CN105975672A - 一种小流域设计洪水计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小流域设计洪水计算方法，依次包括计算设计暴雨、计算产流以及计算汇流，根据流域不同河段的弗劳德系数，把整个流域进行分类，若流域某河段的弗劳德系数大于等于1，表明该河段属于上游山丘性河流，采用推理公式法求解上游山丘性河流的汇流，若流域某河段的弗劳德系数小于1，表明该河段属于下游平原性河流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的汇流。本发明对小流域上游山区和下游平原地区河道的特点、水流特性加以区分，采用不同的产汇流计算方法进行计算，使得到的设计洪水值更加合理、准确。

Description

一种小流域设计洪水计算方法

技术领域

本发明属于工程水文技术领域，特别涉及了一种小流域设计洪水计算方法。

背景技术

城市一般位于流域的下游地势平缓的地区，由于平原地区和上游山区的河道的特点有很大的不同，水流特性也各不相同，因此水文计算方法也不一样。

对于山丘区河道，如果不考虑河道特性，仅单纯以流域上游山区河道特性或下游平原河道特性进行设计洪水计算，所得计算结果与实际相差较大。

因此，必须同时考虑流域上游和下游河道特征的差异性，采用不同的产汇流计算方法，才能得出准确合理的结果。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种小流域设计洪水计算方法，对小流域上游山区和下游平原地区河道的特点、水流特性加以区分，采用不同的产汇流计算方法进行计算，使得到的设计洪水值更加合理、准确。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种小流域设计洪水计算方法，包括以下步骤：

(1)计算流域的设计暴雨；

(2)计算流域的产流；

(3)计算流域的汇流，根据流域不同河段的弗劳德系数，把整个流域进行分类，若流域某河段的弗劳德系数大于等于1，表明该河段属于上游山丘性河流，采用推理公式法求解上游山丘性河流的汇流，若流域某河段的弗劳德系数小于1，表明该河段属于下游平原性河流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的汇流，此时将上游山丘性河流的流出口的断面值作为求解下游平原性河流的上游输入条件，采用一维非恒定流方程进行洪水演算，得到下游平原性河流各个断面的水位、流量过程。

进一步地，在步骤(1)中，对于有实测降雨资料的流域，在推求设计暴雨时，直接采用当地雨量资料进行雨量频率计算，采用年最大值法选样、点绘频率曲线、分析统计参数从而得出指定时段设计雨量，再选取典型暴雨过程，采用同频率或同倍比放大法得到设计暴雨过程；对于缺乏雨量资料的流域，采用等值线图法推求流域设计暴雨。

进一步地，所述统计参数包括雨量的均值、偏差系数和偏态系数。

进一步地，在步骤(2)中，采用径流系数折算法，或者先损后损法，或者产流模型法来计算流域产流。

进一步地，采用产流模型法来计算流域产流时，首先将流域的下垫面按土地利用类别进行分类：包括水面、水田、旱地、非耕地和城区，然后按照各自的产流计算模式进行计算；水面的产流采用水量平衡方程计算，为降雨量与蒸发量之差；水田的产流根据适宜水深范围(H₁，H₂)、耐淹程度H₃以及最大引排水能力He计算，当由于水田蒸散发使蓄水深度H＜H₁时，水田引水灌溉至H₂；当降雨期使蓄水深度H＞H₃时，水田以最大排水能力He为上限排水；当H₁≤H＜H₃时，水田不引不排以减少动力消耗；旱地、非耕地的产流计算采用下渗曲线法或蓄满产流模型；城区将汇水面积分为水面、不透水面积、透水面积三部分，分别模拟产流过程，其中，水面的产流为降雨量与蒸发量之差，不透水面积的产流为降雨与洼蓄量之差，透水面积的产流采用下渗曲线法或蓄满产流法计算。

进一步地，在步骤(3)中，所述一维非恒定流方程用圣维南方程组来描述，即

$\left\{\begin{array}{c}{B}_T\frac{\∂Z}{\∂t}+\frac{\∂Q}{\∂x}=q\\ \frac{\∂Q}{\∂t}+\frac{\∂}{\∂x}\left(\frac{Q^2}{A}\right)+gA\frac{\∂Z}{\∂x}+gA\frac{\left|Q\right|Q}{K^2}=0\end{array}\right.$

上式中，Q为断面流量，q为河道旁侧入流量，B_T为当量河宽，Z为断面水位，A为过水面积，g为重力加速度，K为流量模数，x为沿河长的距离变量，t为时间变量。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明考虑流域上游和下游河道特征的差异性，采用不同的产汇流计算方法，改进了目前仅用推理公式法由设计暴雨推求设计洪水的方法，提出了利用推理公式法、非恒定流法相耦合计算小流域设计洪水的方法，解决了在小流域设计洪水计算过程中，单纯采用推理公式法计算使得结果偏大的问题。

附图说明

图1是本发明的总体流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种小流域设计洪水计算方法，包括以下步骤：

(1)计算流域的设计暴雨；

(2)计算流域的产流；

(3)计算流域的汇流，根据流域不同河段的弗劳德系数，把整个流域进行分类，若流域某河段的弗劳德系数大于等于1，表明该河段属于上游山丘性河流，采用推理公式法求解上游山丘性河流的汇流，若流域某河段的弗劳德系数小于1，表明该河段属于下游平原性河流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的汇流，此时将上游山丘性河流的流出口的断面值作为求解下游平原性河流的上游输入条件，采用一维非恒定流方程进行洪水演算，得到下游平原性河流各个断面的水位、流量过程。

在本实施例中，上述步骤(1)中，对于有实测降雨资料的流域，在推求设计暴雨时，直接采用当地雨量资料进行雨量频率计算，采用年最大值法选样、点绘频率曲线、分析统计参数(统计参数包括统计参数包括雨量的均值、偏差系数和偏态系数)从而得出指定时段设计雨量，再选取典型暴雨过程，采用同频率或同倍比放大法得到设计暴雨过程；对于缺乏雨量资料的流域，采用等值线图法推求流域设计暴雨。

在本实施例中，上述步骤(2)中，采用径流系数折算法，或者先损后损法，或者产流模型法来计算流域产流。

采用径流系数折算法计算产流时，采用地表径流系数折算得出设计净雨。

采用先损后损法计算产流时，将降雨损失分为初损I₀和后损I₁两部分，I₀主要指汇水区域的洼蓄、植物截留、初始下渗量之和，在设计暴雨初期扣除；I₁是产流后的损失量，将小于平均损失强度μ的雨量作为损失扣除。

采用产流模型法来计算流域产流时，首先将流域的下垫面按土地利用类别进行分类：包括水面、水田、旱地、非耕地和城区，然后按照各自的产流计算模式进行计算；水面的产流采用水量平衡方程计算，为降雨量与蒸发量之差；水田的产流根据适宜水深范围(H₁，H₂)、耐淹程度H₃以及最大引排水能力He计算，当由于水田蒸散发使蓄水深度H＜H₁时，水田引水灌溉至H₂；当降雨期使蓄水深度H＞H₃时，水田以最大排水能力He为上限排水；当H₁≤H＜H₃时，水田不引不排以减少动力消耗；旱地、非耕地的产流计算采用下渗曲线法或蓄满产流模型；城区将汇水面积分为水面、不透水面积、透水面积三部分，分别模拟产流过程，其中，水面的产流为降雨量与蒸发量之差，不透水面积的产流为降雨与洼蓄量之差，透水面积的产流采用下渗曲线法或蓄满产流法计算。

在本实施例中，上述步骤(3)中，所述一维非恒定流方程用圣维南方程组来描述，即

$\left\{\begin{array}{c}{B}_T\frac{\∂Z}{\∂t}+\frac{\∂Q}{\∂x}=q\\ \frac{\∂Q}{\∂t}+\frac{\∂}{\∂x}\left(\frac{Q^2}{A}\right)+gA\frac{\∂Z}{\∂x}+gA\frac{\left|Q\right|Q}{K^2}=0\end{array}\right.$

上式中，Q为断面流量，q为河道旁侧入流量，B_T为当量河宽，Z为断面水位，A为过水面积，g为重力加速度，K为流量模数，x为沿河长的距离变量，t为时间变量。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种小流域设计洪水计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)计算流域的设计暴雨；

(2)计算流域的产流；

(3)计算流域的汇流，根据流域不同河段的弗劳德系数，把整个流域进行分类，若流域某河段的弗劳德系数大于等于1，表明该河段属于上游山丘性河流，采用推理公式法求解上游山丘性河流的汇流，若流域某河段的弗劳德系数小于1，表明该河段属于下游平原性河流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的汇流，此时将上游山丘性河流的流出口的断面值作为求解下游平原性河流的上游输入条件，采用一维非恒定流方程进行洪水演算，得到下游平原性河流各个断面的水位、流量过程。

2.根据权利要求1所述一种小流域设计洪水计算方法，其特征在于：在步骤(1)中，对于有实测降雨资料的流域，在推求设计暴雨时，直接采用当地雨量资料进行雨量频率计算，采用年最大值法选样、点绘频率曲线、分析统计参数从而得出指定时段设计雨量，再选取典型暴雨过程，采用同频率或同倍比放大法得到设计暴雨过程；对于缺乏雨量资料的流域，采用等值线图法推求流域设计暴雨。

3.根据权利要求2所述一种小流域设计洪水计算方法，其特征在于：所述统计参数包括雨量的均值、偏差系数和偏态系数。

4.根据权利要求1所述一种小流域设计洪水计算方法，其特征在于：在步骤(2)中，采用径流系数折算法，或者先损后损法，或者产流模型法来计算流域产流。

5.根据权利要求4所述一种小流域设计洪水计算方法，其特征在于：采用产流模型法来计算流域产流时，首先将流域的下垫面按土地利用类别进行分类：包括水面、水田、旱地、非耕地和城区，然后按照各自的产流计算模式进行计算；水面的产流采用水量平衡方程计算，为降雨量与蒸发量之差；水田的产流根据适宜水深范围(H₁，H₂)、耐淹程度H₃以及最大引排水能力He计算，当由于水田蒸散发使蓄水深度H＜H₁时，水田引水灌溉至H₂；当降雨期使蓄水深度H＞H₃时，水田以最大排水能力He为上限排水；当H₁≤H＜H₃时，水田不引不排以减少动力消耗；旱地、非耕地的产流计算采用下渗曲线法或蓄满产流模型；城区将汇水面积分为水面、不透水面积、透水面积三部分，分别模拟产流过程，其中，水面的产流为降雨量与蒸发量之差，不透水面积的产流为降雨与洼蓄量之差，透水面积的产流采用下渗曲线法或蓄满产流法计算。

6.根据权利要求1所述一种小流域设计洪水计算方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述一维非恒定流方程用圣维南方程组来描述，即

$\left\{\begin{array}{c}{B}_T\frac{\∂Z}{\∂t}+\frac{\∂Q}{\∂x}=q\\ \frac{\∂Q}{\∂t}+\frac{\∂}{\∂x}\left(\frac{Q^2}{A}\right)+gA\frac{\∂Z}{\∂x}+gA\frac{\left|Q\right|Q}{K^2}=0\end{array}\right.$

上式中，Q为断面流量，q为河道旁侧入流量，B_T为当量河宽，Z为断面水位，A为过水面积，g为重力加速度，K为流量模数，x为沿河长的距离变量，t为时间变量。