当前课程知识点:水文水利计算 > 第四章 由暴雨推求设计洪水 > 4.5 由设计暴雨推求设计洪水 > 4.5 由设计暴雨推求设计洪水(上)
同学们
今天我们来学习由设计暴雨推求设计洪水
主要包括设计前期降雨量Pa的计算
产汇流方案的应用和典型算例等四个内容
我们先学习第一个内容
设计前期降雨量Pa的计算
设计前期降雨量Pa
其含义与初始土壤含水量一样
反映了降雨发生时
前期降雨滞留在土壤中的量
土壤中蓄的最大水量即为流域最大的蓄水容量
用Im来表示
其表示流域在十分干旱条件下
大暴雨产流过程中最大损失量
包括植物截留 填洼及渗入包气带
被土壤滞留的下的雨量
当土壤很干时
Pa=0
土壤很湿时
Pa=Im
一般情况
Pa介于0和Im之间
而Pa计算方法主要有经验法
扩展暴雨过程法和同频率法
经验法中Pa为
经验系数K与Im的乘积
K介于0~1之间
当设计标准较高
设计暴雨量较大
Pa的作用相对较小
在湿润地区
汛期雨水充沛
土壤长期处于蓄满或接近蓄满状态
为了安全和简化
可取K=1
一般地区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左右
扩展暴雨过程法是在拟定的设计暴雨过程中
加长暴雨历时
增加暴雨的统计时段
把核心暴雨采用1d 3d 7d三个统计时段
增长至30d
即增加15d 30d两个统计时段
分别作上述各时段雨量频率曲线
选暴雨核心偏后的30d降雨过程作为典型
而后用同频率分段控制缩放得到7d以外
30d以内的设计暴雨
如图所示
核心暴雨为30d降雨的后7日
前面23日降雨量主要用于推求Pa
计算公式见公式(1)
公式中X1 X2分别表示核心暴雨发生前1天
前2天 前n天的降雨量
K为折减系数
当计算的设计Pa值大于最大蓄水量Im时
取设计Pa等于Im
同频率法为分别对固定时段暴雨量Xt系列
和每次暴雨开始时的Pa与暴雨量Xt之和的
系列分别进行频率分析
从而求得相应的设计值
则设计Pa可用右侧公式计算求得
与扩展暴雨过程法一样
当计算的设计Pa值大于Im时
取设计Pa等于Im
接着我们来学习产流和汇流方案的应用
在《水文学原理》课程中
我们已经学习了流域主要产流方式
有蓄满产流和超渗产流
其中前者主要发生在湿润地区
后者主要发生在干旱地区
其计算方法主要有流域水文模型
暴雨径流相关图法和初损后损法
流域水文模型法在后续开设的
《水文预报》等课程中会做详细学习
本节课主要学习暴雨径流相关图法
和初损后损法的应用
暴雨径流相关图反映了暴雨
和径流深之间的关系
其径流深与净雨量在数值上是相同
对于以饱和地面径流为主导机制地区
影响产流大小的因素为降雨量
和前期影响雨量Pa
相关图的表达方式主要有两种
如图1所示
图1(a)反映不同Pa值下的降雨-径流关系
能够通过降雨量X1推求出对应的净雨量R1
从图中还可以看出Pa值越大
相关线越靠近45°直线
图1(b)反映了在降雨X与Pa之和
与径流的关系
可以根据每次降雨前期的Pa
与降雨量之和推求其对应的净雨量
现在我们学习如何使用降雨-径流相关图法
设计暴雨属稀遇暴雨
往往超过实测暴雨很多
在推求设计净雨时
必须对相关线进行外延
一般按直线趋势外延
我们以Pa=Pa3为例
推求3个时段降雨对应的净雨量
首先根据X1在图中找到对应的R1
再根据两个时段的降雨X1和X2累加值
从相关图找到R1与R2之和
进一步求得R2数值
利用同样的方法即可求得R3
例如
某流域两时段降雨X1=48mm
X2=80mm
Pa=60mm
试根据降雨-径流相关图
求得两个时段的净雨量
已知X1=48mm
X1+ X2=128mm
通过相关图找出Pa=60mm的相关线对应的
R1=18mm
R1+ R2=50mm
则R2=32mm
下面我们来学习初损后损法
针对一次暴雨过程
雨量的损失过程随时间变化
总的趋势是在降雨初期的损失强度大
以后逐渐减小而趋于稳定
初损后损法是将一次暴雨的损失过程
分为两部分
产流前的损失为初损
用I0表示
对于蓄满产流
可以理解为在当前土壤状况下
能再蓄的水量
产流后的损失为后损
后损为产流历时内的平均下渗强度
与产流历时的乘积
与后期不产流雨量的和
计算公式如下
公式中R为径流深
X为暴雨量
I0为初损量
X´为降雨后期不产流的雨量
f为平均后损率
又称为稳定下渗率
tc为后损阶段的产流历时
对于初损量I0的确定方法主要有两种
一种是根据实测雨洪资料求得
如右图所示
对于小流域
汇流时间短
出口断面的流量过程线起涨点处
可以作为产流开始时刻
起涨点以前雨量的累积值即为初损
另一种方法为根据Pa与I0关系图法获得
I0的大小与降雨前的Pa有关
Pa大 I0小
反之I0则大
因此
可根据各次实测雨洪资料分析的Pa和I0
点绘两者的相关图
根据Pa值
结合相关图
求得I0
平均后损率的计算公式如公式(2)所示
公式中t为降雨总历时
t0为初损历时
t´为降雨后期不产流的降雨历时
下面我们通过一个例子来说明
如何使用初损后损法推求净雨过程
设计暴雨过程见表1的第1列
降雨开始时的Pa=15.4mm
I0=31.0mm
f=1.5mm/h
试求净雨过程
首先计算初损量
根据初损值I0从前往后扣除
直到扣完31.0mm为止
各时段的初损量见表1的第2列
对于第3时段(9~12时)的后损历时
采用比例法计算求得
即为后损历时2h
则该时段后损量为3.0mm
第4时段(12~15时)平均降雨强度大于f
后损量按稳定入渗率f与历时的乘积获得
即4.5mm
最后时段(15~18时)平均降雨强度小于f
所以其后损量就等于该时段的降雨量
即1.3mm
后损量计算结果见表的第(4)列
第(4)列也称为地下净雨量
第(5)列为地面净雨
即当前时段的降雨量减去初损量和后损量求得
同学们
本节课的内容就讲到这里
下节课我们将继续学习汇流方案的应用
和典型算例
再见
-1.1 水资源开发利用及洪水灾害治理
--1.1 小节测试
--1.1 课后讨论
-1.2 水文水利计算的任务与内容
--1.2 小节测试
--1.2 课后讨论
-1.3 水文水利计算的主要研究方法
--1.3 小节测试
--1.3 课后讨论
-2.1 洪水资料的分析处理
--2.1 小节测试
-2.2 历史洪水的调查和考证
--2.2 小节测试
-2.3 考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法
--2.3 小节测试
--2.3 课后讨论
-2.4 设计成果的合理性分析
--2.4 小节测试
-2.5 设计洪水值的抽样误差和安全修正值问题
--2.5 小节测试
--2.5 课后讨论
-3.1 防洪安全设计
--3.1 小节测试
-3.2 设计洪水概念
--3.2 小节测试
-3.3 设计洪水过程线的拟定
--3.3 小节测试
--3.3 课后讨论
-3.4 设计洪水的地区组成
--3.4 小节测试
-3.5入库设计洪水
--3.5 小节测试
--3.5 课后讨论
-4.1 暴雨特性分析
--4.1 小节测试
-4.2 点暴雨量频率计算
--4.2 小节测试
-4.3 面暴雨量频率计算
--4.3 小节测试
--4.3 课后讨论
-4.4 设计暴雨量的时空分布计算
--4.4 小节测试
-4.5 由设计暴雨推求设计洪水
--4.5 小节测试
--4.5 课后讨论
-5.1 小流域设计暴雨
--5.1 小节测试
-5.2 由推理公式推求设计洪水
--5.2 小节测试
--5.2 课后讨论
-5.3 由地区经验公式推求设计洪水
--5.3 小节测试
-5.4 城市化对水文的影响
--5.4 小节测试
-5.5 城市排水管网设计流量计算
--5.5 小节测试
--5.5 课后讨论
-6.1 可能最大暴雨的基础理论
--6.1 小节测试
-6.2 可能最大暴雨的估算
--6.2 小节测试
-6.3 可能最大洪水
--6.3 小节测试
-7.1 年径流及其表征指标
--7.1 小节测试
-7.2 影响年径流的要素
--7.2 小节测试
-7.3 具有长期实测资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.3 具有长期实测资料时的设计年径流量及年内分配计算与分析
--7.3 具有长期实测资料时的设计年径流量及年内分配计算与分析
--7.3 小节测试
--7.3 课后讨论
-7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 具有短期实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算
--7.4 小节测试
--7.4 课后讨论
-8.1 用水户分类及其层次结构
--8.1 小节测试
-8.2 工业需水量的计算与预测
--8.2 小节测试
--8.2 课后讨论
-8.3 灌溉用水量的计算与预测
--8.3 小节测试
-8.4 生态需水的计算与预测
--8.4 小节测试
--8.4 课后讨论
-8.5 其他用水的计算与预测
--8.5 小节测试
-9.1 径流调节的定义及分类
--9.1 小节测试
--9.1 课后讨论
-9.2 水库特性
--9.2 水库特性
--9.2 水库特性
--9.2 小节测试
--9.2 课后讨论
-9.3 水库的水量损失
--9.3 小节测试
-9.4 设计保证率
--9.4 小节测试
-9.5 径流调节计算基本原理
--9.5 小节测试
--9.5 课后讨论
-9.6 根据用水过程确定水库的兴利库容
--9.6 小节测试
-9.7 根据兴利库容确定调节流量
--9.7 小节测试
-9.8 根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程
--9.8 小节测试
--9.8 课后讨论
-10.1 水能利用与电力系统负荷
--10.1 小节测试
-10.2 保证出力与多年平均发电量计算
--10.2 小节测试
-10.3 水电站装机容量的选择
--10.3 小节测试
-10.4 正常蓄水位与死水位选择
--10.4 小节测试
-11.1 灌溉工程水利计算概述
--11.1 小节测试
-11.2 引水灌溉工程水利计算
--11.2 小节测试
-11.3 蓄水灌溉工程水利计算
--11.3 小节测试
-11.4 提水灌溉工程水利计算
--11.4 小节测试
-11.5 地下水灌溉工程水利计算
--11.5 小节测试
-12.1 水库调洪的任务
--12.1 小节测试
-12.2 水库调洪计算的原理
--12.2 小节测试
-12.3 水库调洪计算的列表试算法
--12.3 小节测试
-12.4 水库调洪计算的半图解法
--12.4 小节测试
-12.5 其他情况下的水库调洪计算
--12.5 小节测试