水文学第6章青岛理工课件

2020/9/28,1,2020/9/28,2,重点,2020/9/28,3,1、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,2020/9/28,4,（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,2020/9/28,5,3、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。,2020/9/28,6,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,2020/9/28,7,62 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,2020/9/28,8,暴雨量减去损失量,2、净雨量（地表径流量）,3、损失分类,2020/9/28,9,二、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,非饱和水稳定运动,2020/9/28,10,2、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。,2020/9/28,11,（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,2020/9/28,12,（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。,2020/9/28,13,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。,2020/9/28,14,三、设计净雨量的推求,推求 方法,2020/9/28,15,1、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,2020/9/28,16,降雨过程,损失过 程,时间 t,2020/9/28,17,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,2020/9/28,18,63 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。,2020/9/28,19,二、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。,2020/9/28,20,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。,2020/9/28,21,等流时线,共时径流面积,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。,2020/9/28,22,4、流域平均汇流速度,5、径流形成过程,见下页,2020/9/28,23,2020/9/28,24,三、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：,2020/9/28,25,2020/9/28,26,2、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6.1,2020/9/28,27,3、tc,洪峰流量同 tc= 时的情况，只不过Qm将持 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。,2020/9/28,28,四、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。,2020/9/28,29,2、全面汇流（tc）,F 全流域的 面积,2020/9/28,30,64 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、汇流的处理方式不同，形成的推 理公式也不尽相同。,2020/9/28,31,一、水科院水文研究所推理公式,1、洪峰流量基本计算式：,2020/9/28,32,2、各项参数的确定：,（1） 值：,洪峰流量径流系数,2020/9/28,33,615式,可由此式制成 图表68直接由曲 线查找,2020/9/28,34,RR=P24,6.16式,1 无资料时,2020/9/28,35,2 有资料时,3 如果 tc 24小时可利用公式：,6.17 式,2020/9/28,36,（3）值,计算式：,2020/9/28,37,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）,2020/9/28,38,（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,2020/9/28,39,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。,2020/9/28,40,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。,6.30,2020/9/28,41,（5）F、L、s,可由地形图或实地勘测而得,2020/9/28,42,3、设计洪峰流量计算应具备的基本资料,应用水科院水文研究所公式,2020/9/28,43,二、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）。,2020/9/28,44,由此建立Qm的基本计算模型,6.30,2020/9/28,45,（2）计算式:,式中的A、F、 、n 求解方法同水文研究 所公式。,2020/9/28,46,2、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 的小流域。,2020/9/28,47,用等雨量线法对实际暴雨进行点、面分析后所得。表6.9,2020/9/28,48, 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。,2020/9/28,49,（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。,2020/9/28,50,其中：,2020/9/28,51,2计算式,650 651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,2020/9/28,52,=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：,654 657式,2020/9/28,53,2 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,2020/9/28,54,相关关系式,2020/9/28,55,3、设计洪峰流量计算的简化方法,洪峰流量基本公式：,2020/9/28,56,（1）通用公式变化、简化得：,2020/9/28,57,（2）Qm简化式：,2020/9/28,58,其中：,2020/9/28,59,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,2020/9/28,60,65 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。,2020/9/28,61,三、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,