6第六章:暴雨设计洪水(二)解析

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思路:
选择一场典型暴雨过程; 以各时段设计暴雨量为控制,按分时段同频率缩
放,即得到设计暴雨过程线。 该法基本上与设计洪水过程线的确定方法相同。
➢具体步骤: 1) 选择典型暴雨
a) 有资料条件下典型暴雨时程分配的推求
具代表性,能反映设计地区大暴雨一般特性如该 降雨类型出现次数较多,分布形式接近多年平均 或常遇情况;
点面折算系数利用同期观测资料按下式计算: =PA/Po
式中, :固定点面折算系数
PA:某时段固定流域面雨量 Po:某时段固定点(流域中心点附近)雨量
具体作法:
当流域具有较多点和面雨量资料时,可采用一年多 次选样法,但同次(时间)点和面暴雨量相关关系不 好,若以代表站点雨量和流域面雨量分别由大到小排 列,按同序号(即同频率)建立相关关系,则有较好的 相关关系,由相关线定出面雨量和点雨量的平均比值
按此次的暴雨为60年一遇计,重新适线计算得 CV = 0.58 ,与邻近各站(CV=0.4~0.6 )较为协调。
1973年特大暴雨的重现期按60年计
n=20
n=21
图10-22 福建四都站最大一日雨量频率曲线
如何判断是否为特大暴雨?
1979年中国水科院在分析全国特大暴雨资料 的基础上绘制了“历次大暴雨分布图”
而减小的特征,称作暴雨中心点面关系曲线。将地区 各次暴雨关系曲线加以概化,取平均线或上包线,则
根据概化-F关系曲线,由F可确定出。
=Pi /P0
1.0
上包线
各次实测关系曲线
0.5
平均线
59(年) 58 57
Pi- 面平均雨量 P0- 暴雨中心点雨量
56
F(km2)
某地区暴雨中心点面关系曲线
以上作点面关系曲线,由于各场平均暴雨的 中心点和等雨量线的位置即暴雨分布都是在变动 的,所以常称为“动点动面关系”。
直接法计算的面雨量与间接计算结果进行比较。
归纳直接法计算设计面暴雨量的步骤:
1、由流域点降雨量推求面平均降雨量; 2、按固定时段年最大值独立选样法确定不
同时段的面降雨量,各自组成样本系列; 3、进行系列的频率计算,求不同时段设计
面降雨量; 4、设计面暴雨量计算成果的合理性分析; 5、进行设计暴雨时程分配(后述)。
特大值处理的关键是确定特大暴雨的重现期, 由于历史暴雨不能直接考证,一般只能通过洪水调 查并结合历史文献中有关灾情资料来分析判断。一 般认为,当流域面积不大时,流域平均降雨量的重 现期与相应的洪水的重现期接近。
如上述的1973年特大暴雨的重现期就是通过洪 水调查了解到1915年洪水是120年以来最大的,1973 年的洪水是120年以来第二大,据此判断1973年的暴 雨重现期约为60~70年。
日次
123
典型暴雨过 37.2 7.9 3.2 程(mm)
求:设计暴雨的时程分配
4567 4.5 20.9 65.0 12.2
【解】 a) 确定典型暴雨各时段的最大暴雨量:
最大一日暴雨量:x1=65.0 mm 最大三日暴雨量:x3=20.9+65.0+12.2=98.1 mm 最大七日暴雨量:x7=150.9 mm
暴雨总量大、强度大且接近于设计条件; 对工程安全较为不利的暴雨过程,如暴雨的核心
部分(称主雨峰)在暴雨过程的后期出现。
b) 无资料条件下典型暴雨时程分配的推求
借用邻近暴雨特性相似流域的典型暴雨过程; 引用各省(区)水文手册按地区概化的典型暴雨雨
型来推求设计暴雨的时程分配(该雨型一般以百 分数表示)。
= PA / P0
P0

同次暴雨资料 同序号暴雨资料
= PA / P0=ctg
PA 定点定面雨量相关图
(2)动点动面关系(暴雨中心点面关系)
是按照各次暴雨中心和暴雨分布等值线图求到, 因各次的暴雨均不一样,故称为动点动面关系。
计算步骤: a) 绘出流域各次大暴雨在某一时段内雨量等值线图;
2) 由暴雨点面关系推求设计面雨量
a) 当流域面积较小时(在几十平方公里以内), 可直接用点设计暴雨代替面设计暴雨
b) 当流域面积较大时,面平均雨量随流域面
积的增大而减小,采用点面折算系数 将
点雨量转换为面雨量
暴雨点面关系通常有以下二种:
(1)定点面关系: 点面关系由于其点雨量位置
和流域边界历年中都是固定不变的,故称为 定点定面关系。
2) 推求设计暴雨过程线
采用分时段同频率控制缩放法(控制时段一般 采用1d、3d和7d)。
【例】
已知:某流域典型暴雨的7日分配过程如下表所示, 该流域 P=1%的一天设计暴雨量 x1P= 145mm,三 天设计暴雨量 x3P= 235mm,7天设计暴雨量 x7P = 293.1mm。
某流域典型暴雨的7日分配过程
可根据算术平均法,面积加权平均法或等值 线法由点雨量推求面雨量。
b) 统计选样:
暴雨量选择方法与洪量相同,采用固定时段 年最大值独立选择法,时段的长短视流域大小、 暴雨特性及工程的重要性等确定,水文计算中习 惯以1天作为长短历时的分界:
长历时暴雨:1d, 3d, 7d, … (适合于大中型工程) 短历时暴雨:1hr, 3hr, 12hr, … , 24hr (适合于小型
分别选取不同时段的年最大值(定时段年最大选 样法)分别组成各个样本系列;
分别进行频率计算得到不同时段的设计点暴雨 量。
如果样本系列代表性不足,应进行插补延长:
由于暴雨的局地性,使得相邻站暴雨资料的 相关性往往较差,故一般不宜用相关法插补延长 点暴雨资料,可采用:
a) 当邻站与设计站靠得很近,且地形等条件一 致时,可直接借用邻近站的某年份暴雨量资料;
6.3.2 设计面暴雨量的计算
推求设计洪水所需的设计暴雨是指设计 条件下的 流域面平均暴雨量 ,即设计面暴雨 量。其分析计算可分为直接法和间接法。
1、直接法推求设计面暴雨量 该方法的适合条件: 设计流域雨量站较多,分布较均匀; 各站有较长的同期观测暴雨资料。
a) 选择流域平均面雨量的计算方法:
6.3.2 间接法推求设计暴雨量
思 路:
选择点雨量的代表站; 经频率分析计算,求出点设计暴雨量; 由设计点暴雨量转换成设计面暴雨量; 进行设计暴雨时程分配。
1) 设计点暴雨量的计算:
⑴ 有较多点雨量观测资料时的设计点暴雨量 推求方法如下:
点雨量站最好位于流域形心附近,观测资料较 长(n > 20),可选为代表站;
工程)
注意:
对于某一确定的降雨时段,实际降雨若不是连 续的,则实际降雨历时应小于或等于统计时段;
同一年各暴雨的特征值的选取可以属于同一场 暴雨,也可以不属于同一场暴雨,选样符合最大 原则。
【例】 某流域日平均降雨过程为:
. . . 20, 87, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 38, 74, 25, 30, 4, . . .
2006年水利部水文局编制了”中国暴雨统计 参数图集” 给出各次大暴雨的中心位置及其24小时雨量, 可作为判断大暴雨的参考。
d) 面暴雨频率计算
面雨量统计参数的计算,一般采用适线法。 线型采用P-III型。根据我国暴雨特性及实践 经验,我国暴雨的CS与CV的比值K: 一般地区K为3.5左右;
【例】
福建四都站有1972年以前最大1日雨量的20年 系列,经频率计算求得 :
x 102 mm, CV=0.35 , CS=3.5CV ,
由此求出万年一遇的一日雨量为 x0.01%=332mm
该站1973年出现一特大暴雨(一日最大雨量 为332 mm,恰好与万年一遇的数值相同)
将其加入原系列进行频率计算得:CV=1.10 , 但与邻近流域(CV=0.4~0.6)相比,相差悬殊,明显 不合理,故应当对特大暴雨进行特大值处理。
所依据的原理是:气候是影响暴雨的主要因 素,气候条件呈地带性变化规律,故暴雨特性及 其统计参数亦呈地理变化趋势。
全国及各省(区)均编制了暴雨均值和CV等值 线图和CS/CV分区数值表可供使用。
北京市年平均24小时雨量CV等值线图
利用等值线图推求设计暴雨的具体做法:
第六章
设计洪水
(二)
6.3 由暴雨资料推求设计洪水
6.3.1 直接法推求设计暴雨 6.3.2 间接法推求设计暴雨 6.3.3 设计暴雨的时程分配 6.3.4 设计净雨的计算 6.3.5 由设净雨推求设计洪水
6.3 由暴雨资料推求设计洪水
利用暴雨资料推求设计洪水适合下列情况:
设计流域缺乏实测洪水资料 设计流域的径流形成条件发生显著变化使得
b) 根据已求到的各时段设计暴雨和选出的典型 暴雨量计算放大倍数:
K1

x1P x1
145.0 65
2.23
K3

x3P x3
-
x1P x1

235.0 -145.0 98.1- 65.0

90 33.1

2.72
K4

x7P - x3P x7 - x3
最大一日雨量: x1d= 87mm 最大三日雨量: x3d= 38+74+25=137mm
c) 暴雨特大值处理:
暴雨特大值系指实测特大暴雨或历史调查特
大暴雨(暴雨量级在地区上比较突出),一旦系列 中出现罕见的特大暴雨,会使频率计算结果大大 的改观。
判断大暴雨是否属于特大值,一般可以从经 验频率点据偏离频率曲线的程度、模比系数KP的 大小、暴雨在地区上是否很突出以及论证暴雨的 重现期等方面进行分析确定。
b) 当周围有足够数量的雨量站,可绘制缺测年 份各次大暴雨或各时段年最大值的等值线图,用 地理内插法求设计站的暴雨量;
c) 当设计站暴雨与本站的洪峰流量或洪水径流 量相关关系较好时,可利用实测或调查到的洪水 资料插补延长。
⑵ 缺少雨量资料时的设计点暴雨量的推求方 法如下:
在暴雨资料十分缺乏的地区,可利用暴雨等 值线图或参数的分区综合成果推求设计点暴雨量。
a) 需先在某指定时段的暴雨均值和CV等值线图 上分别画出设计流域的范围(分水线)并点出设计 流域的中心位置;
b) 然后应用插值法确定流域中心点的暴雨均值 和CV 值,CS可依据CS/CV 分区数值表上确定或通 常选定暴雨的CS = 3.5CV ;
c) 根据三个统计参数求到相应的P-III型曲线, 进而可求出指定设计频率的该时段设计点暴雨量。 同理,可求出其他各时段的设计点暴雨量。
在CV > 0.6的地区, K约为3.0; 在CV < 0.45的地区, K约为4.0。
以上比值可供适线时参考。
e) 设计面暴雨量计算成果的合理性分析
从以下几个方面进行合理性分析:
对各种历时的面暴雨量统计参数(如均值、变 差系数)进行分析比较,这些参数应随流域面 积增大而变小;
❖ 与邻近地区已有的特大暴雨的历时、面积、雨 深进行比较;
为工程设计安全计,取各场暴雨的 - F 关系
平均线的上包线作为设计点暴雨量推求设计面暴 雨量的依据。
设计面暴雨量为:
PA设= P0设
式中, P0设:单站设计暴雨量 PA设:流域设计面暴雨量
6.3.3 设计暴雨的时程分配
求到各历时的设计面雨量后,还需确定设计暴 雨在时程上的分配,即推求设计暴雨的降雨强度 过程线,也称作“设计雨型”。
洪水资料的一致性受到破坏 即使洪水资料充足,用暴雨资料来推求设计
洪水可以进一步论证设计成果的合理性
由暴雨资料推求设计洪水的方法:
数理统计法-由暴雨资料推求设计洪水 水文气象法 推理公式法
➢ 由暴雨资料推求设计洪水的步骤:
前提:假定暴雨与洪水是同一频率。
(1) 设计暴雨计算:由当地暴雨实测系列求出设 计暴雨量及其时程分配;
b) 自暴雨中心向外顺序计算各闭合 等雨量线所包围的面积Fi 以及该面 积上的面平均雨量Pi ;
c) 计算各个面平均雨量Pi 与暴雨中 心点雨量P0的比值:
Pi (点面转换系数)
P0
Fi
暴雨中心
某时段暴雨量等值线图
d) 根据各相应的比值和F值,绘 -F的关系曲线;
-F关系曲线反映各次暴雨面平均雨量随面积增大
(2) 产流汇流计算:通过产流计算推求出设计 净雨量及其时程分配,再由汇流计算出相 应的设计洪水过程。
6.3.1 暴雨资料的搜集、审查和延长
1) 暴雨资料的搜集: a)主要来自水文站网和气象站网的整编的 雨量观测资料; b)大暴雨的调查资料。
2) 暴雨资料的审查(可靠性,一致性,代表性) 3) 暴雨系列的代表性分析 4) 暴雨资料的插补延长
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