水利水电工程设计洪水计算规范说明

水利水电工程设计洪水计算规范说明
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水利水电工程设计洪水计算规范说明

4.2.1 暴雨特性分析的内容包括两个方面:一是暴雨的一般特性,即分析暴雨的发生季节、出现频率、中心位置、暴雨强度、持续时间、移动规律和极值分布特性等,以判断发生可能最大暴雨的降水气候背景。二是气象成因,即分析环流形势、影响系统、主要物理条件以及地形对暴雨的影响等,以判断产生可能最大暴雨的气象特征。这是可能最大暴雨计算方法选择及成果合理性分析的基础。

我国许多单位在1980年以后db1502/t 014-2022 干旱半干旱区生态景观林自动化节水灌溉技术规程,对流域面积在686~100万km2之间的40余个工程,按原规范规定,使用多种方法计算可能最大暴雨,其中绝大多数都使用了当地暴雨放大法,半数以上使用了暴雨移置法,移置对象多为“35.7”、“63.8”、“75.8”等罕见特大暴雨。此外,东北、贵州等地及长江委用设计流域及邻近地区的特大暴雨进行移置放大。面积大于1万km2、设计时段超过5天的大流域,半数以上采用暴雨组合法。经过多年实践,已积累了使用以上三种方法的丰富经验。

暴雨时面深概化法,在美国和其它一些国家应用较为广泛。世界气象组织出版的两次手册中,均详细介绍了该方法。近年来有了一些新的进展,国内已在昌化江大广坝、长江支流清江水布垭、黄河小花区间等地使用了此方法。

4.2.2 计算可能最大暴雨,需对所选典型暴雨进行放大。放大时,应根据所选暴雨的具体情况,确定放大方法。当所选暴雨为罕见特大暴雨时,只作水汽因子放大;当所选暴雨为非罕见特大暴雨,而动力因子与暴雨有正相关趋势时,可作水汽和动力因子放大。

无论作水汽或水汽动力因子放大,对所选因子及放大指标,应有统一规定,以减少成果的任意性。根据淮河等流域的研究分析,用地面露点推求的可降水,比用探空资料推求的可降水要大,但在雨天时,两者数值比较接近,说明在雨天,大气中的水汽分布接近饱和假绝热直减率的假定是合适的。地面露点观测站站网密、测次多、资料年限较长,又有专用表可查,计算方便,所以确定用地面露点作为水汽因子指标。

风指标以选离地面1500m以内的风速为宜。地面高程低于1500m的地区,采用850hPa高度上的风;地面高程超过1500m(或3000m)时,可用700hPa(或500hPa)高度上的风。

放大指标选取实测资料极值的规定,是根据资料条件和指标的稳定情况而定的。露点、风的指标,到目前为止,一般气象站的观测年限已超过30多年。根据分析,地面露点比较稳定,在30年以上记录中的持续最大露点所相应的水汽含量,接近可能最大暴雨发生时的水汽含量。风速指标虽没有露点稳定,但有30年以上资料也基本能满足计算需要。若某站大暴雨情况下风的资料缺测,可用邻近站资料插补。当实测露点或风速资料短于30年时,可用重现期为50年的数值。

当地暴雨不一定正好落在设计流域,一般均需将放大后的暴雨雨轴、中心稍作调整,才能使设计流域达到可能最大暴雨。

4.2.3 采用此方法时,对移置可能性应从天气、气候条件及地形影响这两个主要因素进行分析论证,在移置时,应注意区别对待。如天气、地形条件相似,可直接移用或略加修改;如地形有一定差别,应进行综合改正或扣除地形雨后移置;如移置高差超过1000m,移置后的暴雨等值线图及相应的温压场结构变化较大时,则不能移置。热带地区,当实测雨量资料短缺,移置范围可适当放宽。

此外,还要根据两地地理位置、流域高程、流域形状等的不同,对形状、水汽、高程等进行单项或综合改正,并对典型暴雨进行放大。

4.2.4 组合暴雨法是根据我国工程设计需要发展起来的。主要适用于大面积、长历时可能最大暴雨计算。经过对三峡、丹江口、万安、五强溪、小湾、漫湾、石泉等20多个工程的应用,积累了一定的经验。暴雨组合本身就是一种放大,其关键是暴雨时大气环流形势及天气系统衔接的可能性。为解决组合可能性问题,可分别采用典型年替换、连续性分析和历史洪水模拟等方法。典型年替换应以典型年为主,替换场次不宜过多,替换暴雨与被替换暴雨在发生的时间上应一致,最多相差15天。当组合暴雨场次较少或所选暴雨不够恶劣时,需对其中1~2场暴雨进行放大。若放大2场,只可对其中1场进行水汽和动力因子联合放大。

4.2.5 暴雨时面深概化法是指充分利用可移入设计地区的实测暴雨资料,通过暴雨放大、移置、时面深外包等步骤求得各历时暴雨等值线包围的各面积上的可能最大暴雨,然后再转换成流域面积的所需历时的可能最大暴雨。

使用该方法时,一般只对典型暴雨进行水汽放大。外包是该方法的重要环节,在作外包曲线时需注意不同历时的面深曲线协调一致,小面积及短历时应逐渐靠拢,随着面积和历时的增大,曲线应逐渐趋于平行。推求流域可能最大暴雨,关键是制作所需历时的和流域面积最接近的暴雨等值线所包围的面积(临界面积)以内和以外的面深关系,并使得临界面积的雨量达到可能最大暴雨。

该方法既可推求流域的可能最大暴雨,也可推求某地区的可能最大暴雨;可使计算结果在地区上相互协调一致;并能合理解决梯级水库相应暴雨洪水的问题。

4.2.6 我国1977年以后已陆续编制出全国及各省区可能最大24小时点暴雨等值线图,供缺乏雨量资料地区的小流域查算,或作分析比较用。近年来,有些地区出现过罕见特大暴雨,如陕西丹凤县宽坪村1998年7月调查到24小时1315mm以上的特大暴雨,河南伊河石涡1982年8月出现了24小时734.3mm的特大暴雨,甘肃阿克塞地区1979年7月出现了24小时123.3mm的大暴雨,已接近或超过等值线图的可能最大点暴雨。因此采用此图时,必须首先查明编图后本地区及邻近地区新出现的大暴雨情况,然后进行检验,必要时对采用成果作适当调整。

4.2.7 可能最大暴雨时空分配,一般都是采用对工程防洪运用较不利的暴雨作为典型进行放大。当典型暴雨推算的洪水峰、量不协调时,可采用综合概化的时空分配进行放大。当用暴雨时面深概化法,或由可能最大点暴雨计算流域可能最大面暴雨时,一般多用综合概化的时空分配进行放大。

4.3 产流和汇流计算

4.3.1 在利用设计暴雨推算设计洪水时,参数率定方法应与使用方法一致。例如在率定瞬时单位线的滞时时,采用汇流时间内的平均雨强与建立关系,在使用时,就不能根据其它时段的雨强查用值。不同方法中的产流和汇流参数不得任意移用,如经验单位线的滞时不能移用瞬时单位线的滞时。暴雨洪水的量级会对计算参数产生影响,故应重视分析大洪水的参数。在评估参数时,应当着重考虑较大洪水的拟合程度,即使在采用流域模型进行连续模拟时,亦应着重检查较大洪峰的拟合程度。

当发现流域内水利与水保措施对参数有明显影响时,则应利用近年内发生的几场较大洪水分析确定参数。

4.3.2 我国幅员辽阔,产流或设计净雨深、汇流计算方法应根据工程所在地区自然地理、水文气象特征与资料条件合理选用。

产流或设计净雨深方面:在湿润与半湿润地区,当产流或设计净雨深计算采用暴雨径流相关法时砌筑工程施工方案1,可用前期影响雨量()或降雨开始时流域蓄水量()作参数。设计条件下的和可采用几场实测大暴雨洪水资料得出的分析值。对扣损法中的初损进行地区综合时,可采用最大初损值与产流面积建立关系。有条件时,后损可与雨强建立关系。在下垫面条件和暴雨分布不均匀的流域宜采用分区扣损的方法。产流参数,特别是干旱、半干旱地区流域产流参数,与产流面积关系密切,如采用未扣除不产流面积分析计算的产流参数,则有可能导致推算的径流偏小。

汇流方面:流域面积在1000 km2以下的山丘地区,可以采用单位线;流域面积在300 km2以下的可采用推理公式与单位线。当流域面积在1000 km2以上,且降雨分布很不均匀时,可采用河网汇流曲线或多输入/单输出模型及流量差值演算模型。在水文资料短缺的500 km2以下地区,也可考虑选用地貌单位线计算设计洪水。

在资料都较齐全的流域,可结合本流域的自然地理特征、产流与汇流条件,选用新安江模型或其它流域水文模型来推求设计洪水。

4.3.3 在水文资料短缺的1000 km2以下的设计流域,可采用经过审定的暴雨径流查算图表计算设计洪水。水利电力部(83)水规字第7号文指出:“……各省(市、自治区)编制的《暴雨径流查算图表》在无实测流量资料系列的地区,可作为今后中小型水库(一般用于控制流域面积在1000 km2以下的山丘区工程)进行安全复核及新工程设计洪水计算的依据”。实践表明,《图表》已达到满足推算设计洪水精度的要求,并已成为全国各地推算无资料地区中小流域工程设计洪水的一种依据。根据最近征求全国30多个单位的意见来看,多数单位都主张在修订的规范中明确各地编制的《图表》可作为由暴雨推算设计洪水的依据之一。鉴于《图表》在编制时没有包括20世纪80年代以来的雨洪资料,因此,必须强调搜集与分析80年代以来的较大洪水资料,以检验并修正设计成果。省界河流还应采用邻省《图集》综合的产流和汇流参数推算设计洪水进行综合分析比较。

4.3.4 造成汇流非线性的原因很多,诸如流域非线性的蓄泄关系、降雨的时空变化、径流水源的比例不同以及部分汇流等等。目前只能通过某些经验办法对汇流参数作非线性改正,或直接对单位线的峰与滞时作出校正。瞬时单位线中涉及的非线性主要表现为不同雨强对单位线参数(包括峰、滞时)的影响,由于河道往往具有在高水时流速趋于稳定的水力学特征,从而使中小洪水时的非线性汇流特征在大洪水时转变为线性汇流。转变时的雨强称为临界雨强,应当注意利用临界雨强控制非线性外延的幅度。如流域内有大暴雨洪水资料时,可直接采用该次大暴雨分析成果,而不作非线性校正。随着流域面积的增大,非线性有变弱的趋势,对大流域一般可不考虑非线性校正。

4.3.5 划分计算单元进行产汇流计算,可以在一定程度上缓解降雨空间分布不均匀的影响,计算单元宜按自然水系划分。单元出流到流域出口断面的洪水演进可采用河槽汇流曲线,并用线性迭加原则28、[深圳]夜景亮化工程施工现场应急预案,将各单元演算到出口的过程线及底水迭加起来合成设计洪水过程线。如果选用河槽汇流曲线参数发生困难,亦可采用多输入/单输出模型。

4.3.6 推理公式主要给出工程地点的设计洪峰流量而不能给出洪水过程线。若工程需要洪水过程线,则可采用Γ线型等。

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