小流域设计洪水的计算课件.pptx

1、山东农业大学林学院水土保持工作一般是在水土保持工作一般是在小小流域流域上进行的。水土保持上进行的。水土保持工程的规划设计、测流建工程的规划设计、测流建筑物的设计都需要研究工筑物的设计都需要研究工程所在地点河流的水文态程所在地点河流的水文态势，势，计算设计洪水。计算设计洪水。一、一、小流域设计洪水的意义小流域设计洪水的意义第一节第一节 小流域设计洪水特点小流域设计洪水特点 二、二、小流域设计洪水的概念小流域设计洪水的概念（1）小流域集水面积）小流域集水面积: 水文计算水文计算通常不超过通常不超过200-300km2。水保上。水保上指的小流域，一般在指的小流域，一般在30km2以下，以下，最多不超

2、过最多不超过50km2。（2）设计洪水）设计洪水: 指符合一定设计标准的洪水，包括洪峰流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。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洪峰流量即一次洪水流量的最大值，用量的最大值，用Qm表示。洪水总量为一次洪水流过程的总水量。表示。洪水总量为一次洪水流过程的总水量。山东农业大学林学院（3）小流域设计标准）小流域设计标准: 推求设计洪水时，首先确定标推求设计洪水时，首先确定标准。准。设计标准是指水工建筑物本身防洪安全的标准。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。它是水利水保工

3、程规划设计的一个重要指标。参阅参阅水利水电枢纽工程等级划分设计标准水利水电枢纽工程等级划分设计标准(SDJl2-78)及及水土保持治沟骨干工程暂行技术规范水土保持治沟骨干工程暂行技术规范(SDl75-86)的规定。的规定。 第一节第一节 小流域设计洪水特点小流域设计洪水特点 一、一、小流域设计洪水的意义小流域设计洪水的意义二、二、小流域设计洪水的概念小流域设计洪水的概念山东农业大学林学院（1）多数小流域没有设站观测，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，自然地理条件相差料的流

4、域很大，自然地理条件相差悬殊，短期资料也难以延展。悬殊，短期资料也难以延展。因此因此小流域设计洪水计算是在缺乏资料小流域设计洪水计算是在缺乏资料的条件下进行的。的条件下进行的。山东农业大学林学院（3）工程措施：工程措施：涉及的涉及的面广，数量多，又多是面广，数量多，又多是小型，因此，小型，因此，计算方法计算方法上要求方法简便又能保上要求方法简便又能保证一定的精度。证一定的精度。第一节第一节 小流域设计洪水特点小流域设计洪水特点 一、一、小流域设计洪水的意义小流域设计洪水的意义二、二、小流域设计洪水的概念小流域设计洪水的概念三、三、小流域设计洪水的特点小流域设计洪水的特点四、四、小流域设计洪水推

5、求方法小流域设计洪水推求方法小流域设计洪水推求方法小流域设计洪水推求方法有有推理公式法，经验公式法，推理公式法，经验公式法，综合瞬时单位线法，洪水调查法等。综合瞬时单位线法，洪水调查法等。推理公式法推理公式法是从暴雨形成洪水的成因出发，即由是从暴雨形成洪水的成因出发，即由暴雨推求流域暴雨推求流域设计洪峰流量，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。重点介绍域计算暴雨洪水的主要方法。重点介绍水科院推理公式法水科院推理公式法和由铁道和由铁道部、中科院地理所等提出的部、中科院地理所等提出的小流域暴雨径流研究组计算

6、公式。小流域暴雨径流研究组计算公式。山东农业大学林学院（1）计算洪峰流量是以暴雨的设计频率作为设计洪峰流）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，量的频率，即认为暴雨和洪水是同频率的。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，）暴雨和损失在时空上是均匀的，即净雨强度不随时即净雨强度不随时间、地点变化，沿程的汇流速度不变。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）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。率是一条直线，全流域面积汇流形成最大洪峰流量。 第二节第二节 水科院

7、推理公式法水科院推理公式法 一、一、水科院推理公式法的假设条件水科院推理公式法的假设条件山东农业大学林学院 1. 净雨净雨 总降雨量减去降雨损失后称之为净雨。总降雨量减去降雨损失后称之为净雨。山东农业大学林学院 5.产流历时（产流历时（t tc c）径流开始产生到径流终止所经历的时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。间即产流历时，又称为净雨历时。山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 三、三、水科院推理公式法的有关公式水科院推理公式法的有关公式1全面汇流全面汇流 )(ctFSQnpm278. 0npcSnt1)1(npSu1 时，ctn时，

8、ct1/31/4mJmQ278L.02部分汇流部分汇流 ctn1c)t(nFSQnpm278. 0npcSnt1)1(1/31/4mJmQ278L.0nppSi山东农业大学林学院 根据水科院推理公式计算小流域设计洪峰流量根据水科院推理公式计算小流域设计洪峰流量Qm时，经过如下三步骤：时，经过如下三步骤：(P80)（一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算确定设计暴雨强度确定设计暴雨强度ip；（二）（二）产流计算产流计算确定确定成峰径流系数成峰径流系数；（三）汇流计算（三）汇流计算确定流域汇流历时确定流域汇流历时。 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科

9、院推理公式法的计算步骤山东农业大学林学院（1）流域面积（）流域面积（F）：）：在地形图上勾出分水线后量得，在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。图上如看不清分水线时，应实地勘测。 （2）流域汇流长度（）流域汇流长度（L）：）：包括坡面和主河道长度。地形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。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（沿流程的平均纵比降（J）：）：自出口断面起根据沿流程比降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。变化特征点高程及河长，利用公式计算。P16山东农业大学林

10、学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤 2.暴雨特性参数（暴雨特性参数（ n 、 Sp）确定）确定 暴雨衰减指数暴雨衰减指数n随随地区及历时长短而变。地区及历时长短而变。常用的暴雨强度计算常用的暴雨强度计算公式为：公式为：该公式由水文所分析了我该公式由水文所分析了我国国8 8个城市个城市( (北京、天津、北京、天津、南京、上海、成都等南京、上海、成都等) )的的暴雨资料制定的。暴雨资料制定的。山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （一）设计暴雨计算（一

11、）设计暴雨计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤 2.暴雨特性参数（暴雨特性参数（ n 、 Sp）确定）确定 设计暴雨雨力设计暴雨雨力(Sp)：即：即 t=1h的最大暴雨平均强度的最大暴雨平均强度(mm/h)，随地区和重现期而变。，随地区和重现期而变。山东农业大学林学院产流计算的实质产流计算的实质是求成是求成峰系数峰系数。成峰径流系数是成峰径流系数是汇流历时内汇流历时内 净雨总量净雨总量h和和暴雨总量暴雨总量H的比值。的比值。产流历时（产流历时（tc）的确定：）的确定：山东农业大学林学院u是产流期间内损失强度的平是产流期间内损失强度的平均值。反映了地面平均入渗能均值

12、。反映了地面平均入渗能力，力，它的大小与土壤的渗水性、它的大小与土壤的渗水性、植被、地貌、暴雨特性、土壤植被、地貌、暴雨特性、土壤前期含水量等有关前期含水量等有关。陈家瑜等。陈家瑜等提出用下式计算提出用下式计算u值值（该公式（该公式适合于适合于tc24h的情况）的情况）。 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 （二）产流计算（二）产流计算 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤平均入渗强度（平均入渗强度（u）的计算）的计算：242424HKHhhpppR山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推

13、理公式法的计算步骤 （二）产流计算（二）产流计算 当当tc24h 要改用下要改用下式计算下渗强度式计算下渗强度u：各省、自治区各省、自治区水文水文手册手册中一般都提出中一般都提出了计算了计算u值的方法。值的方法。山东农业大学林学院汇流计算的目的汇流计算的目的是推求汇流历时是推求汇流历时 。计算公式如下：。计算公式如下：山东农业大学林学院四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤 （二）产流计算（二）产流计算 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 （三）汇流计算（三）汇流计算 1.汇流历时汇流历时的确定的确定 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 2.汇流参数汇流参数

14、(m)的确定的确定 m 的确定是汇流计算的关键，的确定是汇流计算的关键，它是反映洪水汇流特征的参它是反映洪水汇流特征的参数，数，与植被、地形、河网分与植被、地形、河网分布、河槽断面形状、河道糙布、河槽断面形状、河道糙率等因素有关。率等因素有关。 m 值的计值的计算公式为：算公式为：许多省许多省(区区)水文手册都给出了水文手册都给出了本地区本地区 m 值的经验公式，值的经验公式，供供设计时使用。设计时使用。山东农业大学林学院全面汇流全面汇流 )(ctFSQnpm278. 0npcSnt1)1(npSu1 时，ctn时，ct1/31/4mJmQ278L.0 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理

15、公式法 四、四、水科院推理公式法的计算步骤水科院推理公式法的计算步骤 （二）产流计算（二）产流计算 （一）设计暴雨计算（一）设计暴雨计算 （三）汇流计算（三）汇流计算 （四）（四）洪峰流量洪峰流量 Qm 计算计算 部分汇流部分汇流 ctn1c)t(nFSQnpm278. 0npcSnt1)1(1/31/4mJmQ278L. 0公式计算存在两个困难：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。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，、方程中不能将已知量和未知量分开，不能采用代入法求解。不能采用代入法求解。试算法

16、！试算法！山东农业大学林学院1确定确定7个参数，个参数，即流域特征参数即流域特征参数F、L、J；暴雨特；暴雨特性参数性参数Sp、n；经验性参数；经验性参数u、m。 2求产流历时求产流历时tc。 3假定一个假定一个Qm设设，代入公式计算，代入公式计算。 。 4. 将将与与tc比较比较，判断是全面汇流还是部分汇流，选，判断是全面汇流还是部分汇流，选定出计算定出计算的的公式，公式，计算出计算出。 5将将和和代入求代入求Qm的公式，计算的公式，计算Qm 计计，并比较，并比较Qm计计和和Qm设设是否相等，如不相等，重新假设是否相等，如不相等，重新假设Qm设设 ，再试，再试算，直至相近。算，直至相近。山东

17、农业大学林学院试算法例题试算法例题黄河下游某流域拟建一小水库，坝址处流域面积黄河下游某流域拟建一小水库，坝址处流域面积F=92km2，L=29km，J=2.02%，H24,1%=343mm，n=0.588，m=1.07， =4.9mm/h，利用试算法求，利用试算法求Qm,1% 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 山东农业大学林学院 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 试算法例题试算法例题859. 029. 561.929 . 41Su1588. 0np86. 026. 561.929 . 41Su1588. 0np山东农业大学林学院为解决上述方程求解设计最大洪峰流量时的

18、两个为解决上述方程求解设计最大洪峰流量时的两个困难，可制成诺模图求解困难，可制成诺模图求解和和0。步骤如下：步骤如下：1. 计算计算 n、Sp、u、m、tc （同（同试算法试算法）2. 求求 03. 求求 及及根据图根据图5-13p88页，页， 诺模图，可得出诺模图，可得出 / 0 ，利用公式，利用公式 求得求得 4. 根据根据与与tc比较，判断是全面比较，判断是全面 汇流还是部分汇流，利用公式计算汇流还是部分汇流，利用公式计算Qm。公式基本形式一样，差别在公式基本形式一样，差别在上。上。诺模图法例题诺模图法例题 第二节第二节 水科院公式法水科院公式法 山东农业大学林学院Fh10F10aHW2

19、4p332424PP山东农业大学林学院小流域多采用三角形过程线，由实小流域多采用三角形过程线，由实测洪水过程线概化而成。测洪水过程线概化而成。 T=t1+t2=2Wp/Qm 式中式中 Wp设计洪量设计洪量(m3)； Qm设计洪蜂流量设计洪蜂流量(m3/s)； T设计洪水过程线总历时设计洪水过程线总历时(h)； t1涨洪历时，即汇流历时涨洪历时，即汇流历时 t2退洪历时。退洪历时。 t2/t1=，一般一般 为为1-3，最高达最高达10。 第二节第二节 水科院推理公式法水科院推理公式法 六、六、设计洪水量及洪水过程线设计洪水量及洪水过程线（一）设计洪水总量（一）设计洪水总量Wp的推求的推求（二）（

20、二）洪水过程线的推求洪水过程线的推求三角形过程线三角形过程线 山东农业大学林学院一、一、公式的基本形式与特点公式的基本形式与特点2、基本形式：、基本形式：铁道部第一铁道部第一设计院、中科院地理所等设计院、中科院地理所等组成的小流域暴雨径流研组成的小流域暴雨径流研究组提出的究组提出的计算洪峰流量计算洪峰流量的简化公式。的简化公式。 第三节第三节 小流域暴雨径流研究组公式小流域暴雨径流研究组公式 Z21mCCQ，式中：式中：C1 产流因素产流因素, C2 汇流因素汇流因素, Z 由暴雨与汇流因素而定的指数。由暴雨与汇流因素而定的指数。 1、假设条件：、假设条件：小流域暴雨小流域暴雨径径流流研研究究

21、组组法法认认为为：（1）流域的汇流面积随时间）流域的汇流面积随时间增长率为一条曲线。增长率为一条曲线。（2）流域内降雨也不均匀，）流域内降雨也不均匀，最大洪峰流量是由部分流域最大洪峰流量是由部分流域面积汇流形成。面积汇流形成。山东农业大学林学院 第三节第三节 小流域暴雨径流研究组公式小流域暴雨径流研究组公式 3、研究组公式的、研究组公式的特点：特点： (1)考虑到暴雨损失与暴雨强度的关系，公式推导采用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。变动的洪峰径流系数。 (2)为适应小流域为适应小流域(特别是特别是100km2以下的小流域以下的小流域)山坡汇山坡汇流所占比重较大的

22、情况，流域汇流时间采用河槽与山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。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均不带频率概念,而取平均情况而取平均情况,即暴雨与流量同频率。即暴雨与流量同频率。 (4)当流域面积当流域面积F10km2时，暴雨计算考虑了点面折减时，暴雨计算考虑了点面折减系数系数一、一、公式的基本形式与特点公式的基本形式与特点山东农业大学林学院 第三节第三节 小流域暴雨径流研究组公式小流域暴雨径流研究组公式 二、研究组计算二、研究组计算Qm的基本计算公式的基本计算公式

23、nQmtCFPS278. 0QnQ1mtCPkQ278SF. 0k11QPt令令则则式中：式中：P：最大同时汇流面积系数，为形成洪峰最大同时汇：最大同时汇流面积系数，为形成洪峰最大同时汇流面积流面积f与全流域面积与全流域面积F的比值。即的比值。即Pf/F；C：径流系数；：径流系数；n 暴雨衰减指数；暴雨衰减指数；S 雨力，暴雨参数；雨力，暴雨参数；tQ 形形成洪峰时间；成洪峰时间；P1 形成洪峰历时系数，即时间系数。为形成洪峰时间形成洪峰历时系数，即时间系数。为形成洪峰时间tQ与与流域汇流时间流域汇流时间的比值，即的比值，即PltQ/。山东农业大学林学院本章复习题本章复习题1、设计洪水及设计标

24、准的含义？小流域设计洪水特点？、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？、什么是推理公式法？水科院法和小流域暴雨径流研究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？组法的特点及其二者的区别？ 3、净雨、汇流历时净雨、汇流历时() 、流域汇流历时（、流域汇流历时（m）、等流时）、等流时线、产流历时（线、产流历时（tc）、全面汇流和部分汇流（）、全面汇流和部分汇流（Qm）？）？4、根据水科院推理公式，计算小流域设计洪峰流量、根据水科院推理公式，计算小流域设计洪峰流量Qm时，必须确定那些内容？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、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计洪峰流量Qm时，需要确定哪些参数？时，需要确定哪些参数？思考题思考题谈谈小流域设计洪水推求的实践意义？谈谈小流域设计洪水推求的实践意义？第五章第五章 小流域设计洪水的计算小流域设计洪水的计算