水文分析计算

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1、1 水文分析计算水文分析计算是规划的重要环节，是确定临水控制线、外缘控制线、 划定河道管理范围的主要技术依据。水文分析计算，包括准备工作、设计 洪水计算、水面线计算等步骤。应逐条河流、分段计算。1.1 准备工作准备工作包括选择控制断面，计算流域面积和控制集水面积，收集暴 雨洪水资料等。1. 选择控制断面。控制断面应选择干流河口、拦河建筑物坝轴线、主 要支流汇合口下游的顺直河段。控制断面具体位置，根据规划河段的具体 情况确定。2. 计算流域面积和控制集水面积。流域面积为河口断面或控制断面以 上，沿着分水岭勾绘的流域总面积；控制集水面积为规划河段典型控制断 面以上，按照城市（城镇）规划，实际汇入规

2、划河段的集水面积。流域面积 100km2 及以上河流的流域面积，可直接采用重庆市主要河 流和城镇河道岸线保护与利用管理规划汇编（2013 年版）和区县政府已 批准的集水面积 1000-100km2 以上河流的河道岸线利用管理规划 （2008-2020）中的数据。流域面积 100km2 以下河流的流域面积和控制集水面积，可在 1:10000 地形图上用求积仪计算。流域地形图，以能画出分水岭和便于面积计算为 准，要求图纸清晰。3. 收集暴雨洪水资料。通过实测、调查、分析等方式收集暴雨洪水资 料。暴雨洪水资料最好是本流域的实测洪水资料，或历史洪水调查资料。1.2 设计洪水计算设计洪水计算主要包括以下

3、工作：一是选择暴雨洪水计算依据或参证 站，再根据代表站的数据资料情况；二是根据河道流域情况和设计洪水计 算方法的适用条件选择与之符合的计算或推算方法；三是对设计洪水计算 成果进行合理性分析，对设计洪水计算成果进行修订。1.2.1 依据站和参证站的选择依据站，应该为本河道的暴雨洪水实测站点。参证站，为与水文计算流域相关的站点。应是邻近河流或邻近区域的 站点，或与水文计算流域同属一个雨区或产汇流关系相近的站点。1.2.2 计算方法1.2.2.1 方法选择根据河段的具体情 况，按水利水电工程设计洪水 计算规范 (SL44-2006)要求选用洪水计算方法。当规划河段洪水受到下游干流洪水 的顶托影响时，

4、洪水计算应以规划河段的洪水为主，结合下游干流洪水顶 托，洪水线取两种情况的外包线。设计洪水计算方法按有资料和无资料两种情形选择。有资料的，采用 水文比拟法等；无资料的，采用暴雨推求设计洪水计算法。1.2.2.2 水文资料收集整理1. 收集、整理河流水位、流量等基础资料时，对资料条件较差的河流 （河段），应进行暴雨洪水调查或收集邻近流域和区域的暴雨洪水主要参 数资料。设计依据站径流系列代表性不足而又难以延长系列时，可参照参 证站长、短系列的统计参数或通过地区综合，对设计依据站的径流计算成 果进行调整或加以说明。2. 在有较长实测水文资料时，可直接用频率分析方法按以下步骤计算：收集、整理、考证所需

5、的基本水文资料，分析水文资料系列的代表 性；对水文资料系列进行频率分析；由频率分析求出符合设计标准的 水文特征值；选择符合设计要求的时空分布作为典型，按设计值放大或 缩小，求得设计条件下的水文特征值的时空分布；计算成果合理性分析 论证。3. 在短缺实测水文资料时，主要依据水文现象之间的某些客观联系， 再按不同情况采用不同方法。常用方法有：相关分析法、等值线图法、经 验公式法、水文比拟法、水文调查法等。 相关分析法。根据水文现象之间的相关关系，利用观测系列较长的 水文资料，以延长观测系列较短的水文资料。例如根据降雨与径流关系， 通过观测系列较长的降雨资料，延长径流量资料，然后按有资料情况下的 水

6、文计算方法进行计算。 等值线图法。各种水文等值线图表示该水文特征值及其统计参数在 地区上的分布规律。一般先根据观测历史较长的测站的资料，绘制这些水 文等值线图，然后通过内插，求得指定地点的水文设计数据。 经验公式法。先建立需要计算的水文特征值与其他水文特征值、某 些地理参数之间的经验关系，以推求工程设计所需要的设计水文特征值。 水文比拟法。即在流域水文气象条件和下垫面情况基本近似的前提 下，把有水文资料的流域的水文特征值、统计参数或典型时空分布直接（或 作适当修正后）移用到无资料的流域作为设计依据。 水文调查法。例如调查无资料地区的历史暴雨洪水情况，作为设计 依据等。上述两种水文资料条件之间没

7、有一个明确的界限，而且相对于频 率分析的要求现有资料的年限长度还不足。所以即使在有较长的实测水文 资料条件下,也要广泛运用后者的各种方法,进行分析论证。重庆地区常用方法有水文比拟法、推理公式法、综合单位线法、 暴雨 公式推求设计流量等，一般不少两种以上方法同时计算，主要方法适用条 件。1.2.2.3 .水文计算方法适用条件1. 水文比拟法的适用条件如果两流域相距不远，气候条件和下垫面条件相似，集水面积差小于 15%，可以直接采用面积指数比，否则需考虑降水和径流系数等的差别进行 改正。2. 推理公式法的适用条件推理公式是假定在流域汇流时间T内，降雨强度I、径流系数C和汇流 速度V三者的时空分布都

8、是均匀的，流域形状呈矩形，并且洪水前底水为零， 而建立起来的。因此,推理公式只适用于山区丘陵区小流域的设计洪水计算, 而不适用于平原河流和平原河网地区计算。适用于流域集水面积50km2以 下，山区丘陵区小流域。3. 综合单位线法适用条件综合单位线法指根据流域特征与单位线要素或参数之间的经验关系， 由流域特征推求出单位线要素而求得的单位线。流域自然地理特征一般指 流域面积F,平均比降J等；单位线要素一般指时段单位线的洪峰流量qm, 洪峰滞时t p，单位线底长T,或瞬时单位线参数ml（二n.K）等。一般先进行单 位线的单站综合,然后进行单位线的地区综合,供推求无资料地区单位线 应用。适用于流域集水

9、面积50km2以以上，流域坡度不大的小流域。4. 暴雨公式推求设计流量方法适用条件室外排水设计规范（GB50014-2006）推荐的雨水流量计算公式：Qs二q屮F（4.2.2）式中：Qs 雨水设计流量（L/s）； q 设计暴雨强度L/（s hm2）； 屮一径流系数；F汇水面积（hm2）o适用于城市区和城市规划区的河道设计洪水计算，原则上集水面积应 小于1km2o重庆市主城区（都市区）应采用重庆市城乡建设委员会2013年 发布重庆市主城区暴雨强度修订公式：（1）沙坪坝1年WPW10年时:(L/s14m2)1563. 609(1 + 0. 633 lgP)(t + 6.947)0.62410 年P

10、W100 年时:1467. 622(1 + 0. 997 lgP)(t + 9.671)0.655(L/s104m2)2)巴南区_ 1737. 388(1 + 0. 724 lgP) (t + 7. 149)0.6923)渝北区(L/s104m2)1178. 521(1 + 0. 633 lgP)(t + 8. 534)0- 551(L/s104m2)其中：P设计重现期（年）；q暴雨强度（L/s104m2）；t降雨历时（min）。1.2.2.4 暴雨强度修订公式适用范围重庆市主城区暴雨强度公式适用范围见下图：1. 沙坪坝暴雨强度公式适用范围：长江和嘉陵江之间的地区，包括沙 坪坝区、渝中区、九龙

11、坡区、大渡口区和北碚区嘉陵江以南部分区域。2. 巴南暴雨强度公式适用范围：长江以南地区，包括巴南区、南岸区。3. 渝北暴雨强度公式适用范围：长江和嘉陵江以北的地区，包括渝北 区、江北区和北碚区嘉陵江以北部分区域。1.2.3合理性分析各频率设计洪水计算成果是否合理、可靠，需要对计算使用的基础资料、计算方法等进行可靠性、合理性进行分析，对计算条件与实际流域下 垫面不符的应进行修正。1. 对资料的可靠性进行分析。一般情况是本流域内的资料优于外流域 的资料可靠，近期资料优于比远期资料，长系列资料优于短系列，实测资 料优于手册概化后的成果。2. 方法的合理性分析。主要分析水文计算流域降水、流域形态、流域

12、 下垫面、洪水特性与计算方法的适应性。3. 计算成果与就近已成工程设计成果分析比较，与已审规划成果分析 比较，与防洪五线划定计算成果比较。1.3 规划河段水面线计算1.3.1典型断面选择1. 起算断面选择。原则选在水位流量关系基本单一有拦河建筑的选择 拦河建筑物处，没有拦河建筑物河段选择河道规整顺直处。2.控制断面选择。平面上，应选择在河道明显弯道处；立面上，应选 择河道比降有明显变化的衔接断面处。1.3.2计算河段长度计算河段，应为规划范围内各条河流的干流河段。计算河段长度应与 规划河段长度基本一致，有必要时，可延长计算河段长度。1. 过境河流，进、出规划范围界之间的干流中心线长度为计算河段

13、长 度。2. 流入规划范围与其他河流汇合的河流，汇合口以上至规划范围界入 口之间的干流中心线长度为计算河段长度。1.3.3 河道糙率确定有洪水实测资料和调查洪水资料的，尽量通过计算推求；没有资料 的，按照规范查表取值。详见“天然河道糙率表”、“滩地河道糙率表”、 “渠道糙率表”。天然河道糙率表(1)单式断(或主槽)较高水部分类型河段特征糙率n河床组成级床面特 征平面形态及水流特征岸壁特征I河床为砂质组成,床 面较平整河段顺直，断面规整，水流通畅两侧岸壁为水土质或土 砂质，形状较整齐0.020-0.024II河床为岩板，砂砾石 或卵石组成，床面较 平整河段顺直，断面规整，水流通畅两侧岸壁为土砂或

14、石质， 形状较整齐0.022-0.026III1砂质河床，河底不太 平顺上游顺直，下游接缓弯，水流不够 通畅，有局部回流两侧岸壁为黄土，长有杂 草0.025-0.0292河底为砂砾或卵石 组成,底坡较均匀， 床面尚平整河段顺直段较长，断面较规整，水 流较通畅，基本上无死水，斜流或 回流两侧岸壁为土砂，岩石， 略有杂草，小树，形状较 整齐0.025-0.029IV1细砂，河底中有稀疏 水草或水生植物河段不够顺直，上下游附近弯曲， 有挑水坝，水流不顺畅土质岸壁，一岸坍塌严 重，为锯齿状，长有稀疏 杂草及灌木；一岸坍塌， 长有稠密杂草或芦苇0.030-0.0342河床为砾石或卵石 组成，底坡尚均匀，

15、 床面不平整顺直段距上弯道不远，断面尚规 整，水流尚通畅，斜流或回流不甚 明显一侧岸壁为石质，陡坡, 形状尚整齐，另一侧岸壁 为砂土，略有杂草，小树， 形状较整齐0.030-0.034V河底为卵石，块石组 成，间有大漂石，底 坡尚均匀，床面不平 整顺直段夹于两弯道之间，距离不 远，断面尚规整，水流显出斜流， 回流或死水现象两侧岸壁均为石质，陡 坡，长有杂草，树木，形状 尚整齐0.035-0.040VI河床为卵石，块石， 乱石或大块石,大乱 石及大孤石组成,床 面不平整，底坡有凹 凸状河段不顺直，上下游有急弯，或下 游有急滩，深坑等;河段处于S形 顺直段，不整齐，有阻塞或岩溶情 况较发育；水流不

16、通畅，有斜流， 回流，旋涡，死水现象；河段上游 为弯道或为两河汇口 ,落差大，水 流急，河中有严重阻塞，或两侧有 深入河中的岩石，伴有深潭或有 回流等；上游为弯道，河段不顺 直，水行于深槽峡谷间，多阻塞， 水流湍急，水声较大两侧岸壁为岩石及砂土， 长有杂草，树木，形状尚 整齐；两侧岸壁为石质砂夹乱 石，风化页岩，崎岖不平 整,上面生长杂草，树木0.04-0.10滩地河道糙率表类型滩地特征描述糙率n平纵横形态床质植被变化幅度平均值I平面顺直，纵断平 顺，横向整齐土,砂质，淤泥基本上无植物或为 已收割的麦地0.026-0.0380.03II平面，纵面，横面尚 顺直整齐土,砂质稀疏杂草，杂树或矮 小

17、农作物0.030-0.0500.04III平面，纵面，横面尚 顺直整齐砂砾,卵石滩，或 为土砂质稀疏杂草,小杂树, 或种有高秆作物0.040-0.0600.05IV上下游有缓弯，纵 面，横面尚平坦，但 有束水作用,水流不 通畅土砂质种有农作物，或有稀疏树林0.050-0.0700.06V平面不通畅，纵面， 横面起伏不平土砂质有杂草，杂树，或为 水稻田0.060-0.0900.075VI平面尚顺直，纵面， 横面起伏不平,不洼 地,土埂等土砂质长满中密的杂草及 农作物0.080-0.1200.1VII平面不通畅，纵面， 横面起伏不平,不洼 地,土埂等土砂质3/4地带长满茂密的 杂草，灌木0.011

18、-0.1600.13VIII平面不通畅，纵面， 横面起伏不平,不洼 地，土埂阻塞物土砂质全断面有稠密的植 被，芦柴或其它植物0.160-0.2000.18注:天然河道糙率表内均列有三个方面的影响因素 ,河道糙率是三个方面因素的综合作用结果 ,如实际情况与 本表组合有变化时,糙率值应适当变化。 本表只适用于稳定河道，对于含砂大的冲淤变化较严重的砂质河床，由于其糙率值有其特殊性，此表未能包 括其特殊性，所以不宜用此表。 表（I）中的第VI类糙率值是很大的，超出了一般河道的糙率值，这种河段的水流实质上已为非均匀流，所 列糙率值已把局部损失包括在内，所以糙率值就大了。此次收集的糙率资料中，糙率n值超过

19、0.04的只有长江上游 8个站和铁路、公路部门的糙率类型编号中的西南地区有8个，以及中南华东地区1个，为数都是很少的，在使用此 糙率表时应予以注意。 影响滩地糙率很重要的一个因素是植物，植物对水流的影响随水深与植物高度比有着密切的关系，表中没有 反映此种关系，在应用时应注意此因素。渠道糙率表渠道特征灌溉渠道的糙率n值备注土质，平整顺直，养护良好0.02土质，平整顺直，养护一般0.0225渠床多石，杂草丛生，养护较差0.025渠床多石，平整顺直，养护良好0.0225渠床多石，平整顺直，养护一般0.025渠床多石，杂草丛生，养护较差0.0275渠床多石，毛渠0.025渠床多石，支渠以下的固定渠道，

20、渠床弯曲，养护一般0.03岩石经过良好修整0.025岩石，经过中等修整无凸出部分0.03岩石，经过中等修整有凸出部分0.033岩石，未经修整有凸出部分0.0350.045各种材料护面抹光的水泥抹面0.012不抹光的水泥抹面0.014光滑的混凝土护面0.015料石砌护0.0151.3.4水面线推求方法的选择水面线推求有按工程河段计算和按天然河段计算两种方法。1. 工程河段水面线推求有工程的河段，根据工程类型按照规范计算水深或水面线。2. 天然河段水面线推求天然河道的水流一般是非恒定非均匀流，河道中各种水力要素随时间 的变化相对缓慢，可以认为天然河道在一定时间内是恒定非均匀流，一般 采用能量方程求

21、解水面线。计算方法：天然河道水面线的计算，就是根据河道地形、断面资料、糙率、比降 等资料，推求该河段某个断面处在某一流量下的水位，据此可连接出一条 对应于该流量的水面曲线。天然河道水面线计算一般采用恒定非均匀流能量方程计算，其公式 为：式中：Zu、Zd分别为上、下游断面水位；Q为断面流量；s为 断面 间距；Ku、Kd为上、下游断面流量模数，n为断面糙率，A为断面面积，R为水力半径；a为动能修正系数，与 断面上流速的不均匀性有关，对流速不大的平原河道影响较小，一般取a=1;对流速较大的山区河流或急流险滩其a值应偏大，平原河流a = 1.151.5,山区河流a=1.52.0；2为局部水头损失系数。

22、1.3.5 合理性分析水面线计算是一个比较复杂的课题,尤其是天然河道的水面线计算,因 为河道断面的不规则,河底坡降的不断变化,经常计算不出结果或者计算的 结果不合理、不可用,这时就需要细心的调整和分析。不同设计洪水的水面线计算完成之后,应对其进行合理性分析。合理 性分析包括：天然与设计的对比、不同防洪标准之间的对比、不同堤距间 的对比等。天然与设计的对比应符合断面的变化情况,一般来说断面缩窄 时水位应有所抬升,断面变宽时水位有所降低的变化规律;不同防洪标准 之间的对比应满足防洪标准越高设计水位越高的变化规律;不同堤距间的 对比应满足堤距越窄设计水位越高的变化规律。1. 单断面水位合理性检查。根据计算出各断面的水力要素,结合断面 形态分析其合理性,并与各断面的调查洪水位进行分析比较。2. 对计算河道内特殊断面（如桥梁、卡口等）水位,应考虑壅水等因 素,单独进行合理性分析。3. 结合河道地形图及断面图,对整个计算河段的水面线进行综合检查 分析,分析水面线突出点是否合理,计算流量水面比降与调查洪水比降是 否一致等。4. 与已成工程、已有规划的设计成果对比分析,与防洪五线划定计算 成果对比分析,不能有矛盾和较大差距。