1、第五章第五章小流域及城市设计洪水小流域及城市设计洪水章章节内内容容小小流域洪水算特点流域洪水算特点1小小流域暴雨流域暴雨2由推由推理理公公 式式推求洪水推求洪水3 城城 市化市化水文的影响水文的影响5 地区公地区公式式推求洪水推求洪水4 城城 市市排水管排水管网网流量算流量算6 灌渠排水系流量灌渠排水系流量程程 7小流域设计洪水计算 小流域通常指集水面积不超过数百平方公里的小小流域通常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。河小溪，但并无明确限制。 小流域设计洪水计算，与大中流域相比，有许多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、中特点
2、，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。问题进行研究。小流域小流域设计洪水洪水计算方法的特点算方法的特点Z（1 1）方法必须适用于无资料地区）方法必须适用于无资料地区Z（2 2）方法应简便易行）方法应简便易行Z（3 3）方法可以着重推求设计洪峰）方法可以着重推求设计洪峰 我国目前情况下，绝大多数小流域既没有流量资我国目前情况下，绝大多数小流域既没有流量资料，又缺乏暴雨记录，设计洪水的计算方法必须适应料，又缺乏暴雨记录
3、，设计洪水的计算方法必须适应这种资料条件。这种资料条件。 面广量大的农田水利工程和城市雨洪排水工程，要面广量大的农田水利工程和城市雨洪排水工程，要求在一个短时期内给出相当量的设计成果，而且大多由求在一个短时期内给出相当量的设计成果，而且大多由基层负责规划设计，这就要求方法简便易行，便于掌握。基层负责规划设计，这就要求方法简便易行，便于掌握。 一般小型水库的蓄水库容较小，设计标准低，对一般小型水库的蓄水库容较小，设计标准低，对洪水的调蓄能力有限，设计洪峰对水库设计影响较大，洪水的调蓄能力有限，设计洪峰对水库设计影响较大，洪水过程线形状的影响较小。洪水过程线形状的影响较小。计算基本方法算基本方法Z
4、小流域设计洪水的计算方法概括起来有小流域设计洪水的计算方法概括起来有4 4种：种： 推理公式法、地区经验公式法、历史洪水调查推理公式法、地区经验公式法、历史洪水调查分析法、综合单位线法分析法、综合单位线法 其中应用最广泛的是推理公式法和综合瞬时单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，并按的理论为基础，并按设计暴雨设计暴雨设计净雨设计净雨设设计洪水计洪水的顺序进行计算。的顺序进行计算。Z小流域设计洪水计算，大多数采用由暴雨推求小流域设计洪水计算，大多数采用由暴雨推求洪水的方法，因此，首先需要推求设计暴
5、雨洪水的方法，因此，首先需要推求设计暴雨设计暴雨：设计暴雨：具有某一规定频率的一定时段的暴雨量或平均暴雨强度。具有某一规定频率的一定时段的暴雨量或平均暴雨强度。基本假定：基本假定：暴雨与其所形成洪峰流量或洪量具有相同的频率暴雨与其所形成洪峰流量或洪量具有相同的频率小流域暴雨特点小流域暴雨特点（1 1）历时短，一般从几十分钟到若干小时；）历时短，一般从几十分钟到若干小时；（2 2）缺乏实际观测资料）缺乏实际观测资料（3 3）面积小，可以忽略暴雨在地区上的分布不均匀性）面积小，可以忽略暴雨在地区上的分布不均匀性把流域中心点雨量作把流域中心点雨量作为流域面雨量，无需考流域面雨量，无需考虑点面雨量折算
6、点面雨量折算由最大由最大1 1日日设计雨量雨量X X1 1日日,p,p推求推求历时t t的的设计雨量雨量X Xt,pt,p设计暴雨推求常用步暴雨推求常用步骤：Z 根据省（区）水文手册（包括有关的水文图集，如根据省（区）水文手册（包括有关的水文图集，如暴雨径流查算图表暴雨径流查算图表）中绘制的暴雨参数等值线图，查算）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，如出统计历时的流域设计雨量，如2424h h设计暴雨量等；设计暴雨量等；Z 将统计历时的设计雨量通过暴雨公式转化为任一历时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；的设计雨量；Z 按分区概化雨型或移用的暴雨典型同
7、频率控制放大，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。得设计暴雨过程。暴雨公式暴雨公式暴雨公式及暴雨公式及参数参数的推求的推求Z暴雨公式暴雨公式在一定频率情况下时段平均暴雨强度在一定频率情况下时段平均暴雨强度i i与历时与历时t t的关系式，称为暴雨公式。的关系式，称为暴雨公式。S S单位历时的暴雨平均强度，又称为雨力，单位历时的暴雨平均强度，又称为雨力， 随地区和重现期而变，随地区和重现期而变， 如果如果t t以小时计，以小时计，s s就是就是t=1t=1小时的暴雨强度小时的暴雨强度n n暴雨递减指数，随地区及历时长短而变暴雨递减指数，随地区及历时长短而变对公式两边取对
8、数：对公式两边取对数： 上式为一直线方程式，上式为一直线方程式，lgslgs为截距，为截距，n n为斜率，若为斜率，若从平均暴雨强度从平均暴雨强度 历时曲线上将同频率各种历时的暴雨强历时曲线上将同频率各种历时的暴雨强度度i i读下，在双对数坐标格纸上以读下，在双对数坐标格纸上以i i为纵坐标，为纵坐标，t t为横坐标，为横坐标，可点汇出一组近乎平行的直线，在线上量取可点汇出一组近乎平行的直线，在线上量取t=1t=1小时的纵小时的纵坐标值和斜率值，即为坐标值和斜率值，即为s s和和n n值。值。Z（1 1）当）当t=1t=1小时时，转折点的纵坐标即为小时时，转折点的纵坐标即为s s；Z（2 2）
9、当）当t1t1t1时，取时，取n=n2n=n2；水文手水文手册册查n值分分区区图由由2424小时设计暴雨量转换为历时小时设计暴雨量转换为历时t t的设计雨量的设计雨量24小小时设计暴雨量推求暴雨量推求Z由年最大一日设计暴雨量间接推求由年最大一日设计暴雨量间接推求K K一般在一般在1.11.21.11.2之间，常取之间，常取k=1.15k=1.15Z当当1ht24h1ht24h时，时，n=n2n=n2Z当当t1ht i 时，损失按时，损失按值进行，值进行，超渗部分即为净雨。超渗部分即为净雨。 当设计暴雨和当设计暴雨和值确定后，即可求出值确定后，即可求出任何一历时的净雨量及平均净雨强度任何一历时的
10、净雨量及平均净雨强度S S。值的确定的确定Z为了便于小流域设计洪水计算，各省区水利水文为了便于小流域设计洪水计算，各省区水利水文部门在分析大量暴雨洪水资料之后，提出了决定部门在分析大量暴雨洪水资料之后，提出了决定 值的简便方法。参阅各地区的值的简便方法。参阅各地区的水文手册水文手册可可确定确定 的取值。的取值。Z推理公式又称合理化公式，已有推理公式又称合理化公式，已有100100多年历史多年历史，是历来小流域由暴雨推求洪峰流量的一种比，是历来小流域由暴雨推求洪峰流量的一种比较常用的方法。较常用的方法。（1 1）采用平均净雨强度，其历时等于汇流历时）采用平均净雨强度，其历时等于汇流历时 ；（2
11、2）暴雨与洪水同频率）暴雨与洪水同频率（3 3）流域的净雨强度在时间上和空间上都是不变的）流域的净雨强度在时间上和空间上都是不变的推理公式的基本形式推理公式的基本形式Z推理公式可从线性汇流推导出来推理公式可从线性汇流推导出来 从等流时线的概念出发，假定产流强度在时间、空间上都均从等流时线的概念出发，假定产流强度在时间、空间上都均匀的情况下，流域上的平均产流强度与一定面积的乘积即为匀的情况下，流域上的平均产流强度与一定面积的乘积即为出口断面的流量，当此乘积达到最大值时即出现最大流量。出口断面的流量，当此乘积达到最大值时即出现最大流量。（1）全面）全面汇流情流情况况Z在充分供水条件下，即净雨历时大
12、于汇流时间在充分供水条件下，即净雨历时大于汇流时间时，净雨产时，净雨产生后，每一时刻总有一部分面积上的净雨同时汇流到流域出生后，每一时刻总有一部分面积上的净雨同时汇流到流域出口断面。此时流域出口断面的最大流量是由口断面。此时流域出口断面的最大流量是由t t时段的净雨在时段的净雨在全流域面积上形成的，此种情况称为全面汇流。全流域面积上形成的，此种情况称为全面汇流。 平均降雨强度，平均降雨强度，mm/hmm/h； 平均下渗强度，平均下渗强度，mm/hmm/h；F F流域面积，流域面积，kmkm2 2；K K单位换算系数单位换算系数（2）部分）部分汇流情流情况况Z当供水不充分时，即净雨历时小于汇流时
13、间当供水不充分时，即净雨历时小于汇流时间，流域出口断面的最大流量由全部降雨、部分流域，流域出口断面的最大流量由全部降雨、部分流域面积形成，此部分流域面积称为共时径流面积，此种面积形成，此部分流域面积称为共时径流面积，此种情况称为部分汇流。情况称为部分汇流。F F共时径流面积，共时径流面积，kmkm2 2；推理公式的基本形式推理公式的基本形式洪峰径流系数，等于形成洪峰的净雨量与降雨量之比洪峰径流系数，等于形成洪峰的净雨量与降雨量之比 共时径流面积系数，共时径流面积系数， =F=F/F/F水科院推理公式水科院推理公式Z19581958年陈家琦等人提出了水科院推理公式，在年陈家琦等人提出了水科院推理
14、公式，在我国设计洪水计算中得到广泛应用。我国设计洪水计算中得到广泛应用。QmQm洪峰流量，洪峰流量，m m3 3/s/s；洪峰径流系数；洪峰径流系数； i i平均降雨强度，平均降雨强度， mm/hmm/h； F F流域面积，流域面积，kmkm2 2Z暴雨公式暴雨公式Z当当t= t= 时时Z5 5个参数，个参数， 洪峰径流系数洪峰径流系数、平均雨强、平均雨强S S、 汇流时间汇流时间、暴雨、暴雨指数指数n n、流域面积、流域面积F F。Z平均雨强平均雨强S S可通过公式计算可通过公式计算Z暴雨指数暴雨指数n n查地区等值线图得出查地区等值线图得出Z流域面积流域面积F F从地形图上量出从地形图上量
15、出洪峰径流系数洪峰径流系数 汇流时间汇流时间 洪峰洪峰径径流系流系数数的确定的确定Z反映流域内降雨形峰过程的一种损失。反映流域内降雨形峰过程的一种损失。 假定在流域平均降雨强度大于地面平均入渗能力的假定在流域平均降雨强度大于地面平均入渗能力的情况下，地面才能产生径流，此时产流部分内的降情况下，地面才能产生径流，此时产流部分内的降雨损失决定于地面下渗能力的大小，不产流部分的雨损失决定于地面下渗能力的大小，不产流部分的损失则是该部分所有降雨量。损失则是该部分所有降雨量。全面全面全面全面汇汇流流流流部分部分部分部分汇汇流流流流全面全面汇流流 tc时时出口断面处的洪峰流量是由相当出口断面处的洪峰流量是
16、由相当于汇流时间于汇流时间内的最大净雨内的最大净雨h h 在全流域面积上形成的，洪峰在全流域面积上形成的，洪峰径流系数径流系数是是时段的最大净雨时段的最大净雨量量h h 与同时段的降雨量与同时段的降雨量P P 之比。之比。部分部分汇流流 tc时出口断面处的最大流量是由相当于产流出口断面处的最大流量是由相当于产流历时历时tctc内的最大净雨内的最大净雨h h R R在部分流域面积上形成的，洪峰径流在部分流域面积上形成的，洪峰径流系数系数是是tctc时段的最大净雨量时段的最大净雨量h h R R与与时段的降雨量时段的降雨量P P 之比。之比。流域流域汇流流时间的的计算算Z流域汇流过程按水力特性的不同，可分为坡面汇流流域汇流过程按水力特性的不同，可分为坡面汇流和河槽汇流两个阶段。水科院采用平均的流域汇流和河槽汇流两个阶段。水科院采用平均的流域汇流速度来概括描述径流在坡面和河槽内的运动。速度来概括描述径流在坡面和河槽内的运动。L L流域最远流程长度，流域最远流程长度，kmkmv v 沿流程沿流程L L的流域平均汇流速度，的流域平均汇流速度，m/sm/s流域汇流时间，流域汇流时间，h hZ流域平
