暴雨洪水设计要点

 

知识点：暴雨洪水设计

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⑴暴雨设计：

   暴雨：12小时降雨量达到30毫米或者24小时降雨量达到50毫米时称为暴雨。每小时以内的降雨量达到20毫米也称为暴雨。设计暴雨的计算公式：

    ①设计点雨量计算公式：Htp=KpHt

   (式中：Ktp——设计点雨量；Kp——皮尔逊曲线值；Ht——最大雨量均值；t——欲求时间；)

    ②设计面雨量计算公式：Ht面=atHt  

   （式中：Ht面——设计面雨量；at——暴雨线性系数；Ht——设计历时点雨量；at、bt——暴雨线性拟合系数；）

    ③暴雨系数计算公式：at=  

  （式中：at、bt——线性拟合参数；F——流域面积；）

    ④多年平均径流量计算公式：Wp=1000yF

   (式中：Wp——多年平均径流量；y——多年平均径流深；F——流域面积；)

    ⑤设计频率年径流深计算公式：yp=yKp

   (式中：y——多年平均径流深；Kp——频率模比系数；)

    ⑥多年平均年径流系数计算公式：α=y/x =W/1000Fx

   （式中：α——多年平均年径流系数；y——年径流深；x——多年平均降雨量；）

    ⑵洪水设计：

    ①洪水特征：一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。

洪水设计的概念：一次降雨形成的洪水过程线，反映洪水的外形，过程线上的最大值就是洪峰流量，用Q表示。洪峰最高点就是洪峰水位，用Z表示。洪水过程线和横坐标所包围的面积，经过单位面积换算求得，就是洪水总量，用W表示。洪水过程线的底宽是洪水总历时，用T表示。从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时，用t1表示。从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时，用t2表示。洪水总历时等于涨水历时和落水历时之和。即T=t1 t2。一般情况下，一次降雨形成的洪水过程称为单式洪水过程。相邻两次以上的降雨，前面降雨形成的洪水没有泄完，后面降雨形成的洪水接踵而来，称为复式洪水过程。

    洪水的类型：洪水的类型一般分为六种，一是暴雨洪水，暴雨洪水又分为山洪和泥石流两种。二是融雪洪水，三是冰川洪水，四是冰凌洪水，五是雨雪混合洪水，六是溃坝洪水。

    洪水分级：根据国家《水文情报预报规范》，按洪水重现期的大小，把洪水分为常见洪水（8-10年一遇）、较大洪水（10-50年一遇）、大洪水（50-150年一遇）、特大洪水（大于50年一遇）。

    洪水的形成过程：从降雨到水流汇集至河流出口的整个物理过程，称为径流形成过程，也就是洪水的形成过程。洪水的形成，是一个相当复杂的物理过程，为了便于说明这个过程，我们把它概化为：流域蓄渗过程、坡地汇流过程和河网汇流过程。也可以概化为产流过程和汇流过程。

    ⑴产流过程：指降雨满足了截流、下渗、填洼、和雨期蒸发后形成径流量的过程。

    ⑵损失过程：流域的蓄渗过程，不直接生产径流，而是消耗或损失于植物截流、下渗、填洼、蒸发的降雨量。

    ⑶超渗产流：地下水埋藏深，包气带土层厚度可达数十米到几百米，下部干土缺水量很大，一般降雨不能使土层达到田间持水量，因植被差，土质贫瘠，下渗能力低，往往形成的大量产流。

    ⑷蓄满产流：年降雨量充沛，地下水位高，包气带土层不厚，下层容易常达田间持水量，缺水量不大，不容易形成超渗产流，在土壤缺水量满足后全部产生径流的蓄流方式，称为满蓄产流。

    ⑸汇流过程：降雨或者溃坝形成的洪水，从产生的地点到流域出口断面的汇集过程，称为汇流过程。也可以称为流域汇流。流域汇流分为坡地汇流和河网汇流两个阶段。

    ⑹坡地汇流：降雨产生的水流从产生地点沿坡地向河槽汇集的过程，称为坡地汇流。分为坡面径流、表层径流和地下径流三种径流形式：坡面径流，出流过程一般用坡地汇流曲线的径流成因公式计算描述；表层径流，通常用线性蓄泄关系描述；地下径流，流动规律一般采用土壤饱和水流与非饱和水流方程进行描述。

   ⑺河网汇流：许多大小不同的河槽构成相互贯通的泄水系统，称为河系。水流沿着河槽向下游运动的过程，称为河槽汇流。在这个系统中，各级河槽的水流向下游流动的过程，称为河系汇流。在天然河槽，特别是在河系中，沿程旁侧支流洪水的加入和入流，干支流的互相干扰因素和沿程水力特性的差异，使河道洪水的波浪运动变化更为复杂，一般采用水流连续定理和蓄泄关系进行描述河系汇流。也就是采用径流成因公式计算描述出流过程。因此，在实际工作中，可以直接用净雨代表坡面出流，经过河槽汇流计算描述流域出口断面的流量过程。

    ⑻洪水过程的水源组成： 降雨形成的洪水过程，一般由地表径流、壤中流、浅层地下水和深层地下水四种水源组成。地表径流，是超渗降雨形成沿坡面流动注入河槽的水量，是洪水的主要组成部分。壤中流，地表以下和地下水水面以上的包气带土层，由包气带进入河槽的水量称为壤中流。也可称为表层流。浅层地下水，指地下水面以下的第一个隔水层以上的有自由表面的重力水，称为浅层地下水。也可称为潜水。河道切割深度达到潜水位以下时，潜水就会立即向河槽排泄，从而形成潜流。深层地下水，指第一个隔水层以下，不透水层以上的地下水。也可称为承压水或者层间水。深层地下水补给河道水量，一般不是本次降雨产生的。对于一个流域而言，深层地下水比较稳定，我们通常把深层地下水称为基流。

    ②洪水标准：分为五等5级，水工建筑物五等5级。正常运用洪水标准分为五级10-500年一遇8个档次，是一般设计洪水的标准；非常运用洪水标准分为五级200-10000年一遇8个档次，是一般校核洪水的标准。洪水设计前，把防洪工程的等级、级别和相应的洪水频率标准、确定出来，才能进行洪水设计。

    ③洪水设计

    洪水设计，就是根据国家防洪工程设计的有关法律规范、洪水频率、标准把河道或沟道的洪水流量、水位、海拔高程、概略坐标（经纬度）、流域面积，计算设计出来的一种科学法定方法。洪水设计一般分为三种方法：

    ⑴实测资料设计洪水：

    就是根据一个附近典型的水文站或者水库，设计计算本流域的洪水流量。计算公式为：Qm设=（Fs/Fz）2/3.Qmz 

    (式中：Qm设——洪水设计流量；Fs——设计控制面积；Fz——附近典型水文站的控制面积；Qmz——水文站的标准流量。)

    ⑵经验公式设计洪水：经验公式有两种计算公式。

    一是洪水面积相关法：Qm=KnFn 

    (式中：Qm——洪水设计流量；Kn——不同重现期的8个洪水频率系数和不同分区的6个地形系数，洪水设计计算系数是28-48个系数；Fn——控制面积，F上面的n是面积系数。面积系数是12-24个，根据地形地貌状况确定。这种计算方法在1000平方公里内可以应用，超过1000平方公里控制面积慎用。在《XXX水文手册》里面可以查到。)

    二是综合参数法：Qm=CNαFβΦγHη3n       

   （式中：N——洪水设计重现期（年）；F——控制面积；Φ——流域形状系数，Φ= ；α、β、γ、η——水文手册中的30种设计计算参数。）

    ⑶暴雨资料设计洪水：按照产流面积、面雨量、径流深、前期影响雨量、入渗率、土壤含水量、平均降雨强度、净雨量、汇流计算、综合指数、参数、概化暴雨洪水过程线、洪水总量、根据产流高程、设计洪水，绘制设计洪水过程线图、在设计洪水过程线图上查算，设计洪水计算成果表。

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