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4.5 由设计暴雨推求设计洪水(上)课程教案、知识点、字幕

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

水文水利计算课程列表:

第一章 绪论

-1.1 水资源开发利用及洪水灾害治理

--1.1 水资源开发利用及洪水灾害治理

--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 水文水利计算的任务与内容

--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 水文水利计算的主要研究方法

--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

第二章 洪峰流量及时段洪量的频率分析

-2.1 洪水资料的分析处理

--2.1 洪水资料的分析处理

--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 历史洪水的调查和考证

--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 考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法(上)

--2.3 考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法(下)

--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 设计成果的合理性分析

--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 设计洪水值的抽样误差和安全修正值问题

--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

第三章 防洪安全设计与设计洪水

-3.1 防洪安全设计

--3.1 防洪安全设计

--3.1 防洪安全设计

--3.1 小节测试

-3.2 设计洪水概念

--3.2 设计洪水概念

--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 设计洪水过程线的拟定

--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 设计洪水的地区组成

--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 入库设计洪水

--3.5 入库设计洪水

--3.5 小节测试

--3.5 课后讨论

第四章 由暴雨推求设计洪水

-4.1 暴雨特性分析

--4.1 暴雨特性分析

--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 点暴雨量频率计算

--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 面暴雨量频率计算

--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 设计暴雨量的时空分布计算

--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 由设计暴雨推求设计洪水(上)

--4.5 由设计暴雨推求设计洪水(下)

--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

第五章 小流域及城市设计洪水

-5.1 小流域设计暴雨

--5.1 小流域设计暴雨

--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 由推理公式推求设计洪水

--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 由地区经验公式推求设计洪水

--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 城市化对水文的影响

--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 城市排水管网设计流量计算

--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

第六章 可能最大暴雨与可能最大洪水

-6.1 可能最大暴雨的基础理论

--6.1 可能最大暴雨的基础理论

--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 可能最大暴雨的估算

--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 可能最大洪水

--6.3 可能最大洪水

--6.3 小节测试

--6.3 课后讨论1

--6.3 课后讨论2

第七章 设计年径流及其年内分配

-7.1 年径流及其表征指标

--7.1 年径流及其表征指标

--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 影响年径流的要素

--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

第八章 需水量计算与预测

-8.1 用水户分类及其层次结构

--8.1 用水户分类及其层次结构

--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 工业需水量的计算与预测

--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 灌溉用水量的计算与预测

--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 生态需水的计算与预测

--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 其他用水的计算与预测

--8.5 其他用水的计算与预测

--8.5 小节测试

第九章 径流调节计算

-9.1 径流调节的定义及分类

--9.1 径流调节的定义及分类

--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 水库的水量损失

--9.3 水库的水量损失

--9.3 小节测试

-9.4 设计保证率

--9.4 设计保证率

--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 径流调节计算基本原理

--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 根据用水过程确定水库的兴利库容(上)

--9.6 根据用水过程确定水库的兴利库容(下)

--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 根据兴利库容确定调节流量

--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 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 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

第十章 水电站水能计算

-10.1 水能利用与电力系统负荷

--10.1 水能利用与电力系统负荷

--10.1 水能利用与电力系统负荷

--10.1 小节测试

--10.1 课后讨论

-10.2 保证出力与多年平均发电量计算

--10.2 保证出力与多年平均发电量计算

--10.2 保证出力与多年平均发电量计算

--10.2 小节测试

--10.2 课后讨论

-10.3 水电站装机容量的选择

--10.3 水电站装机容量的选择

--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 正常蓄水位与死水位选择

--10.4 正常蓄水位与死水位选择

--10.4 小节测试

--10.4 课后讨论

第十一章 灌溉工程水利计算

-11.1 灌溉工程水利计算概述

--11.1 灌溉工程水利计算概述

--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 引水灌溉工程水利计算

--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 蓄水灌溉工程水利计算

--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 提水灌溉工程水利计算

--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 地下水灌溉工程水利计算

--11.5 地下水灌溉工程水利计算

--11.5 小节测试

第十二章 防洪工程水利计算

-12.1 水库调洪的任务

--12.1 水库调洪的任务

--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 水库调洪计算的原理

--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 水库调洪计算的列表试算法

--12.3 水库调洪计算的列表试算法

--12.3 小节测试

--12.3 课后讨论

-12.4 水库调洪计算的半图解法

--12.4 水库调洪计算的半图解法

--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 其他情况下的水库调洪计算

--12.5 其他情况下的水库调洪计算

--12.5 小节测试

4.5 由设计暴雨推求设计洪水(上)笔记与讨论

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