广东省小流域设计洪水计算
小流域设计洪水计算
二、短历时暴雨公式 （一）公式的制定
（二）年最大24小时设计暴雨量的计算
1、有日雨量资料
先求得P1,p，P24,P=(1.1~1.3) P1,p
2、无资料情况下 查等值线图，得到流域中心处的均值、Cv及 Cs(常用Cs=3.5Cv)
P24, p K p P24
（三）短历时暴雨公式
1、公式形式
当tc＜τ
htc P
sp n t c 1 n
1
1、产流历时的确定
sp t c 1 n
1 n
2、洪峰径流系数ψ的确定
当≥τ时：
1
sp
n
当＜τ时：
tc n
1 n
第八章
§8-1 概述
小流域设计洪水计算
§8-2 小流域设计暴雨
§8-3 推理公式法推求洪峰流量
§8-4 经验公式法推求洪峰流量 §8-5 设计洪水总量及设计洪水过程线
§8-1 一、小流域的含义
概述
1、从流域汇流条件看
2、小流域多属无资料情况 3、小流域集雨面积
干旱区：300~500km2以下 湿润地区：100~200km2以下
二、小流域设计洪水计算的特点 1、小流域绝大多数没有水文站，缺乏流量和 自记雨量资料。 2、小型工程设施，一般对洪水的调蓄能力较 弱，其规模主要受洪峰控制，因此方法可 着重于洪峰流量的计算。 3、因工程小，面广量大，因此计算方法应简 单易行，容易为基层技术人员接受。
三、小流域设计洪水计算方法 1、是由设计暴雨推求相应的洪水；
mm/h；
——流域汇流历时，即流域最远处的水质
点到达出口断面所需的汇流时间，h；
小流域暴雨洪峰流量的计算
水科院公式
H 24 据当地多年平均最大24h暴雨量等值线图可查阅
Cs=3.5Cv
Kp＝1+Cv p
缺乏自记雨量计资料情况下求解参数
2．最大日降雨量法(《室外排水设计规 范》 )
t:降雨历时(min); T:设计重现期(a)； C、n、b为地方性参数，可参照邻近有自记雨量计资料且气 象条件相似的地区进行推算，或依据实践经验推求； q20:当T＝1a，t＝20min时的本地区暴雨强度
为地区参数
hd 为多年平均最大日降雨量(mm)
流域汇流分析计算
流域汇流分析计算就是将坡地漫流与河槽集流 两个相继发生的汇流过程作为一个整体来处理， 运用等流时线法把前述的净雨过程推演为出口 断面的流量过程，获得最大洪峰流量表达式。
等流时线是指将流域上汇流时间相等点连成的 线，即每条线上的各水质点在一定时间同时到 达出流断面
iHale Waihona Puke 为平均降雨强度 f：降雨损失，F:流域面积面积
i:为平均降雨强度； f:为降雨损失强度； F:为流域面积； K:为单位换算系数； a:为参数，a＝0．278.
水科院水文所公式
流域汇流时间以h计
洪峰流量径流系数,量纲为1
n: 暴雨强度衰减指数, 量纲为1 F: 流域面积 km2 A: 流域面积
（2）图解法按照上例计算
见excel计算表5-4
(3)最小二乘法的应用
以5-1为例
二乘法与图解法各有优缺点
求解公式i= A 中参数
(t b)n
（1）采用试摆法：见例题EXCEL （2）采用最小二乘法
p
缺乏自记雨量计资料情况下求解参数
1．等值线图法 :《水文手册》中一般都附有暴雨公 式参数A， n 的等值线图. A也可用下式计算
第六章 小流域设计洪峰流量的计算
雨强(mm/min)
4 在绘制好的雨强频率(次频率)曲线上读取不同频率
(次频率)不同历时的雨强t1，=5 m并in将频率(次频率)换算成
重现期制成i-t-T关系表
t2=10 min
t3=15
t4=20
5 根据雨强-历时-重现期关系表，在直角坐标纸上点绘
i-t-T相关线，称为暴雨特性曲线P131
3 洪水调查途径：根据洪水调查资料直接选配总体分 布曲线，或采用分区洪峰流量综合频率分布曲线推 求设计流量
本章重点介绍推理公式法(暴雨径流途径)，简要介绍 地区经验公式
§6.2 小流域设计暴雨
一 暴雨和设计暴雨
➢ 暴雨标准与流域自然地理条件、流域面积大小和降 雨强度有关
➢ 设计暴雨：据工程设计要求，确定设计频率的一定 时段的暴雨量及其在时间上的分配和地区上的分布
i 1
式中，r为重现期的总项数P134
二 公式i=S/(t+b)n中参数的推求
➢
对
it , P
(t
SP 两边取对数，得 b)n
lg it,P lg SP n lg(t b)
把 lg (t+b)看作自变量，lg it,p作为函数，上式也是一
直线方程式，其中 lg S为截距，n为斜率，所以参数n，
5
小0流.06 域设计暴雨是计算设计时段指定频率p的最大34平
0.04
均暴雨强度，但雨强-历时关系没有频率意义
2
0.02
1
0
0
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
降雨历时t/min
雨强(mm/min)
山洪流量计算道路排水边沟(采用广东省洪峰流量(小流域)经验公式)
垃圾场进场道路边沟水及涵管力计算1. 计算原则（1）山洪流量计算方法，采用广东省洪峰流量（小流域）经验公式。
（2）汇水面积：根据1：10000地形图，划分汇水区域，匡算汇水面积。
（3）采取50年一遇设计标准。
（4）截洪沟采用矩形断面的明渠，排水能力按照采用非满流箱涵条件进行计算，明渠安全超高取0.3~0.5m。
2. 水力计算（1）山洪流量计算公式：Qp = C2·H24P·F0.84式中：Qp——设计洪峰流量（m3/s）；C2——计算系数，按照50年一遇，取0.050。
H 24P ——计算系数，H24P=352.6F——汇流面积（km2）根据测量各截洪沟系统汇水面积，按照上式计算山洪流量，结果见下表：系统汇水面积(km2) 山洪流量（m3/s）AK0+148 0.016 0.55AK0+630 0.02 0.66AK0+897 0.022 0.72AK1+245 0.017 0.58AK1+400 0.02 0.66（2）截洪沟断面尺寸及流量校核截洪沟采用矩形断面的明渠，排水能力按照采用非满流箱涵条件进行计算，明渠安全超高取0.3~0.5m。
公式： Q=Av ，v=2132 1R i n式中：Q——设计流量（m3/s）；A——设计过水断面面积（m2）v——设计流速（m/s）n——粗糙系数，取0.013 R——水力半径（m）i——水力坡降系统山洪流量（m3/s）截洪沟尺寸BxH（m）设计坡度过流能力（m3/s）是否满足AK0+148 0.55 DN1500 0.0015 2.27 是AK0+630 0.66 DN1500 0.0015 2.27 是AK0+897 0.72 DN1200 0.0015 1.5 是AK1+245 0.58 DN1200 0.0015 1.5 是AK1+400 0.66 DN1200 0.0015 1.5 是。
小流域设计洪水的计算
一、小流域设计洪水的意义
二、小流域设计洪水的概念 水土保持工作一般是在小
流域上进行的。水土保持
工程的规划设计、测流建
（1）小流域集水面积: 水文计算 筑物的设计都需要研究工
通常不超过200-300km2。水保上 指的小流域，一般在30km2以下，
程所在地点河流的水文态
最多不超过50km2。
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1. 净雨
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5.产流历时（tc）
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第二节 水科院推理公式法
三、水科院推理公式法的有关公式
1全面汇流 (tc ) 2部分汇流 t c
Qm
0.278
Sp
n
F
tc
[(1 n)
Sp
1
]
n
Qm
0.278
Sp
n
F
tc
[(1 n) S p
1
]
势，计算设计洪水。
（2）设计洪水: 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。洪峰流量即一次洪水流
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。
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第一节 小流域设计洪水特点 一、小流域设计洪水的意义 二、小流域设计洪水的概念
（3）小流域设计标准: 推求设计洪水时，首先确定标 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。
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第二节 水科院推理公式法 四、水科院推理公式法的计算步骤
（一）设计暴雨计算 2.暴雨特性参数（ n 、 Sp）确定
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小流域设计洪水计算(主讲推理公式法)
Qm——待求最大流量（m3/s）；
m——汇流参数； J——流域平均纵比降；
σ、λ ——反映沿流程水力特性的经验指数。对于一般 山区河道采用σ=1/3，λ=1/4。
WUHEE
将σ=1/3，λ=1/4代入（8-12）式得：
0.278
L 1/ 4 m J1/ 3Qm
将上式代入 Qm 0.278
Qm,p=C p· Fn
式中，Cp——随频率变化的综合系数；n ——经验指数；各省、 市水文手册中可查。
WUHEE
例如湖南、江西的Cp、n值表
WUHEE
二、多因素公式
Qm, p Ch24 , p F n Qm, p Ch24 , p f F
n
n Qm, p Ch24 J f F ,p
第八章
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5
小流域设计洪水计算
概述 小流域设计暴雨计算 设计洪峰流量的推理公式 计算洪峰流量的地区经验公式 设计洪水过程线的推求
WUHEE
8.1
概述
一、小流域设计洪水特点 1. 缺少实测资料(流量和暴雨资料)。
中、小型水库，涵洞，城市和工矿区的防洪工程
a、由实测暴雨资料分析得到; b、从水文手册中的n值分区图上查取。 （2）Sp的计算 t· it,P=Pt,p=Sp· t1-n
a、地区水文手册中的Sp等值线图插取; b、由式（8-2）知：Sp=Pt,p· tn-1 ∵ P24,p已知（t=24h） ∴ Sp=P24,p· 24n2 -1
WUHEE
概化过程线法 概化线型有三角形、五边形和综合概化过程线等形式。 一、三角形概化设计洪水过程线 已知:设计洪峰流量Qm,p；P24,p
推算小流域面积设计洪水流量详解
df ( t ) [ f (t ) fc ] dt f (t ) t 0 f0
解上述微分方程，得：
f ( t ) f c ( f 0 f c )e
t
(6 1)
式中， f0 、 fc 、β （β > 0）与土壤性质有关，根据 实测资料或实验资料分析确定。
Δt 时段内流出流域出口断
面。最大流量为：
Q
Δt
R
Q
1 Rf Q 2t 2 Rf Q t
Δt
Δt
t
流域出口断面 t 时刻的流量，就是各等流时面
积上在 t 时刻同时流达流域出口断面的流量之和。 等流时线可以用流域平均汇流速度来绘制。流 域平均汇流速度：
V
流域最大汇流时间：
L
t4 t2
下渗为 f ，产生地面净雨，净雨强度（净雨率、产流 率）i – f =a ， 故在 t 3 时刻，流域出口断面开始涨水， 此后，流域内各处普遍产生径流，水量也不断
fc
A t
f~t i， f Q
i~t
.C
B
Q~t
流域汇流 时间τ
tc
t
t1 t t
' 3 3
t2
t4
增加，汇入河网并汇集到出口断面，出口断面水位上
量称为填洼量（depression storage）。
暴雨量扣除损失量称为净雨量（net rainfall ,
effective rainfall），也称为产流量，其数量等于该
场降雨形成的径流量（runoff amount）。
在上述的损失中，下渗损失是最主要的。
6.2.2
下渗（Infiltration）
小流域设计洪水计算
小流域设计洪水计算小流域通常是指集水面积不超过数百平方公里的小河小溪，但并无明确限制，一般认为流域面积在300～500km2以下可认为是小流域。
从水文角度看小流域具有流域汇流以坡面汇流为主、水文资料缺乏、集水面积小等特性。
小流域设计洪水计算，与大中流域相比，有许多特点，并且广泛应用于铁路、公路的小桥涵、中小型水利工程、农田、城市及厂矿排水等工程的规划设计中，因此水文学上常常作为一个专门的问题进行研究。
小流域设计洪水计算的主要特点是：（1）绝大多数小流域都没有水文站，即缺乏实测径流资料，甚至降雨资料也没有。
因此小流域设计洪水计算一般为无资料情况下的计算。
（2）小流域面积小，自然地理条件趋于单一，拟定计算方法时，允许作适当的简化，即允许作出一些概化的假定。
例如假定短历时的设计暴雨时空分布均匀。
（3）小流域分布广、数量多。
因此，所拟定的计算方法，在保持一定精度的前提下，将力求简便，一般借助水文手册即可完成。
（4）小型工程一般对洪水的调节能力较小，工程规模主要受洪峰流量控制，因此对设计洪峰流量的要求高于对洪水过程线的要求。
小流域设计洪水的计算方法较多，归纳起来主要有：推理公式法、地区经验公式法、历史洪水调查分析法和综合瞬时单位线法。
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。
1．小流域设计暴雨的计算针对小流域水文资料缺乏的特点，设计暴雨推求常采用以下步骤：①根据省（区）水文手册（包括有关的水文图集，如《暴雨径流查算图表》）中绘制的暴雨参数等值线图，查算出统计历时的流域设计雨量，如24h设计暴雨量等；②将统计历时的设计雨量通过暴雨公式转化为任一历时的设计雨量；③按分区概化雨型或移用的暴雨典型同频率控制放大，得设计暴雨过程。
（1）统计历时的设计暴雨计算由各省区的《暴雨径流查算图表》和《水文手册》查取。
例如湖北省1985年印发的《暴雨径流查算图表》中，就提供了7d、3d、24h、6h、1h及10min的暴雨参数等值线图，C s/C v值全省统一用3.5。
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讲授：舒晓娟
1.1设计暴雨计算
1.1.1设计点雨量计算 《广东省暴雨径流查算图表》编制了年最 大10分钟、1小时、6小时、24小时、3天点 暴雨均值、Cv等值线图，可取CS=3.5Cv，从 皮尔逊III型曲线Kp值表查取相应于设计频率 P%的Kp,按公式 H tp K p H t 算出Htp
1.1设计暴雨计算
其它历时的HtP面是采用暴雨公式Htp面=Sp×t1-np 进行计算。公式中的Sp、np是指相应频率P%面 雨量的暴雨力和暴雨递减指数，1- np、Sp的计 算公式如下： 当1h t 6h 时：
1 n p (1~6) 1gH6 p面 1gH1P面 1g 6 1g1 1g ( H 6 P面 / H1 p面 ) 1g 6
1.1设计暴雨计算
1.1.3设计暴雨过程的计算
广东省应用模糊聚类方法根据实测 降雨资料分析设计雨型，得到广东省分 区最大24小时设计雨型（暴雨时程分配） 表及广东省分区最大3天设计雨型（暴雨 时段分配）表。设计毛雨过程的计算就 可以将以上求得的各历时设计面雨量， 按照设计雨型进行分配得到。
1.2产流计算
1.1设计暴雨计算
1.1.2设计面暴雨量的计算 按本工程的集水面积F，在工程所在亚 区规定采用的设计暴雨定点定面关系图 （即点面换算系数at~历时t~集水面积F关 系图）上查求历时t为1小时、6小时、24 小时、3天（即72小时）的点面换算系数at， 乘以相应历时的设计点雨量Htp,即可求得 相应历时的设计面雨量Htp面=Htp×at。
S p H1 p面
1.1设计暴雨计算Fra bibliotek当6h t 24 h 时：
1g H 24 P面 1g H 6 p面 1g 24 1g 6 1g ( H 24 p面 / H 6 p面 ) 1g (24 / 6） 1g ( H 24 P面 / H 6 p面 ) 1g 4
1 n p (6~ 24)
1.3汇流计算
1.3.1汇流参数m L 由工程集水区域特征参数 J 1/ 3 按工 程所在分区结合工程集水区域下垫面条 件从m~θ关系图上选定适当的m值。 1.3.2设计洪峰流量Qm计算
Qm 0.278 h
F
0.278L
1 m J 3 Qm 1 4
1.3汇流计算
1.3.3设计洪水过程线 1.3.3.1主洪峰过程线 在最大24小时设计净雨过程中最大τ时段净 雨hτ形成主洪峰过程线，概化为六点折腰多边 形。 1.3.3.2次洪峰过程线 hτ前和hτ后，最大三天设计净雨过程中除 最大24小时以外的其它二天，分别概化为洪水 2Wi 总量为Wi=1000hiF、峰值 Qmi 、底 (t ) 3600 宽为（t+τ）的三角形。
《广东省暴雨径流查算图表》提供的 产流参数是按照“初损后损法”分析得 到的，而推求设计净雨过程是按照简化 的“平均损失率法”进行产流计算。从 广东省分区产流参数表中，按工程集水 面积选用相应的产流参数24h平均后损率 f 及3天平均损失率f3d，然后分别计算最大 24小时和最大3天除最大24小时以外二天 的设计净雨过程。
S
' P
H 6 P面 6
1 n
H 24 p面
当t<1h时：
1 p ( ~1) 6
p ( 6 ~ 24 )
241n p ( 6~ 24)
1 n
S p H1 p面
1 1 lg H1 p面 1gH P面 1g ( H1 p面 / H P面) 6 6 1 1g 6 1g1 1g 6