利用暴雨资料推求设计流量

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：求得径流系数后，既可由设计暴雨推算设计净雨。图4-4降雨—径流相关图然后，根据实测资料推算设计频率的Pa值，再利用上述关系曲线，即可求得设计净雨。

在暴雨洪水地区，如果流域内分布着一定数量的雨量站，并具有足够的实测雨量资料时，对于大、中河流也可以利用暴雨资料，通过成因分析推求洪水流量；对于缺乏流量观测资料的河流，有条件时，也可以作为推算设计流量的一种方法。

在计算过程中，假定暴雨的频率与其形成的洪峰流量的频率相同，设计洪水频率相应的暴雨就称为设计暴雨，求出设计暴雨后，扣除损失即为设计净雨，再经过汇流计算求得流域出口断面的流量过程线，其洪峰流量即为所求的设计流量。现将基本步骤简述如下。

1.设计暴雨

首先需确定暴雨历时（即设计暴雨所取的时段），然后以年最大值法选取暴雨资料，用水文统计法推算设计频率的暴雨——设计暴雨。暴雨历时的确定和暴雨资料的选取，应结合流域条件和资料情况进行，具体方法不再详述。

雨量站的实测暴雨资料，是对流域内某些点观测而得，只能代表某些点的情况，称为点雨量，而所需的设计暴雨是流域的平均雨量称为面雨量。流域面积很小时，可以认为降雨在全流域内均匀分布，直接采用点雨量代替面雨量，推算设计暴雨。流域面积较大时，则需要进行换算，其换算方法有下列两种：

（1）由点雨量直接推算面雨量。若流域内的雨量站较多，分布又比较均匀，而且各站都有观测年限较长的同期实测暴雨资料。可以由各雨量站的实测资料中分站选取暴雨资料（点雨量），并换算为面雨量，再利用换算的面雨量资料组成样本，以水文统计法推算设计暴雨。也可以首先利用由各雨量站选取的暴雨资料（点雨量），分别组成样本，用水文统计法推算各站设计频率的点雨量，然后再换算为面雨量，即为设计暴雨。

把点雨量换算为面雨量的方法，有算术平均法、泰森多边形法和等雨量线法，可按流域内雨量站的数量和分布情况选用。

（2）用点面关系推求面雨量。若流域内的雨量站较少，或雨量站虽然较多，但只有少数几个站的观测年限较长，可以选择一个（或几个）观测年限较长的雨量站，选取暴雨资料（点雨量）组成样本，以水文统计法推算设计频率的点雨量（如有几个站的推算结果，则应分析比较后确定一个），然后利用点面关系换算为面雨量，即为设计暴雨。

点面关系是点雨量和面雨量之间的统计相关（图4-3），可根据实测资料，通过相关分析求得。

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图4-3　点面关系（相关图）

2.设计净雨

从设计暴雨中扣除损失，即可得到设计净雨，也称为产流计算，其损失主要包括土壤入渗、植物截留和填洼。扣除损失的计算方法，一般有下列三种：

（1）径流系数法。某时段内的径流量与同一时段降雨量的比值，称为径流系数α。当流域内有多次实测径流资料时，可利用流域平均降雨量（即面雨量）和相应的地面径流量R（即净雨量），求出各次暴雨的径流系数。实际计算中，可以采用各次暴雨的平均径流系数，也可以采用各次暴雨的最大径流系数。求得径流系数后，既可由设计暴雨推算设计净雨。径流系数法最为简便，但是比较粗略。

（2）暴雨径流相关法。天然情况下，土壤入渗往往占损失的主要部分，而降雨前的土壤湿润程度对入渗量影响很大，因此，土壤的前期含水量（前期是指本次暴雨以前）就成为直接影响径流的主要因素。

目前，常用前期影响雨量Pa近似地表示土壤的前期含水量，Pa与前期降雨和蒸发有关，可根据雨量站的实测资料推算。根据已求出的Pa和面雨量以及相应的净雨量R，就可以绘制R与或R与的关系曲线，如图4-4所示。

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图4-4　降雨—径流相关图

然后，根据实测资料推算设计频率的Pa值，再利用上述关系曲线，即可求得设计净雨。

（3）直接扣损法。在一次降雨过程中，降雨初期（几小时或十几小时内）的损失占总损失的很大部分，称为初损I，与流域情况及初期降雨强度有关。当达到稳定入渗以后，土壤入渗则为损失的主要部分，并且此时的入渗率可看作一个常数，称为平均入渗率μ。I和μ可根据雨量站的实测资料推算，由设计暴雨中直接扣除这两部分损失，即得设计净雨。

3.设计流量过程线

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图4-5　某流域3h单位

根据设计净雨推求的流域出口断面流量过程线，即为设计流量过程线，由净雨推算出口断面的流量过程，称为汇流计算。

（1）地表径流过程线推求。对某个流域来说，在一个特定的时段内，流域内均匀分布的一个单位净雨量（取10mm），在流域出口断面形成的流量过程线（地面径流），就称为该流域的单位过程线，或简称为单位线。单位线是流域的典型过程线，是由实测流量过程中分析而得的一种地面径流过程线，它能反映暴雨和地面径流的关系，可作为暴雨径流过程中汇流计算的一种工具；利用单位线推求设计流量过程线的方法，则称为单位线法。

单位线的表示方法如图4-5和表4-2中（1）、（2）栏所示。其纵坐标常以q、q（t）或q（Δt，t）表示，单位线所包围的面积W（地面径流总量，m3）换算成径流深R，应等于10mm，可据此校核该单位线，见式（4-22）：

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