工程水文学第7章由暴雨资料推求设计洪水

工程水文学第7章由暴雨资料推求设计洪水内容摘要：

94 485 b、 选定的典型暴雨日程分配和设计暴 雨日程分配计算见 表 73。 表 73 暴雨日程分配（同频率法） 雨量及分配比 \日程 1 2 3 4 5 6 7 x1p 303mm 典型分配比 100％ 设计雨量（ mm） 303 x3px1p 91mm 典型分配比 40% 设计雨量（ mm） 36 x7px3p 91mm 典型分配比 30% 33% 37% 0% 设计雨量（ mm） 27 30 34 0 设计暴 雨过程（ mm） 27 30 34 0 36 303 55 c、 最大 24h 设计及典型暴雨的时程分配见 表 74。 表 74 面设计暴雨量大 1 日的时程分配（同倍比法） 项目 设计暴雨的时段（ 2h）雨量过程 24h 时段序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全日 雨量 典型分配 （％） 100 设计暴雨 303 二、设计暴雨的地区分布 梯级水库或水库承担下游防洪任务时，需要拟定流域上各部分的洪水过程，因此需给出设计暴雨量在面上的分布。 其计算方法与设计洪水的地区组成计算方法相似。 如 图 74 所示，在推求防洪断面 B 以上流域的设计暴雨量时，必须分成两部分，一部分来自防洪水库 A 以上流域的暴雨，另一部分来自水库 A 以下至防洪断面 B 这一区间面积上的暴雨。 在实际工作中，常采用以下两种地区分布方法。 第五节 由设计暴雨推求设计洪水 求得设计暴雨后，进行流域 产流、汇流计算，可求得相应的洪水过程。 有关产流、汇流分析计算的原理和方法已在前面章节阐明。 本节主要介绍在设计条件如暴雨强度及总量较大、当地雨量、流量资料不足等情况下，计算中应注意的问题。 一、设计 Pa的计算 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。 1．取设计 Pa=Im 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=Im。 2 ．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 7 日 3 个统计时段，现增长到 30 日，即增加 130 日 2 个统计时段。 分别作上述各时段雨量频率曲线，选暴雨核心偏在后面的 30 日降雨过程作为典型，而后用同频率分段控制缩放得 7日以外 30日以内的设计暴雨过程（如 图 75）。 后面 7 日为原先缩放好的设计暴雨核心部分，是推求设计洪 水用的。 前面 23 日的设计暴雨过程用来计算 7 日设计暴雨发生时的 Pa值，即设计 Pa。 图 75 30 日设计暴雨过程 当然 30 日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 23 日的演算，才到设计暴雨核心部分。 一般可取 或。 3．同频率法 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 PapIm时，则取 Pap=Im。 上述三种方法中， 扩展暴雨过程法 用得较多。 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。 二、产流方案和汇流方案的应用 （一）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 x+Pa~y 形式的相关图，其关系线上部的 斜率 ，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 （如 图 76）。 图 76 Pa～ i～ I０ 相关图 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。 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形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。 (二） 移用问题 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 三、算例 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，步骤如下： 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 1日。 通过点暴雨频率 计算及参数的地区协调，得 =110mm， Cv= 、 Cs=，求得 P=2% 的最大 1日的设计点暴雨量为 296mm，而通过动点动面的暴雨点面关系图，用流域面积 341 km2查图得暴雨点面折减 系数为 ，则 P=2% 的最大 1 日面设计暴雨量 x 面 1p=296=272mm。 按该地区的暴雨时程分配，求得设计暴雨过程如 表 75 所示。 表 75 P=5% 设计暴雨时程分配 时段数（△ t=6h ） 1 2 3 4 合计 占最大 1 日的百分数（ %） 11 63 17 9 100 设计暴雨（ mm） 272 设计净雨（ mm） 250 地下净雨（ mm） 地面净雨（ mm） 2．设计净雨过程的推求 用 同频率法求得设计 Pa值为 78mm ,本流域的 Im=100mm，降雨损失 22mm, 求得设计净雨过程如表 85 所示。 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。 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 表 75）。 其中第一时段的净雨历时 ，地下净雨 h 下=fctc= =, 故第一时段地面净雨为 ，余类推。 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 76 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 76 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 16=156h，则 地下径流过程如表 76 中（ 6）栏所示。 地面径流过程加上地下径流过程即得 P=2% 的设计洪水过程，如表 76 中（ 7）栏所示。 表 76 设计洪水过程推算表 注 1. 核算单位。