洪水计算
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防洪工程常用计算公式 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-SANYHUASANYUA8Q8-防洪工程常用计算公式在抗洪抢险中,经常遇到一些技术问题,也就是暴雨、洪水、河道、水库的设计洪水、校核洪水、河道过洪能力计算问题,本人把一般常用的水利水电工程计算公式摘录如下,以供大家在抗洪抢险中参考、探讨:㈠暴雨洪水设计⑴暴雨设计:暴雨:12小时降雨量达到30毫米或者24小时降雨量达到50毫米时称为暴雨。
每小时以内的降雨量达到20毫米也称为暴雨。
设计暴雨的计算公式:①设计点雨量计算公式:Htp=KpHt(式中:Ktp——设计点雨量;Kp——皮尔逊曲线值;Ht——最大雨量均值;t——欲求时间;)②设计面雨量计算公式:Ht面=atHt(式中:Ht面——设计面雨量;at——暴雨线性系数;Ht——设计历时点雨量;at、bt——暴雨线性拟合系数;)③暴雨系数计算公式:at=(式中:at、bt——线性拟合参数;F——流域面积;)④多年平均径流量计算公式:Wp=1000yF(式中:Wp——多年平均径流量;y——多年平均径流深;F——流域面积;)⑤设计频率年径流深计算公式:yp=yKp(式中:y——多年平均径流深;Kp——频率模比系数;)⑥多年平均年径流系数计算公式:α=y/x =W/1000Fx(式中:α——多年平均年径流系数;y——年径流深;x——多年平均降雨量;)⑵洪水设计:①洪水特征:一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。
洪水设计的概念:一次降雨形成的洪水过程线,反映洪水的外形,过程线上的最大值就是洪峰流量,用Q表示。
洪峰最高点就是洪峰水位,用Z表示。
洪水过程线和横坐标所包围的面积,经过单位面积换算求得,就是洪水总量,用W表示。
洪水过程线的底宽是洪水总历时,用T表示。
从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时,用t1表示。
从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时,用t2表示。
附录A 洪水频率计算A1 洪水频率曲线统计参数的估计和确定A1。
1 参数估计法A1。
1。
1 矩法。
对于n 年连序系列,可采用下列公式计算各统计参数: 均值∑==ni i X n X 11 (A1)均方差 ∑=--=ni i X X n S 12)(11或 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=∑∑==n i n i i i X n X n S 1212)(111 (A2)变差系数XSC v =(A3)偏态系数3313)2)(1()(vni i s C X n n X X n C ---=∑=或 3313112132)2)(1()(23vn i ni i ni i ni i i sC X n n n X X X n X n C --+⋅-=∑∑∑∑==== (A4)式中 X i —-系列变量(i=1,…,n ); n —-系列项数。
对于不连序系列,其统计参数的计算与连序系列的计算公式有所不同。
如果在迄今的N 年中已查明有a 个特大洪水(其中有l 个发生在n 年实测或插补系列中),假定(n-l)年系列的均值和均方差与除去特大洪水后的(N —a)年系列的相等,即l n a n l n a N S S X X ----==,,可推导出统计参数的计算公式如下:)(111∑∑+==--+=nl i i a j j X l n a N X N X (A5)⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+--=∑∑++==n l i i a j jv X X l n a N X X N XC 1212)()(111 (A6)331313)2)(1()()(vn l i ia j j s C X N N X X l n a N X X N C --⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+-=∑∑+== (A7) 式中 X j ——特大洪水变量(j=1,…,a );X i ——实测洪水变量(i=l +1,…,n )。
A1。
1。
2 概率权重矩法。
概率权重矩定义为⎰=10)(dF x xF M j j j=0,1,2,… (A8)皮尔逊Ⅲ型频率曲线的三个统计参数不能用概率权重矩的显式表达。
防洪工程常用计算公式2010-8-28 强新泉摘自新浪强新泉的博客在抗洪抢险中,经常遇到一些技术问题,也就是暴雨、洪水、河道、水库的设计洪水、校核洪水、河道过洪能力计算问题,本人把一般常用的水利水电工程计算公式摘录如下,以供大家在抗洪抢险中参考、探讨:㈠暴雨洪水设计⑪暴雨设计:暴雨:12小时降雨量达到30毫米或者24小时降雨量达到50毫米时称为暴雨。
每小时以内的降雨量达到20毫米也称为暴雨。
设计暴雨的计算公式:①设计点雨量计算公式:Htp=KpHt(式中:Ktp——设计点雨量;Kp——皮尔逊曲线值;Ht——最大雨量均值;t——欲求时间;)②设计面雨量计算公式:Ht面=atHt(式中:Ht面——设计面雨量;at——暴雨线性系数;Ht——设计历时点雨量;at、bt——暴雨线性拟合系数;)③暴雨系数计算公式:at=(式中:at、bt——线性拟合参数;F——流域面积;)④多年平均径流量计算公式:Wp=1000yF(式中:Wp——多年平均径流量;y——多年平均径流深;F——流域面积;)⑤设计频率年径流深计算公式:yp=yKp(式中:y——多年平均径流深;Kp——频率模比系数;)⑥多年平均年径流系数计算公式:α=y/x =W/1000Fx(式中:α——多年平均年径流系数;y——年径流深;x——多年平均降雨量;)⑫洪水设计:①洪水特征:一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。
洪水设计的概念:一次降雨形成的洪水过程线,反映洪水的外形,过程线上的最大值就是洪峰流量,用Q表示。
洪峰最高点就是洪峰水位,用Z表示。
洪水过程线和横坐标所包围的面积,经过单位面积换算求得,就是洪水总量,用W表示。
洪水过程线的底宽是洪水总历时,用T表示。
从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时,用t1表示。
从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时,用t2表示。
洪水总历时等于涨水历时和落水历时之和。
即T=t1+t2。
一般情况下,一次降雨形成的洪水过程称为单式洪水过程。
洪水计算㈠、洪水设计标准大乐亭水库属小(二)型水利工程,其等级划分按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000),该工程为五等五级建筑,对山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑的洪水标准其重视期按30—20年一遇设计,300—200年一遇校核,因此,洞甲水库采用防洪标准按30年一遇设计,300年一遇校核。
㈡、洪水复核大乐亭水库坝址以上集雨面积为1.35km2,由于集雨面积及其上下游无水文站,无法取得确切的水文资料,其洪水计算采用《贵州省暴雨洪水计算实用手册(修订本)小汇水流域部分》中简化公式进行计算。
①、洪峰流量的计算采用公式QP=ψp″F0.89式中:Qp—相应频繁下的洪峰流量(m3/S)ψp″—经验性系数(设计时为23.8,校核时为43.0)F—坝址以上集雨面积km2即设计洪峰流量为16.89m3/S,校核洪峰流量为30.51 m3/S,②、洪峰总量的计算采用公式W p=0.1CH24F式中:W p—洪水总量(万m3)C—径流系数(设计时0.86,校核时为0.88)H24—最在24小时降雨量(设计时254mm,校核时为390mm)F—集雨面积即设计洪水总量为14.85万m3,校核洪水总量为23.34万m3㈢、水库调洪计算水库流域面积小,库容也很小,暴雨汇流时间短,无合适的流量过程线可套用,因此,采用三角形概化法进行水库的调洪计算。
水库的泄洪流量按下式计算:q=MEBH3/2式中:m—流量系数,取m=0.36E—侧收缩系数,E=0.95B—溢流堰宽,B=7.6mH—堰上水头(m)水库水量平衡用下式计算:(Q1+Q2)/2▽t-(q1+q2)/2▽t=V2-V1=▽V式中:Q1、Q2—进段▽t始、未的入库流量(m3/S)q1、q2—时段▽t始、未的水库蓄水量m3▽t—计算时段(秒)水库泄流方程式:q=f(V)联解水量平衡方程和泄流高程,用公式算法,即可求得最大泄洪流量和最高洪水位,详见附表2、附表3、附表4,设计洪洪水过程公式的推求:洪水过程线采用概化三角形线,洪水历时采用下式计算:T=2W p/Q m小时式中:W—洪水总量(m3)Qm—洪峰流量(m3/S)涨洪历时t1与退洪历时t2的比例,即:t1:t2=2据此作出洪水过程线图。
防洪工程常用计算公式在抗洪抢险中,经常遇到一些技术问题,也就是暴雨、洪水、河道、水库的设计洪水、校核洪水、河道过洪能力计算问题,本人把一般常用的水利水电工程计算公式摘录如下,以供大家在抗洪抢险中参考、探讨:㈠暴雨洪水设计⑴暴雨设计:暴雨:12小时降雨量达到30毫米或者24小时降雨量达到50毫米时称为暴雨。
每小时以内的降雨量达到20毫米也称为暴雨。
设计暴雨的计算公式:①设计点雨量计算公式:Htp=KpHt(式中:Ktp——设计点雨量;Kp——皮尔逊曲线值;Ht——最大雨量均值;t——欲求时间;)②设计面雨量计算公式:Ht面=atHt(式中:Ht面——设计面雨量;at——暴雨线性系数;Ht——设计历时点雨量;at、bt——暴雨线性拟合系数;)③暴雨系数计算公式:at=(式中:at、bt——线性拟合参数;F——流域面积;)④多年平均径流量计算公式:Wp=1000yF(式中:Wp——多年平均径流量;y——多年平均径流深;F——流域面积;)⑤设计频率年径流深计算公式:yp=yKp(式中:y——多年平均径流深;Kp——频率模比系数;)⑥多年平均年径流系数计算公式:α=y/x =W/1000Fx(式中:α——多年平均年径流系数;y——年径流深;x——多年平均降雨量;)⑵洪水设计:①洪水特征:一般常用洪峰流量、洪水总量、洪水过程线三个要素表示。
洪水设计的概念:一次降雨形成的洪水过程线,反映洪水的外形,过程线上的最大值就是洪峰流量,用Q表示。
洪峰最高点就是洪峰水位,用Z表示。
洪水过程线和横坐标所包围的面积,经过单位面积换算求得,就是洪水总量,用W表示。
洪水过程线的底宽是洪水总历时,用T表示。
从开始涨水到洪峰流量的历时称为涨水历时,用t1表示。
从洪峰到洪水下落到终止的历时称为落水历时,用t2表示。
洪水总历时等于涨水历时和落水历时之和。
即T=t1 t2。
一般情况下,一次降雨形成的洪水过程称为单式洪水过程。
相邻两次以上的降雨,前面降雨形成的洪水没有泄完,后面降雨形成的洪水接踵而来,称为复式洪水过程。
2.5 洪水
2.5.1 暴雨洪水特性
白节河流域地处四川盆地南缘,洪水由暴雨形成。
据蔡家河站(1974~2007年)暴雨资料分析,年最大暴雨多集中在5~9月,1966年8月18日出现了30多年来最大暴雨,最大24小时雨量为305mm。
白节河流域内沿河两岸竹木丛生,植被覆盖良好,洪水涨落过程比较平缓。
据蔡家河站实测洪水资料分析,主汛期为5~9月,洪水过程线多为单峰,历时约为3天左右。
2.5.2 设计洪水
白花溪水库流域内无实测水文资料,坝址上、下游河道居民稀少,仅几户人家住在山坡上,无法开展历史洪水调查工作。
其设计洪水根据设计暴雨资料推算。
2.5.2.1 设计暴雨
(1)设计暴雨的推求
设计流域无实测暴雨资料,设计暴雨由《四川省水文手册》中等值线查算,成果见下表见表2-5-1。
2.5.2.2 设计洪水计算
巴河流域无实测水文资料,白花溪水库坝址控制集雨面积较小,其设计洪水采用设计暴雨进行推求。
根据资料条件,可研阶段采用了推理公式法和瞬时单位线法进行计算。
(1)推理公式法
①流域特征值
流域特征值F、L、J在五万分之一航测图上量取,成果见表2-5-2。
表2-5-2 设计流域特征值计算成果表
②设计暴雨暴雨成果表2-5-1。
③设计洪水计算
根据流域设计暴雨成果,采用《四川省中小流域暴雨洪水手册》中推理公式法推求设计洪水。
基本公式:
Q=0.278ψ(s/τn)F
式中:Q—最大流量,m3/s;
ψ—洪峰径流系数;
s—暴雨雨力,mm/h;
τ—流域汇流时间,h;
n—暴雨公式指数;
F—流域面积,km2。
根据流域下垫面条件和《四川省中小流域暴雨洪水手册》区划,选取产汇流参数计算公式如下:
流域产流参数:属盆地丘陵区,计算式如下:
μ=4.8F-0.19;Cv=0.18;Cs=3.5Cv
流域汇流参数:属盆地丘陵,计算式如下:
θ=1~30时,m=0.4θ0.204
θ=30~300时,m=0.092θ0.636
式中:θ—流域特征参数,θ=L/(J1/3F1/4);
L—河长,km;
J—比降,‰;
F—流域面积,km2。
采用所选取的产汇流计算参数,用推理公式计算出各频率设计洪峰流量。
白花溪水库坝址设计洪水成果见表2-5-4。
表2-5-4 白花溪水库设计洪水成果表
④设计洪水总量
由设计暴雨推求设计洪水总量。
洪水总量采用《四川省中小流暴雨洪水手册》中的计算公式计算,即:
Wp=0.1×α×HTp×F=0.1×h×F
式中:Wp—设计洪水总量(万m3);
HTp—历时为T(d)的设计暴雨(mm);
F—设计流域面积(km2);
α—径流系数;
h—径流深(mm)。
采用《手册》中刊出的东部地区单峰、峰中型概化过程线模型相对坐标,计算出设计洪水过程线。
⑤设计洪水过程线
(2)综合瞬时单位线法
采用《手册》的设计暴雨型分区成果,设计流域位于IV2区,选择本区雨型分配,初损为15mm,稳渗为1mm/h,由设计暴雨量推求出设计净出过程,汇流参数属于第4区,从而推求出设计洪水。
本阶段以上两种方法计算的设计洪水成果见表2-5-3。
表2-5-3 设计洪水计算成果比较表
(3)设计洪水成果的采用与合理性分析
从表2-5-3可看出,两种方法成果比较接近,由于设计流域面积较小,而推理公式法在小流域的暴雨洪水计算中使用广泛,精度较高,确定推理公式法的计算成果为白花溪水库设计洪水采用成果。
表2-5-6 白花溪水库设计洪水过程线(下坝址)
2.5.3 分期洪水
根据白花溪水库所在位置及资料情况,分期洪水计算选用蔡家河站为设计依据站。
按照该站月最大流量随季节变化规律,5~9月为主汛期,4月为汛前过渡期,10月为汛后过渡期,12~2月为枯水期。
根据施工需要,划分为1月、2月、3月、4月、5~9月、10月、11月、12月共计8个分期。
根据蔡家河站月最大流量资料,按定时段年最大值法选样,组成各分期洪水系列。
本次设计依据蔡家河站1964~2006年分期洪水系列进行频率分析计算,与可研、初设阶段成果比较,见表2-5-7,各时段最大流量频率曲线见附图2-5-2。
白花溪水库坝址分期洪水以蔡家河站为设计依据站,采用水文比拟法进行计算,其中,主汛期5~9月采用设计洪水成果,其中汛前过渡期4月、汛后过渡期10月的面积修正指数采用0.8,其余各月的面积修正指数均采用1.0。
白花溪水库坝址分期洪水成果见表2-5-8、2-5-9。
表2-5-8 白花溪水库分期洪水成果表(上坝址)
表2-5-9 白花溪水库分期洪水成果表(下坝址)
于本次设计采用定时段不跨期选样计算分期设计洪水,考虑到白节河洪水在汛前汛后有提前错后发生的情况,根据规范规定,在使用上表成果时,主汛期汛前提前10天、汛后错后10天,非汛期汛前提前5天、汛后错后5天使用。
2.5.4 渠系沿渠坡面洪水
2.5.4.1 概况
白花溪水利工程灌区地处川南盆地南部边缘的丘陵地区,本灌区北面高程在600m左右的,南面高程300-400m之间,东面为工农灌区,西面为南北向分水岭,且灌区内有几条小溪沟等自东向西汇入永宁河,灌区形状呈长方形。
2.5.4.2 坡面洪水计算
泸州市纳溪区白花溪水利工程灌区的渠道大部分是傍山修建,沿线与许多支沟,小溪相交叉,为保证渠系建筑物及渠系的安全,应对各支沟、小溪及傍山渠道上部的坡面洪水进行计算。
本渠系所经流域均系无资料地区,本次计算沿渠坡面洪水采用水科院推理公式法。
依据渠系建筑物等级,其洪水标准为5年一遇、10年一遇、20年一遇设计。
(1)流域特征值
流域特征值F、L、J在万分之一航测图上量取。
(2)设计暴雨采用白花溪水库设计暴雨成果,见表2-5-1。
(3)设计洪水计算
根据流域设计暴雨成果,采用《四川省中小流域暴雨洪水手册》中推理公式法推求设计洪水。
基本公式:
Q=0.278ψ(s/τn)F
式中:Q—最大流量,m3/s;
ψ—洪峰径流系数;
s—暴雨雨力,mm/h;
τ—流域汇流时间,h;
n—暴雨公式指数;
F—流域面积,km2。
根据流域下垫面条件和《四川省中小流域暴雨洪水手册》区划,选取产汇流参数计算公式如下:
流域产流参数:属盆缘山区,计算式如下:
μ=3.6F-0.19;Cv=0.23;Cs=3.5Cv
流域汇流参数:属盆缘山区,计算式如下:
θ=1~30时,m=0.318θ0.204
θ=30~300时,m=0.055θ0.72
式中:θ—流域特征参数,θ=L/(J1/3F1/4);
L—河长,km;
J—比降,‰;
F—流域面积,km2。
采用所选取的产汇流计算参数,用推理公式计算出沿渠坡面洪水,其成果见表2-5-10。
表2-5-10 白花溪水库灌区干支渠坡面洪水计算成果表
2.6 泥沙
2.6.1 流域产沙概况
白花溪水库位于纳溪区打古镇镇白节河上。
白节河系长江南岸支流——永宁河的右岸一级支流;白节河全长34km,流域面积367.7km2,比降10.5‰;发源于纳溪区打古镇深田塝,河源海拔高程约930m,中游进入深丘,水势平缓,下游河段弯急滩多,瀑布发育;沿河两岸竹木茂密丛生,植被覆盖极好,水土流失甚微,河水清澈,河床上到处可见平坦的石滩,雨水较充足,河槽内泥沙较少,仅有少量块石;水流挟带的泥沙基本随水流一泻而过;河流泥沙来源主要为上游的悬移质泥沙和少量的推移质泥沙。
下坝址(推荐)以上河长4.2km,控制集雨面积3.81km2;库区河道比降约29‰。
工程河段无实测泥沙资料,根据《四川省水文手册》,白节河所在区域年输沙模数为600 t/km2·a,本次直接采用该等值线成果,下阶段可根据资料条件进行修正。
由此计算白花溪水库上、下坝址悬移质多年平均输沙量分别为0.1602万t、0.2286万t;按推悬比15%计算上、下坝址流域多年平均推移质沙量分别为240.3、342.9t。
多年平年均输沙总量为0.1842万t,0.2628万t。
白花溪水库坝址泥沙设计成果见表2-6-1。
2.7 水位流量关系曲线
根据设计要求,需提供白花溪水库坝址下游水位流量关系曲线。
坝址河段仅有实测同时水边线、实测河道横断面和调查的近年大洪水水位,无实测水位流量资料。
根据上述资料条件,水位流量关系曲线采用水力学公式计算。
以实测河道水边线、实测河道横断面、调查的近年大洪水水位和选定的糙率,计算各级水位下的流量。
白花溪水库坝址处下游水位流量关系曲线见附图2-7-1。
2.8 水文自动测报系统
白花溪水库集水面积较小,上坝址以上集水面积2.67km2,下坝址以上集水面积3.81km2;洪水量级较小,水库对洪水调蓄能力较大,根据规范,可不设水情自动测报系统。
附表2-1 泸州市纳溪区气象站气象要素统计表
备注:本表中最大风速及风向为泸州市气象站观测值。