供水水文地質(zhì)》第六章講義.pptVIP

第6章 小流域暴雨洪峰流量的計算,內(nèi) 容： 6.1 小流域暴雨洪水計算的特點 6.2 設(shè)計凈雨量的推求 6.3 流域匯流 6.4 暴雨洪峰流量的推理公式 6.5 地區(qū)性經(jīng)驗公式及水文手冊的應(yīng)用 重 點： 下滲曲線與下滲累積曲線； 等流時線原理； 暴雨洪峰流量的推理公式； 難 點： 暴雨洪峰流量的推理公式；,6.1 小流域暴雨洪水計算的特點,小流域暴雨洪水的應(yīng)用范圍： 小流域面積上的排水建筑物； 城市廠礦中的排水管渠； 廠礦地區(qū)的排洪渠道； 鐵路和公路的橋梁和涵洞； 立體交叉道路的排水渠道； 廣大農(nóng)村中眾多小型水庫的溢洪道,小流域設(shè)計洪水計算的特點： 缺乏暴雨和流量資料 擬定計算方法可以作適當簡化 計算方法應(yīng)力求簡便,使基層工作者易于掌握 計算小流域暴雨洪峰流量的公式有： 推理公式法 經(jīng)驗公式法 綜合單位線法 水文模型法,推理公式 也稱半理論半經(jīng)驗公式,著重推求設(shè)計洪峰流量。 以暴雨形成洪水的成因分析為基礎(chǔ),考慮影響洪峰流量的主要因素,建立理論模式,并利用實測資料求得參數(shù)。 其計算成果有較好的精度。 地區(qū)經(jīng)驗公式 只推求洪峰設(shè)計流量，它是建立在某地區(qū)和鄰近地區(qū)的實測洪水和調(diào)查洪水資料的基礎(chǔ)上，探求地區(qū)暴雨洪水經(jīng)驗性的規(guī)律，使用上有一定的局限性。 推導(dǎo)計算公式時，重點分析： 1)暴雨強度 2)暴雨損失 3)流域匯流,6.2 設(shè)計凈雨量的推求,6.2.1 暴雨損失及分類 暴雨損失：降雨過程中由于植物截流、蒸發(fā)、填洼和下滲而損失的水量。 植物截流：降雨發(fā)生后，部分雨水首先被植物的葉莖攔截，其攔截量對一次降雨影響不大。 蒸發(fā)量：本次降雨落到地面然后蒸發(fā)或在洼地蓄水體表面上蒸發(fā)的那部分水量，可忽略不計。 填洼：雨水被地面凹坑或洼地攔蓄的現(xiàn)象，在一般地形下，損失不大，但如果地形特殊或有大量人工蓄水工程，填洼量要另行考慮。 下滲：雨水從地面滲入土壤中的現(xiàn)象，是降雨損失中的主要因素。,6.2.2 下滲:降落到地面的雨水從地表深入土壤中的運動過程。 下滲的物理過程 按水分所受的力和運動特征，下滲可分三個階段： 滲潤階段：水分主要受分子力的作用，被土壤顆粒吸收。 滲漏階段：水分主要在毛管力和重力作用下，沿土壤空隙向下作不穩(wěn)定流動，并逐步充填土壤空隙直至飽和。此時毛管力消失。 滲透階段：水分在重力作用下成穩(wěn)定流動。 下滲曲線與下滲量累積曲線 下滲率(下滲強度)：單位時間內(nèi)滲入單位面積土壤中的水量,記為f，以mm/min或mm/h計。 下滲能力：在一定下墊面條件下，有充分供水時的下滲率。,(1)下滲曲線：下滲能力隨時間的變化過程線，該曲線上f0為初始下滲率。,下滲最初階段，下滲率具有較大的數(shù)值，稱為初滲（f0），其后隨著下滲作用的不斷進行，土壤含水量的增加，下滲率逐步遞減，遞減的速率也是先快后慢。當下滲鋒面推進到一定深度后，下滲率趨于穩(wěn)定的常值。此時下滲率稱為穩(wěn)定下滲率（fc） 初始下滲率f0與土質(zhì)、土壤的干濕狀況有關(guān)。 穩(wěn)滲率fc與土質(zhì)有關(guān)，與降雨開始時的土壤含水量無關(guān)。,對下滲的研究最初是為了適應(yīng)灌溉工程的建設(shè)需要而開展的。以后在水文學(xué)上進行降雨徑流計算工作中得到了發(fā)展。先是通過實際試驗，獲得下滲曲線，再從圖形來模擬下滲曲線的數(shù)學(xué)表達式。這類表達式就是所謂的經(jīng)驗公式，此類公式的類型頗多，共同的特征是具有下滲率隨時間遞減的函數(shù)形式。其中霍頓（R. E. Horton）公式應(yīng)用較普遍。 f = fc+（f0-fc）e-t 霍頓公式結(jié)構(gòu)簡單，在充分供水條件下與實際資料配合較好，至今仍被廣泛應(yīng)用。,6.2.3 設(shè)計凈雨量的推求,凈雨量：暴雨量扣除損失量，也就是地表徑流量。 分階段扣除損失法（初損后損法） 把實際的下滲過程簡化為初期損失和后期損失兩個階段。 初損：降雨開始到出現(xiàn)產(chǎn)流時，歷時t0 ，降雨全部損失I0 ，包括初期下滲，植物截留，填洼等。 后損：產(chǎn)流以后損失階段，超滲歷時tc 內(nèi)的平均下滲能力。 由水量平衡原理，凈雨深R用下式計算： R=P- IO - tc,6.3 流域匯流,6.3.1 暴雨洪水形成過程 與徑流形成過程一樣 1、降雨強度小于當時當?shù)氐耐寥老聺B率時，全部降雨都消耗于損失，尚未產(chǎn)生地面徑流。 2、降雨強度等于土壤下滲率后，流域開始產(chǎn)生徑流。 3、降雨強度小于穩(wěn)滲率后，地面徑流逐漸消失，河槽集流過程持續(xù)，直到全部流經(jīng)出口斷面時為止。 從凈雨終止時刻到河槽集流結(jié)束的時間段，稱為流域最大匯流時間，以表示，為流域最遠點A的凈雨流到出口斷面B所經(jīng)歷的時間。,6.3.2 等流時線原理,流域匯流是指，在流域各點產(chǎn)生的凈雨，經(jīng)過坡地和河網(wǎng)匯集到流域出口斷面，形成徑流的全過程。 同一時刻在流域各處形成的凈雨距流域出口斷面遠近、流速不相同,所以不可能全部在同一時刻到達流域出口斷面。但是,不同時刻在流域內(nèi)不同地點產(chǎn)生的凈雨,卻可以在同一時刻流達流域的出口斷面 。,基本概念及含義： 流域匯流時間 ：流域上最遠點的凈雨流到出口的歷時。 匯流時間：流域各點的地面凈雨流達出口斷面所經(jīng)歷的時間。 等流時線：流域上匯流時間相等點子的連線，如圖中標有1 、2 、的虛線（ 為單位匯流時段長）。 等流時面積：兩條相鄰等流時線間的面積，也稱共時徑流面積，以fi表示。,等流時線在地面匯流分析中的應(yīng)用,利用等流時線概念，分析流域上不同凈雨情況下所形成的出口斷面地面徑流過程。 地面凈雨歷時小于流域匯流時間（ tc） 設(shè)一次均勻降雨的歷時tc=t(h);凈雨深為R(mm);凈雨強度i=R/ t(mm/h)。 Q3是洪峰流量，它是由最大共時徑流面積f3上的全部凈降雨匯集而成， 為部分匯流形成的洪峰流量,（2）凈雨歷時等于流域匯流時間（ tc=）,（3）凈雨歷時大于流域匯流時間（ tc）,1、某站控制流域面積F=121000km2,多年平均年降水量P=767mm，多年平均流量Q=822m3/s，試根據(jù)這些資料計算多年平均年徑流總量、多年平均年徑流深、多年平均流量模數(shù)、多年平均年徑流系數(shù)。,2、根據(jù)某山區(qū)年平均徑流深R（mm）及流域平均高度H（m）的觀測數(shù)據(jù)，計算后得到均值R=697.9mm，H=328.3m，均方差R=252.1，H=169.9；相關(guān)系數(shù)r=0.97，已知流域平均高程H=360m，此處的年平均徑流深R為多少？,3、根據(jù)某山區(qū)年平均徑流深R（mm）及流域平均高度H（m）的觀測數(shù)據(jù)，計算后得到均值R=697.9mm，H=328.3m，均方差R=252.1，H=169.9；相關(guān)系數(shù)r=0.97，已知流域平均高程H=360m，此處的年平均徑流深R為多少？,4、某河某站有24年實測徑流資料，經(jīng)頻率計算已求得理論頻率曲線為P-III型，年徑流深均值R=667mm，Cv=0.3，Cs=2.0Cv，試求十年一遇枯水年和十年一遇豐水年的年徑流深各為多少？,5、某水庫設(shè)計保證率P=80%，設(shè)計年徑流量Qp=8.76m3/s，從壩址18年徑流資料中選取接近設(shè)計年徑流量，且分配較為不利的1953-1954年作為設(shè)計代表年（典型年），其分配過程列于下表，試求設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配。,6、某水庫壩址處有1960-1992年實測洪水資料，其中最大的兩年洪峰流量為1480m3/s、1250m3/s。此外洪水資料如下：（1）經(jīng)實地洪水調(diào)查，1935年曾發(fā)生過流量為5100m3/s的大洪水，1896年曾發(fā)生過流量為4800m3/s的大洪水，依次為近150年以來的兩次最大的洪水。（2）經(jīng)文獻考證，1802年曾發(fā)生過流量為6500m3/s的大洪