第三讲设计洪水流量

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全国水文分区流量计算参数表 全国水文分区Cv值表 全国水文分区CS/Cv经验关系表
桥涵水文
4.2 根据地区经验公式推算设计流量
全国水文分区流量计算参数表
桥涵水文
4.2 根据地区经验公式推算设计流量
一、全国水文分区流量计算参数表
桥涵水文
4.2 根据地区经验公式推算设计流量
二、全国水文分区Cv值表
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
对于不连续的年最大流量系列,其统计参数的最后确 定,仍是应用适线法最适宜。以上计算的均值和变差系数 ,作为初试值。适线法的基本步骤与连续系列相同。
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
[例4-1-3]某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一个水文站, 能搜集到14年断续的流量观测资料,经插补和延长,获得1963年至1982 年连续20年的年最大流量资料;又通过洪水调查和文献考证,得到1784 年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水;1975年在实测 期内也出现过一次特大洪水。以上洪水资料列于4-1-2第2栏。
m Pm n 1
第一项:m=l+1=1+1=2
P2

2 20 1

0.0952

9.52%
P2

a N 1
(1
a) N 1
ml n l 1

5 (1 5 ) 199 1 199 1
2 1 20 11

0.02875
2.88%
第二项:m=l+2=1+2=3
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4.3 推理公式和经验公式
一、基本概念
暴雨形成洪峰:小流域的特点是面积小、汇流历时短,形成洪峰流量 最不利情况只是数小时的短历时暴雨。因此可假定暴雨强度在全流域内分 布均匀,时空分布变化不大,并可利用点雨量资料。产生洪峰流量的主要 因素是暴雨强度I与流域面积F,设计洪水以“峰”控制,洪峰流量计算的 计算式可写成:
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4.2 根据地区经验公式推算设计流量
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习题作业
1.
2. 在长江南岸深丘区,桥位上游流域面积为250Km2,计算其桥位断面 Q5%的流量。
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4.3 推理公式和经验公式
公路沿线跨越的小河、溪流、沟壑等都是属于小流域。 小流域洪水暴涨暴落,历时短,很少能留下明显的痕迹,往 往又不会引起人们的注意,难以调查到较为可靠的历史洪水 资料,且一般没有水文站的观测资料。实际工作中小流域河 流上的桥梁和涵洞及路基排水系统的设计,一般由暴雨资料 来推求。流量计算多采用推理公式或经验公式。
第四章 设计洪水流量
设计洪水流量:对应于某一设计洪水频率的洪峰流量,简 称设计流量。 设计洪水位:桥位设计计算断面上通过设计流量相应的水 位,简称设计水位。 设计流速:设计流量通过时桥位断面的河槽平均流速。 因此,应根据工程实际情况,按国家颁发的有关规范选定 合适的设计标准,依此推算设计洪水。
《公路工程技术标准》(JTJ001)


K3(
L )1 I
南方地区: K2 (Sp )2 F


K4(
L I
)
2
S3 p
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4.3 推理公式和经验公式
三、经验公式
公式1
Qp Sp F m 2
Sp、 μ、F——同前; ψ——地貌系数,查表4-3-5;
m、λ2——指数,查表4-3-5。
公式2
年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水;1975年在实测 实测期、调查期、文献考证期
期内也出现过一次特大洪水。
文献考证期 调查期 实测期
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
二、资料中特大值的处理(特大洪水处理)
按年最大值法所得的实测洪峰流量,若依年序排列,可有三种类型:
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4.3 推理公式和经验公式
一、基本概念 暴雨:24小时降雨量大于50mm或1小时降雨量大于16mm。
H24>50mm或H1>16mm 净雨:降雨扣除各种损失后形成地面径流的那部分雨量, 即地面径流。 产流过程:从降雨到净雨的过程。 汇流过程:坡面出现汇流后,从流域各处汇集到流域出 口断面的过程。 汇流时间τ(h):从流域最远点流到出口断面的时间
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4.2 根据地区经验公式推算设计流量
三、全国水文分区CS/Cv 值表
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4.2 根据地区经验公式推算设计流量
四、以上各表的使用
五、使用范围 一般用于流域面积F小于50000km2的中等流域的桥位。首先
在地图上勾绘出桥位以上的流域面积F,视流域大部分在哪一 分区中(图4-2-1),就可采用该分区公式。

0.5%
P2

2 199 1

0.010 Байду номын сангаас 1.0%
3 P3 199 1 0.015 1.5%
P
4

4 199
1

0.020

2.0%
P5

5 199 1

0.025

2.5%
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
[例4-1-3]
2、经验频率计算
(2)实测连续系列经验频率计算
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
累计频率 实测资料
统计参数
经验频率曲线 理论频率曲线
但是,由于洪水观测年限与总体相比差之甚远,经验频率点群分布并
不是一条光滑的连续曲线;而由三个参数确定的皮尔逊Ⅲ型理论频率曲线 ,抽样误差也比较大,从而使由计算参数得到的皮尔逊Ⅲ理论频率曲线, 与经验频率点群偏离较大,即两者配合不是很好,因此必须采用某种方法 来确定合适的统计参数,使两者拟合最好。
通过调整统计参数CS、CV,选择一条与经验频率曲线点群拟合最好的 理论频率曲线,这种方法叫适线法。
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
一、适线法的步骤
1. 将审核过的水文资料按递减顺序排列,计算各随机变量的经验频率 ,并点绘于概率格纸上。
2. 计算统计参数CV,假定CS=m·CV,在我国一般取m=2~4。 3. 确定线型,根据 Q 、CS、Pi查表计算确定理论频率曲线的纵坐标,
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4.3 推理公式和经验公式
五、公式的应用
2、求降雨损失参数μ
北方:
K1(Sp )1
查表4-3-2, K1、β1
K1 = 0.65 β1= 0.82
QN——特大值; n——实测期
不连续系列
N——调查或考证的年数,包括实测期n年,首项最大值的重现期
a——特大值的总个数
l——实测年内的特大值个数
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
1、不连续系列的经验频率计算
(1)不连续系列中前a项特大洪水的经验频率计算,按数学期望公式:
PM

M N 1
PM——不连续N年系列前M项的经验频率;
M——特大洪水由大到小的排位序号,M=1,2,…,a;
N——调查或考证的年数,包括实测期n年,首项特大洪水的重现期
N=T2-T1+1 T2——实测连续系列最近的年份; T1——调查考证到最近的年份。
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
1、不连续系列的经验频率计算
绘制理论频率曲线。 4. 观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度,反复调整统计参数
,直到两者符合得最好为止,即可确定统计参数 Q 、CV和CS的采用值 及采用的理论频率曲线。
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
二、资料中特大值的处理(特大洪水处理)
特[例大3洪-1水-3:]某历一史级上公曾路经拟发建生一过座的大,桥或。近桥期位观上测游到附的近,的比一其个它水一文般站洪, 水能大搜得集多到的1稀4年遇断洪续水的。流它量的观重测现资期料不,能经仅插根补据和实延测长系,列获的得长1度96来3年确至定1,982 而年需连要续进2行0年调的查年和最考大证流。量资料;又通过洪水调查和文献考证,得到1784
1、参数计算
不连续系列特大值项数: 实测期: 实测期内特大值个数: 调查考证期:
a=5 n=20 l=1 N=(1982-1784)+1=199
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
[例4-1-3]
2、经验频率计算 (1)前5项特大值经验频率计算
PM

M N 1
P1

1 199 1

0.005
i

Sp tn
净雨量的推求:
降雨量乘以洪峰径流系数,以ψ表示;
降雨量减去雨损(μmm/h)
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4.3 推理公式和经验公式
二、推理公式 公式基本形式:
Qp K H0 F
1、水科院公式(1958年)
i Sp tn
Qp

0.278
Sp n
F
ψ——洪峰径流系数,与流域汇流时间、面积、入渗率
(2)实测n年系列普通洪水经验频率的计算:
方法一:
Pm

m n 1
Pm——连续n年系列中第m项的经验频率;
m——由大到小排位的顺序号,若实测期中无特大洪水,则m=1,2, …,n;若有l项特大洪水,则m=l+1,l+2,…,n
方法二:
Pm

a (1 N 1
a) N 1
ml n l1
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4.3 推理公式和经验公式
五、公式的应用
解:
Qp
0.278(
Sp
n
- )F
1、求雨力SP 查图4-3-1雨力SP等值线图(P=1%) 以桥涵的地理位置(经纬度)查本图,可线性内插。
对本图,可在图4-3-4n值分区图上获得大致的经纬度经度90-100,纬度 40。
查图得SP=50mm/s
Qp

CS
p
F
3
Sp、 F——同前; C、β、λ3——系数,查表4-3-6。
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4.3 推理公式和经验公式
四、公式使用范围 交通部制定的推理公式和经验公式:流域面积小于100km2 的小河沟; 水科院的推理公式:对于多雨湿润地区,流域面积一般在 300km2至500km2以下;干旱地区为100km2至200km2以下。
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第四章 设计洪水流量
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第四章 设计洪水流量
水文统计法 相关分析 地区经验公式
资料多,中等以上流域 资料较少 无水文站观测资料
经验公式或推理公式
小流域
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第四章 设计洪水流量
31 第一节 根据流量观测资料推算设计流量 2 第二节 根据地区经验公式推算设计流量 3 第三节 推理公式和经验公式 4 第四节 桥位断面设计流量水位推算
P3

3 20 1

0.1428 14.28%
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
[例4-1-3]
3、不连续系列统计参数计算
4、适线
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
Q 1801(m3 s) CV 0.36 CS 0.90 Q0.33% 4171(m3 s) Q1% 3718(m3 s) Q2% 3420(m3 s)
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4.3 推理公式和经验公式
一、基本概念
暴雨强度公式:暴雨强度、历时及累积频率三者关系的数学模型
i=f(t,P),称为暴雨强度公式。它用以反映实测点雨量资料的暴雨特性
,也是一种地区性较强的经验公式。
i

Sp tn
i——时段平均暴雨强度;
Sp——频率为p的雨力,Sp=A+BlgT ;
n——降雨递减系数
,降雨衰减系数有关的一参数
K——,取0.278
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4.3 推理公式和经验公式
二、推理公式
2、交通部公路科学研究所公式(1980年)
Qp
0.278(
Sp
n
- )F
Qp——频率为p%的流量(m3/s) Sp——设计频率p%的雨力(mm/h),查图表获得 μ——降雨损失参数(mm/h)
北方地区: K1(Sp )1
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4.3 推理公式和经验公式
由暴两资料推求设计洪峰是以降雨形成洪水的理论为 基础的。按照暴雨洪峰的形成过程,推求设计峰可分三步 进行: ①推求设计暴雨,求不同历时指定频率的设计雨量及暴雨 过程; ②推求设计净雨,设计暴雨扣除损失就是设计净雨; ③推求设计洪水,对设计净雨进行汇流计算,得流域出口 断面的设计洪水。
K为单位换算系数水文学中,Q、i、F的惯用单位有两类,因此K有两 种取值。
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4.3 推理公式和经验公式
二、推理公式 公式基本形式:
Qp K H0 F
Qp——频率为p%的流量(m3/s) K——单位换算系数0.278 H0 ——频率为p%的平均净雨强度(mm/h) F——流域面积(km2)
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4.2 根据地区经验公式推算设计流量
1979年4月,在交通部公路规划设计院主持下,28个省(自 治区)的交通厅和3个部属设计院参加,根据全国1785个水文站 的观测资料,2198站年的历史洪水调查资料,制定了《我国公 路大中桥流量经验公式汇总报告》。报告中把全国分为111个 分区,分区图见图4-2-1。制定了3个表即:
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