小流域设计洪水的计算(课堂PPT).ppt

,*,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,1,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,200-300km,2,。水保上指的小流域，一般在,30km,2,以下，最多不超过,50km,2,。,（,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,Q,m,表示。洪水总量为一次洪水流过程的总水量。,2,（,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,3,（,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。,4,（,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。,5,（,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,6,1.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,(),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,(,m,）,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。,7,5.,产流历时（,t,c,）,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（,Q,m,）,全部流域面积上的净雨汇集而成。,7.,部分汇流（,Q,m,）,由部分流域面积上的净雨汇集而成。,8,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,9,根据水科院推理公式计算小流域设计洪峰流量,Q,m,时，经过如下三步骤：,(P80),（一）设计暴雨计算,确定设计暴雨强度,i,p,；,（二）,产流计算,确定,成峰径流系数,；,（三）汇流计算,确定流域汇流历时,。,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,10,（,1,）流域面积（,F,）：,在地形图上勾出分水线后量得，在图上如看不清分水线时，应实地勘测。,（,2,）流域汇流长度（,L,）：,包括坡面和主河道长度。地形图上量取自出口断面沿主河道至分水岭的最长距离。,（,3,）沿流程的平均纵比降（,J,）：,自出口断面起根据沿流程比降变化特征点高程及河长，利用公式计算。,P16,第二节 水科院推理公式法,（一）设计暴雨计算,四、,水科院推理公式法的计算步骤,1.,流域特征参数（,F,、,L,、,J,）确定,11,第二节 水科院推理公式法,（一）设计暴雨计算,四、,水科院推理公式法的计算步骤,2.,暴雨特性参数（,n,、,S,p,）确定,暴雨衰减指数,n,随地区及历时长短而变。常用的暴雨强度计算公式为：,该公式由水文所分析了我国,8,个城市,(,北京、天津、南京、上海、成都等,),的暴雨资料制定的。,12,第二节 水科院推理公式法,（一）设计暴雨计算,四、,水科院推理公式法的计算步骤,2.,暴雨特性参数（,n,、,S,p,）确定,设计暴雨雨力,(S,p,),：即,t=1h,的最大暴雨平均强度,(mm/h),，随地区和重现期而变。,可用水文手册中的,S,p,等值线图和,n,值分区图计算暴雨强度。,如缺,Sp,等值线图，可根据各地区的水文手册查得设计地区的暴雨统计参数,H,24,、,C,v,和,C,s,，以,t,24h,作为控制时间即可求得,S,p,：,P83,13,产流计算的实质,是求成峰系数,。,成峰径流系数是汇流历时内,净雨总量,h,和暴雨总量,H,的比值。,第二节 水科院推理公式法,（二）产流计算,四、,水科院推理公式法的计算步骤,求成峰系数,的确定：,产流历时（,t,c,）的确定：,14,u,是产流期间内损失强度的平均值。反映了地面平均入渗能力，,它的大小与土壤的渗水性、植被、地貌、暴雨特性、土壤前期含水量等有关,。陈家瑜等提出用下式计算,u,值,（该公式适合于,tc,24h的情况）,。,第二节 水科院推理公式法,（二）产流计算,四、,水科院推理公式法的计算步骤,平均入渗强度（,u,）的计算,：,15,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,（二）产流计算,当,t,c,24h,要改用下式计算下渗强度,u,：,各省、自治区,水文手册,中一般都提出了计算,u,值的方法。,16,汇流计算的目的,是推求汇流历时,。计算公式如下：,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,（二）产流计算,（一）设计暴雨计算,（三）汇流计算,1.,汇流历时,的确定,17,四、,水科院推理公式法的计算步骤,（二）产流计算,（一）设计暴雨计算,（三）汇流计算,1.,汇流历时,的确定,第二节 水科院推理公式法,2.,汇流参数,(m),的确定,m,的确定是汇流计算的关键，它是反映洪水汇流特征的参数，,与植被、地形、河网分布、河槽断面形状、河道糙率等因素有关。,m,值的计算公式为许多省,(,区,),水文手册都给出了本地区,m,值的经验公式，,供设计时使用。,18,全面汇流,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,（二）产流计算,（一）设计暴雨计算,（三）汇流计算,（四）,洪峰流量,Q,m,计算,部分汇流,公式计算存在两个困难：,1,、,在计算前是未知量，无法判断是属于全面汇流还是部分汇流。,2,、方程中不能将已知量和未知量分开，不能采用代入法求解。,试算法！,19,1,确定,7,个参数，,即流域特征参数,F,、,L,、,J,；暴雨特性参数,S,p,、,n,；经验性参数,u,、,m,。,2,求产流历时,t,c,。,3,假定一个,Q,m,设,，代入公式计算,。,。,4,.,将,与,t,c,比较,，判断是全面汇流还是部分汇流，选定出计算,的,公式，,计算出,。,5,将,和,代入求,Q,m,的公式，计算,Q,m,计,，并比较,Q,m,计,和,Q,m,设,是否相等，如不相等，重新假设,Q,m,设,，再试算，直至相近。,第二节 水科院推理公式法,五、,水科院推理公式,试算法,的计算过程,20,试算法例题,黄河下游某流域拟建一小水库，坝址处流域面积,F=92km,2,，,L=29km,，,J=2.02%,，,H24,1%=343mm,，,n=0.588,，,m=1.07,，,=4.9mm/h,，利用试算法求,Q,m,1%,第二节 水科院推理公式法21,第二节 水科院推理公式法,试算法例题,22,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,和,0,。,步骤如下：,1.,计算,n,、,S,p,、,u,、,m,、,t,c,（同,试算法,）,2.,求,0,3.,求,及,根据图,5-13p88,页，,诺模图，可得出,/,0,，利用公式 求得,4.,根据,与,t,c,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,上。,诺模图法例题,第二节 水科院公式法,23,水保工程中的小型水库、淤地坝等要考虑调洪作用，以便确定溢洪道尺寸。,因此设计洪峰流量推求后，还要推求设计洪水总量和洪水过程线第二节 水科院推理公式法,六、,设计洪水量及洪水过程线,（一）设计洪水总量,W,p,的推求,h,R,设计净雨深或径流深,(mm),；,h,24p,相应于频率,P,的,24h,的暴雨量,H,24p,的径流深,(mm),；,a,24,降雨历时等于,24h,的径流系数；,h,24P,查地区,H,24P,h,24P,关系曲线图。,24,小流域多采用三角形过程线，由实测洪水过程线概化而成。,T=t,1,+t,2,=2W,p,/Q,m,式中,W,p,设计洪量,(m,3,),；,Q,m,设计洪蜂流量,(m3/s),；,T,设计洪水过程线总历时,(h),；,t,1,涨洪历时，即汇流历时,t,2,退洪历时。t,2,/t,1,=,，,一般 为,1-3,，最高达,10,。,第二节 水科院推理公式法,六、,设计洪水量及洪水过程线,（一）设计洪水总量,W,p,的推求,（二）,洪水过程线的推求,三角形过程线,25,一、,公式的基本形式与特点,2,、基本形式：,铁道部第一设计院、中科院地理所等组成的小流域暴雨径流研究组提出的,计算洪峰流量的简化公式。,第三节,小流域暴雨径流研究组公式,式中：,C,1,产流因素,C,2,汇流因素,Z,由暴雨与汇流因素而定的指数。,1,、假设条件：,小流域暴雨径流研究组法认为：,（,1,）流域的汇流面积随时间增长率为一条曲线。,（,2,）流域内降雨也不均匀，最大洪峰流量是由部分流域面积汇流形成。,26,第三节,小流域暴雨径流研究组公式,3,、研究组公式的,特点：,(1),考虑到暴雨损失与暴雨强度的关系，公式推导采用变动的洪峰径流系数。,(2),为适应小流域,(,特别是,100km,2,以下的小流域,),山坡汇流所占比重较大的情况，流域汇流时间采用河槽与山坡汇流时间的代数和。,(3),计算参数除暴雨及与其有关参数外，所有计算参数均不带频率概念,而取平均情况,即暴雨与流量同频率。,(4),当流域面积,F,10km,2,时，暴雨计算考虑了点面折减系数,一、,公式的基本形式与特点,27,第三节,小流域暴雨径流研究组公式,二、研究组计算,Q,m,的基本计算公式,令,则,式中P,：最大同时汇流面积系数，为形成洪峰最大同时汇流面积,f,与全流域面积,F,的比值。即,P,f/F,；,C,：径流系数；,n,暴雨衰减指数；,S,雨力，暴雨参数；,t,Q,形成洪峰时间；,P,1,形成洪峰历时系数，即时间系数。为形成洪峰时间,t,Q,与流域汇流时间,的比值，即,P,l,t,Q,/,。,28,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？,2,、什么是推理公式法？,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？,3,、,净雨、汇流历时,(),、流域汇流历时（,m,）、等流时线、产流历时（,t,c,）、全面汇流和部分汇流（,Q,m,）？,4,、根据水科院推理公式，计算小流域设计洪峰流量,Q,m,时，必须确定那些内容？,5,、根据小流域暴雨径流研究组公式，计算计算小流域设计洪峰流量,Q,m,时，需要确定哪些参数？,思考题,谈谈小流域设计洪水推求的实践意义？,第五章 小流域设计洪水的计算,29,