水文学第6章青岛理工ppt课件.ppt

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1、2023/1/10,1,2023/1/10,2,重点,2023/1/10,3,1、小流域暴雨洪水计算意义,小流域设计洪水是规化设计中小型水利工程、铁路及公路、桥涵、城市厂矿防洪设施等的基本依据。,61 小流域暴雨洪水计算的特点,2023/1/10,4,（1）一般无实测的流量资料。若有实测的暴雨资料，可通过其间接推算。,（2）重点是设计洪峰流量的推求。,但在我国，实际上绝大多数的小流域无水文站，缺乏自记暴雨资料及径流资料，故小流域设计洪水是在缺乏资料情况下，如何估算设计洪水的问题。,2、特点,2023/1/10,5,3、推求方法,（1）推理公式,由设计暴雨推求设计洪水。以暴雨形成洪水 的成因分析

2、为基础，考虑影响洪峰流量的主 要因素，建立数学模型，再据实测资料推求 参数。,2023/1/10,6,综合分析本地区具有观测资料小流域设计洪 水成果，建立地区性经验公式，推求设计洪 峰流量。,（2）地区性经验公式,4、推求公式时应重点分析的问题,2023/1/10,7,62 设计净雨量的推求,一、暴雨损失及分类,1、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。,一次降雨的损失主要是下渗损失,2023/1/10,8,暴雨量减去损失量,2、净雨量（地表径流量）,3、损失分类,2023/1/10,9,二、下渗,降落到地面的雨水从地面渗入到土壤的过程。,1、下渗的物理过程,非

3、饱和水稳定运动,2023/1/10,10,2、下渗曲线与下渗量累积曲线,（1）下渗曲线下渗率与时间的关系曲线，也称下 渗率过程线或下渗容量曲线。,2023/1/10,11,（1）下渗率（f0）单位时间内的下渗量（mm/h）。,是表示雨水下渗快慢的量,2023/1/10,12,（2）稳渗率（fc）,若土质的疏密程度与温度变化不大时，下渗率 比较稳定，趋于常数，此常数称稳渗率。,fc 只与土质有关，与初雨时土壤的干湿程度无关。,2023/1/10,13,下渗量与时间的关系曲线。,4、下渗曲线与下渗量累积曲线的关系,图61,3、下渗量累积曲线,是微分与积分的关系，前者随时间下 降，后者随时间上升。,

4、2023/1/10,14,三、设计净雨量的推求,推求 方法,2023/1/10,15,1、暴雨损失的两个阶段,从开始降雨到产生地面径流期间的损失。,产生地面径流以后的损失。,降雨的主要损失,后期损失并非稳定下渗，而是由大到小趋于稳定变化，实际计算中常用一个常数来表示即平均下渗率,2023/1/10,16,降雨过程,损失过程,时间 t,2023/1/10,17,后损过程中，单位时间平均下渗量。,3、一次暴雨总净雨量计算,2、平均下渗率,2023/1/10,18,63 流域汇流,一、暴雨洪水形成过程,与地面径流的形成过程相同。降雨开始后，除植物截留的一部分，其余产生下渗，当土壤达到饱和后，开始产生

5、地面径流，当广大流域均产生径流时，水量逐渐增大，沿途汇入河网的流量不断加强，从而形成洪水。,2023/1/10,19,二、等流时线原理,流域上各处在不同时间所形成的径流汇集到出口断面的过程，可用等流时线原理加以解释。,1、流域汇流过程,将坡地漫流与河槽集流两个相继发生的地 面径流汇集过程作为一个整体分析，将其 统称为汇流过程。,2023/1/10,20,设想将流域划分为若干集流面积，如果落在线 上的净降雨通过坡地与河槽流到出口断面所需 时间都相等，则此界线称为等流时线。,2、等流时线,3、共时径流面积 fi,等流时线与流域分水线所构成的面积。,2023/1/10,21,等流时线,共时径流面积,

6、注意：等流时线不是固定不变的，而是随汇流速 度变化，计算中，位置不变的等流时线只 是相当于流域平均汇流速度时的等值线。,2023/1/10,22,4、流域平均汇流速度,5、径流形成过程,见下页,2023/1/10,23,2023/1/10,24,三、不同净雨历时情况下的径流过程,据净雨历时 tc 与汇流时间 的关系可分为三种情况：,1、tc,洪峰流量：,2023/1/10,25,2023/1/10,26,2、tc=,洪峰流量（全面积汇流）：,R 1，R 2，R 3，R 4 四个时段对应的净雨量。,具体计算见表6.1,2023/1/10,27,3、tc,洪峰流量同 tc=时的情况，只不过Qm将持

7、续 t=tc-时段，曲线呈梯形。,按上述不同历时求得的径流过程线与地面实际径流过程线有一定的差别，这是因为用等流时线原理计算汇流过程的假定引起的，故应据实测值对其进行修正，以提高计算精度。,2023/1/10,28,四、暴雨洪峰流量公式,部分汇流的情况下，最 大洪峰流量Qm的大小及出现时间与流域形状有关。,2023/1/10,29,2、全面汇流（tc）,F全流域的 面积,2023/1/10,30,64 暴雨洪峰流量的推理公式,此推理公式是利用暴雨资料推求洪峰流量的一种方法。此法认为流域出口处形成的最大流量，是降落在流域上的暴雨经过产流与汇流两个阶段演变的结果。由于对暴雨、产流、汇流的处理方式不

8、同，形成的推理公式也不尽相同。,2023/1/10,31,一、水科院水文研究所推理公式,1、洪峰流量基本计算式：,2023/1/10,32,2、各项参数的确定：,（1）值：,洪峰流量径流系数,2023/1/10,33,615式,可由此式制成图表68直接由曲线查找,2023/1/10,34,RR=P24,6.16式,1 无资料时,2023/1/10,35,2 有资料时,3 如果 tc 24小时可利用公式：,6.17式,2023/1/10,36,（3）值,计算式：,2023/1/10,37,计算洪峰流量必须确定和，此二值的计算与产流时间及汇流时间有关，应分别计算。见式（A）、（B）(p182)，但

9、因在运算中，无法事先判明是全流域汇流还是部分流域汇流，故可查图（6.9）及(6.10)，此法不必判定 t c与关系的大小。,应注意图（6.9）适用于=1 时的情况（=0）,2023/1/10,38,（4）m 值,无暴雨资料时m值可查表6.3估算。特殊情况应作调整,2023/1/10,39,利用暴雨资料确定m时，必须首先确定流域为全面汇流还是部分汇流。,2023/1/10,40,因6.29式中 R是的函数，不能直接利用公式，可进行适当变换。,6.30,2023/1/10,41,（5）F、L、s,可由地形图或实地勘测而得,2023/1/10,42,3、设计洪峰流量计算应具备的基本资料,应用水科院水

10、文研究所公式,2023/1/10,43,二、铁一院两所公式,1、洪峰流量的物理模型和计算式,（1）建立基本计算式的思路,由实验证明：共时径流面积随时间的增长并非常数（图1），净雨强度随时间也并非直线改变（图2），故洪峰流量应发生在面积 f 与净雨强度i 的乘积最大的时刻（图3的A点）。,2023/1/10,44,由此建立Qm的基本计算模型,6.30,2023/1/10,45,（2）计算式:,式中的A、F、n 求解方法同水文研究所公式。,2023/1/10,46,2、参数确定,（1）暴雨点、面折减系数,将点雨量换算成面雨量时的折减系数,（3）适用范围,我国西北各省、区及流域面积 100Km2 的

11、小流域。,2023/1/10,47,用等雨量线法对实际暴雨进行点、面分析后所得。表6.9,2023/1/10,48,暴雨损失不仅受流域自身条件的影响，在 产流期还受暴雨强度的影响。,（2）暴雨损失,将其有关数据做成表610查用。,2023/1/10,49,（3）河槽汇流因子k1 与山坡汇流因子k2,流域汇流过程，按其水力特性的不同，可分为坡面汇流与河槽汇流（小流域汇流中坡面汇流的比重较大）。,由水文模型知，汇流时间由此两部分组成。,2023/1/10,50,其中：,2023/1/10,51,2计算式,650651式,（4）造峰历时系数 P1 与造峰面积系数 P,1共时径流面积 f 的分配与相应

12、汇流时间 t 的分配，呈抛物线关系。,关系式,652式最大共时径流面积分配曲线方程,2023/1/10,52,=2.1(K1+K2)-0.06,在形成洪峰条件下，汇流时间 t=tQ，相应共时径流面积 f=f Q，则有：,654657式,2023/1/10,53,2 造峰面积系数 P,3 造峰历时系数 P1,4 P1 与 n、的关系式,655式,656式,658式,2023/1/10,54,相关关系式,2023/1/10,55,3、设计洪峰流量计算的简化方法,洪峰流量基本公式：,2023/1/10,56,（1）通用公式变化、简化得：,2023/1/10,57,（2）Qm简化式：,2023/1/10,58,其中：,2023/1/10,59,注：式（667）使用时是否合适，可用式（666）检验。若 tQ1小时，可用长历时 n2。,4、完成上述计算，需资料,5、举例,2023/1/10,60,65 地区性经验公式及 水文手册的应用,一、以流域面积为参数的地区性经验公式,Qm=KF n,k、n 随地区及频率而变化的 系数和指数。见表616。,2023/1/10,61,三、水文手册的应用,二、包含降雨参数的地区性经验公式,水利电力科学研究院经验公式。适用于 F 100km2。K查表6.17。,简介,