供水水文地质》第六章讲义.ppt

第6章 小流域暴雨洪峰流量的计算,内 容： 6.1 小流域暴雨洪水计算的特点 6.2 设计净雨量的推求 6.3 流域汇流 6.4 暴雨洪峰流量的推理公式 6.5 地区性经验公式及水文手册的应用 重 点： 下渗曲线与下渗累积曲线； 等流时线原理； 暴雨洪峰流量的推理公式； 难 点： 暴雨洪峰流量的推理公式；,6.1 小流域暴雨洪水计算的特点,小流域暴雨洪水的应用范围： 小流域面积上的排水建筑物； 城市厂矿中的排水管渠； 厂矿地区的排洪渠道； 铁路和公路的桥梁和涵洞； 立体交叉道路的排水渠道； 广大农村中众多小型水库的溢洪道,小流域设计洪水计算的特点： 缺乏暴雨和流量资料 拟定计算方法可以作适当简化 计算方法应力求简便,使基层工作者易于掌握 计算小流域暴雨洪峰流量的公式有： 推理公式法 经验公式法 综合单位线法 水文模型法,推理公式 也称半理论半经验公式,着重推求设计洪峰流量。 以暴雨形成洪水的成因分析为基础,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参数。 其计算成果有较好的精度。 地区经验公式 只推求洪峰设计流量，它是建立在某地区和邻近地区的实测洪水和调查洪水资料的基础上，探求地区暴雨洪水经验性的规律，使用上有一定的局限性。 推导计算公式时，重点分析： 1)暴雨强度 2)暴雨损失 3)流域汇流,6.2 设计净雨量的推求,6.2.1 暴雨损失及分类 暴雨损失：降雨过程中由于植物截流、蒸发、填洼和下渗而损失的水量。 植物截流：降雨发生后，部分雨水首先被植物的叶茎拦截，其拦截量对一次降雨影响不大。 蒸发量：本次降雨落到地面然后蒸发或在洼地蓄水体表面上蒸发的那部分水量，可忽略不计。 填洼：雨水被地面凹坑或洼地拦蓄的现象，在一般地形下，损失不大，但如果地形特殊或有大量人工蓄水工程，填洼量要另行考虑。 下渗：雨水从地面渗入土壤中的现象，是降雨损失中的主要因素。,6.2.2 下渗:降落到地面的雨水从地表深入土壤中的运动过程。 下渗的物理过程 按水分所受的力和运动特征，下渗可分三个阶段： 渗润阶段：水分主要受分子力的作用，被土壤颗粒吸收。 渗漏阶段：水分主要在毛管力和重力作用下，沿土壤空隙向下作不稳定流动，并逐步充填土壤空隙直至饱和。此时毛管力消失。 渗透阶段：水分在重力作用下成稳定流动。 下渗曲线与下渗量累积曲线 下渗率(下渗强度)：单位时间内渗入单位面积土壤中的水量,记为f，以mm/min或mm/h计。 下渗能力：在一定下垫面条件下，有充分供水时的下渗率。,(1)下渗曲线：下渗能力随时间的变化过程线，该曲线上f0为初始下渗率。,下渗最初阶段，下渗率具有较大的数值，称为初渗（f0），其后随着下渗作用的不断进行，土壤含水量的增加，下渗率逐步递减，递减的速率也是先快后慢。当下渗锋面推进到一定深度后，下渗率趋于稳定的常值。此时下渗率称为稳定下渗率（fc） 初始下渗率f0与土质、土壤的干湿状况有关。 稳渗率fc与土质有关，与降雨开始时的土壤含水量无关。,对下渗的研究最初是为了适应灌溉工程的建设需要而开展的。以后在水文学上进行降雨径流计算工作中得到了发展。先是通过实际试验，获得下渗曲线，再从图形来模拟下渗曲线的数学表达式。这类表达式就是所谓的经验公式，此类公式的类型颇多，共同的特征是具有下渗率随时间递减的函数形式。其中霍顿（R. E. Horton）公式应用较普遍。 f = fc+（f0-fc）e-t 霍顿公式结构简单，在充分供水条件下与实际资料配合较好，至今仍被广泛应用。,6.2.3 设计净雨量的推求,净雨量：暴雨量扣除损失量，也就是地表径流量。 分阶段扣除损失法（初损后损法） 把实际的下渗过程简化为初期损失和后期损失两个阶段。 初损：降雨开始到出现产流时，历时t0 ，降雨全部损失I0 ，包括初期下渗，植物截留，填洼等。 后损：产流以后损失阶段，超渗历时tc 内的平均下渗能力。 由水量平衡原理，净雨深R用下式计算： R=P- IO - tc,6.3 流域汇流,6.3.1 暴雨洪水形成过程 与径流形成过程一样 1、降雨强度小于当时当地的土壤下渗率时，全部降雨都消耗于损失，尚未产生地面径流。 2、降雨强度等于土壤下渗率后，流域开始产生径流。 3、降雨强度小于稳渗率后，地面径流逐渐消失，河槽集流过程持续，直到全部流经出口断面时为止。 从净雨终止时刻到河槽集流结束的时间段，称为流域最大汇流时间，以表示，为流域最远点A的净雨流到出口断面B所经历的时间。,6.3.2 等流时线原理,流域汇流是指，在流域各点产生的净雨，经过坡地和河网汇集到流域出口断面，形成径流的全过程。 同一时刻在流域各处形成的净雨距流域出口断面远近、流速不相同,所以不可能全部在同一时刻到达流域出口断面。但是,不同时刻在流域内不同地点产生的净雨,却可以在同一时刻流达流域的出口断面 。,基本概念及含义： 流域汇流时间 ：流域上最远点的净雨流到出口的历时。 汇流时间：流域各点的地面净雨流达出口断面所经历的时间。 等流时线：流域上汇流时间相等点子的连线，如图中标有1 、2 、的虚线（ 为单位汇流时段长）。 等流时面积：两条相邻等流时线间的面积，也称共时径流面积，以fi表示。,等流时线在地面汇流分析中的应用,利用等流时线概念，分析流域上不同净雨情况下所形成的出口断面地面径流过程。 地面净雨历时小于流域汇流时间（ tc） 设一次均匀降雨的历时tc=t(h);净雨深为R(mm);净雨强度i=R/ t(mm/h)。 Q3是洪峰流量，它是由最大共时径流面积f3上的全部净降雨汇集而成， 为部分汇流形成的洪峰流量,（2）净雨历时等于流域汇流时间（ tc=）,（3）净雨历时大于流域汇流时间（ tc）,1、某站控制流域面积F=121000km2,多年平均年降水量P=767mm，多年平均流量Q=822m3/s，试根据这些资料计算多年平均年径流总量、多年平均年径流深、多年平均流量模数、多年平均年径流系数。,2、根据某山区年平均径流深R（mm）及流域平均高度H（m）的观测数据，计算后得到均值R=697.9mm，H=328.3m，均方差R=252.1，H=169.9；相关系数r=0.97，已知流域平均高程H=360m，此处的年平均径流深R为多少？,3、根据某山区年平均径流深R（mm）及流域平均高度H（m）的观测数据，计算后得到均值R=697.9mm，H=328.3m，均方差R=252.1，H=169.9；相关系数r=0.97，已知流域平均高程H=360m，此处的年平均径流深R为多少？,4、某河某站有24年实测径流资料，经频率计算已求得理论频率曲线为P-III型，年径流深均值R=667mm，Cv=0.3，Cs=2.0Cv，试求十年一遇枯水年和十年一遇丰水年的年径流深各为多少？,5、某水库设计保证率P=80%，设计年径流量Qp=8.76m3/s，从坝址18年径流资料中选取接近设计年径流量，且分配较为不利的1953-1954年作为设计代表年（典型年），其分配过程列于下表，试求设计年径流量的年内分配。,6、某水库坝址处有1960-1992年实测洪水资料，其中最大的两年洪峰流量为1480m3/s、1250m3/s。此外洪水资料如下：（1）经实地洪水调查，1935年曾发生过流量为5100m3/s的大洪水，1896年曾发生过流量为4800m3/s的大洪水，依次为近150年以来的两次最大的洪水。（2）经文献考证，1802年曾发生过流量为6500m3/s的大洪