一種小流域設(shè)計洪水計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小流域設(shè)計洪水計算方法，依次包括計算設(shè)計暴雨、計算產(chǎn)流以及計算匯流，根據(jù)流域不同河段的弗勞德系數(shù)，把整個流域進行分類，若流域某河段的弗勞德系數(shù)大于等于1，表明該河段屬于上游山丘性河流，采用推理公式法求解上游山丘性河流的匯流，若流域某河段的弗勞德系數(shù)小于1，表明該河段屬于下游平原性河流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的匯流。本發(fā)明對小流域上游山區(qū)和下游平原地區(qū)河道的特點、水流特性加以區(qū)分，采用不同的產(chǎn)匯流計算方法進行計算，使得到的設(shè)計洪水值更加合理、準確。
【專利說明】
一種小流域設(shè)計洪水計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于工程水文技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種小流域設(shè)計洪水計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市一般位于流域的下游地勢平緩的地區(qū)，由于平原地區(qū)和上游山區(qū)的河道的特 點有很大的不同，水流特性也各不相同，因此水文計算方法也不一樣。
[0003] 對于山丘區(qū)河道，如果不考慮河道特性，僅單純以流域上游山區(qū)河道特性或下游 平原河道特性進行設(shè)計洪水計算，所得計算結(jié)果與實際相差較大。
[0004] 因此，必須同時考慮流域上游和下游河道特征的差異性，采用不同的產(chǎn)匯流計算 方法，才能得出準確合理的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種小流域設(shè)計洪水計 算方法，對小流域上游山區(qū)和下游平原地區(qū)河道的特點、水流特性加以區(qū)分，采用不同的產(chǎn) 匯流計算方法進行計算，使得到的設(shè)計洪水值更加合理、準確。
[0006] 為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種小流域設(shè)計洪水計算方法，包括以下步驟：
[0008] (1)計算流域的設(shè)計暴雨；
[0009] (2)計算流域的產(chǎn)流；
[0010] (3)計算流域的匯流，根據(jù)流域不同河段的弗勞德系數(shù)，把整個流域進行分類，若 流域某河段的弗勞德系數(shù)大于等于1，表明該河段屬于上游山丘性河流，采用推理公式法求 解上游山丘性河流的匯流，若流域某河段的弗勞德系數(shù)小于1，表明該河段屬于下游平原性 河流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的匯流，此時將上游山丘性河流的流出口的斷 面值作為求解下游平原性河流的上游輸入條件，采用一維非恒定流方程進行洪水演算，得 到下游平原性河流各個斷面的水位、流量過程。
[0011] 進一步地，在步驟(1)中，對于有實測降雨資料的流域，在推求設(shè)計暴雨時，直接采 用當?shù)赜炅抠Y料進行雨量頻率計算，采用年最大值法選樣、點繪頻率曲線、分析統(tǒng)計參數(shù)從 而得出指定時段設(shè)計雨量，再選取典型暴雨過程，采用同頻率或同倍比放大法得到設(shè)計暴 雨過程;對于缺乏雨量資料的流域，采用等值線圖法推求流域設(shè)計暴雨。
[0012] 進一步地，所述統(tǒng)計參數(shù)包括雨量的均值、偏差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)。
[0013] 進一步地，在步驟(2)中，采用徑流系數(shù)折算法，或者先損后損法，或者產(chǎn)流模型法 來計算流域產(chǎn)流。
[0014] 進一步地，采用產(chǎn)流模型法來計算流域產(chǎn)流時，首先將流域的下墊面按土地利用 類別進行分類:包括水面、水田、旱地、非耕地和城區(qū)，然后按照各自的產(chǎn)流計算模式進行計 算;水面的產(chǎn)流采用水量平衡方程計算，為降雨量與蒸發(fā)量之差;水田的產(chǎn)流根據(jù)適宜水深 范圍（出，!1 2)、耐淹程度H3以及最大引排水能力He計算，當由于水田蒸散發(fā)使蓄水深度!1<出 時，水田引水灌溉至H2;當降雨期使蓄水深度H>H3時，水田以最大排水能力He為上限排水； 當時，水田不引不排以減少動力消耗;旱地、非耕地的產(chǎn)流計算采用下滲曲線法或 蓄滿產(chǎn)流模型；城區(qū)將匯水面積分為水面、不透水面積、透水面積三部分，分別模擬產(chǎn)流過 程，其中，水面的產(chǎn)流為降雨量與蒸發(fā)量之差，不透水面積的產(chǎn)流為降雨與洼蓄量之差，透 水面積的產(chǎn)流采用下滲曲線法或蓄滿產(chǎn)流法計算。
[0015] 進一步地，在步驟(3)中，所述一維非恒定流方程用圣維南方程組來描述，即
[0016]
[0017] 上式中，Q為斷面流量，q為河道旁側(cè)入流量，Βτ為當量河寬，Ζ為斷面水位，Α為過水 面積，g為重力加速度，K為流量模數(shù)，X為沿河長的距離變量，t為時間變量。
[0018] 采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：
[0019] 本發(fā)明考慮流域上游和下游河道特征的差異性，采用不同的產(chǎn)匯流計算方法，改 進了目前僅用推理公式法由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水的方法，提出了利用推理公式法、非恒 定流法相耦合計算小流域設(shè)計洪水的方法，解決了在小流域設(shè)計洪水計算過程中，單純采 用推理公式法計算使得結(jié)果偏大的問題。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的總體流程圖。
【具體實施方式】
[0021] 以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0022] 如圖1所示，一種小流域設(shè)計洪水計算方法，包括以下步驟：
[0023] (1)計算流域的設(shè)計暴雨；
[0024] (2)計算流域的產(chǎn)流；
[0025] (3)計算流域的匯流，根據(jù)流域不同河段的弗勞德系數(shù)，把整個流域進行分類，若 流域某河段的弗勞德系數(shù)大于等于1，表明該河段屬于上游山丘性河流，采用推理公式法求 解上游山丘性河流的匯流，若流域某河段的弗勞德系數(shù)小于1，表明該河段屬于下游平原性 河流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的匯流，此時將上游山丘性河流的流出口的斷 面值作為求解下游平原性河流的上游輸入條件，采用一維非恒定流方程進行洪水演算，得 到下游平原性河流各個斷面的水位、流量過程。
[0026] 在本實施例中，上述步驟(1)中，對于有實測降雨資料的流域，在推求設(shè)計暴雨時， 直接采用當?shù)赜炅抠Y料進行雨量頻率計算，采用年最大值法選樣、點繪頻率曲線、分析統(tǒng)計 參數(shù)(統(tǒng)計參數(shù)包括統(tǒng)計參數(shù)包括雨量的均值、偏差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù))從而得出指定時段設(shè) 計雨量，再選取典型暴雨過程，采用同頻率或同倍比放大法得到設(shè)計暴雨過程;對于缺乏雨 量資料的流域，采用等值線圖法推求流域設(shè)計暴雨。
[0027] 在本實施例中，上述步驟(2)中，采用徑流系數(shù)折算法，或者先損后損法，或者產(chǎn)流 模型法來計算流域產(chǎn)流。
[0028] 采用徑流系數(shù)折算法計算產(chǎn)流時，采用地表徑流系數(shù)折算得出設(shè)計凈雨。
[0029] 采用先損后損法計算產(chǎn)流時，將降雨損失分為初損1〇和后損^兩部分，1〇主要指匯 水區(qū)域的洼蓄、植物截留、初始下滲量之和，在設(shè)計暴雨初期扣除；h是產(chǎn)流后的損失量，將 小于平均損失強度μ的雨量作為損失扣除。
[0030] 采用產(chǎn)流模型法來計算流域產(chǎn)流時，首先將流域的下墊面按土地利用類別進行分 類:包括水面、水田、旱地、非耕地和城區(qū)，然后按照各自的產(chǎn)流計算模式進行計算;水面的 產(chǎn)流采用水量平衡方程計算，為降雨量與蒸發(fā)量之差;水田的產(chǎn)流根據(jù)適宜水深范圍（m， H2 )、耐淹程度H3以及最大引排水能力He計算，當由于水田蒸散發(fā)使蓄水深度Η<Ηι時，水田 引水灌溉至H 2;當降雨期使蓄水深度H>H3時，水田以最大排水能力He為上限排水；當HiSH <H3時，水田不引不排以減少動力消耗;旱地、非耕地的產(chǎn)流計算采用下滲曲線法或蓄滿產(chǎn) 流模型；城區(qū)將匯水面積分為水面、不透水面積、透水面積三部分，分別模擬產(chǎn)流過程，其 中，水面的產(chǎn)流為降雨量與蒸發(fā)量之差，不透水面積的產(chǎn)流為降雨與洼蓄量之差，透水面積 的產(chǎn)流采用下滲曲線法或蓄滿產(chǎn)流法計算。
[0031] 在本實施例中，上述步驟(3)中，所述一維非恒定流方程用圣維南方程組來描述， 即
[0032]
[0033] 上式中，Q為斷面流量，q為河道旁側(cè)入流量，Βτ為當量河寬，Z為斷面水位，A為過水 面積，g為重力加速度，K為流量模數(shù)，X為沿河長的距離變量，t為時間變量。
[0034]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種小流域設(shè)計洪水計算方法，其特征在于，包括W下步驟： (1) 計算流域的設(shè)計暴雨； (2) 計算流域的產(chǎn)流； (3) 計算流域的匯流，根據(jù)流域不同河段的弗勞德系數(shù)，把整個流域進行分類，若流域 某河段的弗勞德系數(shù)大于等于1，表明該河段屬于上游山丘性河流，采用推理公式法求解上 游山丘性河流的匯流，若流域某河段的弗勞德系數(shù)小于1，表明該河段屬于下游平原性河 流，采用非恒定流法求解下游平原性河流的匯流，此時將上游山丘性河流的流出口的斷面 值作為求解下游平原性河流的上游輸入條件，采用一維非恒定流方程進行洪水演算，得到 下游平原性河流各個斷面的水位、流量過程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種小流域設(shè)計洪水計算方法，其特征在于:在步驟（1)中，對于 有實測降雨資料的流域，在推求設(shè)計暴雨時，直接采用當?shù)赜炅抠Y料進行雨量頻率計算，采 用年最大值法選樣、點繪頻率曲線、分析統(tǒng)計參數(shù)從而得出指定時段設(shè)計雨量，再選取典型 暴雨過程，采用同頻率或同倍比放大法得到設(shè)計暴雨過程;對于缺乏雨量資料的流域，采用 等值線圖法推求流域設(shè)計暴雨。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種小流域設(shè)計洪水計算方法，其特征在于:所述統(tǒng)計參數(shù)包括 雨量的均值、偏差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種小流域設(shè)計洪水計算方法，其特征在于:在步驟(2)中，采用 徑流系數(shù)折算法，或者先損后損法，或者產(chǎn)流模型法來計算流域產(chǎn)流。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種小流域設(shè)計洪水計算方法，其特征在于:采用產(chǎn)流模型法來 計算流域產(chǎn)流時，首先將流域的下墊面按±地利用類別進行分類:包括水面、水田、旱地、非 耕地和城區(qū)，然后按照各自的產(chǎn)流計算模式進行計算;水面的產(chǎn)流采用水量平衡方程計算， 為降雨量與蒸發(fā)量之差;水田的產(chǎn)流根據(jù)適宜水深范圍化1，出）、耐淹程度曲W及最大引排 水能力化計算，當由于水田蒸散發(fā)使蓄水深度H<化時，水田引水灌概至出；當降雨期使蓄水 深度H>曲時，水田W最大排水能力化為上限排水；當出《H<曲時，水田不引不排W減少動 力消耗;旱地、非耕地的產(chǎn)流計算采用下滲曲線法或蓄滿產(chǎn)流模型;城區(qū)將匯水面積分為水 面、不透水面積、透水面積Ξ部分，分別模擬產(chǎn)流過程，其中，水面的產(chǎn)流為降雨量與蒸發(fā)量 之差，不透水面積的產(chǎn)流為降雨與法蓄量之差，透水面積的產(chǎn)流采用下滲曲線法或蓄滿產(chǎn) 流法計算。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種小流域設(shè)計洪水計算方法，其特征在于:在步驟(3)中，所述 一維非恒定流方程用圣維南方程組來描述，即上式中，Q為斷面流量，q為河道旁側(cè)入流量，化為當量河寬，Z為斷面水位，A為過水面積， g為重力加速度，K為流量模數(shù)，X為沿河長的距離變量，t為時間變量。
【文檔編號】G06F17/50GK105975672SQ201610284081
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】周宏 , 劉俊, 高成, 樊旭
【申請人】河海大學(xué)