第五章小流域設計洪水的計算第一節小流域設計洪水特點第二節水科院推理公式法第三節小流域暴雨徑流研究組公式本章重點：水科院推理公式法的設計洪水計算水土保持工作一般是在小流域上進行的。水土保持工程的規劃設計、測流建筑物的設計都需要研究工程所在地點河流的水文態勢，計算設計洪水。一、小流域設計洪水的意義第一節小流域設計洪水特點

二、小流域設計洪水的概念（1）小流域集水面積:

水文計算通常不超過200-300km2。水保上指的小流域，一般在30km2以下，最多不超過50km2。（2）設計洪水:

指符合一定設計標準的洪水，包括洪峰流量、洪水總量和洪水過程線三個要素。洪峰流量即一次洪水流量的最大值，用Qm表示。洪水總量為一次洪水流過程的總水量。（3）小流域設計標準:

推求設計洪水時，首先確定標準。設計標準是指水工建筑物本身防洪安全的標準。它是水利水保工程規劃設計的一個重要指標。——參閱《水利水電樞紐工程等級劃分設計標準》(SDJl2-78)及《水土保持治溝骨干工程暫行技術規范》(SDl75-86)的規定。

第一節小流域設計洪水特點

一、小流域設計洪水的意義二、小流域設計洪水的概念（1）多數小流域沒有設站觀測，缺乏實測流量和降雨資料。有的小流域雖有短期資料，但具有較多資料的流域很大，自然地理條件相差懸殊，短期資料也難以延展。因此小流域設計洪水計算是在缺乏資料的條件下進行的。第一節小流域設計洪水特點

一、小流域設計洪水的意義二、小流域設計洪水的概念三、小流域設計洪水的特點（2）任務方面：水保工程如小型水庫、淤地壩對洪水的調蓄作用較小，工程尺寸常取決于設計洪峰流量，因此在設計洪水計算中，主要是求設計洪峰流量。洪水總量與洪水過程居于次要，可以簡化。（3）工程措施：涉及的面廣，數量多，又多是小型，因此，計算方法上要求方法簡便又能保證一定的精度。第一節小流域設計洪水特點

一、小流域設計洪水的意義二、小流域設計洪水的概念三、小流域設計洪水的特點四、小流域設計洪水推求方法小流域設計洪水推求方法有推理公式法，經驗公式法，綜合瞬時單位線法，洪水調查法等。——推理公式法是從暴雨形成洪水的成因出發，即由暴雨推求流域設計洪峰流量，屬于成因推理方法，是半理論半經驗公式，是小流域計算暴雨洪水的主要方法。重點介紹水科院推理公式法和由鐵道部、中科院地理所等提出的小流域暴雨徑流研究組計算公式。（1）計算洪峰流量是以暴雨的設計頻率作為設計洪峰流量的頻率，即認為暴雨和洪水是同頻率的。（2）暴雨和損失在時空上是均勻的，即凈雨強度不隨時間、地點變化，沿程的匯流速度不變。（3）把匯流面積概化為矩形，即匯流面積隨時間的增長率是一條直線，全流域面積匯流形成最大洪峰流量。第二節水科院推理公式法一、水科院推理公式法的假設條件

1.凈雨

總降雨量減去降雨損失后稱之為凈雨。第二節水科院推理公式法二、水科院推理公式法的有關概念

2.匯流歷時(τ)凈雨從流域上某點流到出口斷面的時間即匯流歷時。（見P76圖5-2）

3.流域匯流歷時(τm）流域最遠點的凈雨流到出口斷面的時間。

4.

等流時線具有相同匯流時間的各點連線稱為等流時線。

5.產流歷時（tc）徑流開始產生到徑流終止所經歷的時間即產流歷時，又稱為凈雨歷時。第二節水科院推理公式法二、水科院推理公式法的有關概念

6.全面匯流（Qm）全部流域面積上的凈雨匯集而成。

7.部分匯流（Qm）由部分流域面積上的凈雨匯集而成。第二節水科院推理公式法三、水科院推理公式法的有關公式1全面匯流

2部分匯流

根據水科院推理公式計算小流域設計洪峰流量Qm時，經過如下三步驟：(P80)（一）設計暴雨計算——確定設計暴雨強度ip；（二）產流計算——確定成峰徑流系數Ψ；（三）匯流計算——確定流域匯流歷時τ。第二節水科院推理公式法四、水科院推理公式法的計算步驟（1）流域面積（F）：在地形圖上勾出分分水線后量得，在在圖上如看不清分分水線時，應實地地勘測。（2）流域匯流長度（（L）：包括坡面和主河道道長度。地形圖上上量取自出口斷面面沿主河道至分水水嶺的最長距離。。（3）沿流程的平均縱縱比降（J）：自出口斷面起根據據沿流程比降變化化特征點高程及河河長，利用公式計計算。P16第二節水科院推理公式法法（一）設計暴雨計計算四、水科院推理公式法法的計算步驟1.流域特征參數（F、L、J）確定第二節水科院推理公式法法（一）設計暴雨計計算四、水科院推理公式法法的計算步驟2.暴雨特性參數（n、Sp）確定①暴雨衰減指數n隨地區及歷時長短短而變。常用的暴暴雨強度計算公式式為：該公式由水文所分分析了我國8個城市(北京、天津、南京京、上海、成都等等))的暴雨資料制定的的。第二節水科院推理公式法法（一）設計暴雨計計算四、水科院推理公式法法的計算步驟2.暴雨特性參數（n、Sp）確定②設計暴雨雨力(Sp)：即t=1h的最大暴雨平均強強度(mm/h)，隨地區和重現期期而變。——可用水文手冊中的的Sp等值線圖和n值分區圖計算暴雨雨強度。——如缺Sp等值線圖，可根據據各地區的水文手手冊查得設計地區區的暴雨統計參數數H24、Cv和Cs，以t＝24h作為控制時間即可可求得Sp：P83——產流計算的實質是求成峰系數Ψ。成峰徑流系數是匯匯流歷時內τ凈雨總量hτ和暴雨總量Hτ的比值。第二節水科院推理公式法法（二）產流計算四、水科院推理公式法法的計算步驟①求成峰系數Ψ的確定：②產流歷時（tc）的確定：u是產流期間內損失失強度的平均值。。反映了地面平均均入滲能力，它的大小與土壤的的滲水性、植被、、地貌、暴雨特性性、土壤前期含水水量等有關。陳家瑜等提出用用下式計算u值（該公式適合于tc≤24h的情況）。第二節水科院推理公式法法（二）產流計算四、水科院推理公式法法的計算步驟③平均入滲強度（u）的計算：第二節水科院推理公式法法四、水科院推理公式法法的計算步驟（二）產流計算當tc＞24h要改用下式式計算下滲滲強度u：各省、自治治區水文手冊中一般都提提出了計算算u值的方法。。匯流計算的的目的是推求匯流流歷時τ。計算公式式如下：第二節水科院推理理公式法四、水科院推理理公式法的的計算步驟驟（二）產流流計算（一）設計計暴雨計算算（三）匯流流計算1.匯流歷時τ的確定四、水科院推理理公式法的的計算步驟驟（二）產流流計算（一）設計計暴雨計算算（三）匯流流計算1.匯流歷時τ的確定第二節水科院推理理公式法2.匯流參數(m)的確定m的確定是匯匯流計算的的關鍵，它它是反映洪洪水匯流特特征的參數數，與植被、地地形、河網網分布、河河槽斷面形形狀、河道道糙率等因因素有關。。m值的計算公公式為：許多省(區)水文手冊都都給出了本本地區m值的經驗公公式，供設計時使使用。全面匯流

第二節水科院推理理公式法四、水科院推理理公式法的的計算步驟驟（二）產流流計算（一）設計計暴雨計算算（三）匯流流計算（四）洪峰流量Qm計算部分匯流

公式計算存存在兩個困困難：1、τ在計算前是是未知量，，無法判斷斷是屬于全全面匯流還還是部分匯匯流。2、方程中不不能將已知知量和未知知量分開，，不能采用用代入法求求解。試算法！1．確定7個參數，即流域特征征參數F、L、J；暴雨特性性參數Sp、n；經驗性參參數u、m。2．求產流歷歷時tc。3．假定一個個Qm設，代入公式式計算τ。。4.將τ與tc比較，判斷是全全面匯流還還是部分匯匯流，選定定出計算Ψ的公式，計算出Ψ。5．將τ和Ψ代入求Qm的公式，計計算Qm計，并比較Qm計和Qm設是否相等，，如不相等等，重新假假設Qm設，再試算，，直至相近近。第二節水科院推理理公式法五、水科院推理理公式試算法的計算過程程試算法例題題黃河下游某某流域擬建建一小水庫庫，壩址處處流域面積積F=92km2，L=29km，J=2.02%，H24,1%=343mm，n=0.588，m=1.07，=4.9mm/h，利用試算算法求Qm,1%第二節水科院推理理公式法第二節水科院推理理公式法試算法例題題為解決上述方程求解設計最大洪峰流量時的兩個困難，可制成諾模圖求解Ψ和τ0。步驟如下：1.計算n、Sp、u、m、tc

（同試算法）2.求τ03.求Ψ

及τ根據圖5-13p88頁，Ψ—τ諾模圖，可得出τ

/τ0

，利用公式求得τ

4.根據τ與tc比較，判斷是全面匯流還是部分匯流，利用公式計算Qm。公式基本形式一樣，差別在Ψ上。諾模圖法例例題第二節水科院公式式法水保工程中中的小型水水庫、淤地地壩等要考考慮調洪作作用，以便便確定溢洪洪道尺寸。。因此設計洪洪峰流量推推求后，還還要推求設設計洪水總總量和洪水水過程線。。第二節水科院推理理公式法六、設計洪水量量及洪水過過程線（一）設計計洪水總量量Wp的推求hR——設計凈雨深深或徑流深深(mm)；h24p——相應于頻率率P的24h的暴雨量H24p的徑流深(mm)；a24——降雨歷時等等于24h的徑流系數數；h24P——查地區H24P－h24P關系曲線圖圖。小流域多采采用三角形形過程線，，由實測洪洪水過程線線概化而成成。T=t1+t2=2Wp/Qm式中Wp——設計洪量(m3)；Qm——設計洪蜂流流量(m3/s)；T——設計洪水過過程線總歷歷時(h)；t1——漲洪歷時，，即匯流歷歷時τt2——退洪歷時時。t2/t1=λ，λ一般為為1-3，最高達達10。第二節水科院推推理公式式法六、設計洪水水量及洪洪水過程程線（一）設設計洪水水總量Wp的推求（二）洪水過程程線的推推求——三角形過過程線一、公式的基基本形式式與特點點2、基本形形式：鐵道部第第一設計計院、中中科院地地理所等等組成的的小流域域暴雨徑徑流研究究組提出出的計算洪峰峰流量的的簡化公公式。第三節小流域暴暴雨徑流流研究組組公式式中：C1產流因素素,C2匯流因素素,Z由暴雨與與匯流因因素而定定的指數數。1、假設條條件：小流域暴暴雨徑流流研究組組法認為為：（1）流域的的匯流面面積隨時時間增長長率為一一條曲線線。（2）流域內內降雨也也不均勻勻，最大大洪峰流流量是由由部分流流域面積積匯流形形成。第三節小流域暴暴雨徑流流研究組組公式3、研究組組公式的的特點：(1)考慮到暴暴雨損失失與暴雨雨強度的的關系，，公式推推導采用用變動的的洪峰徑徑流系數數。(2)為適應小小流域(特別是100km2以下的小小流域)山坡匯流流所占比比重較大大的情況況，流域域匯流時時間采用用河槽與與山坡匯匯流時間間的代數數和。(3)計算參數數除暴雨雨及與其其有關參參數外，，所有計計算參數數均不帶帶頻率概概念,而取平均均情況,即暴雨與與流量同同頻率。。(4)當流域面面積F＞10km2時，暴雨雨計算考考慮了點點面折減減系數η一、公式的基基本形式式與特點點第三節小流域暴暴雨徑流流研究組組公式二、研究究組計算算Qm的基本計計算公式式令則式中：P：最大同同時匯流流