当前课程知识点：水文水利计算 > 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
同学们
今天我们来学习小流域设计暴雨
一般面积小于50km2的流域被称为小流域
国内外大量农田水利工程建设于小流域
虽然前面我们已经学习了
推求设计暴雨及相应洪水的方法
所学方法原则上适合小流域
但小流域一般缺乏充分的实测雨洪资料
同时随着城市化进程的快速发展
城市下垫面的改变致使产汇流特性
与天然流域相比发生了很大改变
针对小流域和城市区域
掌握一种快速推求设计洪水的方法十分必要
本节课主要学习小流域设计洪水计算特点
小流域24小时设计暴雨量的计算
暴雨公式及其应用
设计暴雨的时程分配
及设计净雨的计算等5个内容
我们先来学习第一个内容
小流域设计洪水的计算特点
第一
由于小流域一般缺乏实测雨洪资料
其计算方法必须能够适应无资料地区
第二
面广量大的农田水利工程和城市雨洪排水工程
要求在短时期内给出相当数量的设计成果
例如灌区规划设计和城市排水管道设计等
若计算工作量过大
就不适应于小型工程计算要求
且计算主要由基层负责规划设计
要求方法简便
便于掌握
第三
小型水库 渠道及排水管道等工程
受洪峰影响较大
因此计算方法可侧重于推求设计洪峰的计算
目前的计算方法主要有推理公式法
地区经验公式法 历时洪水调查分析法
和综合单位线法等
其中应用最广泛的是推理公式法
和综合瞬时单位线法
它们的思路
都是以暴雨形成洪水过程的理论为基础
并按设计暴雨 设计净雨 设计洪水的
顺序进行计算
接着我们来学习小流域24小时
设计暴雨量的计算
小流域暴雨的特点主要表现在哪几个方面
1）小流域面积小
一般不考虑暴雨在流域面上的不均匀性
以流域中心点的设计雨量
代替全流域的设计面雨量
2）小流域成峰暴雨历时短
从几十分钟到若干小时不等
一般均小于1日
3）大部分的小流域缺少实测资料
因此
目前的方法是先推求流域中心点
最大24小时设计雨量
然后由雨量-频率-历时关系
将其换算为所需历时的设计雨量
推求年最大24小时设计雨量的方法主要有两种
当流域中心点附近具有充分的
人工观测雨量资料
可以通过推求符合设计标准的
年最大1日设计雨量
然后通过公式转换
得到年最大24小时设计雨量
此方法中由于人工观测雨量资料
多为固定时段数据
例如当日8点至次日8点
而推求最大24小时设计雨量所需的暴雨资料
为滑动24小时暴雨量的最大值
因此所计算的1日设计雨量
一般小于24小时的设计雨量
可通过系数η转换其关系
见公式（1）
系数η取值介于1.1~1.2之间
一般取1.15
当流域无实测资料时
可通过查阅省或地区的水文手册中的
年最大24小时雨量统计参数等值线图
得到该流域的相应参数
然后查阅P-III型频率曲线的离均系数值
根据前面已经学习的公式（2）
求得年最大24小时设计雨量
下面我们来学习暴雨公式及其应用
我们已学习了24h设计暴雨的计算方法
然而
推求设计洪峰流量
需要给出任一历时的设计雨强或雨量
通常可采用暴雨公式进行转化
雨强计算见公式（3）
其曲线为随着时间t增长而递减的凹函数曲线
雨强与历时t的乘积
即为雨量
进一步推求出设计暴雨量计算公式
见公式（4）
该曲线为随着时间增长而递增的凸函数曲线
上述两个公式中it,p为历时为t
设计频率为p的平均暴雨强度
Sp为t=1h的平均雨强
又称雨力
n为暴雨指数
介于0~1之间
xt,p为历时为t
设计频率为p的暴雨量
下面我们对暴雨公式进行变形
对雨强公式（3）两边取对数
见公式（5）
在对数坐标纸上
为递减的线性关系
斜率为-n
对雨量公式(4)两边取对数
见公式（6）
在对数坐标纸上
为递增的线性函数关系
斜率为1-n
下面以变形后的雨强公式为例
分析雨强~历时曲线
根据已知雨量站资料
先计算不同历时暴雨系列的频率曲线
读取其对应的各种频率的雨量xt,p
将其除以历时t
得到雨强it,p
绘制频率为p的雨强~历时曲线
如右图所示
其中it,p为纵坐标
t为横坐标
均为对数坐标
从图中还可以看出
t=1h为直线转折点
两侧直线斜率不同
其对应的暴雨指数n不同
当t<1h时
n取n1
当t>1h时
n取n2
由于暴雨指数n
对各历时的雨量转换成果影响较大
然而
小流域多无实测暴雨资料
需要根据流域周围的实测雨量资料
分析得出n值
绘制n值分区图
供无资料流域使用
一般水文手册中均有n值分区图
下面我们对24小时设计暴雨量转换
为历时t的设计雨量公式进行推导
将t=24h代入设计雨量公式(4)
由于t>1 n=n2
得到公式（7）
对公式（7）进行变换
得到雨力Sp值
见公式(8)
当1≤t≤24h时
n=n2
将Sp和n2带入暴雨公式（4）
即可得到公式(9)
当t<1h时 n=n1
同理可得到对应的公式（10）
我们通过一个例子来对暴雨公式进行应用
某小流域拟建一水库
该流域无实测降雨资料
通过省水文手册查得
流域中心点24小时降雨量对应的参数
需推求百年一遇 历时为2小时的设计暴雨量
结题步骤为
第一步
根据查得的流域中心点24小时
降雨量对应的参数
求得24h设计暴雨量
为328.2mm
第二步
根据雨力计算公式得到Sp=107.9mm/h
第三步
由于拟转换的历时t=2h
大于1h
暴雨指数n取n2
将计算的Sp值和已知的n2带入暴雨量计算公式
即可求得t=2h的设计暴雨量
为137.5mm
接着我们来学习设计暴雨的时程分配
通过暴雨公式我们能够得到
任意时段的设计暴雨量
即可借用邻近暴雨特性相似流域的
典型暴雨过程
并对典型暴雨进行同频率或同倍比放大
得到设计暴雨的时程分配过程
也可以引用各省(区)暴雨洪水图
集中按地区综合概化得出的典型概化雨型
确定设计暴雨的时程分配过程
需要说明的是
小流域设计暴雨的最长时段一般不超过24小时
最大3小时或6小时雨量
对小流域洪峰流量的影响较大
暴雨时程分配一般采用3小时 6小时 24小时
作为控制时段
下面我们来学习最后一个内容
设计净雨的计算
推求净雨的方法有很多
为了与小流域设计洪水计算方法相适应
一般可采用损失参数μ值
进行设计净雨的计算
通过比较损失参数μ值和降雨强度i
来确定净雨产流时段
如右图所示
损失参数μ值即为产流历时为tc内的
平均损失强度
当降雨强度i大于损失参数μ时
损失按μ值计算
超渗部分即为净雨量
如图中的阴影部分
反之
降雨全部耗于损失
不产生净雨
当确定了降雨强度i和损失参数μ值后
即可求得任一历时的净雨量及平均净雨强度
对于损失参数μ值可参阅个地区的水文手册
同学们
本节课的内容就讲到这里
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
