理公式式法的计计算步骤骤①求成峰系系数Ψ的确定：：②产流历时时（tc）的确定定：u是产流期期间内损损失强度度的平均均值。反反映了地地面平均均入渗能能力，它的大小小与土壤壤的渗水水性、植植被、地地貌、暴暴雨特性性、土壤壤前期含含水量等等有关。陈家瑜瑜等提出出用下式式计算u值（该公式式适合于于tc≤24h的的情况））。第二节水水科院院推理公公式法（二）产产流计算算四、水科院推推理公式式法的计计算步骤骤③平均入渗渗强度（（u）的计算算：第二节水水科院院推理公公式法四、水科院推推理公式式法的计计算步骤骤（二）产产流计算算当tc＞24h要改用下下式计算算下渗强强度u：各省、自自治区水文手册册中一般都都提出了了计算u值的方法法。汇流计算算的目的的是推求汇汇流历时时τ。计算公公式如下下：第二节水水科院院推理公公式法四、水科院推推理公式式法的计计算步骤骤（二）产产流计算算（一）设设计暴雨雨计算（三））汇流流计算算1.汇流历历时τ的确定定四、水科院院推理理公式式法的的计算算步骤骤（二））产流流计算算（一））设计计暴雨雨计算算（三））汇流流计算算1.汇流历历时τ的确定定第二节节水水科院院推理理公式式法2.汇流参参数(m)的确定定m的确定定是汇汇流计计算的的关键键，它它是反反映洪洪水汇汇流特特征的的参数数，与植被被、地地形、、河网网分布布、河河槽断断面形形状、、河道道糙率率等因因素有有关。。m值的计计算公公式为为：许多省省(区)水文手手册都都给出出了本本地区区m值的经经验公公式，，供设计计时使使用。。全面汇流

第二节节水水科院院推理理公式式法四、水科院院推理理公式式法的的计算算步骤骤（二））产流流计算算（一））设计计暴雨雨计算算（三））汇流流计算算（四））洪峰流流量Qm计算部分汇流

公式计计算存存在两两个困困难：：1、τ在计算算前是是未知知量，，无法法判断断是属属于全全面汇汇流还还是部部分汇汇流。。2、方程程中不不能将将已知知量和和未知知量分分开，，不能能采用用代入入法求求解。。试算法法！1．确定定7个参数数，即流域域特征征参数数F、L、J；暴雨雨特性性参数数Sp、n；经验验性参参数u、m。2．求产产流历历时tc。3．假定定一个个Qm设，代入公式式计算τ。。4.将τ与tc比较，判断是全全面汇流还还是部分汇汇流，选定定出计算Ψ的公式，计算出Ψ。5．将τ和Ψ代入求Qm的公式，计计算Qm计，并比较Qm计和Qm设是否相等，，如不相等等，重新假假设Qm设，再试算，，直至相近近。第二节水水科院推理理公式法五、水科院推理理公式试算法的计算过程程试算法例题题黄河下游某某流域拟建建一小水库库，坝址处处流域面积积F=92km2，L=29km，J=2.02%，H24,1%=343mm，n=0.588，m=1.07，=4.9mm/h，利用试算算法求Qm,1%第二节水水科院推理理公式法第二节水水科院推理理公式法试算法例题题为解决上述方程求解设计最大洪峰流量时的两个困难，可制成诺模图求解Ψ和τ0。步骤如下：1.计算n、Sp、u、m、tc

（同试算法）2.求τ03.求Ψ

及τ根据图5-13p88页，Ψ—τ诺模图，可得出τ

/τ0

，利用公式求得τ

4.根据τ与tc比较，判断是全面汇流还是部分汇流，利用公式计算Qm。公式基本形式一样，差别在Ψ上。诺模图法例例题第二节水水科院公式式法水保工程中中的小型水水库、淤地地坝等要考考虑调洪作作用，以便便确定溢洪洪道尺寸。。因此设计洪洪峰流量推推求后，还还要推求设设计洪水总总量和洪水水过程线。。第二节水水科院推理理公式法六、设计洪水量量及洪水过过程线（一）设计计洪水总量量Wp的推求hR——设计净雨深深或径流深深(mm)；h24p——相应于频率率P的24h的暴雨量H24p的径流深(mm)；a24——降雨历时等等于24h的径流系数数；h24P——查地区H24P－h24P关系曲线图。。小流域多采用用三角形过程程线，由实测测洪水过程线线概化而成。。T=t1+t2=2Wp/Qm式中Wp——设计洪量(m3)；Qm——设计洪蜂流量量(m3/s)；T——设计洪水过程程线总历时(h)；t1——涨洪历时，即即汇流历时τt2——退洪历时。t2/t1=λ，λ一般为1-3，最高达10。第二节水科科院推理公式式法六、设计洪水量及及洪水过程线线（一）设计洪洪水总量Wp的推求（二）洪水过程线的的推求——三角形过程线线一、公式的基本形形式与特点2、基本形式：：铁道部第一设设计院、中科科院地理所等等组成的小流流域暴雨径流流研究组提出出的计算洪峰流量量的简化公式式。第三节小流域暴雨径径流研究组公公式式中：C1产流因