工程水文及水利计算第17讲课件

工程水文及水利计算门宝辉可再生能源学院提纲第一章绪论第二章水循环及径流形成第三章水文资料的观测、收集与处理

第四章水文统计基本知识第五章设计年径流及径流随机模拟（分3讲）第六章由流量资料推求洪水（分3讲）第七章流域产、汇流计算（分4讲）第八章由暴雨资料推求设计洪水（分3讲）第九章水文预报第十章水库兴利调节计算（分2讲）第十一章水电站的水能计算（分2讲）第十二章水库防洪计算（分2讲）第八章目录第八章由暴雨资料推求设计洪水8-1概述8-2直接法推求设计面暴雨量8-3间接法推求设计面暴雨量8-4设计暴雨时空分配的计算8-5由设计暴雨推求设计洪水8-6小流域设计洪水的计算

8-4设计暴雨时空分配的计算

方法：典型暴雨同倍比放大法和同频率放大法。有实测资料情况下

（1）要考虑所选典型暴雨的分配过程应是设计条件下比较容易发生的；（2）要考虑是对工程不利的。1、设计暴雨时程分配的计算

典型暴雨过程的选择和概化

比较容易发生首先是从量上来考虑，应使典型暴雨的雨量接近设计暴雨的雨量；其次是要使所选典型的雨峰个数、主雨峰位置和实际降雨时数是大暴雨中常见的情况，即这种雨型在大暴雨中出现的次数较多。

典型暴雨过程的选择和概化

8-4设计暴雨时空分配的计算

1、设计暴雨时程分配的计算

所谓对工程不利一是指雨量比较集中，例如七天暴雨特别集中在三天，三天暴雨特别集中在一天等；二是指主雨峰比较靠后。这样的降雨分配过程所形成的洪水洪峰较大且出现较迟，对水库安全将是不利的。

典型暴雨过程的选择和概化

8-4设计暴雨时空分配的计算

1、设计暴雨时程分配的计算

所谓对工程不利例如淮河上游1975年8月在河南发生的一场特大暴雨，简称“75·8暴雨”，历时5天，板桥站总雨量1451.0mm，其中3天为1422.4mm，雨量大而集中，且主峰在后，曾引起两座大中型水库和不少小型水库失事。因此，该地区进行设计暴雨计算时，常选作暴雨典型。

典型暴雨过程的选择和概化

8-4设计暴雨时空分配的计算

1、设计暴雨时程分配的计算

无实测资料情况下可借用邻近暴雨特性相似流域的典型暴雨过程，或引用各省（区）暴雨洪水图集中按地区综合概化得出的典型概化雨型（一般以百分比表示）来推求设计暴雨的时程分配。

典型暴雨过程的选择和概化

8-4设计暴雨时空分配的计算

1、设计暴雨时程分配的计算

选定了典型暴雨过程后，就可用同频率设计暴雨量控制方法，对典型暴雨分段进行缩放。不同时段控制放大时，控制时段划分不宜过细，一般以1、3、7d控制。对暴雨核心部分24h暴雨的时程分配，时段划分视流域大小及汇流计算所用的时段而定，一般取2、4、6、12、24h控制。

设计暴雨时程分配计算

8-4设计暴雨时空分配的计算

1、设计暴雨时程分配的计算

[例题8—1]已求得某流域百年一遇1d、3d、7d设计暴雨分别为108mm、182mm、270mm。经对流域内各次大暴雨资料分析比较后，选定暴雨核心部分出现较迟的1993年的一次大暴雨作为典型，其暴雨过程如表。按同频率控制放大法推求设计暴雨过程。

8-4设计暴雨时空分配的计算

[例题8—1]已求得某流域百年一遇1d、3d、7d设计暴雨分别为108mm、182mm、270mm。经对流域内各次大暴雨资料分析比较后，选定暴雨核心部分出现较迟的1993年的一次大暴雨作为典型，其暴雨过程如表。按同频率控制放大法推求设计暴雨过程。

8-4设计暴雨时空分配的计算

[例题8—1]已求得某流域百年一遇1d、3d、7d设计暴雨分别为108mm、182mm、270mm。经对流域内各次大暴雨资料分析比较后，选定暴雨核心部分出现较迟的1993年的一次大暴雨作为典型，其暴雨过程如表。按同频率控制放大法推求设计暴雨过程。

8-4设计暴雨时空分配的计算

[例题8—2]某流域百年一遇各种时段设计暴雨量如表所示。

选定的典型暴雨日程分配和设计暴雨日程分配计算见下表。

8-4设计暴雨时空分配的计算

选定的典型暴雨日程分配和设计暴雨日程分配计算见下表。8-4设计暴雨时空分配的计算

最大24h设计及典型暴雨的时程分配见下表。8-4设计暴雨时空分配的计算

在推求防洪断面B以上流域的设计暴雨时，必须分成两部分，一部分来自防洪水库A以上流域的暴雨，另一部分来自AB区间上的暴雨。2、设计暴雨的地区分布

8-4设计暴雨时空分配的计算

实际工作中，一般先对已有实测大暴雨资料的地区组成进行分析，了解暴雨中心经常出现的位置，并统计A库以上和区间暴雨所占的比重等，作为选择设计暴雨地区分布的依据，再从工程规划设计的安全与经济考虑，选定一种可能出现且偏于不利的暴雨面分布形式，进行设计暴雨的模拟放大。

2、设计暴雨的地区分布

8-4设计暴雨时空分配的计算

从实际资料中选择暴雨量大的一个暴雨图形（等雨量线图）移置于流域上。为安全考虑，常把暴雨中心置放在AB区间，而不是置放在流域中心。这样做使区间暴雨所占比例最大，对防洪断面B更为不利。

典型暴雨图法

2、设计暴雨的地区分布

8-4设计暴雨时空分配的计算

同频率控制法

对防洪断面B以上流域的面雨量和区间AB面积上的面雨量分别进行频率计算，求得各自的设计面雨量xBp、xABp。按同频率原则考虑，采取防洪断面B以上流域发生指定频率p的设计面暴雨量时，区间AB面积上也发生同频率暴雨，水库以上流域则为相应雨量（其频率不定）

2、设计暴雨的地区分布

8-4设计暴雨时空分配的计算

8-5由设计暴雨推求设计洪水

1、设计Pa的计算

经验方法设计暴雨发生时流域的土壤湿润情况是未知的，可能很干（Pa=0），也可能很湿（Pa=Im），所以设计暴雨可与任何Pa值（0≤Pa≤Im）相遭遇，这是属于随机变量的遭遇组合问题。目前生产上常用下述三种方法求设计条件下的土壤含水量，即设计Pa。在湿润地区，当设计标准较高，设计暴雨量较大，Pa的作用相对较小。由于雨水充沛土壤经常保持湿润情况，为了安全和简化，可取Pa,p=Im。

经验方法因Pa变化在0～Im之间，设计情况下取：Pa,P=KIm式中：K=0～1.0，设计标准较高的湿润地区K=1.0，一般K=0.5～0.8；设计标准较低的干旱地区K=0。例如黑龙江省取0.57～0.79，陕西省取0.23～0.67，湖北、湖南、浙江省取0.75。8-5由设计暴雨推求设计洪水

1、设计Pa的计算

扩展暴雨过程法

在拟定设计暴雨过程时，加长暴雨历时，增加暴雨的统计时段，把核心暴雨前面一段也包括在内。例如，原设计暴雨采用1、3、7d3个统计时段，现增长到30d，即增加15、30d2个统计时段。8-5由设计暴雨推求设计洪水

1、设计Pa的计算

当然30d设计暴雨过程开始时的Pa值（即初始值）如何定仍然是一个问题，不过初始Pa值假定不同，对后面的设计Pa值影响甚微，因为初始Pa值要经过23d的演算，才到设计暴雨核心部分。一般可取Pa=1/2Im或Pa=Im。

扩展暴雨过程法

8-5由设计暴雨推求设计洪水

1、设计Pa的计算

假如设计暴雨历时为t日，分别对t日暴雨量xt系列和每次暴雨开始时的Pa与暴雨量xt之和即xt+Pa系列进行频率计算，从而求得xtp和(xt+Pa)p，则与设计暴雨相应的设计Pa值可由两者之差求得，即Pap=(xt+Pa)p－xtp当得出Pap>Im时，则取Pap=Im。

同频率法

8-5由设计暴雨推求设计洪水

1、设计Pa的计算

扩展暴雨过程法用得较多；经验法取Pa=Im方法仅适用于湿润地区，在干旱地区包气带不易蓄满，故不宜使用。同频率法在理论上是合理的，但在实用上也存在一些问题，它需要由两条频率曲线的外延部分求差，其误差往往很大，常会出现一些不合理现象，例如设计Pa大于Im或设计Pa小于零。

方法的比较

8-5由设计暴雨推求设计洪水

1、设计Pa的计算

2、产流方案及汇流方案的应用

外延问题

设计暴雨属于稀遇的大暴雨，往往超过实测的暴雨很多，在推求设计洪水时，必须外延有关的产流、汇流方案。

湿润地区的产流方案常采用P+Pa~R形式的相关图，其关系线上部的斜率dR/dP=1.0，即相关线为45°线，外延起来比较方便。干旱地区多采用初损后损法，就需要对有关相关图在外延时必须考虑设计暴雨的雨强因素的影响。

8-5由设计暴雨推求设计洪水

目前采用的流域汇流方案都属于“线性系统”。在实测暴雨范围内应用这些方案作汇流计算时，其误差一般可以控制在容许范围内，当用于罕见的特大暴雨时，线性假定有可能导致相当大的误差。虽然有些人提出了不少的“非线性系统”，但由于受到资料所限，这些方案都还未得到充分认证，不为世人所普遍接受。

2、产流方案及汇流方案的应用

外延问题

8-5由设计暴雨推求设计洪水

在工程设计部门，一般注意汇流方案在特大暴雨条件下的适用性，尽量选用实测大洪水资料分析得到的汇流方案，以期与设计条件相近，避免外延过远而扩大误差。不少部门的实践经验说明，注意与不注意这一点，会使设计成果出现较大的变化。用一般常遇洪水分析得出的单位线来推算设计洪水，与由特大洪水资料分析的单位线推流，成果可能相差很大，其差值可达20%左右。如果当地缺乏大洪水资料，只好参照有关汇流方案非线性处理的方法作适当修正，这时需要十分慎重和多方认证分析。

2、产流方案及汇流方案的应用

外延问题

8-5由设计暴雨推求设计洪水

如果设计流域缺乏实测降雨径流资料，无法直接分析产流、汇流方案，就得解决移用问题。产流方案一般采用分区综合方法，如山东省水文手册上就有适用于不同地区的14条次降雨径流相关线，供各个分区查用，汇流方案一般采用单位线的结合成果。

2、产流方案及汇流方案的应用

外延问题

8-5由设计暴雨推求设计洪水

[例题8—3]某中型水库，集水面积为341km2，为了防洪复核，根据实测雨洪资料，拟采用暴雨资料来推求P=2%的设计洪水。解：（1）设计暴雨计算

根据本流域洪水涨落较快和水库调洪能力不强的特点，设计暴雨的最长统计时段采用1d。通过点暴雨频率计算及参数的地区协调，得mm，Cv=0.58、Cs=3.5Cv，求得P=2%的最大1d的设计点暴雨量为296mm，而通过动点动面的暴雨点面关系图，用流域面积341km2查图得暴雨点面折减系数为0.92，则P=2%的最大1日面设计暴雨量P面1p=296×0.92=272mm。8-5由设计暴雨推求设计洪水

解：（1）设计暴雨计算

[例题8—3]某中型水库，集水面积为341km2，为了防洪复核，根据实测雨洪资料，拟采用暴雨资料来推求P=2%的设计洪水。8-5由设计暴雨推求设计洪水

解：（2）设计净雨过程的推求用同频率法求得设计Pap值为78mm，本流域的Im=100mm，降雨损失22mm，求得设计净雨过程如下表所示。[例题8—3]某中型水库，集水面积为341km2，为了防洪复核，根据实测雨洪资料，拟采用暴雨资料来推求P=2%的设计洪水。8-5由设计暴雨推求设计洪水

[例题8—3]解：（2）设计净雨过程的推求根据对实测洪水资料分割得来的地下径流过程和净雨过程的分析，求得本流域的稳定下渗强度为1.5mm/h。由设计净雨过程中扣除地下净雨（等于稳渗强度乘以净雨历时）得地面净雨过程（如下表）。其中第一时段的净雨历时tc=7.9/29.9×6=1.6h，地下净雨h下=fctc=1.5×1.6=2.4mm，故第一时段地面净雨为5.5mm，以此类推。8-5由设计暴雨推求设计洪水

解：（3）设计洪水过程的推求根据实测雨洪资料，分析得大洪水的单位线，如表8-6中的（3）栏。由设计地面净雨过程通过单位线推求，得设计地面径流过程，成果如表8-6中（5）栏所示。把地下径流过程化成等腰三角形出流，其总量等于设计地面径流停止时刻（第13时段），地下径流过程的底长为地面径流底长的2倍，即T下=2×T面=2×13×6