工程水文学可能最大降水培训课件

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1、第十章第十章 可能最大降水可能最大降水/可可能最大洪水能最大洪水第十章第十章 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水u 第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水u 第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法u 第三节第三节 流域流域PMP计算计算u 第四节第四节 可能最大洪水可能最大洪水第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水 特定年限内的危机率特定年限内的危机率U%：11(1)NUT年 限（N年）设 计 洪 水 标 准 T(重 现 期）510205010020010001235102030601002005001000203

2、648.867.289.398.899.9101927.141.065.187.895.899.85.09.714.322.640.164.278.595.499.42.04.05.99.618.333.245.470.286.798.21.01.02.03.04.99.618.226.045.363.486.699.30.51.01.52.54.99.514.026.039.463.391.899.30.10.20.30.51.02.03.05.89.518.139.463.2 可能最大降水简称可能最大降水简称PMP：Probable Maximum Precipitation相应最大洪水的

3、降水量。相应最大洪水的降水量。可能最大洪水简称可能最大洪水简称PMF：Probable Maximum Flood.PMP定义：在现代气候条件下，一定面积上，在给定定义：在现代气候条件下，一定面积上，在给定历时内，可能发生的最大暴雨。历时内，可能发生的最大暴雨。可能最大洪水可能最大洪水PMF计算分为两大步骤：第一步是由计算分为两大步骤：第一步是由地区的地区的PMP求得设计流域的求得设计流域的PMP；第二步是研究设计；第二步是研究设计流域流域PMP的时空分布，即推求设计流域的可能最大洪的时空分布，即推求设计流域的可能最大洪水。水。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水u

4、 气象要素气象要素u 表示大气中物理现象的物理量称为气象要素，表示大气中物理现象的物理量称为气象要素，如气温、气压、湿度、风、降水量、蒸发等。如气温、气压、湿度、风、降水量、蒸发等。u 1.气压气压Pu 气压指大气压强。静止大气中某一高度上的气压指大气压强。静止大气中某一高度上的气压值，等于其单位面积上所承受的大气柱的重气压值，等于其单位面积上所承受的大气柱的重量，单位以百帕量，单位以百帕hPa或毫米汞柱或毫米汞柱mmHg表表示。示。u 在标准状态下，海平面气压为在标准状态下，海平面气压为760mmHg，或相，或相当于，称为一个大气压。当于，称为一个大气压。第一节第一节 可能最大降水可能最大降

5、水/可能最大洪水可能最大洪水第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水323110/4hPadyn cmmmHg413mmHghPa 一定数量的气压值对应着一定的高度，天气学上常用的等压面的一定数量的气压值对应着一定的高度，天气学上常用的等压面的气压值与其高度如表与图所示：气压值与其高度如表与图所示：等压面等压面（hPa）海拔海拔（m）等压面等压面（hPa）海拔海拔（m）1000850700约为海平面约为海平面约为约为1500约为约为300500300约为约为5500约为约为90001000hPa700hPa850hPa500hPa5500m3000m1500m海平面海平

6、面第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水2.温度温度t或或T 空气温度有两种温标：一种是摄氏温标，用空气温度有两种温标：一种是摄氏温标，用t表示；表示；另一种另一种 绝对温标，以绝对温标，以TK表示，表示，T=237+t3.湿度湿度 空气主要由二氧化碳、氧、氮、惰性气体、水汽等组成。空气主要由二氧化碳、氧、氮、惰性气体、水汽等组成。含有水汽的空气称为湿空气，否那么称为干空气。含有水汽的空气称为湿空气，否那么称为干空气。一般到一般到300-200hPa，相当于海拔，相当于海拔10000m高空，水汽含高空，水汽含量接近于零。量接近于零。湿度：表示空气中水汽含量的物理量称为

7、湿度湿度：表示空气中水汽含量的物理量称为湿度湿度的几种表示方法：湿度的几种表示方法：1绝对湿度绝对湿度a，单位体积空气所含的水汽质量，称为，单位体积空气所含的水汽质量，称为绝对湿度，单位为绝对湿度，单位为g/m3。2水汽压水汽压e。大气中的水汽所产生的压力为水汽压。大气中的水汽所产生的压力为水汽压。单位单位mmHg或或hPa。3饱和水汽压饱和水汽压es。一定体积空气中能容纳的水汽量是。一定体积空气中能容纳的水汽量是有一定限度的，如果空气中的含量到达这个限度，空气就呈有一定限度的，如果空气中的含量到达这个限度，空气就呈饱和状态，这时的空气称为饱和空气，饱和空气中的水汽压饱和状态，这时的空气称为饱

8、和空气，饱和空气中的水汽压称为饱和水汽压称为饱和水汽压es。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水 由理论分析和实验证明，饱和水汽压由理论分析和实验证明，饱和水汽压es与温度与温度t的关系如的关系如下：下：即气温越高，饱和水汽压越大，空气中能容纳的水汽量即气温越高，饱和水汽压越大，空气中能容纳的水汽量越多；气温越低空气中能容纳的水汽将越少。越多；气温越低空气中能容纳的水汽将越少。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水7.45t2356.11 10()tsehPa4相对湿度相对湿度f。大气中实际水汽压。大气中实际水汽压e与当时温度下的饱和与当时

9、温度下的饱和水汽压水汽压es之比称为相对湿度。之比称为相对湿度。显然，当空气饱和时，显然，当空气饱和时，f=100%。5比湿比湿q。在一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量。在一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量之比称为比湿之比称为比湿q，单位，单位g/g或或g/kg，即：，即：第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水=sefe=wqm水汽质量(m）水汽密度（a）湿空气质量（）湿空气密度（）6露点露点td。保持气压及水汽含量不变，降温使水汽刚好。保持气压及水汽含量不变，降温使水汽刚好到达饱和时的温度称为露点温度，简称露点。在气压一定到达饱和时的温度称为露点温度，简称露

10、点。在气压一定时，露点的上下只与空气中水汽含量有关，水汽越多露点越时，露点的上下只与空气中水汽含量有关，水汽越多露点越高气温等于露点时的饱和水汽压，就是当时实际大气的水高气温等于露点时的饱和水汽压，就是当时实际大气的水汽压，即：汽压，即：假设大气中水汽压为，那么可推得当时的露点为假设大气中水汽压为，那么可推得当时的露点为10。露点时反映水汽含量的物理量。露点时反映水汽含量的物理量。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水d7.45235=6.11 10()dttehPa水汽压水汽压e、比湿、比湿q、露点、露点td三者有如下关系：三者有如下关系：第一节第一节 可能最大降水

11、可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水7.452353800=62210(/)ddtteqg kgpp【例例1】水汽压为，在气压为水汽压为，在气压为1018hPa时，比湿为：时，比湿为：75.4=622622=46(/)1018eqg kgp7.45 20235 203800=10=17.2(/)850qg kg【例【例2】在】在850hPa的大气层中，露点温度的大气层中，露点温度td=20，那么，那么该大气层的比湿为：该大气层的比湿为：u气温的绝热变化气温的绝热变化 如果一个封闭的系统在变化过程中不与外界发生热量交换，如果一个封闭的系统在变化过程中不与外界发生热量交换，这种变化过程称为绝热过

12、程。空气在和外界没有热量交换的这种变化过程称为绝热过程。空气在和外界没有热量交换的情况下体积膨胀或压缩称为空气的绝热变化。情况下体积膨胀或压缩称为空气的绝热变化。干空气绝热上升或下降干空气绝热上升或下降100m时，其温度降低或增高时，其温度降低或增高1，这称为干空气绝热直减率，用，这称为干空气绝热直减率，用rd表示，表示，rd=1/100m。饱和空气直减率用饱和空气直减率用rm表示。表示。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水 水汽凝结后，假设凝结的水滴、冰晶留在气块中，虽气块作垂水汽凝结后，假设凝结的水滴、冰晶留在气块中，虽气块作垂直运动，称之为湿绝热过程。假设有一

13、局部或全部作为降水脱离直运动，称之为湿绝热过程。假设有一局部或全部作为降水脱离气块降落到地面，称之为饱和假绝热过程。气块降落到地面，称之为饱和假绝热过程。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水凝结高度干绝热线湿绝热线绝热线图绝热线图温度对数压力图温度对数压力图气压对数标尺气压对数标尺10000hPa 露点的垂直分布将遵循湿绝热线，也就是说只要知道地面露点的垂直分布将遵循湿绝热线，也就是说只要知道地面P0=1000hPa的露点值就可以求出不同气压层的露点值。的露点值就可以求出不同气压层的露点值。u可降水量可降水量u 可降水量是指截面为单位面积的空气柱中，自可降水量是指截

14、面为单位面积的空气柱中，自气压为气压为P0的地面至气压为的地面至气压为P一般取一般取200-300hPa的高空等压面间的总水汽量全部凝结后，所相当的高空等压面间的总水汽量全部凝结后，所相当的水量，用的水量，用g/cm2表示。表示。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水pzp0z0dpdzdwadz制成可降水量查算表附录制成可降水量查算表附录3,0 10004000,0 1000=2040020=6mmdhPadhPatZmWt已知，求地面至处的可降水量（）u代表性露点和可能最大露点代表性露点和可能最大露点 1.典型暴雨代表性露点的选择典型暴雨代表性露点的选择 一场暴雨

15、的代表性可降水量，可以由某一或某些地点、在特定时间的一场暴雨的代表性可降水量，可以由某一或某些地点、在特定时间的地面露点来反映。这个地面露点被称为地面露点来反映。这个地面露点被称为“代表性露点。代表性露点。选择暴雨代表性露点的方法：选择暴雨代表性露点的方法：1在大雨区边缘水汽流入方向一侧，选取几个测站，作为暴雨期间在大雨区边缘水汽流入方向一侧，选取几个测站，作为暴雨期间的地面代表性测站的地面代表性测站 2每个测站的地面露点的选取是包括雨量最大每个测站的地面露点的选取是包括雨量最大24h及其以前的及其以前的24h共共48h时段内，选取其中持续时段内，选取其中持续12h最高地面露点，最为该站的代表

16、性露点最高地面露点，最为该站的代表性露点 3取各地面站代表性露点的平均值，作为该场暴雨的地面代表性露点。取各地面站代表性露点的平均值，作为该场暴雨的地面代表性露点。第一节第一节 可能最大降水可能最大降水/可能最大洪水可能最大洪水2.可能最大代表性地面露点的选定可能最大代表性地面露点的选定 在在PMP计算中，可能最大露点确定方法：历史计算中，可能最大露点确定方法：历史最大露点法和频率计算法：最大露点法和频率计算法：1历史最大露点法历史最大露点法30年资料，分月选年资料，分月选用历年中最大持续用历年中最大持续12h地面代表露点，进而求得地面代表露点，进而求得全年的可能最大露点。全年的可能最大露点。

17、2频率计算法分月进行频率计算，选择频率计算法分月进行频率计算，选择P=2%露点值做为月最大值，再选出年最大值露点值做为月最大值，再选出年最大值第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法传统方法：当地暴雨放大、暴雨移置放大、暴雨组传统方法：当地暴雨放大、暴雨移置放大、暴雨组合放大、暴雨时面深概化法。合放大、暴雨时面深概化法。当地暴雨放大当地暴雨放大水汽放大水汽放大 中选定的暴雨是高效暴雨时，即中选定的暴雨是高效暴雨时，即 时，可用时，可用水汽极大法推求可能最大暴雨量：水汽极大法推求可能最大暴雨量：m=/=P TiWW降水效率降水效率mmWPPW典典可能最大露点可能最大露点地面代表性露点地

18、面代表性露点 水汽效率放大水汽效率放大 假设暴雨达不到高效，推求可能最大暴假设暴雨达不到高效，推求可能最大暴雨的水汽效率放大方法为：雨的水汽效率放大方法为：水汽风速联合放大：水汽风速联合放大：第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法()/()(/)(/)mmmmmPWW pWW P=/mmmPVWWP（V）（）各场次典型暴雨风速各场次典型暴雨风速22=sWVVVp 移置暴雨放大移置暴雨放大p 当设计流域或地区缺乏特大暴雨资料时，可移用临当设计流域或地区缺乏特大暴雨资料时，可移用临近流域或地区的特大暴雨资料为设计流域或地区近流域或地区的特大暴雨资料为设计流域或地区的典型大暴雨，称为暴雨

19、移置法。的典型大暴雨，称为暴雨移置法。p 移置可行性分析天气系统、地形条件移置可行性分析天气系统、地形条件p 移置的步骤移置的步骤p 1查明移置暴雨发生的时间、地点及天气成因，一查明移置暴雨发生的时间、地点及天气成因，一张等雨量线图或者历时张等雨量线图或者历时-面积面积-雨深曲线和普通的天气雨深曲线和普通的天气图。图。p 天气图是指填有各地同一时间气象要素的特制地图。天气图是指填有各地同一时间气象要素的特制地图。天气图一般分为地面天气图、高空天气图和辅助图三类天气图一般分为地面天气图、高空天气图和辅助图三类第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法 2由天气条件初步拟定一致区由天气条件

20、初步拟定一致区 3考虑地形、地理条件的限制，确定移置界限考虑地形、地理条件的限制，确定移置界限 4进行改正与调整进行改正与调整移置改正移置改正 1流域形状改正流域形状改正 2地理改正地理改正 3地形和障碍调整改正地形和障碍调整改正暴雨放大暴雨放大 水汽放大：水汽含量没有到达可能的最大值水汽放大：水汽含量没有到达可能的最大值第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法m()/()wAmZAAZAWwAZAKwWWK式中：为水汽放大系数；(W为移置对象的可降水 暴雨移置的改正和放大综合系数暴雨移置的改正和放大综合系数 采用先放大后移置水汽放大系数采用先放大后移置水汽放大系数 地理改正系数地理

21、改正系数 地形改正系数地形改正系数 综合改正系数综合改正系数第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法1m=)/()BmZAAZAKWW（2m=)/()BmZBBZAKWW（12m)/()WwBmZBBZAKK K KWW（()/()wAmZAAZAKwWW该方法适用于罕见该方法适用于罕见特大暴雨的放大特大暴雨的放大p暴雨组合法暴雨组合法暴雨组合法的概念暴雨组合法的概念 将两场或两场以上的暴雨，按天气气候学原理，合理将两场或两场以上的暴雨，按天气气候学原理，合理地组合在一起，组成新的理想特大暴雨序列，以此作为地组合在一起，组成新的理想特大暴雨序列，以此作为典型暴雨来推求典型暴雨来推求P

22、MP的方法，称为暴雨组合法。的方法，称为暴雨组合法。常采用相似过程替代法常采用相似过程替代法第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法 相似过程替代法是以降雨天气持续特别或较为反常的相似过程替代法是以降雨天气持续特别或较为反常的某一特大暴雨或大暴雨过程，作为相似代换的根底，将某一特大暴雨或大暴雨过程，作为相似代换的根底，将典型中降雨量较少的一次或数次降雨过程，用历史上环流形典型中降雨量较少的一次或数次降雨过程，用历史上环流形势根本相似、天体系统大致相同而较大的另一场暴雨过程或势根本相似、天体系统大致相同而较大的另一场暴雨过程或数场暴雨过程予以替换，从而构成一长历时新的暴雨系列。数场暴雨

23、过程予以替换，从而构成一长历时新的暴雨系列。如：原典型暴雨过程如：原典型暴雨过程A-B-C，现有一场较严重的暴雨过程，现有一场较严重的暴雨过程M，其环流形式天气系统与其环流形式天气系统与B相似，可以将暴雨系列替换为：相似，可以将暴雨系列替换为：A-M-C。第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法相似替换遵循的原那么：相似替换遵循的原那么：1大环流形式要根本一致大环流形式要根本一致 2产生暴雨的天气系统相同产生暴雨的天气系统相同 3雨型及演变要大致相似雨型及演变要大致相似 4暴雨发生的季节要相同暴雨发生的季节要相同第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法 暴雨组合的方法暴雨组

24、合的方法 1.连续性分析方法连续性分析方法 2.大于典型年相似过程替代法大于典型年相似过程替代法 3.长短历时相关法长短历时相关法适用条件适用条件 设计流域内缺少长历时、大范围的特大暴雨资料。主设计流域内缺少长历时、大范围的特大暴雨资料。主要适用于流域面积大、设计洪水历时长的工程。要适用于流域面积大、设计洪水历时长的工程。第二节第二节 可能最大的估算方法可能最大的估算方法第三节第三节 流域流域PMPPMP计算计算PMPPMP的时面深曲线图所表示的只是设计流域所在地的时面深曲线图所表示的只是设计流域所在地区各种雨面的平均雨深，而不是设计流域的面平区各种雨面的平均雨深，而不是设计流域的面平均雨深，

25、因此要求流域的可能最大洪水均雨深，因此要求流域的可能最大洪水PMFPMF还需要还需要解决以下问题：解决以下问题：1 1须将地区的须将地区的PMPPMP雨量转化为设计流域的平均雨量转化为设计流域的平均雨量。雨量。2 2须将流域面平均雨量的时空分布和前期影响须将流域面平均雨量的时空分布和前期影响雨量定出，便于推求设计流域的雨量定出，便于推求设计流域的PMFPMF。第四节第四节 可能最大洪水可能最大洪水 有有PMPPMP的时空分布之后，便可研究的时空分布之后，便可研究PMFPMF。1 1流域前期降雨及下渗决定洪水总量的大小，以下流域前期降雨及下渗决定洪水总量的大小，以下几项可供考虑：几项可供考虑：1

26、 1我国湿润地区，可取偏平安数值，令我国湿润地区，可取偏平安数值，令Pa=ImPa=Im；干；干旱地区，旱地区，PaPa可取为各次大洪水前期平均情况作为可取为各次大洪水前期平均情况作为PaPa值值;我我国大暴雨主要雨区国大暴雨主要雨区PaPa或可采用或可采用Im/2Im/2；2 2湿润地区在蓄满产流之后，降雨径流关系呈湿润地区在蓄满产流之后，降雨径流关系呈4545直线，外延方便。干旱地区可采用下渗曲线或初损后损法，直线，外延方便。干旱地区可采用下渗曲线或初损后损法，但必须注意雨强对产流的影响，特大暴雨的径流系数很大，但必须注意雨强对产流的影响，特大暴雨的径流系数很大，扣损误差相对较小。扣损误差

27、相对较小。第四节第四节 可能最大洪水可能最大洪水 3 3大流域下垫面情况相差很大时应考虑分区，分区因大流域下垫面情况相差很大时应考虑分区，分区因气象条件及下垫面情况不同而影响洪水形成，有时还需进气象条件及下垫面情况不同而影响洪水形成，有时还需进行洪水演算。行洪水演算。2 2单位线或模型推求单位线或模型推求PMFPMF。PMPPMP条件下的汇流，一般可条件下的汇流，一般可采用单位线或模型，但须采用由特大雨洪推算出暴雨分别采用单位线或模型，但须采用由特大雨洪推算出暴雨分别按近于可能最大暴雨分布的单位线。各种汇流计算应注意按近于可能最大暴雨分布的单位线。各种汇流计算应注意汇流参数的非线性外延的影响。基流可采用特大洪水的最汇流参数的非线性外延的影响。基流可采用特大洪水的最大值。大值。演讲完毕，谢谢观看！