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第八章 由暴雨资料推求设计洪水本章学习的内容和意义：在设计流域实测流量资料不足或缺乏时，或人类活动破坏了洪水系列的一致性，就有必要研究由暴雨资料推求设计洪水的问题。
另外，可能最大洪水和小流域设计洪水也常用暴雨资料推求。
由暴雨资料推求设计洪水的基本假定是：暴雨与洪水同频率。
对于比较大的洪水，大体上可以认为某一频率的暴雨将形成同一频率的洪水，即假定暴雨与洪水同频率。
因此，推求设计暴雨就是推求与设计洪水同频率的暴雨，再按照降雨形成径流的原理和计算方法，由设计暴雨推求出设计洪水。
本章习题内容主要涉及：暴雨资料的选样；不同资料情况下设计暴雨的计算；推求设计净雨；推求设计洪水过程线；可能最大暴雨和可能最大洪水的推求；小流域设计洪水的计算。
一、概 念 题（一）填空题1.设计暴雨的设计频率一般假定与相应的 具有相同的频率。
2.暴雨点面关系是 ，它用于由设计点雨量推求 。
3.由暴雨资料推求设计洪水时，假定设计暴雨与设计洪水频率 。
4.推求设计暴雨过程时，典型暴雨过程的放大计算一般采用 法。
5.判别暴雨资料是否为特大值时，一般的方法是 。
6.由暴雨资料推求设计洪水的一般步骤是 _______________、 、 。
7.暴雨资料的插补延展方法有 。
8.流域内测站分布均匀时，可采用 计算面雨量。
9.流域内侧站分布不均匀时，宜采用 计算面雨量。
10.一般情况下，用泰森多边形法计算流域平均雨量比用算术平均法合理些，但在 情况下，两种方法可获得相同的结果。
11.暴雨频率分析，我国一般采用 法确定其概率分布函数及统计参数。
12.暴雨点面关系有两种，其一是 ；其二 。
13.设计面雨量的时程分配通常选取 作为典型，经放大后求得。
14.对暴雨影响最大的气象因子，包括 和 两大类。
15.用W m 折算法（m p a rW P ,）计算设计暴雨的前期影响雨量P a 时，在湿润地区，当设计标准较高时，r 应取较 值；在干旱地区，当设计标准较低时，r 应取较 值。
第八章由暴雨资料推求设计洪水8.1 概述我国大部分地区的洪水主要由暴雨形成。
在实际工作中，中小流域常因流量资料不足无法直接用流量资料推求设计洪水，而暴雨资料一般较多，因此可用暴雨资料推求设计洪水，主要包括以下情况：（1）在中小流域上兴建水利工程，经常遇到流量资料不足或代表性差的情况，难于使用相关法来插补延长，因此，需用暴雨资料推求设计洪水。
（2）由于人类活动的影响，使径流形成的条件发生显著的改变，破坏了洪水资料系列的一致性。
因此，可以通过暴雨资料，用人类活动后新的径流形成条件推求设计洪水。
（3）为了用多种方法推算设计洪水，以论证设计成果的合理性，即使流量资料充足的情况下，也要用暴雨资料推求设计洪水。
（4）无资料地区小流域的设计洪水，一般都是根据暴雨资料推求的。
（5）可能最大降水、洪水是用暴雨资料推求的。
由暴雨资料推求设计洪水的主要程序为：（1）推求设计暴雨。
用频率分析法求不同历时制定频率的设计雨量及暴雨过程，或使用可能最大暴雨图集求可能最大暴雨（PMP）。
（2）推求设计净雨。
采用降雨径流相关图法、初损后损法或其他方法推求设计净雨。
（3）推求设计洪水过程线。
应用时段单位线法或瞬时单位线法进行汇流计算，即得流域出口断面的设计洪水过程。
由暴雨资料推求设计洪水，其基本假定是设计暴雨与设计洪水是同频率的。
因此，推求设计暴雨就是推求与设计洪水同频率的暴雨。
流域上某一指定频率的设计暴雨，可用由流量资料推求设计洪水相类似的方法推求。
即根据实测降雨资料，先用频率分析方法求得设计频率的设计雨量，然后按典型暴雨进行缩放，即得设计暴雨过程。
在计算方法上，依照暴雨资料情况分为直接法和间接法两类。
本章重点介绍由暴雨资料推求设计洪水的方法，以及小流域设计洪水计算的一些特殊方法。
8.2设计面暴雨量的推求设计面暴雨量是指设计断面以上流域的符合设计标准的面平均暴雨量及其过程。
推求设计洪水需要求出流域上的设计面暴雨过程。
根据流域资料条件和流域面积大小，设计面暴雨的分析方法有直接计算和间接计算两种。
习题三：由暴雨资料推求设计洪水1、己知某流域中心点暴雨统计参数和产汇流计算方案，推式P=2 %的设计洪水。
资料及计算步骤如下：1）设计暴雨计算：该设计流域集水面积F=341 km2，由点暴雨频率计算及参数的地区协调，求得该流域中心最大24小时点暴雨量统计参数x̅24=115 mm，C V=0.56，C S/C V=3.5，点面折算系数α=0.94，设计暴雨的时程分配百分比见下表。
2）设计净雨计算：本流域位于湿润地区，用同频率法求得P a=82 mm，I m=100 mm，稳渗f c=1.5 mm/h，由设计暴雨过程扣损，得地面、地下净雨过程（列表进行）。
3）设计洪水计算：设计地面径流过程由设计地面净雨用单位线进行地面汇流计算。
已知本流域综合瞬时单位线的参数n=3.5，K=4.0 h；设计地下径流过程，采用三角形过程汇流计算，再加深层基流30 m3/s。
两者叠加得设计洪水过程（列表进行）。
表1设计暴雨时程分配解：1）设计暴雨计算由点暴雨频率计算及参数分析（已求得该流域中心最大24小时点暴雨量统计参数x̅24=115 mm，C V=0.56，C S/C V=3.5）得C S=1.96，根据P-Ⅲ型分布离均系数ФP值表查出P=2 %，C S=1.95时，φp=2.897；C S=2.00时，φp=2.912。
线性内插得C S=1.96时，φp=2.900。
K p=φp C V+1=2.900×0.56+1=2.624x p=K p x̅=2.624×115=301.76即P=2 %的最大24小时点暴雨量为302 mm。
已知设计流域集水面积F=341 km2，点面折算系数为0.94，则P=2 %的最大24小时设计面暴雨量=302×0.94=284 mm。
按该地区的暴雨时程分配，求得设计暴雨过程，见表2。
2）设计净雨计算本流域位于湿润地区，用同频率法求得P a=82 mm，I m=100 mm，则初损I0=I m-P a=18 mm，求得设计净雨过程，见表2。
由暴雨资料推求设计洪水的探究摘要：暴雨资料比流量资料充足得多，受人类活动影响较小，统计参数的地区综合比较容易，所以利用雨量资料推求设计洪水的方法应用得相当广泛，它是推求中、小流域水利工程设计洪水的主要途径。
本文主要探讨暴雨资料推求设计洪水的方法。
关键词：水文设计；暴雨资料；设计供水；推求方法设计暴雨的计算包括推求设计暴雨量及其在时间上的分配过程。
推求设计洪水所需要的设计暴雨量是指设计条件下的流域平均暴雨量，即设计面暴雨量。
根据资料条件，设计面暴雨量的分析计算方法可分为以下直接计算和间接计算两种。
一、由面雨量资料直接推求设计面暴雨量当设计流域雨量站较多，分布比较均匀，各站又有较长的同期资料，能求出比较町靠的流域平均雨量(面雨量)时，就可将面雨量作为研究对象，直接选取每年中各种时段的年最大面雨量，组成不同时段的样本系列，分别进行频率计算。
从而求得不同时段的设计面暴雨量。
（一）统计选样及资料的审查和订正1．统计选样设计暴雨量所采用的统汁历时，应根据降雨径流形成规律，流域面积大小和工程重要性等确定。
一般大中型工程取1日、3日、7日、15日、30日等；小型工程可取小于24小时，即24小时、12小时、6小时、3小时、l小时等。
考虑到推求雨量时程分配和推求设计洪水过程线的需要，在确定最长统计历时后还需选用若干个控制时段。
暴雨量的选样方法一般与洪量相同，采用固定时段年最大值独立选样法。
但对面雨量选样时，应注意，面雨量的年最大值必须在流域面平均雨量过程中挑选，而不可将各雨量站的年最大值加起来平均作为年最大面雨量。
即先要根据流域内各测站的点雨量，按一定的方法(如算术平均法、泰森多边形法或等雨量线法)求出每年各次大暴雨的面雨量过程。
然后再按独立选样的原则，统计逐年不同时段的年最大面雨量。
例如，已求得某年流域面平均日雨量过程为……20mm、87mm、5mm、0mm、38mm、74mm、25mm、30mm、4mm……，则最大1日面雨量x1日=87mm；最大3日面雨量x3日=38+74十25=137mm；最大7日面雨量x7日=87+5十0+38+?4+25+30=259mm。
有些低标准的排水工程也可采用超定量法选样，即凡超过一定雨量的降雨都被选用。
2．资料的审查和订正暴雨资料的代表性，可通过与邻近地区长系列雨量资料，以及本流域或邻近流域实测和调查洪水资料进行对比分析。
要着重弄清楚近五、六十年内大暴雨、大洪水出现的次数、年份和量级(模比系数)。
注意所选用的资料系列是否有偏丰或偏枯等情况；流域上是否有足够数量的测站用来计算面雨量；站网分布情况能否反映地理、气象、水文分区的特性：还要注意分析暴雨的特性等。
目前长历时雨量一般由以8时为分界的定时观测的日雨量记录进行统计选样。
短历时雨量应尽可能由自记雨量记录摘取，以保证选样的精度。
但目前我国大多数雨量观测资料是定时观测值，由于定时观测资料人为地把一次降雨过程分开记载，因此一般根据它获得的时段最大值，往往比由自记雨量资料按分钟滑动统计的要偏小些。
故对定时观测的日雨量或分段雨量的统计值，应进行必要的订正。
例如根据实测资料分析，在我国年最大24小时雨量约为年最大日雨量的1．10—1．30倍，平均为1．12倍左右，即x24=1．12x1日式中x24——不受日分界(8时)限制，按分钟滑动统计的年最大24小时雨量；x1日——按日分界统计的年最大一日雨量。
（二）面雨量资料的插补延长在统计各年的面雨量资料时，经常遇到这样的情况：设计流域内早期(如解放前或解放初期)雨量站点稀少；而近期雨量站点多，密度大。
一般来说，以多站雨量资料求得的流域平均雨量，其精度较少站雨量资料求得的为高。
但多站雨量资料的系列往往较短，为展延系列，可利用资料较长的少站流域平均雨量与多站流域平均雨量建立相关关系。
如果同期观测资料较短，可用一年多次法选样，即在一年中取多次暴雨资料，然后在各次暴雨中选取指定时段的最大值，以增加一些点据，便于确定相关线。
多站平均与少站平均雨量的相关关系一般较好，这是因为两者具有相似的影响因素。
如两者关系线接近45°线，且点据密集在45°线两旁，则早期的少站平均雨量可以作为流域的面雨量；如两者关系线偏于45°线的一侧，则需利用相关线展延多站平均雨量，作为流域面雨量。
（三）频率计算及合理性分析设计洪水规范规定，暴雨频率计算的经验频率公式可采用p=m／(n+1)，线型采用皮ⅲ型；频率曲线及其统计参数的确定仍用适线法。
根据我国暴雨特性及实践结果，我国暴雨的cs与cv，比值，一般地区为3．5左右；在cv>0．6地区，约为3．0；cv<0．45地区，约为4．0。
现有的暴雨资料系列大都较短，据此进行频率计算，特别是外延到稀遇的设计情况，抽样误差很大。
因此对频率计算的成果，不能被单纯的数学统计结果所迷惑，必须根据水文现象的特性和成因进行合理性分析，以提高成果的可靠性。
分析检查的方法与洪水峰量频率计算成果的检查相似，可以从以下几方面进行：1．对本流域，要求各时段雨量频率曲线在实用范围内不相交。
如出现交叉现象，应对其中突出的曲线和参数进行复核和调整。
暴雨的均值是随着历时的增加而增加的。
而变差系数cv，经大量的分析表明，它随历时的变化，可概比为单峰铃形曲线。
即当历时较短时，cv较小，随历时的增加cv亦增大，当历时增加到一定程度时，cv出现最大值。
然后，随着历时的继续增加，cv又逐渐减小。
在1h、6h、24h的cv之间作比较，沿海地区往往cv24，最大(如山东、上海、广东)；内地的黑龙江、河南中部等地cv4最大；干旱地区基本上cp1最大，有些地方实际上最大cv出现的历时只有30min或更短。
2．在面上，应结合气候、地形条件将本流域的分析成果与邻近地区的统计参数进行比较，作地区上的协调。
3．各种历时的设计暴雨量应与邻近地区的特大暴雨实测记录相比较，检查设计值是否安全可靠。
对于稀遇频率的设计暴雨，还应与全省、全国和世界实测大暴雨记录相比，以检查其合理性。
二、由点雨量资料间接推求设计面暴雨量当设计流域内雨量资料系列太短，或互不同期，或站数过少、分布不匀、不能控制全流域时，都难以得到面雨量系列来直接计算设计面暴雨量。
在这种情况下，设计面暴雨量就只能用间接法来推求。
即先求出流域中心处的设计点暴雨量，然后通过暴雨的点面关系，将设计点暴雨量转换成设计面暴雨量。
（一）设计点暴雨量的推求1．有较充分点雨量资料时设计点暴雨量的推求当流域中心或其附近某雨量站有较充分(二、三十年以上)的雨量资料时，可将该站作为代表站，据其雨量资料直接选取各种时段的年最大值，组成各个样本，分别进行频率计算求得不同时段的设计点暴雨量。
如果样本系列中有缺测年份，或有偏丰、偏枯现象，代表性不足时，须尽量插补延长系列。
但由于暴雨的局地性，使得相邻站暴雨资料的相关性一般较差。
如南京与镇江两地相距仅65km，而两站的年最大一日雨量相关程度却很低(r=0．66)。
因此一般不宜用相关法插补延长点暴雨资料，通常可采用以下几种方法：（1）在邻站与本站相距很近，且地形差别不大的地区，可以直接移用邻站某些年份的雨量记录。
（2）邻近地区测站较多时，大水年可绘制次暴雨量等值线图或各种时段年最大值等值线图进行插补；一般年份可采用邻近各站的平均值插补。
（3）当暴雨和洪水的峰或量相关关系较好时，可利用实测或调查的洪水资料插补延长暴雨资料。
（4）当缺测年份较多，逐年插补比较麻烦时，可用气候系数k 值法订正系列的均值。
即代表站a的短系列暴雨均值an，可用暴雨一致地区内长系列站的暴雨均值bn与同步短系列均值bn的比值k加以订正。
点暴雨频率计算中也需加入特大暴雨资料，并进行特大值处理。
对频率计算成果要注意合理性分析，方法与前述面暴雨类似。
此外，还可用暴雨参数等值线图对照检查。
2．缺乏点雨量资料时设计点暴雨量的推求当流域内缺乏具有较长雨量资料的代表站时，设计点暴雨量的推求可利用暴雨等值线图或参数的分区综合成果。
气候是影响暴雨的主要因素。
气候条件呈现一定的地带性变化规律，因此暴雨特性及统计参数也呈现地理变化趋势。
目前全国和各省(区)均编制了各种时段(1日、3日，7日及l小时、6小时、24小时等)的暴雨均值及cv等值线图和cs／cv的分区数值表，并载入暴雨洪水图集或手册中，这为无资料地区计算设计点暴雨量提供了方便。
在使用等值线图推求没汁点暴雨量时，需先在某指定时段的暴雨均值和cv等值线图上分别圈出设计流域的分水线，并定出流域中心位置，然后读出流域中心点的均值和cv值；暴雨的cs通常采用3．5cv，也可根据图集提供的数据选定。
有了3个统计参数，即可求得指定设计频率的该时段设计点暴雨量。
同理，可按需要求出其他各种时段的设计点暴雨量。
三、结语在设计洪水时，等值线图往往只反映大地形对暴雨的影响，不能反映局部地形的影响，因此在一般资料较少而地形又复杂的山区，应用暴雨等值线图时要特别注意。
应尽可能搜集近期的一些暴雨实测资料，对由等值线图查出的数据，进行分析比较，必要时作一些修正。
参考文献[1]陈建军．由暴雨资料计算小流域设计洪水[j]．黑龙江科技信息，2010，（19）．[2]曹世惠，柏绍光．由实测暴雨推求设计洪水方法的探讨[j]．水文，2002，（1）．作者简介：谢基曙（1976－），男，供职于广西百纳工程咨询有限公司，本科，研究方向：陆地水文。
