工程水文学可能最大降水培训课件

第二节 可能最大的估算方法
相似替换遵循的原则： （1）大环流形式要基本一致 （2）产生暴雨的天气系统相同 （3）雨型及演变要大致相似 （4）暴雨发生的季节要相同
第二节 可能最大的估算方法
➢ 暴雨组合的方法 1.连续性分析方法 2.大于典型年相似过程替代法 3.长短历时相关法
适用条件 设计流域内缺少长历时、大范围的特大暴雨资料。主
要适用于流域面积大、设计洪水历时长的工程。
第三节 流域PMP计算
PMP的时面深曲线图所表示的只是设计流域所在地 区各种雨面的平均雨深，而不是设计流域的面平 均雨深，因此要求流域的可能最大洪水PMF还需要 解决以下问题：
（1）须将地区的PMP雨量转化为设计流域的平均 雨量。
（2）须将流域面平均雨量的时空分布和前期影响 雨量定出，便于推求设计流域的PMF。
7.45td
e=6.1110235td (hPa)
若大气中水汽压为e=12.3hPa，则可推得当时的露点为10℃。 露点时反映水汽含量的物理量。
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
水汽压e、比湿q、露点td三者有如下关系：
q=622
e
3800
10
7.45td 235td
(g
/ kg)
pp
【例1】水汽压为75.4hPa，在气压为1018hPa时，比湿为：
Kww (WAm )ZA / (WA )ZA 式中：KWw为水汽放大系数；(WAm )ZA为移置对象的可降水
第二节 可能最大的估算方法
➢ 暴雨移置的改正和放大综合系数
采用先放大后移置水汽放大系数
地理改正系数 地形改正系数
Kww (WAm )ZA / (WA )ZA
K2 =（WBm )ZB / (WBm )ZA
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
气象要素
表示大气中物理现象的物理量称为气象要素，如气温、 气压、湿度、风、降水量、蒸发等。
1.气压P 气压指大气压强。静止大气中某一高度上的气压值，等
于其单位面积上所承受的大气柱的重量，单位以百帕（hPa） 或毫米汞柱（mmHg）表示。
在 标 准 状 态 下 ， 海 平 面 气 压 为 760mmHg ， 或 相 当 于 1013.25hPa，称为一个大气压。
干 空 气 绝 热 上 升 或 下 降 100m 时 ， 其 温 度 降 低 或 增 高 1℃，这称为干空气绝热直减率，用rd表示，rd=1℃/100m。
饱和空气直减率用rm表示。
水汽凝结后，若凝结的水滴、冰晶留在气块中，虽气块作垂直 运动，称之为湿绝热过程。若有一部分或全部作为降水脱离气块 降落到地面，称之为饱和假绝热过程。
单位mmHg或hPa。 （3）饱和水汽压es。一定体积空气中能容纳的水汽量是
有一定限度的，如果空气中的含量达到这个限度，空气就呈 饱和状态，这时的空气称为饱和空气，饱和空气中的水汽压 称为饱和水汽压es。
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
由理论分析和实验证明，饱和水汽压es与温度t的关系如
下：
7.45 t
60
99.8 95.4 70.2 45.3 26.0
100
99.4 86.7 63.4 39.4
200
98.2 86.6 63.3
500
1.0
99.3 91.8
1000
99.3
1000
0.1 0.2 0.3 0.5 1.0 2.0 3.0 5.8 9.5 18.1 39.4 63.2
第一节 可能最大降水Байду номын сангаас可能最大洪水
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
1hPa 103 dyn / cm2 3 mmHg 1mmHg 4 hPa 4
3
一定数量的气压值对应着一定的高度，天气学上常用的等压面的 气压值与其高度如表与图所示：
500hPa
5500m
等压面
海拔 等压面 海拔
（hPa） （m） （hPa） （m）
1000 约为海平面 500 约为5500
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
2.可能最大代表性地面露点的选定 在PMP计算中，可能最大露点确定方法：历史
最大露点法和频率计算法： （1）历史最大露点法（30年资料），分月选
用历年中最大持续12h地面代表露点，进而求得 全年的可能最大露点。
（2）频率计算法（分月进行频率计算，选择 P=2%露点值做为月最大值，再选出年最大值）
第二节 可能最大的估算方法
传统方法：当地暴雨放大、暴雨移置放大、暴雨组 合放大、暴雨时面深概化法。
当地暴雨放大 ➢ 水汽放大
= P /T i
WW
降水效率
当选定的暴雨是高效暴雨时，即 =m 时，可用 水汽极大法推求可能最大暴雨量：
Pm
Wm W典
P典
可能最大露点
地面代表性露点
第二节 可能最大的估算方法
K1 =（WBm )ZA / (WAm )ZA
综合改正系数
该方法适用于罕见 特大暴雨的放大
K K1K2KWw （WBm )ZB / (WBm )ZA
第二节 可能最大的估算方法
暴雨组合法
➢ 暴雨组合法的概念 将两场或两场以上的暴雨，按天气气候学原理，合理
地组合在一起，组成新的理想特大暴雨序列，以此作为 典型暴雨来推求PMP的方法，称为暴雨组合法。
10
20
50
100
200
1
20
10
5.0
2.0
1.0
0.5
2
36
19
9.7
4.0
2.0
1.0
3
48.8 27.1 14.3
5.9
3.0
1.5
5
67.2 41.0 22.6
9.6
4.9
2.5
10
89.3
65.1
40.1
18.3
9.6
4.9
20
98.8 87.8 64.2 33.2 18.2
9.5
30
99.9 95.8 78.5 45.4 26.0 14.0
➢ 可能最大降水（简称PMP ）：Probable Maximum Precipitation相应最大洪水的降水量。
➢ 可能最大洪水（简称PMF）： Probable Maximum Flood.
PMP定义：在现代气候条件下，一定面积上，在给定历 时内，可能发生的最大暴雨。
可能最大洪水PMF计算分为两大步骤：第一步是由地 区的PMP求得设计流域的PMP；第二步是研究设计流域 PMP的时空分布，即推求设计流域的可能最大洪水。
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
湿绝热线
气压对数标尺
凝
结
高 度
干绝热线
1000
绝热线图
hPa 0
温度对数压力图
露点的垂直分布将遵循湿绝热线，也就是说只要知道地面（P0=1000hPa） 的露点值就可以求出不同气压层的露点值。
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
可降水量
可降水量是指截面为单位面积的空气柱中，自气压为P0的 地面至气压为P（一般取200-300hPa）的高空等压面间的总
水汽质量(m ） 水汽密度（a）
q 湿空气质量（wm）= 湿空气密度（）
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
（6）露点td。保持气压及水汽含量不变，降温使水汽刚好达 到饱和时的温度称为露点温度，简称露点。（在气压一定时， 露点的高低只与空气中水汽含量有关，水汽越多露点越高） 气温等于露点时的饱和水汽压，就是当时实际大气的水汽压， 即：
es 6.1110235t (hPa)
即气温越高，饱和水汽压越大，空气中能容纳的水汽量 越多；气温越低空气中能容纳的水汽将越少。
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
（4）相对湿度f。大气中实际水汽压e与当时温度下的饱和 水汽压es之比称为相对湿度。
f= e es
显然，当空气饱和时，f=100%。 （5）比湿q。在一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量 之比称为比湿q，单位g/g或g/kg，即：
第十章 可能最大降水/可 能最大洪水
第十章 可能最大降水/可能最大洪水
第一节 可能最大降水/可能最大洪水 第二节 可能最大的估算方法 第三节 流域PMP计算 第四节 可能最大洪水
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
特定年限内的危机率U（%）：U
1 (1
1 )N T
年限 （N年）
5
设 计 洪 水 标 准T (重 现 期）
常采用相似过程替代法
第二节 可能最大的估算方法
相似过程替代法是以降雨天气持续特别（或较为）反常的 某一特大暴雨（或大暴雨）过程，作为相似代换的基础，将 典型中降雨量较少的一次或数次降雨过程，用历史上环流形 势基本相似、天体系统大致相同而较大的另一场暴雨过程或 数场暴雨过程予以替换，从而构成一长历时新的暴雨系列。 如：原典型暴雨过程A-B-C，现有一场较严重的暴雨过程M， 其环流形式天气系统与B相似，可以将暴雨系列替换为：AM-C。
水汽量全部凝结后，所相当的水量，用g/cm2表示。
p
z
dw adz
制成可降水量查算表（附录3）
dp p0
dz
已知td,01000hPa =20℃，求地面至Z 400m处的可降水量
W （t 400
0
d ,01000hPa
20℃）=6mm
z0
代表性露点和可能最大露点
1.典型暴雨代表性露点的选择 一场暴雨的代表性可降水量，可以由某一或某些地点、在特定时间的
850 约为1500 300 约为9000
700
约为300
700hPa
850hPa 1000hPa
3000m 1500m 海平面
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
2.温度t（或T） 空气温度有两种温标：一种是摄氏温标，用t（℃）表示；
另一种 绝对温标，以T（K）表示，T=237+t 3.湿度
空气主要由二氧化碳、氧、氮、惰性气体、水汽等组成。 含有水汽的空气称为湿空气，否则称为干空气。
第四节 可能最大洪水
3）大流域下垫面情况相差很大时应考虑分区，分区因 气象条件及下垫面情况不同而影响洪水形成，有时还需进 行洪水演算。 （2）单位线或模型推求PMF。PMP条件下的汇流，一般可 采用单位线或模型，但须采用由特大雨洪推算出暴雨分别 按近于可能最大暴雨分布的单位线。各种汇流计算应注意 汇流参数的非线性外延的影响。基流可采用特大洪水的最 大值。
q=622 e 622 75.4 =46(g / kg)
p
1018
【例2】已知在850hPa的大气层中，露点温度td=20℃， 则该大气层的比湿为：
q=
3800
7.4520
10 23520
=17.2( g
/
kg )
850
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
气温的绝热变化
如果一个封闭的系统在变化过程中不与外界发生热量交换， 这种变化过程称为绝热过程。空气在和外界没有热量交换的 情况下体积膨胀或压缩称为空气的绝热变化。
（1）查明移置暴雨发生的时间、地点及天气成因，一张等雨量线图 （或者历时-面积-雨深曲线）和普通的天气图。
天气图是指填有各地同一时间气象要素的特制地图。天气图一般分为 地面天气图、高空天气图和辅助图三类
第二节 可能最大的估算方法
（2）由天气条件初步拟定一致区 （3）考虑地形、地理条件的限制，确定移置界限 （4）进行改正与调整 移置改正 （1）流域形状改正 （2）地理改正 （3）地形和障碍调整改正 ➢ 暴雨放大 水汽放大：水汽含量没有达到可能的最大值
地面露点来反映。这个地面露点被称为“代表性露点”。 选择暴雨代表性露点的方法： 1）在大雨区边缘水汽流入方向一侧，选取几个测站，作为暴雨期间
的地面代表性测站 2）每个测站的地面露点的选取是包括雨量最大24h及其以前的24h共
48h时段内，选取其中持续12h最高地面露点，最为该站的代表性露点 3）取各地面站代表性露点的平均值，作为该场暴雨的地面代表性露点。
➢ 水汽效率放大 若暴雨达不到高效，推求可能最大暴雨 的水汽效率放大方法为：
Pm (mWm ) / (W ) p (m /)(Wm / W )P
水汽风速联合放大：
Pm =（Vm / V）（Wm / W）P
各场次典型暴雨风速
2
2
V= V s VW
第二节 可能最大的估算方法
移置暴雨放大
当设计流域（或地区）缺乏特大暴雨资料时，可移用临近流域（或地 区）的特大暴雨资料为设计流域（或地区）的典型大暴雨，称为暴雨移 置法。 移置可行性分析（天气系统、地形条件） 移置的步骤
一般到300-200hPa，（相当于海拔10000m）高空，水汽含 量接近于零。
湿度：表示空气中水汽含量的物理量称为湿度
第一节 可能最大降水/可能最大洪水
湿度的几种表示方法： （1）绝对湿度a，单位体积空气所含的水汽质量，称为
绝对湿度，单位为g/m3。 （2）水汽压e。大气中的水汽所产生的压力为水汽压。
第四节 可能最大洪水
有PMP的时空分布之后，便可研究PMF。
（1）流域前期降雨及下渗决定洪水总量的大小，以下几 项可供考虑：
1）我国湿润地区，可取偏安全数值，令Pa=Im；干旱地 区，Pa可取为各次大洪水前期平均情况作为Pa值;我国大暴雨 主要雨区Pa或可采用Im/2；
2）湿润地区在蓄满产流之后，降雨径流关系呈45°直 线，外延方便。干旱地区可采用下渗曲线或初损后损法，但 必须注意雨强对产流的影响，特大暴雨的径流系数很大，扣 损误差相对较小。