供水水文地质》第五章讲义.ppt

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1、第5章 降水资料的收集与整理5.1降水形式：降雨降雪露、霜、雹、霰降水是水文循环的重要环节；水文学中研究降水的意义：城市及厂矿的雨水排除系统防洪设计推求设计流量探索降水量在地区和时间上的分布规律5.1.1降水的观测降水量：降水量：降落在不透水平面上的雨水（或融化后的雪水）的深度，以降落在不透水平面上的雨水（或融化后的雪水）的深度，以mmmm计。计。降水量的观测方法：降水量的观测方法：l l器测法器测法(1)(1)一般采用定时分段观测制；一般采用定时分段观测制；(2)(2)把把24h24h分成几个时段进行，以分成几个时段进行，以8 8时作为日分界点时作为日分界点l l自记雨量计自记雨量计1)1)

2、可确定出降雨的起迄时间、雨量大小、降雨强度的变化过程；可确定出降雨的起迄时间、雨量大小、降雨强度的变化过程；2)2)储存推求降雨强度和确定暴雨公式的资料；储存推求降雨强度和确定暴雨公式的资料；3)3)应与雨量器同时进行观测，便于校核。应与雨量器同时进行观测，便于校核。雷达探测雷达探测1)1)根据探测到的降水回波位置、移动方向、移动速度和变化趋势，预报探根据探测到的降水回波位置、移动方向、移动速度和变化趋势，预报探测范围内的降水、强度及开始和终止时刻；测范围内的降水、强度及开始和终止时刻；2)2)有效探测范围有效探测范围40-200km40-200km气象卫星云图气象卫星云图1)1)可见光云图：

3、反映云的反照率可见光云图：反映云的反照率l l反照率强的云，云图上亮度大，颜色白；反照率强的云，云图上亮度大，颜色白；l l反照率弱的云，亮度弱，颜色暗反照率弱的云，亮度弱，颜色暗2)2)红外云图：反映云顶的高度和温度红外云图：反映云顶的高度和温度l l云层温度越高，高度越低，红外辐射越强云层温度越高，高度越低，红外辐射越强5.1.2降水的特征降水的特征降水的特征l l降水量降水量l l降水历时降水历时l l降水强度降水强度l l降水面积降水面积l l暴雨中心暴雨中心降降水水强度：单位时间内的降水量称为降水强度或雨率，以强度：单位时间内的降水量称为降水强度或雨率，以mm/minmm/min或或

4、mm/hmm/h计。计。平均降平均降水水强度：在强度：在t t降水历时内降水量的降雨量降水历时内降水量的降雨量 P P，即：即：瞬时降水强度：瞬时降水强度：降水三要素5.2降水分布5.2.15.2.1流域平均降水量流域平均降水量l l点降水量点降水量l l区域平均降水量的计算方法：算术平均法、加权平均法（泰森多边区域平均降水量的计算方法：算术平均法、加权平均法（泰森多边形法）和等雨量线法。形法）和等雨量线法。算术平均法：流域内各站同一时段的雨量进行算术平均。算术平均法：流域内各站同一时段的雨量进行算术平均。泰森多边形法泰森多边形法:该法假定流域上各点的雨量以其最近的雨量站的雨量为代表，因此该法

5、假定流域上各点的雨量以其最近的雨量站的雨量为代表，因此需要采用一定的方法推求各站代表的在流域中距其最近的点的面积，这需要采用一定的方法推求各站代表的在流域中距其最近的点的面积，这些站代表的面积图称泰森多边形。些站代表的面积图称泰森多边形。其作法是：先用直线（图中的虚线）就近连接各站为许多三角形，然后其作法是：先用直线（图中的虚线）就近连接各站为许多三角形，然后作各连线的垂直平分线，他们与流域分水线一起组成作各连线的垂直平分线，他们与流域分水线一起组成n n个多边形，每个个多边形，每个多边形的面积，就是其中的雨量站代表的面积。多边形的面积，就是其中的雨量站代表的面积。某流域面积某流域面积3003

6、00，流域内及其附近有，流域内及其附近有A A、B B两个雨量站，其上有一次降雨，两个雨量站，其上有一次降雨，他们的雨量依次为他们的雨量依次为260260和和150150，用算术平均法求该次降雨的平均面雨，用算术平均法求该次降雨的平均面雨量。量。已知某流域及其附近的雨量站位置如下图所示，试绘出该流域的泰森多边形，已知某流域及其附近的雨量站位置如下图所示，试绘出该流域的泰森多边形，并在图上标出并在图上标出A A、B B、C C、D D站各自代表的面积站各自代表的面积FAFA、FBFB、FCFC、FDFD，写出泰森多边形，写出泰森多边形法计算本流域的平均雨量公式。法计算本流域的平均雨量公式。某流域

7、流域面积F=350，流域内及其附近有A,B两个雨量站，其上有一次降雨，它们的雨量依次为360和210，试绘出泰森多边形图，并用算术平均法和泰森多边形法计算该次降雨的平均面雨量，比较二者的差异。（提示：A、B雨量站泰森多边形权重分别为0.78、0.22）某流域及其附近雨量站及一次雨量分布 算术平均值360mm,泰森多边形327mm等雨量线法等雨量线法:（1 1）将各站实测降水量标记在流域地形图上，绘制出等雨量线；）将各站实测降水量标记在流域地形图上，绘制出等雨量线；（2 2）用求积仪求出每相邻两条等雨量线之间的）用求积仪求出每相邻两条等雨量线之间的面积面积，用其乘以该面积两侧，用其乘以该面积两侧

8、等雨量线的等雨量线的雨量平均值雨量平均值，为该面积上的降雨总量；，为该面积上的降雨总量；（3 3）将各个面积上的降雨总量相加，除以流域总面积，得到流域平均降水）将各个面积上的降雨总量相加，除以流域总面积，得到流域平均降水量。量。已知某次暴雨的等雨量线图，图中等雨量线上的数字以mm计，各等雨量线之间的面积F1、F2、F3、F4分别为500，1500，3000，4000KM2,试用等雨量线法推求流域平均降雨量。5.2.2 5.2.2 多年平均最大多年平均最大24h24h降水量降水量 通过日降水量获得日最大降水量的多年平均值。通过日降水量获得日最大降水量的多年平均值。5.2.3 5.2.3 我国年降

9、水量的分布我国年降水量的分布 大体趋势是从沿海到内陆，从南到北依次递减。大体趋势是从沿海到内陆，从南到北依次递减。降水量的季节分布特点是大部分地区降雨集中在夏季，冬季降水量最少。降水量的季节分布特点是大部分地区降雨集中在夏季，冬季降水量最少。大暴雨随季风进退，在地区分布上有明显差别。在地区分布上有一定的规律大暴雨随季风进退，在地区分布上有明显差别。在地区分布上有一定的规律性。性。计算流域平均雨深的方法通常有计算流域平均雨深的方法通常有_,_,_,_,_。我国年降雨量年际变化很大。年降水量越少的地方我国年降雨量年际变化很大。年降水量越少的地方,相对于多年平均情况来相对于多年平均情况来说，其年降水

10、量的年际变化说，其年降水量的年际变化_。5.3点雨量资料的整理雨量划分（按雨量划分（按2424小时降水量大小）：小时降水量大小）：小雨（小雨（0.19.9mm0.19.9mm）中雨（中雨（1024.99mm1024.99mm）大雨（大雨（2549.9mm2549.9mm）暴雨（暴雨（5099.9mm5099.9mm）大暴雨（大暴雨（100249.9mm100249.9mm）特大暴雨（特大暴雨（250mm250mm）24h24h降雨量超过降雨量超过50mm50mm或或1h1h降雨量超过降雨量超过16mm16mm的都称为暴雨，雨水排除系的都称为暴雨，雨水排除系统要排除的雨水，绝大部分是在较短促的时

11、间内降落的暴雨。在自记雨统要排除的雨水，绝大部分是在较短促的时间内降落的暴雨。在自记雨量记录纸上选出每场暴雨进行分析，绘出它的强度量记录纸上选出每场暴雨进行分析，绘出它的强度-历时关系曲线，这是历时关系曲线，这是整理点雨量资料时首先要做的工作。整理点雨量资料时首先要做的工作。例题：图例题：图5.95.9是某站纪录的一场历时是某站纪录的一场历时102102分钟，降雨分钟，降雨23.1mm23.1mm的暴雨。通过自的暴雨。通过自记雨量累积曲线上根据规定的历时，可求出各历时的最大降雨强度。表记雨量累积曲线上根据规定的历时，可求出各历时的最大降雨强度。表5.35.3为图为图5.95.9的分析成果。的分

12、析成果。点雨量样本的选择年多个样法。在每年不同历时的暴雨强度记录表中，按大小排列，选取排在前面的68个最大值，作为该年各不同历时的样本。市政工程一般规定取历时5、10、15、20、30、45、60、90、120min。将历年所有选取的样本记录放在一起，将每个历时的样本重新排队，从中取资料年数的34倍的最大值，作为统计的基础资料。（一般要有20年以上记录，最少10年）通过适线法确定每个历时，对应频率的暴雨强度。列出暴雨强度i降雨历时t重现期T的关系表5.4 暴雨强度公式的推求5.4.1 暴雨强度公式根据表5.4中的数据在普通方格纸上绘图见5.11。它表示不同重现期的不同降雨历时与暴雨强度的关系（

13、i-t-T）。曲线基本上属于幂函数类型，表达式有：（1）当T和i点绘在双对坐标纸上不是直线关系，则采用（2）当T和i点绘在双对坐标纸上是直线关系，采用式中n为暴雨衰减指数，b为时间参数，A为雨力，它与T的关系是即5.4.2 公式中 参数的推求lgi=lgA-nlgt （5.10）A=A1+A1ClgT=A1+BlgT （5.11）因此求公式中的参数常用图解法和最小二乘法。图解法：（1）利用i t T资料，将it关系点绘在双对数坐标纸上。（2）按作回归线的方法，绘一条最适合这组点距的直线。要保证斜率相等，可把历时t相等的各组i值求平均，其斜率即为目标-n值。（3）由5.10知，t=1min，A=

14、i。将上述斜线延长，与纵坐标相交处截距即为A值。这样，有重现期T和A的对应关系。（4）在半对数坐标纸上点绘TA，做回归线。最小二乘法5.4.3 公式 参数的推求 当I与t点绘在双对数坐标纸上是一条曲线时，可用试摆法使之形成直线。就是对某一重现期的曲线，保持其纵坐标不变，而在各个历时i上。试加相同的b值，使横坐标b变成，若个点连线成一条直线，则b即所求。5.4.5 利用等值线图求暴雨强度 对于 所代表的在双对数坐标纸上呈现曲线形式的情况。在用于小流域暴雨计算时，常把它概化为不同斜率的两条直线，分属长、短历时。其转折点的时间常定为1h。这样暴雨公式就有两个斜率，短历时直线的斜率n1与长历时直线的斜

15、率n2，有的地方编制了t0=1h的A、n1、n2。据此做等值线图。如本地区无此资料，查p142多年平均最大24h雨量等值线图，得到P、CV，知设计频率、给定Cs求出P24,P。则A=P24,P/24*24n=P24,P/241-n5.4.6 可能最大降水（PMP）简介 1、定义：在现代气候及地理条件下设计地区（或流域）可能发生的最大降水。包括降水总量及其时空分布（降水历时）。2、推算PMP方法：水文气象法，即将实测暴雨（典型暴雨）或暴雨模式加以放大（极大化）的方法。3、典型暴雨：能反映设计流域特大暴雨特征并对工程威胁最大的特大暴雨。分为当地暴雨、移植暴雨和组合暴雨。当地暴雨：设计流域暴雨资料充分，从中选出一个时空分布能引起较严重后果的特大暴雨。移植暴雨：缺乏时空分布的大暴雨资料，将邻近流域实测的特大暴雨移植过来，加以必要的校正作为设计流域典型暴雨。组合暴雨：缺少能引起较严重后果的时空分布的大暴雨资料情况下，将两场或两场以上的暴雨，按天气学原理合理地组合起来，作为典型暴雨。4、暴雨模式：能够反映设计流域特大暴雨主要特征的理论模式。用一个暴雨物理方程式表示影响降水的主要物理参数。上滑模式：气流沿斜面做上滑运动，适用于地形雨与气旋雨。对流模式：气流做垂直上升运动，适用于对流雨和台风雨。5、极大化：把影响降水的主要因子加以放大。（水汽和大气动力）。6、求出最大洪水（PMF）