NBT 10234-2019 水电工程可能最大洪水计算规范.pdf

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  • 设计断面可能发生的最大洪水。可能最大洪水一般由可能最 大暴雨与设计流域不利的产流、汇流条件组合推算

    沿地表快速向河流某断面汇集的水流

    groundwater runof

    精装修标准规范范本由前期降水形成的地下水和壤中流缓慢向河流某断面汇 水流。

    降水扣除损失后的雨量。 2.0.7持续时段最大露点 maximumpersistingdewpointin aduration 持续一定历时的露点最大值,取值为该历时内的最小露点

    2.0.8可降水量precipitablewater

    单位面积地面以上整层大气的水汽全部凝结并降至地面的降 水量。

    未饱和的湿空气块干绝热上升至抬升凝结高度后,饱和气块 继续湿绝热上升,上升过程中凝结物形成并全部从气块脱落,气

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    块下沉时沿干绝热过程变化,该过程为假绝热过程 2.0.10暴雨一致区stormhomogeneous zone

    暴雨机制相同、主要水汽来源及其入流方向相近、地开 类似的区域

    暴雨机制相同、主要水汽来源及其人流方向相近、地形特征 类似的区域。

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    3.1基本资料收集和整理

    3.1.1可能最大暴雨和可能最大洪水计算应收集设计流域及 近地区的基本资料包括: 1自然地理资料,主要包括地理位置、地形、地貌、土壤、 植被、气候。 2流域及河道特征资料,主要包括流域的集水面积、海拨 高程、水系,河流的长度、比降。 3气象资料,主要包括测站分布,气象观测站和水文测站 的降水,调查和历史文献记载的大暴雨、特大暴雨资料,气象观 测站气温、露点、风速和风向、蒸发、积雪深度,气团源地海表 水温,天气图,卫星云图,暴雨区划分布图。 4水文资料,主要包括水文站网分布,设计依据站和参证 站的基本情况、流量资料,调查和历史文献记载的大洪水、特大 洪水资料。 5水电水利工程资料。 6冰雪融水补给地区、岩溶地区等特殊条件下可能最大洪 水设计所需资料。 7地形图、降水反演资料。 3.1.2收集的基本资料,应检查其来源、测验方法、整编方法、 资料精度,并进行系统整理,

    3.2基本资料复核和评价

    3.2.1可能最大暴雨和可能最大洪水计算应对依据的流域及河 道特征、气象、水文等基本资料进行检查,对各类极值、特异值

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    资料应进行重点复核,对有明显错误或存在系统偏差的资料应予 以改正并建档备查,对采用资料的可靠性作出评价。 3.2.2流域及河道特征资料,应采用最新的基础地理数据,主 要复核流域集水面积、流域平均高程、河流长度和河道比降。 3.2.3气象观测资料应进行质量控制。地面气象观测资料应具 有代表性、准确性、比较性。气象要素气候学界限值应符合本规 范附录A的规定。

    3.2.4水文资料应对设计依据站和参证站流量资料进行可靠性、 致性、代表性检查,并着重复核大洪水、特大洪水资料

    3.2.4水文资料应对设计依据站和参证站流量资料进行可靠性

    2.5收集的水电水利工程资料宜进

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    4暴雨洪水特性及暴雨成因分析

    4.1暴雨洪水特性分析

    4:1.1设计流域及部近地区暴雨特性分析的主要内容应包括: 1暴雨概况,主要包括暴雨发生季节、出现频次、常见暴 雨中心位置、强度、持续时间、暴雨极值分布。 2暴雨时空分布特性,主要包括暴雨笼罩面积、等雨量线 图形状、雨轴方位、暴雨移动规律、暴雨时程分配特点、时面深 关系。 3历史特大暴雨,主要包括暴雨雨区范围、量级、时空分 布、移动规律、暴雨类别和发生几率。 4.1.2设计流域及邻近地区洪水特性分析的主要内容及要求应 包括: 1洪水概况,主要包括洪水发生季节及频次、历时、峰型、 洪峰流量、时段洪量。 2洪水成因及时空分布。 3洪水地区组成的规律性及干、支流洪水遭遇特性。 4洪水特性应重点分析实测和历史特大洪水,主要包括洪 峰流量、时段洪量及重现期

    4.2.1暴雨成因分析的主要内容应包括暴雨环流形势、天 统、暴雨物理因子及地形对暴雨的影响

    4.2.1暴雨成因分析的主要内容应包括暴雨环流形势、大气系 统、暴雨物理因子及地形对暴雨的影响。 4.2.2暴雨环流形势和天气系统分析应包括以下内容: 1暴雨环流形势,主要包括西风带槽脊位置及其移动和发 展情况,热带和副热带环流的演变

    4.2.2暴雨环流形势和天气系统分析应包括以下内容:

    1暴雨环流形势,主要包括西风带槽脊位置及其移动和发 展情况,热带和副热带环流的演变

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    2暴雨大气系统,主要包括切变线、低涡、槽、台风及热 带气旋、锋面,天气系统的温压场结构、强度、移动速度、方 向、路径。 3暴雨水汽通道。 4.2.3形成暴雨的物理因子可根据资料条件进行分析计算,主 要包括露点、水汽通量散度、涡度、垂直速度、不稳定能量。 4.2.4地形对暴雨的影响可从地形的动力作用和云物理作用等 方面进行分析。

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    5.1.1可能最天暴雨应根据工程特性、计算方法适用条件、资 料条件,选用多种方法进行计算。可能最大暴雨成果应经过对比 分析后合理确定。 5.1.2短历时可能最大暴雨计算宜采用当地暴雨放大法、暴雨 移置法、暴雨时面深概化法;长历时可能最大暴雨计算宜采用暴 雨组合法。

    5.1.4流域面平均雨量计算应根据资料条件选用泰森多边形法、 算术平均法、等雨量线法、克里金法等方法。受地形影响较大 时,降水量应进行修正。

    5.2可能最大暴雨计算

    5.2.1设计流域有暴雨资料时,可能最大暴雨应采用当地暴雨 放大法计算。当地暴雨放大法主要包括水汽放大、水汽效率放 大、水汽输送率放大、水汽风速联合放大及水汽净输送放大。典 型暴雨放大方法应根据暴雨特性、稀遇程度和流域特性等不同情 况确定,

    5.2.2当典型暴雨为高效暴雨时,典型暴雨应采用水汽

    2.2当典型暴雨为高效暴雨时, 典型暴雨应采用水汽放大。 汽放大应符合下列规定: 1水汽放大应按下式计算:

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    在,露点代表站应在暖湿气流的人流方向上天雨区 边缘选择。台风雨露点代表站应在暴雨中心附近或 台风前进方向的右侧暴雨区边缘选择。 4)代表性露点应取代表站群站同期露点平均值。 5)热带地区宜采用气团源地海表水温。 6)代表性露点不应高于同期最低气温。 可能最大露点确定应符合下列要求: 1)可能最大露点持续时间应与典型暴雨代表性露点持 续时间基本一致。 2)可能最大露点应取可能最大暴雨露点代表站群站的 平均值。 3)当露点资料系列在50年以上时,可能最大露点应取 持续时段历史最大露点,该值应在典型暴雨发生的 相应季节内、在降雨或趋向于降雨的天气中选取, 应排除由于局部因素形成的露点高值;当露点资料 系列不足50年时,可能最大露点应采用50年一遇 的露点;当露点资料短缺时,可能最大露点可从全 国或各省持续时段历史最大露点等值线图查读,应 采用编图后新出现的最大值检验。可能最大露点不 应超过气团源地的最高海表水温。 4)热带地区宜采用最高海麦水温

    5.2.3设计流域及邻近地区缺乏特大暴雨资料而有较大的实测

    暴雨资料时,典型暴雨应采用水汽效率放大。水汽效率放大计算 应符合下列规定: 1水汽效率放大应按下式计算:

    式中:m 可能最大暴雨效率(1/h); 7 典型暴雨效率(1/h)。

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    式中:VW 典型暴雨入流指标Lm/(s·mm)」; (VW)m—最大人流指标[m/(s·mm)]。 2水汽风速联合放大应按下式计算:

    P.=(V)·(w)p

    式中:V一典型暴雨风速(m/s): Vm一最大风速(m/s)。 3风指标选择应符合下列规定: 1)风代表站应在设计流域暴雨水汽人流方向的测站中

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    选取。当水汽人流方向有多个测站时,应分析各测 站入流指标VW或风速V与相应典型暴雨量P的相 关关系,并结合各测站资料系列长度及资料质量等 因素,综合选定风代表站。 2)风代表站的代表层应在离设计流域地面平均高程 1500m以内进行选择。设计流域地面平均高程低于 1500m,应采用850hPa高度的风;设计流域地面平 均高程为1500m~3000m,应采用700hPa高度的 风;设计流域地面平均高程超过3000m,应采用 500hPa高度的风。热带地区,宜选择向暴雨区输送 水汽的主要大气层作为代表层。 3)代表性风速应选择暴雨发生时间前一个时段的24h 平均风速。 极大化指标选择应符合下列规定: 1)(VW)m和VWm的选择应保证所选暴雨与实测典 型暴雨环流形势及天气系统的相似性。风速可在代 表站水汽入流方向一定角度范围内选择。 2)当风和露点资料系列在50年以上时,(VW)㎡指标 应在实测资料中选取与典型暴雨风向接近的实测风 V及其相应的水汽W,得VW,再从中选取最大值 (VW)㎡作为极大化指标;VW指标应选取与典型 暴雨风向接近的实测风的最大值Vm,再寻找实测最 大值W.,将其乘积VW作为极大化指标。若风 和露点资料系列不足50年,可采用50年一遇的数 值。也可分析VW或(VW)的季节变化曲线,由 此取用典型暴雨发生时的前后15d时段之内的最 大值。 设计流域面积大、暴雨天气系统稳定时,典型暴雨可采

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    式中:Fwm 最大水汽净输送量(g); Fw一一典型暴雨水汽净输送量(g)。 2典型暴雨水汽净输送量计算公式及计算步骤应符合下列 规定: 1)典型暴雨水汽净输送量应按下式计算

    V kqkj ALApAt

    中:g 重力加速度(cm/s); n 气层数; m 计算周界上的控制点数; Vj 第层计算周界上第i个控制点的垂直于周界的风 速分量(m/s),向内为正,向外为负; qj 第k层计算周界上第i个控制点比湿(g/kg); △L 计算周界上控制点所代表的步长(km); 力 相邻两层气压差(hPa); △t一一计算历时(s)。 2)可将设计流域边界概化为矩形,沿边界布设控制点 的个数应视概化流域边界长短而定。 3)应根据设计流域地面平均高程对设计流域地面至 400hPa的空气柱进行分层。应采用850hPa作为设 计流域地面至800hPa空气柱的代表层,应采用 700hPa作为800hPa~600hPa空气柱的代表层,应 采用500hPa作为600hPa~400hPa空气柱的代 表层。 3实测资料检验应符合下列规定: 1典型暴雨应按下式计算:

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    式中:A一一计算周界所包围的面积(km); β一水的密度(g/cm)。 2)设计流域典型暴雨计算值与实测值相对误差的绝对 值应在15%以内,否则此法在设计流域不适用。 4水汽净输送量极大化时应选取与典型暴雨季节一致、天 气系统类型相同的比湿场或比湿场和流场组合:应考虑各层比湿 场、流场的相互配置和制约关系。典型暴雨极大化可分情况采用 下列方法: 1)只改变比湿场。若典型暴雨辐合流场很强,可只替 换比湿场。从历史资料中选取各层最有利于暴雨发 生的比湿场和典型暴雨相应层次的流场组合。 2)选取比湿场与流场的最优组合。若典型暴雨辐合流 场强度不够时,可替换700hPa或850hPa的比湿场 和流场,其他层次不变。从历史资料中选取替换层 不同时间的辐合流场和比湿场并合理地组合在一起, 寻找最大值

    5.2.6设计流域缺乏特大暴雨资料、邻近地区有特大暴雨资料 时,可能最大暴雨宜采用暴雨移置法计算。 5.2.7暴雨的移置应分析移置区和设计流域的地理地形、气候 条件、暴雨成因等方面的相似性,统筹考虑、综合判断移置的可 能性。

    5.2.8移置至设计流域等雨量线图的空间分布应符合设计流域

    1暴雨中心应放置在设计流域经常出现暴雨中心的地带 并注意与小尺度地形的配置;当设计流域有多个暴雨中心时,暴

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    雨中心应放置在主要暴雨中心位置或对工程安全不利的位置;当 暴雨中心与某种特定天气系统相联系时,移置时应结合天气系统 类型进行分析。 2暴雨雨轴方位应与设计流域经常出现同类型暴雨的雨轴 方位一致,并使等雨量线与设计流域大尺度地形相适应;暴雨雨 轴转动角度不宜过大,对不同天气系统应有所区别。 5.2.9暴雨移置时应根据地理位置、地形条件差异对暴雨进行 移置改正。移置改正包括流域形状改正、水汽改正和综合改正, 移置改正应符合下列要求: 1当移置区与设计流域暴雨天气形势相似、地理地形条件 基本相同时,移置改正可只进行流域形状改正。 2当移置区与设计流域地理地形条件有一定差异,但基本 不改变暴雨系统结构时,移置改正应在流域形状改正的基础上进 行水汽改正。水汽改正应根据不同情况采用位移水汽改正,高程 水汽改正或入流障碍高程水汽改正,或者二者同时改正。水汽改 正应符合下列规定: 1)当移置区与设计流域地面平均高程相差不大,但位 移距离较远致使水汽条件不同时,应进行位移水汽 改正。位移水汽改正可按下列公式计算:

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    2)当移置区与设计流域的地面平均高程不同而使水汽 发生增减时,可进行高程水汽改正;当设计流域水 汽人流方向受其边界障碍阻挡而使水汽发生变化时, 可进行入流障碍高程水汽改正。高程水汽改正和人 流障碍高程水汽改正只能取其一种。当设计流域水 汽入流边界高程接近设计流域地面平均高程时,宜 采用高程水汽改正;当设计流域水汽入流边界高程 高于设计流域地面平均高程时,宜采用人流障碍高 程水汽改正。高程水汽改正和人流障碍高程水汽改 正可按下列公式计算:

    3当移置区与设计流域地理地形条件差异较大且对暴雨机 制特别是对低层结构有一定影响时,移置改正可在流域形状改正 的基础上进行综合改正。综合改正可采用直接对比法、等百分数 线法、以当地暴雨为模式的改正法及雨量分割法。 4热带气旋暴雨由沿海地区向内陆移置时,移置改正不宜 采用水汽改正,可采用距离调整

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    5.2.11设计流域及暴雨一致区内有较多的特大暴雨资料时,可 能最大暴雨宜采用暴雨时面深概化法计算。 5.2.12绘制暴雨时面深外包曲线,应充分利用设计流域所在暴 雨一致区的暴雨进行放大和移置,外包曲线应使不同历时和不同 面积的雨量协调一致。

    5.2.13设计流域设计历时实用的面深曲线应按下列步骤绘制:

    1假定某一与设计流域面积接近的暴雨控制面积,根据暴 雨时面深外包曲线,查得该控制面积设计历时的可能最大暴 雨量。 2根据实测暴雨,分析假定暴雨控制面积外面雨量与假定 暴雨控制面积面雨量的关系,并统计其平均值;分析假定暴雨控 制面积内面雨量与假定暴雨控制面积面雨量的关系,并统计其平 均值。 3根据假定暴雨控制面积面雨量、假定暴雨控制面积外面 雨量与假定暴雨控制面积面雨量的关系、假定暴雨控制面积内面 雨量与假定暴雨控制面积面雨量的关系,绘制设计流域实用的面 深曲线,根据该曲线查得设计流域面积对应的面雨量。 4选取不同暴雨控制面积,按步骤1~步骤3推求设计流 域面积面雨量,以设计流域面雨量最大的面深曲线作为最终的设 计流域实用的面深曲线

    数值的确定。概化可能最大暴雨等值线图应概化为一组同心的椭 圆形。绘制应符合下列要求: 1形状比率的确定应采用多次暴雨相同历时相同面积的形 状比率的平均值。 2雨轴方位的确定应采用各区段出现频次最高的雨轴方 位值。

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    3等值线数值的确定,应根据设计流域实用的面深曲线 采用与面深分析相反方法推求。

    15可能最大暴雨面雨量计算应符合

    1设计流域位于平原区时,设计流域可能最大暴雨量应根 据概化可能最大暴雨等值线图和设计流域边界推求。 2设计流域位于山岳区时,设计流域可能最大暴雨量可按 下列步骤推求: 1)推求设计流域各网格点地形增强因子,可按下式 计算:

    式中:f(·y) 设计流域(,y)点的平均地形增强因子; 设计流域(,y)点实测雨量的多年平均值 (mm); P。一暴雨辐合分量的平均值(mm)。 2)对安置于设计流域的概化可能最大暴雨等值线图进 行地形调整,地形调整可按下式计算:

    式中: Pm(r.y) 设计流域(,)点的可能最大暴雨量 (mm); Pmo(x.y) 概化可能最大暴雨等值线图(,y)点的雨 量(mm)。 3)根据经地形调整后的概化可能最大暴雨等值线图和 设计流域边界推求设计流域可能最大暴雨量,

    5.2.16设计流域面积大、暴雨设计历时长时,可能最大暴雨应 采用暴雨组合法计算。

    5.2.16设计流域面积大、暴雨设计历时长时,可能最大暴雨应 采用暴雨组合法计算。 5.2.17 暴雨组合宜采用相似过程替换法或连续性分析法。 5.2.18 相似过程替换法应符合下列规定:

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    1典型暴雨过程宜参考实测天洪水过程选取,应满足下述 要求: 1)实测洪水历时与设计时段相应,峰高、量大、峰型 恶劣,上、中、下游洪水遭遇严重。 2)洪水对应的暴雨大气环流形势反常。 3)水文气象资料条件较好。 2相似过程替换应符合大气环流形势基本相似,暴雨天气 系统相同,暴雨发生的季节相同、时间接近,雨型及其演变大致 相似的原则。 3典型暴雨中各场次暴雨过程可作为替换单元。相似过程 替换法应尽量避免对连续暴雨过程进行替换。 5.2.19连续性分析法应根据大气环流演变特征及承替规律,结 合暴雨环流形势和天气系统的转变速率、转换方式和转换时间间 隔,对暴雨进行组合。暴雨组合时,互相衔接的两个组合单元应 选在同一季节,组合单元的时段长度不应小于6h;两单元之间 的时间间隔可按实测暴雨或根据天气过程演变的统计规律确定。 连续性分析法应按照下列步骤进行组合: 1根据天气图资料划分影响设计流域暴雨的天气系统,并 根据主要特征命名,将同期内的天气过程排列成过程序列。 2分析典型暴雨过程的流场和湿度场。 3制作综合动态图。 4绘制与恶劣天气过程相对应的雨量分布图和流量过程线 5选择降水量大并有利于形成恶劣洪水的几个暴雨过程: 根据演变趋势规律组合成一场新的暴雨序列,

    1组合暴雨成果的合理性应从大气环流形势、天气系统、 水汽条件等方面分析。多单元组合暴雨成果应着重检查组合序列 在整体上的合理性;少单元组合暴雨成果应着重检查两单元之间 在时间间隔上的合理性,以及前后单元在天气形势上衔接的可能

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    性;长历时组合暴雨成果可从天气环流的李节变化特点上进行 检查。 2组合暴雨成果应符合设计流域的暴雨特性 3组合暴雨成果应与设计流域历史特大暴雨洪水进行比较 分析组合暴雨成果序列的暴雨历时、时程分配形式、雨区分布型 式、主要雨区位置等是否反映设计流域历史特大暴雨的主要 特征。

    5.2.21组合暴雨极大化时应首先判断组合暴雨是否需要极大

    1组合暴雨是否需要极大化,应根据资料系列长短及流域 内特大暴雨量级和多寡而定。替换场次较多、流域内已出现较多 大暴雨时,组合暴雨可不予放大;如遇下列情况之一,组合暴雨 应进行放大: 1)暴雨序列中所有组合单元面雨量均小于设计流域或 邻近地区最大实测面雨量。 2)组合后的短长历时雨量比值小于设计流域比值的 般规律。 3)组合暴雨总量小于设计流域和邻近地区历史上的特 大暴雨总量。 2组合暴雨放大场次应根据组合单元的多少确定,放大场 次应尽可能少;每场次放大的天数,应根据放大指标的持续天数 确定;可选用暴雨序列后部的组合单元进行放大。

    5.3短缺资料地区可能最大暴雨计算

    5.3.1短缺资料地区可能最大暴雨计算应符合下列要求: 1当设计流域短缺暴雨资料,而暴雨一致区有长系列暴雨 资料时,可能最大暴雨计算宜采用统计估算法。 2当设计流域及邻近地区均短缺气象资料,设计流域面积

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    较小且有可能最大暴雨等值线图时,可能最大暴雨计算可采用等 值线图法。 3当设计流域及邻近地区均短缺气象资料,可能最大暴雨 计算可采用满足精度要求的降水反演资料。 5.3.2统计估算法计算可能最大暴雨,应符合下列规定: 1统计估算法应按下列公式计算:

    Pm=X,(1+ΦmmCm) S.

    式中:X, 时段雨量系列的均值(mm); n 时段雨量系列的长度; Φmm一 暴雨一致区内各雨量系列中最大项的统计量Φm 的外包值; Cvm一时段雨量系列的变差系数; Xm时段暴雨系列的最大项(mm); S,一时段雨量系列的均方差(mm)。 2X,和C"宜移用参证流域的时段雨量均值和变差系数; 当设计流域和参证流域有同步暴雨资料时,X,和C应进行 修正。

    5.3.3等值线图法应先查算设计流域形心位置的可能最大点暴

    5.3.3等值线图法应先查算设计流域形心位置的可能最大

    环保标准5.4可能最大暴雨的时空分布

    5.4.1可能最大暴雨的时空分布应符合设计流域暴雨特性,并 应使设计断面所形成的洪水达到可能最大。 5.4.2可能最大暴雨的时空分布应采用典型暴雨或综合概化雨 型确定,应符合下列规定:

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    历时和面积的可能最大暴雨量。 5.4.3可能最大暴雨量空间分布,应根据典型暴雨或综合概化 的等雨量线图,按设计流域边界计算面平均雨量,推求设计流域 可能最大暴雨量与设计流域边界计算面平均雨量的比率;应按照 该比率,将典型暴雨或综合概化等雨量线图的各等雨量线数值放 大,得到设计流域可能最大暴雨等雨量线图

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    6.1.1可能最大洪水计算应根据流域特征、水文特性和资料条 件,采用与其相适应的产汇流计算方法,充分利用大暴雨洪水、 特大暴雨洪水资料,率定产汇流参数,并分析大洪水对参数变化 规律的影响。产汇流计算方法的参数率定与使用方法应一致。洪 水过程线的分割与回加应一致。 6.1.2当设计流域面积较大、暴雨分布不均、产汇流条件差异 较大时,可能最大洪水宜分单元进行产汇流计算,再经河道演 算,并叠加底水。 6.1.3可能最大洪水计算历时应根据设计流域暴雨洪水特性和 工程特性确定。

    6.2.1可能最大洪水产流计算应根据设计流域的水文特性、流 域特征和资料条件,分割洪水过程线硬度标准,进行产流计算。产流计算 方法应采用降雨径流相关法、扣损法、径流系数法等方法。

    6.2.2洪水过程线应进行径流分割,径流分割应符合下列要求

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