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暴雨流量计算方法和步骤

暴雨流量计算方法和步骤

谭炳

二○○八年四月于成都

详细计算方法和步骤如下

(泥石流河沟汇流特点:

全面汇流;

1、F全面汇流,从地形图上量取;

f部分汇流,即形成洪峰流量的部分面积,调查确定后从地形图上量取;

2、L从地形图上量取;(分水岭至出口计算断面处的主沟长度)

3、J主河沟平均坡降;(实测或地形图上量取)

J={(Z0+Z1)·し1+(Z1+Z2)·し2+⋯⋯(Zn-1+Zn)·しn-2Z0·L}/L2当Z0=0时,上式变为:

J={Z1·し1+(Z1+Z2)·し2+⋯⋯(Zn-1+Zn)·しn}/L2fa

3-1、J1/3;计算

3-2、J1/4;计算

4、H24年均最大24小时雨量(mm);查等值线图或采用当地资料;

5、Cv、Cs:

Cv---变差系数(反映各次值与多年平均值的相对大小)

Cs偏差系数(反映各次值的偏差情况);与当地的地理位置、降雨、

地形、地貌、植被及汇水面积等因素有关。

一般地区:

Cs=3.5Cv梅雨期:

Cs=3~4Cv

台风期:

Cs=2~3.Cv

Cv>0.6的地区:

Cs≒3.0CvCv<0.45的地区:

Cs≒4.0Cv

Cv24最大24小时暴雨变差系数,查等值线图或采用当地资料;

6、Kp查皮尔逊Ⅲ型典线的模比系数表;

7、H24p设计频率p的最大24小时雨量(mm);H24p=Kp·H24

8、n值暴雨强度衰减指数;其分界点为一小时,n取值通常按下列二位小数取值:

0.3、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、

当t<1小时:

取n=n1;查图或采用当地资料;

多数情况都处于24>t>1小时这一状况:

取n=n2;求法:

(1):

查图(!

(2):

采用当地资料;

1)、四川省水文手册计算方法:

手册给出了:

10分钟、1小时、6小时、24小时、1日、3日、7日、和可能最大24小时等最大时段的暴雨和Cv等值线图、皮尔逊Ⅲ型典线的模比系数Kp表供naan查用。

使用时首先查出所在地的H1/6、H1、H6、H24、Kp后,计算相应的H1/6p、H1p、H6p、H24p、值。

再按需要求算各时段的设计暴雨量。

A、当历时t=1/6~1小时范围内:

Htp=Sp·(t)1—n1/6=H1p·(t)1—n1/6=H1/6p·(t/6)

1/6—1

式中:

Sp=H1p·1n—1=H1p=H1/6p·(1/6)n1/6—1

n1/6=1+1.285lg(H1/6p/H1p)

B、当历时t=1~6小时范围内:

Htp=Sp·(t)1—n1=H1p·(t)1—n1=H6p·(t/6)1—n1

式中:

Sp=H1p·1n—1=H1p=H6p·6n1—1

n1=1+1.285lg(H1p/H6p)

C、当历时t=6~24小时范围内:

1—n24

Htp=Sp·(t)1—n24=H24p·(t/24)1—24式中:

Sp=H24p·24n24—1=H6p·6n24—1

n24=1+1.661lg(H6p/H24p)

D、长历时(1~7日)暴雨公式:

Htp=H24p·Tm·p

mp=a+blgP

式中:

T设计暴雨的历时(日);ab参数查附图;p设计频率(%)

9、Sp设计频率的暴雨雨力(mm/h);可用下式计算

1-n

Sp=H24p/241-n

也可查表按公式Sp=H24(1+Cv24·Φ)计算

Φ查皮尔逊Ⅲ型典线的离均系数表(据Cs~P%查对应的Φp);

Cs---最大24小时暴雨偏差系数,采用当地资料或取:

Cs=3.5Cv

10、α降雨历时=24小时的径流系数;查表或采用当地资料;

降雨历时=24小时的径流系数α值表

地区

α

H24

粘土类

壤土类

沙壤土类

山区

100~200

0.65~0.80

0.55~0.70

0.40~0.60

200~300

0.80~0.85

0.70~0.75

0.60~0.70

300~400

0.85~0.90

0.75~0.80

0.70~0.75

400~500

0.90~0.95

0.80~0.85

0.75~0.80

>500

>0.95

>0.85

>0.80

丘陵区

100~200

0.60~0.75

0.30~0.55

0.15~0.35

200~300

0.75~0.80

0.55~0.65

0.35~0.50

平原

300~400

0.80~0.85

0.65~0.70

0.50~0.60

400~500

0.85~0.90

0.70~0.75

0.60~0.70

>500

>0.90

>0.75

>0.70

11、hR计算hR=αH24p

地区综合设计暴雨所产生的地面径流深,一般用24小时降雨的径流深h24;12、hnR计算

13计算

Sp

n

hR

14、μ产流参数(或称损失参数、入渗率)(mm/h),随汇水面积减少而增大。

受流域土壤、植被、暴雨特性(大小、历时、有无前期降雨等)有关,代表产流历时内的平均损失率。

反映地表渗水能力而且与降雨。

当tc<24小时可由下式Sp

n

求出:

或根据hR、n查图或按下式计算:

nSpn1

μ=(1-n)n1-n(hR)1-n

当产流历时tc>24小时:

μ=(1-α)H24/24(mm/h)

化关系为:

-0.19

μ=K·F-0.19K值变化归纳如下:

根据实测资料的对应分析,

μ值随集水面积的减小而增大。

在四川其平均变

地区

流域地形地貌

平均K值

Cv

Cs=kCv

青衣江~鹿头山暴雨区

相对高差在200m以上,地势较陡,切割较深,植被较好,有部分荒山或坡地

μ-0.19

μ=6·F

0.15

Cs=3.5Cv

盆地丘陵区

相对高差在200m以下,地势较平缓,植被较差,开垦度大,多为水平梯田

μ-0.19

μ=4.8·F

0.18

Cs=3.5Cv

盆缘山区、川西南山地

同上。

土层较薄,石灰岩分布较

普遍。

μ-0.19

μ=3.6·F

0.23

Cs=3.5Cv

15、流域特征系数θ计算:

水科院式:

θ=L/J1/3四川计算式:

θ=L/(J1/3·F1/4)

★注意:

二式区别,相差△θ=1/F1/4

F越小△θ越大,F越大△θ越小,

F

0.1

0.5

1.

50

F1/4

0.562

0.481

1.0

1.778

2.115

2.659

3.162

3.4996

△θ

1.778

1.189

1.0

0.562

0.473

0.376

0.316

0.286

16、汇流参数ω(或用符号m):

反映洪水的汇集特性,与河网(支沟)及沟

槽水力特性等有关有资料时用公式计算

 

无资料时则查汇流参数ω值表

流域河道特征

θ=

1~30

θ=

30~100

θ=

100~

400

周期性水流,陡涨陡落,宽浅河道,河床为粗砾石,植被覆盖差,黄土沟壑区,洪水挟带大量泥沙

0.8~1.2

1.2~

1.4

1.4~

1.7

周期性或经常性水流,河床为卵石,有滩

地并长有杂草,多灌木或田地

0.7~1.0

1.0~

1.2

1.2~

1.4

雨量丰沛湿润地区,河床为山区型卵石、

砾石河槽,植被较好、多水田

0.6~0.9

0.9~

1.1

1.1~

1.2

 

经验统计:

流域面积(km2)

<1.0

1~20

20~100

100~500

ω汇流参数

0.4

0.6

0.8

1.1

 

四川省汇流参数ω与流域特征系数θ关系

地区

洪水特征及主要影响因素

汇流参数式

θ=1~30

θ=30~300

盆地丘陵区

造峰暴雨历时一般较短,层强度集中,植被较差,开垦度大,调蓄能力小,洪峰涨退快,基流较低

ω=0.40θ0.204

ω=0.092θ0.636

盆缘区

造峰暴雨历时一般较长,时空分布较均匀,植被较好,水系河网发育,调洪作用大,洪峰涨快退慢,基流较高

ω=0.318θ0.204

ω=0.055θ0.72

川西南山区

局地性强,造峰暴雨历时短,岩体破碎,土质疏松,透水性强,洪峰上尖下肥,基流较高

ω=0.221θ0.204

ω=0.025θ0.845

 

对于天然滞洪作用(塘、田、岩溶发育地区、森林茂密)较大的流域,汇流系数尚需考虑修正系数。

四川的资料为:

θ=30以下是坡面汇流为主,θ=30以下是河道汇流为主的大约分界点(相当于F=100km2;L=20km)

θ

1

23

4

5

6

7

8

9

10

15

20

25

30

修正系数K

平均

0.52

0.59

0.64

0.67

0.70

0.73

0.75

0.77

0.79

0.80

0.87

0.92

0.96

1.00

最大

0.67

0.72

0.76

0.79

0.81

0.83

0.84

0.85

0.87

0.88

0.92

0.95

0.98

1.00

最小

0.38

0.46

0.52

0.56

0.60

0.63

0.66

0.69

0.71

0.73

0.82

0.89

0.95

1.00

17、ω·J1/3/L计算

18、Sp·F计算

19、τ0径流系数ψ=1时的洪峰流量汇流时间。

一般可根据ω·J1/3/L

和Sp·F及n值查相关图,或按下式计算:

τ0=【0.2783/4/(ωJ1/3/L)·(Sp·F)1/4】4/4-n

=【0.383/ω/(θ·Sp1/4)】4/4-n

20、计算τ0

21、计算

μn

τ0

Sp计算;

μn

τ0

22、ψ洪峰流量系数。

当径流系数ψ=1时,根据Sp及n值查图求出;

(8)、(21)、(22)三者的关系:

μn

Spτ0

n>ψ时:

部分汇流

>tc

汇流时间大于产流历时

tc

ψ=n

(tc/

)1-n

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.6

0.7

0.7

0.8

0.8

0.9

0.9

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0.6

0.5

0.5

0.4

0.4

0.4

0.3

0.3

0.2

0.2

0.1

0.1

0.0

0.0

35

86

40

95

50

10

65

20

80

35

95

45

98

50

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.7

0.4

0.2

0.1

0.0

0.0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

8

8

6

98

50

n=ψ

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.6

0.7

0.7

0.8

0.8

0.9

0.9

n=ψ

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0.6

0.5

0.5

0.4

0.4

0.4

0.3

0.3

0.2

0.2

0.1

0.1

0.0

0.0

μ

n

τ0

35

86

40

95

50

10

65

20

80

35

95

45

98

50

Sp

μ

n

n<ψ

时:

全面汇流

汇流时间小于产流历时

tc:

ψ=1-

τ0

(μτn/Sp)

0.6

35

0.6

35

0.5

95

0.5

86

0.5

59

0.5

40

0.5

15

0.4

95

0.4

72

0.4

50

0.4

28

0.4

10

0.3

82

0.3

65

0.3

39

0.3

20

0.2

90

0.2

80

0.2

42

0.2

35

0.1

98

0.1

95

0.1

46

0.1

45

0.100

0.0

98

0.0

50

0.0

50

23、τ根据ψ及n查图求出τ=N;

τ0τ0

24、流域汇流时间(小时);与ψ之间的理论关系:

-1/(4-n)

=τ0·ψ

根据24步查图则为:

=τ0·N

或根据实测资料计算。

tc=ψ=n0

A、=tc汇流时间等于产流历时

μnμn

τ0τ0ψ

当Sp<0.3或Sp>0.3且(ψ-n)<0.1的范围内,ψ值的计算可用下式:

μn

τ0

ψ==1-1.1(Sp)计算。

B、全面汇流:

ψ值变化不大,计算可用下式:

μn

τ0

ψ==1-1.1(Sp)计算,最大误差不超过0.02必要时也可按下式计算:

ψ=1-(μτn/Sp)

Qp=0.278hRF/

=0.278hRF/Qp

1-n

C、部分汇流:

>tc汇流时间大于产流历时tc:

ψ=n(tc/)

Qp=0.278·ψ·f·Sp/tcn

25、计算τn计算

26、计算Qp按公式Qp=0.278(·Sp/n)F计算。

27:

产流历时Tc(小时)Tc=【(1-n)Sp/μ】1/n

全面汇流:

Tc=【(1-n)(9)/(14)】1/n≤t

式中t降雨历时(小时)

28、大流域面积修正系数(D):

参见附表

雨强与流域面积的关系:

大于10km2的流域需进行修正。

(见下表)对于大流域因为降雨的不均匀性需要进行修正;根据我国峨眉、子洲、天水、

绥德、丹东、涝山、祁仪等站的实测记录统计其不均匀性平均修正系数:

η=1/(1+0.016·F0.6)

或查下表(10km2以下修正系数小于10%故可不考虑修正)

少雨

F

(km2)

1

2

3

5

7

10

15

20

30

40

计算η1

0.98

0.976

0.97

0.96

0.95

0.94

0.92

0.91

0.89

0.87

上限η2

1.0

0.98

0.97

0.95

0.94

0.93

0.91

0.90

0.89

0.87

中值η3

1.0

0.95

0.96

0.92

0.91

0.90

0.86

0.81

0.77

0.74

下限η4

1.0

0.92

0.90

0.85

0.82

0.79

0.75

0.71

0.64

0.59

F

(km2)

5

0

200

300

计算η1

0.86

0.84

0.83

0.82

0.81

0.80

0.72

0.67

上限η2

0.85

0.83

0.82

0.80

0.77

0.78

0.70

0.66

中值η3

0.70

0.68

0.66

0.64

0.62

0.60

0.48

0.40

下限η4

0.54

0.50

0.47

0.44

0.42

0.40

0.33

0.25

 

多雨

F

(km2)

1

2

3

5

7

10

15

20

30

40

计算η1

0.98

0.976

0.97

0.96

0.95

0.94

0.92

0.91

0.89

0.87

上限η2

1.0

0.98

0.97

0.95

0.94

0.93

0.92

0.91

0.89

0.87

中值η3

1.0

0.94

0.92

0.91

0.90

0.89

0.87

0.83

0.78

0.74

下限η4

1.0

0.94

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

 

F

(km2)

5

0

200

300

计算η1

0.86

0.84

0.83

0.82

0.81

0.80

0.72

0.67

上限η2

0.85

0.83

0.82

0.81

0.80

0.79

0.72

0.67

中值η3

0.71

0.68

0.65

0.62

0.61

0.60

0.49

0.42

下限η4

0.52

0.48

0.46

0.44

0.42

0.40

0.33

0.30

推理公式计算设计频率暴雨洪峰流量用表

工点名称:

序号

计算参数

取值方法

工点名称:

方法1

(2%)

方法2

(5%)

选用值

1

F(km2)汇水面积

实测或从地形

图上量测

2

L(km)主河道长度

3

主河道平均坡降J

3-1

1/3

J

计算

3-2

1/4

J

计算

4

H24多年平均最大24小时等时段雨量

查省水文手册

等值线图

H24=

H6=

H1=

H1/6=

5

Cv24最大24小时等时段暴雨离差系数偏差系数:

Cs=3.5Cv

Cv24=

Cv6=

Cv1=

Cv1/6=

6

Kp模比系数

Cv24=

2%=

查省水文手册查皮尔逊Ⅲ型典线

Kp24=

Kp6=

Kp24=

Kp6=

5%=

Cv1=

2%=

5%=

Kp1=

Kp1/6=

Kp1=

Kp1/6=

7

H24p=Kp·H24设计频率p

计算

(4)×(6)

H24p=

H24p=

的最大24小时雨量

H6p=

H6p=

H1p=

H1p=

H1/6p=

H1/6p=

8

n2或(n1)暴雨强度衰减指数;

1、查手册(p、20、21)图

1-4与1-5

n1=

n1=

n1:

0.4、0.45、0.50、0.55、

0.60、0.65、0.70;n2:

0.60、0.65、0.70、

2、计算:

★t=24~6小时:

n2=1+

n2=

n2=

0.75、0.80、0.90

1.661lg(H6p/H24p)

★t=6~1小时:

n2=1+

1.285lg(H1p/H6p)

★t=1~1/6小时:

n1=1+

1.285lg(H1/6p/H1p)

9

设计频率的暴雨雨力

1-n

Sp(mm/h)=H24p/24

n-1

(7)×24

n-1

=H24p×24

10

降雨历时=24小时的径

查手册(p、22)表:

1-10

流系数

山区沙壤土

11

地面径流深

计算:

(10)×(7)

hR(mm)=αH24p

(数值上等于净雨深)

12

hnR

n

计算:

(11)

13

SphnR

计算:

(9)/(12)

14

μ(mm/h)产流参数(或

称损失参数、入渗率)

查图:

(p、23)图1-6计算:

nμ=(1-n)n1n

Sp1

n

(hR)1-n

15

流域特征系数θ

θ=L/J1/3

计算:

(2)/(3-1)

16

汇流参数ω

(ω有的公式用m表示)当J=0.0005~0.3可用下式计算其平均值

-1/3ω=0.2J或地区特性

计算(见附表)

查手册(p、24)

表:

1-11

川西南山地:

θ=1~30

ω=0.221θ0.204

θ=30~300

ω=0.025θ0.845

17

ω·J1/3/L

计算:

(16)×(3-1)/

(2)

18

Sp·F

计算:

(9)×

(1)

19

τ0(小时)径流系数ψ=1时的洪峰流量汇流时间τ3/4

τ0=【0.278/(17)

1/4(4/{4-n})×(18)】

==【0.383/(17)×

1/4(4/{4-n})

(18)1/4】(4/{4-n})出自《铁路桥涵水文》

查手册(p、24)图:

1-7部分汇流计算:

τ3/(4-n)

τ0=【0.2783/(4-n)】/

(4/{4-n})(17)(4/{4-n})

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