小流域暴雨计算的设计优化

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：另外，由于小流域汇流历时短，在一次暴雨过程中仅有较短历时的核心部分暴雨量参与形成洪峰流量，常称为“造峰暴雨”，因此，小流域设计暴雨主要是推求符合设计标准的造峰暴雨。

1.小流域设计暴雨的特点

小流域设计暴雨的显著特点是缺乏实测暴雨资料，其次是由于流域面积小，暴雨时空分布的不均匀性可以忽略，常常以流域中心的设计点雨量代替全流域的设计面雨量。另外，由于小流域汇流历时短，在一次暴雨过程中仅有较短历时的核心部分暴雨量参与形成洪峰流量，常称为“造峰暴雨”，因此，小流域设计暴雨主要是推求符合设计标准的造峰暴雨。其设计历时一般较短（t≤24h），属于短历时暴雨。通常采用短历时暴雨公式及暴雨统计参数（雨量均值、变差系数）等值线图间接计算设计暴雨。有以下计算途径：

（1）按省（自治区、直辖市）《水文手册》或《雨洪图集》的资料计算特定历时的设计暴雨量。2004年各省（自治区、直辖市）在过去成果的基础上，经延长系列分析完成了历时为10min、60min、6h、24h、3d等不同历时的暴雨参数等值线图集。

（2）用短历时暴雨公式将特定历时的设计暴雨量转换为所需的其他历时的设计暴雨量。也可以先计算n种标准历时的设计雨量，然后在双对数纸上绘制雨量历时曲线，从中内插所需历时的设计雨量。

（3）必要时可以进行点面雨量转换和用地区概化雨型进行暴雨时程分配计算。

2.短历时暴雨公式

24h内不同历时的最大平均暴雨强度与历时关系的数学表达式，称为短历时暴雨公式。当在设计情况下，就有

式中　Ht，p——历时为t的设计雨量，mm；

Sp——与设计频率p相应的雨力，mm；

n——暴雨衰减指数。

暴雨参数n、Sp可通过图解分析法来确定。对式（G2.40）两边取对数，在双对数格纸上lgHt，p与lgt为直线关系，即lgHt，p＝lgSp＋（1-n）lgt，参数Sp为纵轴的截距，（1-n）为直线的斜率。实际资料表明，Ht，p与t在双对数格纸上往往是一条折线，折点的历时若用t0表示。根据我国各省（自治区、直辖市）的分析，t0多数情况位于1h处，有些省（自治区、直辖市）t0在6h处。如图G2.21所示，在t＝1h处出现明显的转折点。即t＝1h的纵坐标读数即Sp，t≤1h时，取n＝n1，t＞1h时，取n＝n2。

图G2.21　暴雨参数分析示意图

n值反映地区暴雨特性，在一定的气候区内具有一定的数值，因而可对n值进行地区综合，给出n值的分区图，供无资料流域查用。

Sp值的大小随频率p变化，频率愈大，Sp愈小。有的部门对Sp也进行地区综合，绘制成Sp等值线图供查用。但水利部门更多采用由年最大24h设计雨量H24，p反推Sp的方法。即由式（G2.40）得

当t＝24h，代入上式可得

若分界点在t＝1h处，则式中n＝n2。

目前各省（自治区）暴雨洪水图集或水文手册中除年最大24h暴雨参数等值线图以外，还有年最大10min、60min、1h、6h等时段暴雨参数等值线图。因此，当成峰暴雨历时较短时，可先求出其他时段年最大设计暴雨量，然后用式（G2.41）反推Sp，以避免由于历时相差过大而造成的较大误差。

3.设计暴雨量的计算

根据水文手册或《雨洪图集》上的标准历时暴雨统计参数等值线图，按地理插值法求出流域中心各标准历时点暴雨统计参数（均值、Cv），一般暴雨偏差系数Cs只有分区图（表）而且多取3.5Cv。然后用频率计算办法求出各标准历时的设计点雨量。然后用短历时暴雨公式求出其他历时的设计雨量，也有地方用经验公式计算。《设计洪水规范》（SL 44—2006）中介绍了用标准历时设计雨量与历时的双对数图进行其他历时设计雨量的推求。

为了计算任意历时的设计雨量，可先计算n种标准历时的设计雨量，然后在双对数纸上绘制雨量历时曲线，从中内插所需历时的设计雨量。当分段雨量历时关系接近直线时，也可采用暴雨递减指数公式，根据相邻两个标准历时ta和tb的设计雨量Ha和Hb，以及该区间的暴雨递减指数nab，内插所需历时ti相应的雨量Hi

或

其中

式中　Hi——历时ti的设计雨量，mm；

Ha、Hb——历时ta、tb内的设计雨量，mm；

ti——某一设计历时；

ta、tb——两个相邻的标准历时；

nab——暴雨递减指数。

暴雨递减指数的移用适用于地形变化不大的地区。该指数一般随频率而变化，设计条件下不宜直接采用常遇暴雨分析的指数。面暴雨指数也不宜直接移用点暴雨指数。