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文档简介

第六节 小流域暴雨洪峰流量的计算,小流域特点:(F500km2) (1)工程规模小,对洪水的调节能力小; (2)缺乏水文资料,尤其是流量资料; (3)计算方法简单易行,适用无水文资料条件。 方法:采用由设计暴雨推求设计洪峰的简化方法。,推理公式法,推理公式法以暴雨形成洪水的成因分析为基础,同时考虑影响洪峰流量的主要因素,建立理论模式,并利用实测资料求得公式中的参数。,6.2.1 暴雨损失及分类 暴雨损失指降雨过程中由于植物截留、蒸发、填洼和下渗而损失的水量。一次降雨损失,主要表现为下渗损失。,6.2 设计净雨量的推求,下渗的物理过程及作用力,6.2.2 下渗,渗润阶段,渗漏阶段,渗透阶段,分子力、毛管力、重力,毛管力、重力,重力,下渗曲线和下渗量累积曲线,下渗率或下渗强度 下渗能力 下渗曲线和下渗量累积曲线 初始下渗率和稳定下渗率,随着土壤含水量的持续增加,下渗率不断降低。当下渗仅靠重力作用时,达到稳定状态,此时的下渗率称稳定下渗率。 影响一次降水下渗过程的主要因素,有降雨强度及历时、土壤含水量、土壤构成情况等。此外,地表坡度与糙率、植被及土地利用状况对下渗亦有影响。 下渗过程可用各时段下渗量F(mm)和各时刻下渗率f (mm/h)表示。,在充分供水条件下,下渗率的变化规律,也可用数学公式表示,如常用的霍顿公式: ft =(f0fC)e - t + fc 式中,ft t 时刻的下渗率; f0 初始下渗率; fc 稳定下渗率; 递减指数; 式中f0、fc及都是反映土壤特性的参数,只能根据实验资料推求。,t,fc,霍顿下渗曲线,F,6.2.3 设计净雨量的推求,初损后损法 径流系数法 相关法 水量平衡法,初损后损法:是一种下渗曲线法的简化的方法。它把实际的下渗过程简化为初期损失和后期损失。产流前的损失量称为初期损失,产流后的损失量称为后期损失。,损失参数,是指产流历时tc内的平均损失强度。,降雨过程与入渗过程示意图,R=P-I0-ftc,6.3 流域汇流,流域上各点的净雨,经过坡面汇入河网,再由河网流达出口断面,总称汇流。从坡面和土壤表层汇入河网的,称为坡面汇流,其历时较短,一般只有几十分钟至几小时;另一部分渗入地下,经由地下途径注入河网的,称为地下汇流,历时可长达几天或几十天。 等流时线法适用于地表径流(包括壤中流)的坡面汇流和河网汇流。,6.3.2 等流时线原理,一、等流时线 等流时线是在流域上勾绘的一组等值线,每条等值线上各点的水质点,将同时到达出流断面。两条等流时线间的面积称为等流时面积,按顺序用、 表示,其汇流时间分别等于t1t、t22t、t33t。,2,3,4,5,t,2t,3t,4t,5t,流域出口断面流量的计算,出流断面在第i 时段出流量是由第一块面积上的本时段净雨,第二块面积上一时段净雨等所合成的:,式中,ri第i 时段地面净雨强度。,时段(h),地面净雨hs(mm),等流时面积 (km2),部分流量Q(m3/s),h1=5mm,h2=28mm,h3=44mm,h4=3mm,Q (m3/s),(1),(2),(3),(8),(7),(6),(4),(5),0,3,3,6,21,9,18,12,15,24,6,9,5,28,44,3,58,120,130,115,82,60,24,0,0,0,0,0,0,27,56,60,53,38,11,150,311,337,298,213,156,62,236,489,530,469,334,244,98,16,33,36,32,23,17,7,27,206,608,895,899,745,533,329,114,7,二、讨论 1、 降雨分布不均匀问题 实际降雨在流域面上分布可能是不均匀的。如果能求出 各等流时面积上的时段平均雨量,计算精度可提高。 2、 流速变化问题 若流速大小随流量而变,等流时面积就不是恒定数值,使计算结果与实际情况存在差别,一般情况是以峰为准,采用使洪峰流量误差最小的流速数值作为绘制等流时曲线的依据。,3、河槽调蓄问题 按照等流时线的假定,同一等流时线上水量同时到达出流断面,但由于各干、支流之间的干扰,漫滩影响,断面流速分布不均等原因,使这种假定不符合实际,而是高速质点先到,低速质点后到,又按假定,各等流时面积之间没有水流交换,只有先后次序之别,实际上是快速和慢速质质点互相混杂,严格的面积出流次序是没有的。这就是等流时线未考虑河槽的调蓄问题。因此,等流时线方法只宜用于小流域,因为河槽调蓄作用小。,6.3.3 不同净雨情况下的径流过程,全流域汇流 tc,Qm=KiF,部分流域汇流 tc,Qm=KiFtc=Kifm,6.3.4 暴雨洪峰流量公式,结论: 1tc Qm=Kifm 2tc Qm=KiF,_,_,6.4 暴雨洪峰流量的推理公式,基本原理: 推理公式是从成因概念出发,认为降落在流域上的暴雨经过产流和汇流,按等流时线的原理,形成流域出口的洪峰流量。 基本假定:a) 设计暴雨与损失时间和空间分布均匀。 b) 设计暴雨与设计洪水同频率。 c) 流域汇流符合线性规律。 c) 流域汇流面积随汇流时间的增加而均匀增加。,由暴雨公式 :,代入 得 洪峰流量公式:,Qm 0.278 F,3推理公式参数估算,(1)值,当tc时:,当tc时:,(2)损失参数,方法1:查区域或流域水文手册,方法2:计算公式,可以证明, (1-n )n,(3)净雨历时tc,证明: 瞬时雨强,i= 时,t=tc,代入得证,当,(4)流域汇流时间,出口概化为三角形,取1/ 3; 1/ 4代入上式得,汇流参数m的取值:,方法1:查水文手册,方法2:由实测流量资料反推:,(5),方法3:采用经验公式,如,【算例】 湘江支流某地欲修建一座水库,地点位于北纬28以南,集水面积2.93km2,干流长度2.56km,干流坡度0.033。推求坝址处百年一遇的洪峰流量。,由湖南省小型水库水文手册雨量参数图,查算得流域中心点 120mm;Cv0.4;Cs /Cv3.5;n20.76;n10.62,按Cs3.5Cv1.4,查离均系数表得1%3.27,计算得,P24,1 (1%Cv1),120(0.43.271),277(mm),A1 P24,1 / t 1-n2,277 / 241-0.76,129(mm/h),(2)损失参数,由 等值线图,查得流域中心,(3)净雨历时tc tc (1- n)A/ 1n (10.76)129/2.010.76 36.8 h,2 mm/h,(4)流域汇流参数,L/S1/3 F1/4,2.65/0.0331/32.931/4,6.31,0.540.15,0.546.31.15,0.71,(5) 设计洪峰Qm 的试算,将结果代入推理公式得,3.235

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