后河设计洪峰流量计算

第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求由流量资料推求设计洪峰及不同时段的设计洪量，可以使用数理统计方法，计算符合设计标准的数值，一般称为洪水频率计算。

一、资料审查在应用资料之前，首先要对原始水文资料进行审查，洪水资料必须可靠，具有必要的精度，而且，具备频率分析所必须的某些统计特性，例如洪水系列中各项洪水相互独立，且服从同一分布等。

除在第三章谈到审查资料的可靠性之外，还要审查资料的一致性和代表性。

为使洪水资料具有一致性，要在调查观测期中，洪水形成条件相同，当使用的洪水资料受人类活动如修建水工建筑物、整治河道等的影响有明显变化时，应进行还原计算，使洪水资料换算到天然状态的基础上。

洪水资料的代表性，反映在样本系列能否代表总体的统计特性，而洪水的总体又难获得。

一般认为，资料年限较长，并能包括大、中、小等各种洪水年份，则代表性较好。

此可见，通过古洪水研究，历史洪水调查，考证历史文献和系列插补延长等增加洪水列的信息量方法，是提高洪水系列代表性的基本途径。

根据我国现有水文观测资料情况，SL44—93规定坝址或其上下游具有较长期的实测水资料(一般需要30年以上)，并有历史洪水调查和考证资料时，可用频率分析法计算计洪水。

二、样本选取河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化过程，如何从历洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题。

根据SL44—93规定，应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。

固定时段一般采用l、3、5、7、15、30天。

大流域、调洪能力大的工程，设计时段可以取得长一些；小流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。

在设计时段以内，还必须确定一些控制时段，即洪水过程对工程调洪后果起控制作用的时段，这些控制时段洪量应具有相同的设计频率。

同一年内所选取的控制时段洪量，可发生在同一次洪水中，也可不发生在同一次洪水中，关键是选取其最大值。

小流域洪峰流量计算的公式1、推理公式f Q n sm τψ278.0=当τ≥c t ，时，n su τψ-=1 当τc t ，时，nc t n -⎪⎭⎫ ⎝⎛=1τψn H s -=12424n--=410ψττ()nnnsF L mJ ----⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=414431410278.0τ()nc s n t 11⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=μm Q ——设计频率的洪峰流量（m 3/s ）ψ——洪峰径流系数τ——汇流历时(h)S ——暴雨雨力(mm/h)n ——暴雨衰减指数，其分界点为1小时，当t<1，取n=n 1，当t 1，取n=n 2μ——产流历时内流域内的平均入渗率（mm/h ）c t ——产流历时24H ——设计频率的最大24小时雨量（mm ）计算步骤1、根据地形图确定流域的特征参数F 、L 、J2、由公式4131FJ L =θ计算θ值，并根据相关公式计算汇流参数m3、由暴雨μ的参数等值线图确定设计流域的暴雨参数特征值24H 、C V 、C S 、n 1或n 2，并由皮尔逊Ⅲ型，结合频率查表，确定指定频率下的K p 值，由()241224H K s K S n p p p -== 4、有《四川省水文手册》，查出n-44的值，并根据ns m -⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=44410383.0θτ计算0τ值5、查表确定μ值，并计算n sτμ，查图由n 、n sτμ两坐标的焦点值，确定洪峰径流系数ψ6、根据《四川省水文手册》，查出n-41的值，计算流域汇流时间n--=41ψττ，计算τ值2、水利水电科学研究院的经验公式 适用于流域面积小于100km 2.32ksFQ m =洪峰流量参数K 可有下表3、公路科学研究所nm kFQ =指数n 为面积指数，当101≤≤F 时，K 值如下表梯形断面830)'(189.1⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=i m m nQ h ，)1(2200m m h b -+=，212'm m +=。

设计洪水分析计算1、洪水标准依据《水利水电工程等级划分与洪水标准》（SL44-2006），确定该工程等级为五等，按20年一遇洪水标准设计，200年一遇洪水校核。

本水库上游流域面积为1.6平方千米，属于小于30平方千米范围，按《山东省小型水库洪水核算办法》（试行）进行洪水计算。

2、设计洪水推求成果1、基本资料流域面积F=1.6平方公里，干流长度L=2.1千米，干流平均比降j=0.02。

根据山东省小型水库洪水核算办法，查《山东省多年平均二十四小时暴雨等值线图》，该流域中心多年平均二十四小时暴雨H24=85毫米。

该水库水位、库容关系表如下：设计溢洪道底高程177.84米，相应库容23.29万立米。

2、最大入库流量Q m计算（1）、流域综合特征系数K按下式计算K=L/j1/3F2/5（2）、设计暴雨量计算查《山东省最大二十四小时暴雨变差系数C v等值线图》，该流域中心C v=0.6，采用C s=3.5C v应用皮尔逊3型曲线K p值表得，20年一遇K p=2.20，200年一遇K p=3.62，则20年一遇最大24小时降雨量H24=2.2*85=187毫米，200年一遇最大24小时降雨量H24=3.62*85=307.7毫米。

（3）单位面积最大洪峰流量计算经实地勘测，该工程地点以上流域属丘陵区，查泰沂山北丘陵区q m- H24-K关系曲线，得20年一遇单位面积最大洪峰流量与200年一遇单位面积最大洪峰流量q m。

（4）洪水总量与洪水过程线推求已算得20年一遇最大24小时降雨量H24=187毫米与200年一遇最大24小时降雨量H24=307.7毫米，取其75%为P 。

设计前期影响雨量P a取40毫米，计算P+P a，查P+P a与设计净雨h R关系曲线，得20年一遇与00年一遇h R。

洪水总量按下式计算W=0.1*F*h R，由此可计算得20年一遇与200年一遇洪水总量W。

将洪水过程概化为三角形，洪水历时按下式计算T=W/1800Q m。

无压流洪涵设计一、水力计算（一）洪峰流量计算本次所设计的洪水涵洞穿越的山洪沟系无水文资料，按《辽宁省水文手册》计算设计洪水，防洪标准按20年一遇（P=5%）设计。

在万分之一地形图和实测地形图上量出集水面积（km2）、主河道长（L）、主河道平均坡降J（‰）。

（1）基本资料（2）暴雨洪水计算暴雨计算表各种频率洪峰流量计算表（二）涵前积水计算考虑涵前积水的洪峰流量根据下式计算：)1()1()1(ληλσ-=-=-⨯=P a P p a P A Q W WQ W W Q Q 1)2)(()1(122--+----=K K K K K ξξξξη K=σh H σξh LI =163838185283)1(137.4IQ aa mh P ⋅+⨯⨯=σ式中：Q A —考虑积水的设计频率洪峰流量（m 3/s ）； Q P —未考虑积水的设计频率洪峰流量，Q P = m 3/s ； W P —洪水总量(m 3)； W a —涵前积水体积（m 3） W σ—涵前主河槽内蓄水体积(m 3)；λη⋅—参数（σσηλW W 、W W a P ==）λ取0.1； m —主河道粗糙系数，（065.0—,1糙率为n nm =）15065.011===n m ； a —主河道洪水河槽横断面的边坡坡度，a =1.18；H —通过设计洪峰流量Q P 时涵前积水深（m ）；σh —通过Q P 时河槽内的天然水深(m)；L —主河道长度，L= km;F —汇水面积，F= km 2； I —主河道平均坡度， ‰。

①涵前积水根据实际地形确定H 为 米。

②163838581283)1(137.4IQ aa mh P ⨯+⨯⨯=σ= ③==σh H K ④==σξh LI ⑤1)2)(()1(122--+----=k k k k k ξξξξη =⑥=-=)1(ληP A Q Q ⑦=-AAP Q Q Q 故不考虑涵前积水影响，本次设计流量采用Q= m 3/s （三）涵洞过水能力计算涵洞两侧边墙为浆砌石重力墙，洞顶采用钢筋砼板，选择为无压流态。

后河设计洪峰流量计算后河线路跨越断面处流域面积为F=1789.57km2，流域长度为L=78km，流域比降为J=2.64‰。

1 地区经验公式查《内蒙古自治区水文手册》得，C=3.64，n=0.55，Cv=1，Cs=2.5Cv，K p=1%=4.85，K p=2%=4.04，K p=20%=1.52。

Q m=CF n=3.64*1789.570.55=223.9m3/s。

Q1%= K p=1%* Q m=1086 m3/s；Q2%= K p=2%* Q m=905m3/s；Q20%= K p=20%* Q m=340m3/s；2 面积比法计算兴和水文站位于二道河上，位于线路跨越断面下游约20km，流域面积为F水文站=2019km2，其间有较大支流前河汇入。

2.1由兴和水文站实测流量计算根据收集兴和水文站1979年~2010年共32年实测历年最大洪峰流量系列，采用P-III型频率计算得，Q均=180，C V=1，Cs=2.5Cv；Q1%= K p=1%* Q m=872 m3/s；Q2%= K p=2%* Q m=729m3/s；Q20%= K p=20%* Q m=273m3/s；2.2 线路跨越处面积比法计算洪峰流量根据公式Q线1%=Q水文站（F线/F水文站）nQ1%=872*（1789.57/2019）0.55=816 m3/s；Q2%=729*（1789.57/2019）0.55=682 m3/s；Q20%=273*（1789.57/2019）0.55=255 m3/s；3 根据《内蒙古河流湖泊资料统计》计算得查《内蒙古河流湖泊资料统计》得知，根据兴和水文站采用1959~1960年和1963~1974年共14年实测最大洪峰流量计算得，Q均=239，C V=1，Cs=2.5Cv；Q1%=1160 m3/s；Q2% =966m3/s。

采用面积比法计算：Q线1%=Q水文站（F线/F水文站）nQ1%=1160*（1789.57/2019）0.55=1086 m3/s；Q2%=966*（1789.57/2019）0.55=904m3/s。

洪峰流量计算8.7.3推理公式法计算设计洪峰流量推理公式法是基于暴雨形成洪水的基本原理推求设计洪水的一种方法。

1.推理公式法的基本原理推理公式法计算设计洪峰流量是联解如下一组方程X便可求得设计洪峰流量Qp，即Qm，及相应的流域汇流时间τ。

计算中涉及三类共7个参数，即流域特征参数F、L、J；暴雨特征参数S、n；产汇流参数μ、m。

为了推求设计洪峰值，首先需要根据资料情况分别确定有关参数。

对于没有任何观测资料的流域，需查有关图集。

从公式可知，洪峰流量Qm和汇流时间τ互为隐函数，而径流系数ψ对于全面汇流和部分汇流公式又不同，因而需有试算法或图解法求解。

1. 试算法该法是以试算的方式联解式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），步骤如下：①通过对设计流域调查了解，结合水文手册及流域地形图，确定流域的几何特征值F、L、J，设计暴雨的统计参数（均值、C V、Cs / C V）及暴雨公式中的参数n（或n1、n2），损失参数μ及汇流参数m。

②计算设计暴雨的Sp、X TP，进而由损失参数μ计算设计净雨的T B、R B。

③将F、L、J、T B、R B、m代入式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），其中仅剩下Q m、τ、Rs,τ未知，但Rs,τ与τ有关，故可求解。

④用试算法求解。

先设一个Q m，代入式（8.7.6）得到一个相应的τ，将它与t c比较，判断属于何种汇流情况，再将该τ值代入式（8.7.4）或式（8.7.5），又求得一个Q m，若与假设的一致（误差不超过1%），则该Q m及τ即为所求；否则，另设Q m仿以上步骤试算，直到两式都能共同满足为止。

试算法计算框图如图8.7.1。

图8.7.1 推理公式法计算设计洪峰流量流程图2. 图解交点法该法是对（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6）分别作曲线Q m~τ及τ~ Q m，点绘在一张图上，如图8.7.2所示。

两线交点的读数显然同时满足式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），因此交点读数Q m、τ即为该方程组的解。