bAAA工程水文学第七章设计年径流计算
工程水文学第七章 由暴雨资料推求设计洪水
12.3 128.2 21.3 6.9 29.4 4.1 8.9
4.6 10.2 0.0
7月4日为年最大1日：
X1日=128.8mm
8月22～8月24日8月为年 最大3日：
X3日=165.5mm
7月1日～7日为年最大7 日：
49.7 60.7 56.1 1.1
注意强度特大暴雨。
⑵暴雨资料的审查 资料类型： 日雨量资料、自记雨量资料、分段雨量资料。
.
①可靠性： 重点：特大或特小雨量观测记录。
②代表性 与邻近地区长系列雨量或其他水文资料，以及
本流域或邻近流域实际大洪水资料对比分析。
③一致性 通过统计与成因两方面进行。不同类型暴雨分别考 虑。
.
⑶暴雨资料的统计选样 选定面雨量计算方法
.
Q(m3/s)
取多次洪水的退水 部分绘于透明纸上， 沿时间轴平移，使尾 部重合，作外包线。
t(h)
流域地下水退水曲线确定示意图
.
Q(m3/s)
B
H
P(t)
C A
FF G
.
I
D t(h)
③径流深计算： 兰色的面积（ABCDFA）：
.
⑶ 分割洪水过程求地面、地下径流
洪水过程中割除了基流和前期洪水的退水部分 即为次洪水的径流过程。
实际上： 一般是求出流域各站的设计点暴雨，绘制设计点 暴雨量等值线图，插值出流域中心的设计点暴雨量。
.
设计点雨量频率计算过程：
⑴选样 固定时段年最大值法。 特大值问题：
资料系列插补展延问题： 一般不宜采用相关法 。规范建议： ①距离较近时： ②一般年份： ③大水年份缺测： ④大水年份缺测： ⑤与洪水峰量关系较好时：
水文学原理(第七章 径流).
解：计算围湖造田后流域多年平均蒸发量：
E ' F陆' E 陆 F水' E 水
F
F
1500 400 200 700 200 1100
1500
1500
753.3mm
计算围湖造田后多年平均径流深：
R' P E' 1300.0 753.3 546.7mm
计算围湖造田后流域多年平均流量：
（二）汇流过程
净雨沿坡面从地面和地下汇入河网， 然后再沿河网汇集到流域出口断面，这一 完成过程称为流域汇流过程，（坡地汇流 和河网汇流）；
坡地汇流过程就是净雨汇入河网的过程，分为三 部分： 1.坡面漫流：
超渗雨水在坡面上以片流或时分时合的细沟 流运动的现象称为坡面漫流。降水经坡面漫流注 入河道，形成地表径流；
Q' R'F T
546.7 1500 10002 26.0m3 / s 1000 365 86400
2 河网汇流过程
各种径流成分经坡地汇流注入河网，在 河网内沿河槽作纵向流动和汇集的过程称为 河网汇流。（支流－干流、上游－下游、最 后流出流域出口断面的过程）。
涨水阶段： 河槽水量增加、水位升高，河槽出口断
面流量小于汇流流量。洪水形成过程。 退水阶段：
随着降雨和坡面漫流量的减少直至完全 停止，河槽水量减小，水位下降。
Q
—计算时段平均流量，（m3/s）
3.径流深：将径流量平铺在整个流域面积 上所得的水层深度，记为： R，单位：mm；
R W QT 1000F 1000F
4 径流模数：流域出口断面流量与流域面积之 比称为径流模数，单位：L/(s.km2)
M 1000Q F
5 径流系数:某一时段的径流深 R 与相应时段
工程水文学 第7章 由暴雨资料推求设计洪水
第七章由暴雨资料推求设计洪水第一节概述 (2)第二节直接法推求设计面暴雨量 (2)第三节间接法推求设计面暴雨量 (7)第四节设计暴雨时空分配的计算 (9)第五节由设计暴雨推求设计洪水 (11)第六节小流域设计洪水的计算 (15)小结 (26)课前指导课程要求要求学员建立设计暴雨的基本概念，掌握设计面暴雨量推求及设计暴雨时空分配的计算方法，认识由设计暴雨推求设计洪水以及小流域设计洪水计算的基本原理。
课时安排共需6个课内学时，12 个课外学时课前思考设计暴雨与设计洪水的关系设计暴雨的时空分配计算与设计洪水有何不同小流域设计洪水的计算为什么要单独考虑学习重点由设计暴雨推求设计洪水的基本原理及主要方法难点北京水科院推理公式的应用知识点设计暴雨的定义暴雨资料的收集、审查与统计选样设计面暴雨量推求的方法设计暴雨时空分配的计算设计Pa的计算小流域设计洪水的特点小流域设计暴雨计算方法北京水科院推理公式的应用第一节概述我国大部分地区的洪水主要由暴雨形成。
在实际工作中，中小流域常因流量资料不足无法直接用流量资料推求设计洪水，而暴雨资料一般较多，因此可用暴雨资料推求设计洪水，特别是：（1）在中小流域上兴建水利工程，经常遇到流量资料不足或代表性差的情况，难于使用相关法来插补延长，因此，需用暴雨资料推求设计洪水。
（2）由于人类活动的影响，使径流形成的条件发生显著的改变，破坏了洪水资料系列的一致性。
因此，可以通过暴雨资料，用人类活动后新的径流形成条件推求设计洪水。
（3）为了用多种方法推算设计洪水，以论证设计成果的合理性，即使是流量资料充足的情况下，也要用暴雨资料推求设计洪水。
（4）无资料地区小流域的设计洪水，一般都是根据暴雨资料推求的。
（5）可能最大降水/洪水是用暴雨资料推求的。
暴雨资料推求设计洪水的主要内容有：（1）推求设计暴雨。
根据实测资料，用统计分析和典型放大法求得。
（2）推求设计洪水过程线。
由求得的设计暴雨，利用产流方案推求设计净雨过程，利用流域汇流方案由设计净雨过程求得设计洪水过程。
工程水文学第七章 由暴雨资料推求设计洪水共98页文档
7月4日为年最大1日：
X1日=128.8mm
8月22～8月24日8月为年 最大3日：
X3日=165.5mm
7月1日～7日为年最大7 日：
49.7 60.7 56.1 1.1
X7日=234.0mm。
2、面降雨量资料的插补展延
利用近期雨量：
X多
X少
1950
1960
1970
1980
计算方法：
⒈设计面暴雨量的直接计算 ⒉设计面暴雨量的间接计算
一、设计面暴雨量的直接计算
方法： 直接选取每年指定统计时段的最大面暴雨量，进 行频率计算求得指定时段设计面暴雨量。
资料要求： 雨量站多、分布较均匀、各站又有较长期的同期 资料，能求出比较可靠的流域平均面雨量。
1、资料的收集、审查与暴雨资料的统计选样
⑴资料的收集 来源 ：主要为雨量站网观测资料。
注意强度特大暴雨。
⑵暴雨资料的审查
资料类型： 日雨量资料、自记雨量资料、分段雨量资料。
①可靠性： 重点：特大或特小雨量观测记录。
②代表性 与邻近地区长系列雨量或其他水文资料，以及
本流域或邻近流域实际大洪水资料对比分析。
③一致性 通过统计与成因两方面进行。不同类型暴雨分别考 虑。
⒊三变量相关图的应用：
两时段降雨
P1=49mm P2=81mm
降雨开始时
Pa=60mm 由P1=49mm,查得
R1=20.0mm 由P1 +P2=130mm,查得
R1+R2=80.0mm
则第二时段净雨
R2=80-20=60mm
降雨径流相关图也可简化为P + Pa ～R 关系：
⒋地面净雨、地下净雨的划分 ⑴划分原理
工程水文学 设计年径流及枯水径流
1961~196214.70 17.70 19.80 30.40 5.20 4.87 9.10 3.46 3.42 2.92 2.48 1.62 9.64 3 7.02 1.98
1962~196312.90 15.70 41.60 50.70 19.40 10.40 7.48 2.97 5.30 2.67 1.79 1.80 14.39 3 6.26 2.74
月平均流量(m3/s)
均流
量
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 (m3/s)
1958~195916.50 22.00 43.00 17.70 4.63 2.46 4.02 4.84 1.98 2.47 1.87 21.60 11.92
1959~1960 7.25 8.69 16.30 26.10 7.15 7.50 6.81 1.86 2.67 2.73 4.20 2.03 7.77
1966~1967 9.52 29.00 13.50 25.40 25.40 3.58 2.67 2.23 1.93 2.76 1.41 5.30 10.23
1967~196813.00 17.90 33.20 43.00 10.50 3.58 1.67 1.57 1.82 1.42 1.21 2.36 10.94
长短系列对比法示意图
有长期实测资料情况下，根据 调节计算 所需 资料的具体不同又分 三种情况：
①设计年、月径流量系列 （长系列操作法 ） ②实际代表年年、月径流量 （小型灌溉工程 ） ③设计代表年年径流量及年内分配计算（中小
型水利工程）
二、设计年、月径流量系列的选取
适用于调节计算中的 长系列操作法 。
1、 可靠性 测验和整编的正确性。 2、一致性 资料是否来自同一气候、下垫面条件。常用 分 项调查法、降雨径流模式法、蒸发差值法 修正还 原。 3、代表性 样本分布参数与总体参数分布参数接近程度 。一般 系列越长，代表性越好。
工程水文学第七章流域产汇流计算
Rp.t （5） 0 0 0.07 0.13 0.51 1.10 0 11.15 26.73
Wt （6） 18.93 17.38 16.06 17.80 20.65 29.11 41.36 38.81 89.70
备注
（7）
Wm=120 mm Kw,t=1.0 Wt为一 日开始 时蓄水 量（mm ）5月14 日开始 时 18.93m m，是 由前面 计算得 到的
NCWU
NCWU
月.日 （1） 5.14 15 16 17 18 19 20 21 22
Pt （2） 0 0 3 4.2 10.3 15.1 0 63.2 56.8
Ew.t （3） 9.8 9.1 8.9 8.2 7.7 7.2 7.4 3.6 3.2
Et （4） 1.55 1.32 1.19 1.22 1.33 1.75 2.55 1.16 2.39
NCWU
两时段降雨： P1=49mm P2=81mm
(130mm)
降雨开始时： Pa=60mm 由 P1=49mm,查 得R1=20.0mm。
（49mm)
由 P1 +P2=130mm, 查得R1+R2=80.0mm。 则第二时段净雨为 R2=80-20=60mm
NCWU
二 P+Pa～R两变量相关图法
第7章流域产汇流计算
研究对象:
从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法，包括流 域的产流计算和汇流计算。产流计算主要研究流域上降雨扣除 植物截留、下渗、填洼等损失，转化为净雨过程的计算方法。 汇流计算主要研究净雨沿地面和地下汇入河网，并经河网汇集 形成流域出口断面径流过程的计算方法。
研究目的:
研究的流域产汇流计算是工程水文学中最基本的概念和 方法之一，是以后学习由暴雨资料推求设计洪水，降雨径流预 报等内容的基础。
第七章由流量资料推求设计洪水
Q(m3/s)
频率计算方法的变量说明
a项特大洪水 M=1,2,...,a
实测期内特大洪水，l项
... ...
实测一般洪水，n-l项 m=l+1,l+2,...,n
缺测 ...
...
T
n
N
频率计算方法——独立样本法
思路：实测和特大值系列分别作为独立样本，各
项洪水在各自样本中分别连续排位计算。
实测系列：特大值参与排位，只取一般洪水成果
连续样本：洪水系列中没有特大洪水值，频率计算时，各项 数值直接按大小次序统一排位，各项之间没有空位，序数m 是连序的。 不连续样本：系列中有特大洪水值，其重现期 N必大于实测 系列年数 n，而在N—n年内各年洪水数值无法查得，中间存 在一些空位，由大到小是不连序的。
所谓“连序”与“不连序”，不是指时间上连续与否 ，只是说所构成的样本中间有无空位。
实测洪水资料： 对测验和整编进行检查，重点放在观测与整编质量较差的 年份。包括水位观测、流量测验、水位流量关系等。 历史洪水资料： 一是调查计算的洪峰流量可靠性； 二是审查洪水发生的年份的准确性。
一、洪水资料审查
（2） 资料一致性的审查与还原
所谓洪水资料的一致性，就是产生各年洪水的 流域产流和汇流条件在调查观测期中应基本相同。
实测期n=33： 独立样本法：
1949年 已抽到上面排序
1940年
Pm,2
2 33 1
0.0588
1968年
Pm,33
33 34
0.969
1867
1852 1832 1921
1921 1949 1903
统一样本法：
Pm,2 0.0559 (1 0.0559 ) 2 1 0.0845 33 11
工程水文学第七章 由暴雨资料推求设计洪水
取多次洪水的退水 部分绘于透明纸上， 沿时间轴平移，使尾 部重合，作外包线。
Q(m3/s)
t(h)
流域地下水退水曲线确定示意图
Q(m3/s)
B
H
P(t)
C A
I
D
F F
G t(h)
③径流深计算：
兰色的面积（ABCDFA）：
⑶ 分割洪水过程求地面、地下径流 洪水过程中割除了基流和前期洪水的退水部分 即为次洪水的径流过程。
结论：蓄满产流下的总径流深:
R P W P (Wm W0 )
R R面 R下
⒉暴雨径流相关图( P~ W0 ~R)的绘制 利用实测雨洪资料: 每场降雨过程流域的面平均雨量
相应产生的径流量 影响径流形成的主要因素（ W0 ）
相关分析，建立相关图
在我国湿润和半湿润地区最常用的是P～ W0 ～R 三变量相关图。
5、设计面暴雨量计算成果合理性检验 ①比较统计参数，随面积增大而逐渐减小。 ②直接法计算结果与间接法计算结果比较。 ③与邻近地区的特大暴雨历时、面积、雨深资料比较。
二、设计面暴雨量的间接计算 资料情况： 雨量站稀少、或观测系列甚短，或同期观测资 料很少甚至没有，无法直接求得设计面暴雨量。
方法： 先求流域中心的设计点暴雨量，然后通过暴雨点 面关系，求相应的设计面暴雨量。
消退系数K： 消退系数综合反映流域蓄水量因流域蒸散发而减 少的特性。 流域蒸散发取决于： ①流域蒸散发能力， ②流域供水条件，即流域蓄水量。
计算公式：
Em K 1 Wm
流域蒸发能力： Em=βE0：
例7-4：前期影响雨量Pa的计算(Wm=100mm)
Wm
P～Pa～R三变量相关图：
年径流量计算公式
年径流量计算公式
年径流量是指一年内通过河流某一过水断面的水量。
将瞬时流量按时间平均，求得一年的平均流量称为年平均流量等。
并由此可以引出多年的平均值称为多年平均年径流量。
当降水强度超过土壤入渗率时，地表开始产生径流。
全年地表径流的总水量，称为年径流量。
单位为立方米。
数值为年径流深乘以集雨面积。
多年平均径流量指多年径流量的算术平均值。
通常以立方米计。
用以总括历年的径流资料，估计水资源，并可作为测量或评定历年径流变化、最大径流和最小径流的基数。
多年平均径流量也可以多年平均径流深度表示，即以多年平均径流量转化为流域面积上多年平均降水深度，以毫米数计。
水文手册上，常以各个流域的多年平均径流深度值注在各该流域的中心点上，绘出等值线，叫做多年平均径流深度等值线。
1、有资料地区
计算公式为：多年年平均径流量=(多年逐月径流量之和）/12=多年年平均径流量之和/年数。
2、无资料地区
由于目前我国水文监测站网的建设还不是很完善，只有一些较大的流域才设有水文监测站，而在中小型流域特别是高寒山区的中小型流域中水文监测站相对较少。
因此在中小流域进行水利工程规划以及地下水资源评价时，一般缺乏可依据的实测径流资料，有的甚至连降雨资料都没有，或者虽有短期实测径流资料但无法展延。
在这种情况下设计年径流量只有通过间接途径来推求。
国内无资料地区径流计算。
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②对工程安全较不利
暴雨核心部分偏后，形成的洪峰也偏后，对工 程安全影响较大的暴雨过程。
在缺乏资料时，可引用水文手册中的按地区总 综合概化的典型雨型。
2. 缩放典型过程，计算设计暴雨的时程分配
例7-3：某流域百年一遇各种时段暴雨量如 下表：
各时段设计雨量
时段（d）
137设计面量xtP（mm)303
第七章 由暴雨资料推求设计洪水
第一节 概述
一、适用条件
1. 流量资料不足或代表性差。 2. 资料缺乏一致性。 3.多种方法相互论证。 4.无资料区小流域设计洪水计算。 5.可能最大洪水是用暴雨资料推求的。
二、由暴雨资料推求设计洪水主要内容：
1. 推求设计暴雨 根据实测暴雨资料，用统计分析和典型放大法求 得。
⑶暴雨资料的统计选样 选定面雨量计算方法
计算每年各次大暴雨 的逐日面雨量
选定不同 统计时段
1、3、7、 15、30日
统计逐年不同 时段年最大面雨量
年最大值法
样本
例7-1 ： 某流域有3个雨量站，分布均匀，可按算术平均 法计算面雨量，统计某一年份不同时段雨量。
过程： ①计算该年份逐日面降雨量 ②采用年最大值法统计不同时段降雨量。
P～ W0 ～R三变量相关图各变量计算
（1）流域平均雨量计算：
①算术平均法 ②垂直平分法（泰森多边形法） ③等雨量线法
⑵ 径流深计算
需要分割流量过程线 ：
一次洪水 流量过程
地面径流
表层流径流 地下径流
本次 洪水形成
前期洪水未退完的部分水量
非本次降雨补给的 深层地下径流
割除
过程线分割示意图
Q(m3/s)
… 6.6 22.7
42.6 60.1 81.8 2.3