第五章小流域设计洪水的计算gao.pptx

山东农业大学林学院水水土土保保持持工工作作一一般般是是在在小小流流域域上上进进行行的的。水水土土保保持持工工程程的的规规划划设设计计、测测流流建建筑筑物物的的设设计计都都需需要要研研究究工工程程所所在在地地点点河河流流的的水水文文态态势势，计计算算设设计计洪洪水水。一、一、小流域设计洪水的意义小流域设计洪水的意义第一节第一节 小流域设计洪水特点小流域设计洪水特点 二、二、小流域设计洪水的概念小流域设计洪水的概念（1）小小流流域域集集水水面面积积:水水文文计计算算通通常常不不超超过过200-300km2。水水保保上上指指的的小小流流域域，一一般般在在30km2以以下下，最最多多不不超超过过50km2。（2）设设计计洪洪水水:指指符符合合一一定定设设计计标标准准的的洪洪水水，包包括括洪洪峰峰流流量量、洪洪水水总总量量和和洪洪水水过过程程线线三三个个要要素素。洪洪峰峰流流量量即即一一次次洪洪水水流流量量的的最最大大值值，用用Qm表表示示。洪洪水水总总量量为为一一次次洪洪水水流流过过程程的的总总水水量量。山东农业大学林学院（3）小小流流域域设设计计标标准准:推推求求设设计计洪洪水水时时，首首先先确确定定标标准准。设设计计标标准准是是指指水水工工建建筑筑物物本本身身防防洪洪安安全全的的标标准准。它它是是水水利利水水保保工工程程规规划划设设计计的的一一个个重重要要指指标标。参参阅阅水水利利水水电电枢枢纽纽工工程程等等级级划划分分设设计计标标准准(SDJl2-78)及及水水土土保保持持治治沟沟骨骨干干工工程程暂暂行行技技术术规规范范(SDl75-86)的的规规定定。第一节第一节 小流域设计洪水特点小流域设计洪水特点 一、一、小流域设计洪水的意义小流域设计洪水的意义二、二、小流域设计洪水的概念小流域设计洪水的概念山东农业大学林学院（1）多多数数小小流流域域没没有有设设站站观观测测，缺缺乏乏实实测测流流量量和和降降雨雨资资料料。有有的的小小流流域域虽虽有有短短期期资资料料，但但具具有有较较多多资资料料的的流流域域很很大大，自自然然地地理理条条件件相相差差悬悬殊殊，短短期期资资料料也也难难以以延延展展。因因此此小小流流域域设设计计洪洪水水计计算算是是在在缺缺乏乏资资料料的的条条件件下下进进行行的的。第一节第一节 小流域设计洪水特点小流域设计洪水特点 一、一、小流域设计洪水的意义小流域设计洪水的意义二、二、小流域设计洪水的概念小流域设计洪水的概念三、三、小流域设计洪水的特点小流域设计洪水的特点（2）任任务务方方面面：水水保保工工程程如如小小型型水水库库、淤淤地地坝坝对对洪洪水水的的调调蓄蓄作作用用较较小小，工工程程尺尺寸寸常常取取决决于于设设计计洪洪峰峰流流量量，因因此此在在设设计计洪洪水水计计算算中中，主主要要是是求求设设计计洪洪峰峰流流量量。洪洪水水总总量量与与洪洪水水过过程程居居于于次次要要，可可以以简简化化。山东农业大学林学院（3）工工程程措措施施：涉涉及及的的面面广广，数数量量多多，又又多多是是小小型型，因因此此，计计算算方方法法上上要要求求方方法法简简便便又又能能保保证证一一定定的的精精度度。第一节第一节 小流域设计洪水特点小流域设计洪水特点 一、一、小流域设计洪水的意义小流域设计洪水的意义二、二、小流域设计洪水的概念小流域设计洪水的概念三、三、小流域设计洪水的特点小流域设计洪水的特点四、四、小流域设计洪水推求方法小流域设计洪水推求方法小小流流域域设设计计洪洪水水推推求求方方法法有有推推理理公公式式法法，经经验验公公式式法法，综综合合瞬瞬时时单单位位线线法法，洪洪水水调调查查法法等等。推推理理公公式式法法是是从从暴暴雨雨形形成成洪洪水水的的成成因因出出发发，即即由由暴暴雨雨推推求求流流域域设设计计洪洪峰峰流流量量，属属于于成成因因推推理理方方法法，是是半半理理论论半半经经验验公公式式，是是小小流流域域计计算算暴暴雨雨洪洪水水的的主主要要方方法法。重重点点介介绍绍水水科科院院推推理理公公式式法法和和由由铁铁道道部部、中中科科院院地地理理所所等等提提出出的的小小流流域域暴暴雨雨径径流流研研究究组组计计算算公公式式。山东农业大学林学院（1）计计算算洪洪峰峰流流量量是是以以暴暴雨雨的的设设计计频频率率作作为为设设计计洪洪峰峰流流量量的的频频率率，即即认认为为暴暴雨雨和和洪洪水水是是同同频频率率的的。（2）暴暴雨雨和和损损失失在在时时空空上上是是均均匀匀的的，即即净净雨雨强强度度不不随随时时间间、地地点点变变化化，沿沿程程的的汇汇流流速速度度不不变变。（3）把把汇汇流流面面积积概概化化为为矩矩形形，即即汇汇流流面面积积随随时时间间的的增增长长率率是是一一条条直直线线，全全流流域域面面积积汇汇流流形形成成最最大大洪洪峰峰流流量量。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 一、一、水科院推理公式法的假设条件水科院推理公式法的假设条件山东农业大学林学院1.净雨净雨总总降降雨雨量量减减去去降降雨雨损损失失后后称称之之为为净净雨雨。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 二、二、水科院推理公式法的有关概念水科院推理公式法的有关概念2.汇流历时汇流历时()()净净雨雨从从流流域域上上某某点点流流到到出出口口断断面面的的时时间间即即汇汇流流历历时时。（见见P76图图5-2）3.流域汇流历时流域汇流历时(m）流流域域最最远远点点的的净净雨雨流流到到出出口口断断面面的的时时间间。4.等流时线等流时线具具有有相相同同汇汇流流时时间间的的各各点点连连线线称称为为等等流流时时线线。山东农业大学林学院5.产流历时（产流历时（t tc c）径径流流开开始始产产生生到到径径流流终终止止所所经经历历的的时时间间即即产产流流历历时时，又又称称为为净净雨雨历历时时。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 二、二、水科院推理公式法的有关概念水科院推理公式法的有关概念6.全面汇流（全面汇流（Q Qmm）全全部部流流域域面面积积上上的的净净雨雨汇汇集集而而成成。7.部分汇流（部分汇流（Q Qmm）由由部部分分流流域域面面积积上上的的净净雨雨汇汇集集而而成成。山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 三、三、水科院推理公式法的有关公式水科院推理公式法的有关公式1全面汇流全面汇流 2部分汇流部分汇流 山东农业大学林学院根根据据水水科科院院推推理理公公式式计计算算小小流流域域设设计计洪洪峰峰流流量量Qm时时，经经过过如如下下三三步步骤骤：(P80)（一一）设设计计暴暴雨雨计计算算确确定定设设计计暴暴雨雨强强度度ip；（二二）产产流流计计算算确确定定成成峰峰径径流流系系数数；（三三）汇汇流流计计算算确确定定流流域域汇汇流流历历时时。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤山东农业大学林学院（1）流流域域面面积积（F）：在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 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤1.流域特征参数（流域特征参数（F、L、J）确定）确定山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤2.暴雨特性参数（暴雨特性参数（n、Sp）确定）确定暴暴雨雨衰衰减减指指数数n随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：该该公公式式由由水水文文所所分分析析了了我我国国8 8个个城城市市(北北京京、天天津津、南南京京、上上海海、成成都都等等)的的暴暴雨雨资资料料制制定定的的。山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤2.暴雨特性参数（暴雨特性参数（n、Sp）确定）确定设设计计暴暴雨雨雨雨力力(Sp)：即即t=1h的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。可可用用水水文文手手册册中中的的Sp等等值值线线图图和和n值值分分区区图图计计算算暴暴雨雨强强度度。如如缺缺Sp等等值值线线图图，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和和Cs，以以t 24h作作为为控控制制时时间间即即可可求求得得Sp：P83山东农业大学林学院产产流流计计算算的的实实质质是是求求成成峰峰系系数数。成成峰峰径径流流系系数数是是汇汇流流历历时时内内净净雨雨总总量量h和和暴暴雨雨总总量量H的的比比值值。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （二）产流计算（二）产流计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤 求求成成峰峰系系数数的的确确定定：产产流流历历时时（tc）的的确确定定：山东农业大学林学院u是是产产流流期期间间内内损损失失强强度度的的平平均均值值。反反映映了了地地面面平平均均入入渗渗能能力力，它它的的大大小小与与土土壤壤的的渗渗水水性性、植植被被、地地貌貌、暴暴雨雨特特性性、土土壤壤前前期期含含水水量量等等有有关关。陈陈家家瑜瑜等等提提出出用用下下式式计计算算u值值（该该公公式式适适合合于于tc24h的的情情况况）。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （二）产流计算（二）产流计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤平平均均入入渗渗强强度度（u）的的计计算算：山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤（二）产流计算（二）产流计算 当当tc24h要要改改用用下下式式计计算算下下渗渗强强度度u：各各省省、自自治治区区水水文文手手册册中中一一般般都都提提出出了了计计算算u值值的的方方法法。山东农业大学林学院汇汇流流计计算算的的目目的的是是推推求求汇汇流流历历时时 。计计算算公公式式如如下下：第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤（二）产流计算（二）产流计算 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 （三）汇流计算（三）汇流计算 1.汇流历时汇流历时的确定的确定山东农业大学林学院四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤（二）产流计算（二）产流计算 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 （三）汇流计算（三）汇流计算 1.汇流历时汇流历时的确定的确定 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 2.汇流参数汇流参数(m)的确定的确定 m的的确确定定是是汇汇流流计计算算的的关关键键，它它是是反反映映洪洪水水汇汇流流特特征征的的参参数数，与与植植被被、地地形形、河河网网分分布布、河河槽槽断断面面形形状状、河河道道糙糙率率等等因因素素有有关关。m值值的的计计算算公公式式为为：许许多多省省(区区)水水文文手手册册都都给给出出了了本本地地区区m值值的的经经验验公公式式，供供设设计计时时使使用用。山东农业大学林学院全面汇流全面汇流 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤（二）产流计算（二）产流计算 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 （三）汇流计算（三）汇流计算 （四）（四）洪峰流量洪峰流量Qm计算计算 部分汇流部分汇流 公公式式计计算算存存在在两两个个困困难难：1、在在计计算算前前是是未未知知量量，无无法法判判断断是是属属于于全全面面汇汇流流还还是是部部分分汇汇流流。2、方方程程中中不不能能将将已已知知量量和和未未知知量量分分开开，不不能能采采用用代代入入法法求求解解。试试算算法法！山东农业大学林学院1确确定定7个个参参数数，即即流流域域特特征征参参数数F、L、J；暴暴雨雨特特性性参参数数Sp、n；经经验验性性参参数数u、m。2求求产产流流历历时时tc。3假假定定一一个个Qm设设，代代入入公公式式计计算算。4.将将与与tc比比较较，判判断断是是全全面面汇汇流流还还是是部部分分汇汇流流，选选定定出出计计算算的的公公式式，计计算算出出。5将将和和代代入入求求Qm的的公公式式，计计算算Qm计计，并并比比较较Qm计计和和Qm设设是是否否相相等等，如如不不相相等等，重重新新假假设设Qm设设，再再试试算算，直直至至相相近近。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 五、五、水科院推理公式水科院推理公式试算法试算法的计算过程的计算过程 山东农业大学林学院试算法例题试算法例题黄黄河河下下游游某某流流域域拟拟建建一一小小水水库库，坝坝址址处处流流域域面面积积F=92km2，L=29km，J=2.02%，H24,1%=343mm，n=0.588，m=1.07，=4.9mm/h，利利用用试试算算法法求求Qm,1%第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 试算法例题试算法例题山东农业大学林学院为解决上述方程求解设计最大洪峰流量时的两个为解决上述方程求解设计最大洪峰流量时的两个困难，可制成诺模图求解困难，可制成诺模图求解和和0。步骤如下：步骤如下：1.计算计算n、Sp、u、m、tc（同（同试算法试算法）2.求求03.求求及及根据图根据图5-13p88页，页，诺模图，可得出诺模图，可得出/0，利用公式，利用公式求得求得4.根据根据与与tc比较，判断是全面比较，判断是全面汇流还是部分汇流，利用公式计算汇流还是部分汇流，利用公式计算Qm。公式基本形式一样，差别在公式基本形式一样，差别在上。上。诺模图法例题诺模图法例题 第二节第二节 水科院公式法水科院公式法 山东农业大学林学院水水保保工工程程中中的的小小型型水水库库、淤淤地地坝坝等等要要考考虑虑调调洪洪作作用用，以以便便确确定定溢溢洪洪道道尺尺寸寸。因因此此设设计计洪洪峰峰流流量量推推求求后后，还还要要推推求求设设计计洪洪水水总总量量和和洪洪水水过过程程线线。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 六、六、设计洪水量及洪水过程线设计洪水量及洪水过程线（一）设计洪水总量（一）设计洪水总量Wp的推求的推求hR设设计计净净雨雨深深或或径径流流深深(mm)；h24p相相应应于于频频率率P的的24h的的暴暴雨雨量量H24p的的径径流流深深(mm)；a24降降雨雨历历时时等等于于24h的的径径流流系系数数；h24P查查地地区区H24Ph24P关关系系曲曲线线图图。山东农业大学林学院小小流流域域多多采采用用三三角角形形过过程程线线，由由实实测测洪洪水水过过程程线线概概化化而而成成。T=t1+t2=2Wp/Qm式式中中Wp设设计计洪洪量量(m3)；Qm设设计计洪洪蜂蜂流流量量(m3/s)；T设设计计洪洪水水过过程程线线总总历历时时(h)；t1涨涨洪洪历历时时，即即汇汇流流历历时时t2退退洪洪历历时时。t2/t1=，一一般般为为1-3，最最高高达达10。第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 六、六、设计洪水量及洪水过程线设计洪水量及洪水过程线（一）设计洪水总量（一）设计洪水总量Wp的推求的推求（二）（二）洪水过程线的推求洪水过程线的推求三角形过程线三角形过程线 山东农业大学林学院一、一、公式的基本形式与特点公式的基本形式与特点2、基基本本形形式式：铁铁道道部部第第一一设设计计院院、中中科科院院地地理理所所等等组组成成的的小小流流域域暴暴雨雨径径流流研研究究组组提提出出的的计计算算洪洪峰峰流流量量的的简简化化公公式式。第三节第三节 小流域暴雨径流研究组公式小流域暴雨径流研究组公式 式中：式中：C1产流因素产流因素,C2汇流因素汇流因素,Z由暴雨与汇流因素而定的指数。由暴雨与汇流因素而定的指数。1、假假设设条条件件：小小流流域域暴暴雨雨径径流流研研究究组法法认为：（1）流流域域的的汇汇流流面面积积随随时时间间增增长长率率为为一一条条曲曲线线。（2）流流域域内内降降雨雨也也不不均均匀匀，最最大大洪洪峰峰流流量量是是由由部部分分流流域域面面积积汇汇流流形形成成。山东农业大学林学院 第三节第三节 小流域暴雨径流研究组公式小流域暴雨径流研究组公式 3、研研究究组组公公式式的的特特点点：(1)考考虑虑到到暴暴雨雨损损失失与与暴暴雨雨强强度度的的关关系系，公公式式推推导导采采用用变变动动的的洪洪峰峰径径流流系系数数。(2)为为适适应应小小流流域域(特特别别是是100km2以以下下的的小小流流域域)山山坡坡汇汇流流所所占占比比重重较较大大的的情情况况，流流域域汇汇流流时时间间采采用用河河槽槽与与山山坡坡汇汇流流时时间间的的代代数数和和。(3)计计算算参参数数除除暴暴雨雨及及与与其其有有关关参参数数外外，所所有有计计算算参参数数均均不不带带频频率率概概念念,而而取取平平均均情情况况,即即暴暴雨雨与与流流量量同同频频率率。(4)当当流流域域面面积积F10km2时时，暴暴雨雨计计算算考考虑虑了了点点面面折折减减系系数数一、一、公式的基本形式与特点公式的基本形式与特点山东农业大学林学院 第三节第三节 小流域暴雨径流研究组公式小流域暴雨径流研究组公式 二、研究组计算二、研究组计算Qm的基本计算公式的基本计算公式令令则则式中：式中：P：最大同时汇流面积系数，为形成洪峰最大同时汇：最大同时汇流面积系数，为形成洪峰最大同时汇流面积流面积f与全流域面积与全流域面积F的比值。即的比值。即Pf/F；C：径流系数；：径流系数；n暴雨衰减指数；暴雨衰减指数；S雨力，暴雨参数；雨力，暴雨参数；tQ形形成洪峰时间；成洪峰时间；P1形成洪峰历时系数，即时间系数。为形成洪峰时间形成洪峰历时系数，即时间系数。为形成洪峰时间tQ与与流域汇流时间流域汇流时间的比值，即的比值，即PltQ/。山东农业大学林学院本章复习题本章复习题1、设计洪水及设计标准的含义？小流域设计洪水特点？、设计洪水及设计标准的含义？小流域设计洪水特点？2、什么是推理公式法？、什么是推理公式法？水科院法和小流域暴雨径流研究水科院法和小流域暴雨径流研究组法的特点及其二者的区别？组法的特点及其二者的区别？3、净雨、汇流历时净雨、汇流历时()、流域汇流历时（、流域汇流历时（m）、等流时线、产流历时）、等流时线、产流历时（tc）、全面汇流和部分汇流（）、全面汇流和部分汇流（Qm）？）？4、根据水科院推理公式，计算小流域设计洪峰流量、根据水科院推理公式，计算小流域设计洪峰流量Qm时，必须确定那些内容？时，必须确定那些内容？5、根据小流域暴雨径流研究组公式，计算计算小流域设、根据小流域暴雨径流研究组公式，计算计算小流域设计洪峰流量计洪峰流量Qm时，需要确定哪些参数？时，需要确定哪些参数？思考题思考题谈谈小流域设计洪水推求的实践意义？谈谈小流域设计洪水推求的实践意义？第五章第五章 小流域设计洪水的计算小流域设计洪水的计算