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1、小流域暴雨洪峰小流域暴雨洪峰 第六章第六章 流量的计算流量的计算 Date1 会利用资料对暴雨损失及流域汇流进行分析 理解水科院水文研究所及铁一院两所对暴雨 洪峰流量的推理公式 重点 Date2 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 小流域面积 1 地形平坦：300500Km2 2 地形复杂：1030 Km2 Date3 （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
2、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 Date4 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。 Date5 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 暴雨强度流域汇流暴雨损失 Date6 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
3、损失 Date7 暴雨量减去损失量 2、净雨量（地表径流量） 3、损失分类 截留损失 下渗损失填洼损失 蒸发损失 Date8 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 渗润阶段 渗漏阶段 渗透阶段 渗漏阶段 饱和水流稳定运动 非饱和 水稳定 运动 Date9 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。 下 渗 率 时间 Date10 （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 B、若供求充足，初始的 f0 与土壤的土 质有关，也与土壤的干湿状况有关。 C、干燥土壤
4、一般可达到 7080 mm/h以上。 A、下渗率随时间由大到小改变。 Date11 （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。 黄粘土：fc =1.01.3 mm/h 细砂：fc =78 mm/h 如 Date12 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。 Date13 三、设计净雨量的推求 径流系数法 水量平衡法分阶段扣损法 相关法 推求 方法 分阶段扣损法是下渗曲线法的一种简
5、化法 将一次降雨的损失过程分为初损和后损 Date14 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 。 （1）初期损失（初损） （2）后期损失（后损） 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 Date15 降雨过程 损失过 程 时间 t 降雨强度 i 损失强度 f 初损 后损 Date16 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 R 总净雨量（mm）P 总降雨量（mm） I0初损量(mm) tc净雨历时（产流历时）（h） 后损平均下渗率(mm/h
6、) Date17 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。 Date18 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。 Date19 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
7、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。 Date20 f1 f2 f3 f4 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。 Date21 4、流域平均汇流速度 L主河槽长度 最大汇流时间 5、径流形成过程 见下页 Date22 t 降雨强度 i 下渗率 f i f t 流量 Q t3t2 t1t4 tc t1 降雨开始；t2净雨终止； t3径流开始；t4径流终止； 流域最大汇流时间； = t4t2 tc净雨历时 Date23 三、不同净雨历时情况下
8、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 不均匀降雨时： 2 均匀降雨时： 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 Date26 如图66径流过程线（c）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。 Date27 四、暴雨洪峰流量公式 1、部分汇流（tc tc tc 时： Date32 615 式 损失系数即平
9、均入渗率值（2） 可由此式制成 图表68直接由曲 线查找 Date33 RR=P24 6.16式 RR 产生洪峰时的净雨量 P2424小时暴雨量 24小时径流系数,表62. 1 无资料时 Date34 2 有资料时 3 如果 tc 24小时可利用公式： 6.17 式 可由有关图表查找RR 值也可利用当地综合分析所得的值 Date35 （6.18）1 v l =278. 0t （3）值流域汇流时间 计算式： n- - = 4 1 0y tt2 （6.24） 3 （6.23 ） Date36 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
10、)，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） Date37 （4）m 值汇流参数 计算式： （6.27） 与山坡及河槽的糙率、流域长度及比降有关。 可利用暴雨资料求得 无暴雨资料时 m值可查表6.3估算。 特殊情况应作调整 Date38 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。 1tc时：= Qm 0.278 RR F （6.28） 2tc时：= 0.278 RF Qm （6.29） Date39 )(tf t Rt = 278.0F
11、 QR m = t t t R t t 可据实测资料求得 关系曲线。 在图上查找值。 见图（6.11） R t t 产流强度 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 Date40 （5）F、L、s流域特征参数值 F出口断面以上的流域面积 L流域长度 S 河槽平均比降 可由地形图 或实地勘测 而得 Date41 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 1 流域地形图和流域情况说明。此可作为确定流域特 征值和选定参数时的参考。 2 流域暴雨统计资料或暴雨参数等值线图及频率查算 表。此可确定暴雨参数。 3 本地区综合分析所得 m、 值。若无
12、此资料，在工 程允许下，可参照表6.2和6.3。 Date42 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）。 t f tQ f 图 （1） t Q tQ Qm f i1t 图 （3） t i1 tQ 净雨 强度 i1 图 （2） A Date43 由此建立Qm的基本计算模型 Qm造峰流量 tQ 造峰历时 f 造峰面积。 此时 6.30 Date44 t 1 PtQ= y 278. 0PF
13、t A Q n Q m = （2）计算式: 式中的A、F、 、n 求解方法同水文研究 所公式。 633式 634式 P造峰面积系数 P1造峰历时系数 Date45 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 6.0 016.01 1 F+ =h 2 6.37 6.38 面平均降雨量 点最大暴雨量 Date47 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 1 2 净雨强度 639式 640式 3 径流系数 643式将其有关数据做 成表610查用。 1 损失指数； R损失系数； 产流期平
14、均损失强度。 Date48 （3）河槽汇流因子k1 与山坡汇流因子k2 见651式 k1 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）。 =1+2 1汇流时间 由水文模型知，汇 流时间由此两部分 组成。 Date49 其中： 5 . 03/1 22 5 . 05 . 0 2 2 2 2 278. 0 m QSA FL v L =t 30. 035. 0 11 1 1 1 1 278. 0 m QSA L v L =t (6.46)河槽汇流时间 (6.49)坡面汇流时间 A1主河槽流速系数，查表6.12 A2坡面流速系数，查表6.13
15、 Date50 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 Date51 =2.1(K1+K2 ) -0.06 平均值=1.52.5。 反映流域汇流的综合性指数。 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： 653式 654 657式 Date52 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 Date53 相关关系式 1 2 1- = g RAk 2 21 1 1 - - = g k k Cn = n / nC n 其中： Cn查表614； p1可据 n 、查图614； p据 p1 与查图615 或 p=1 ( 1p1 )。 659式 661式 660式 Date54 3、设计洪峰流量计算的简化方法 )34.6( )33.6( t 1 PtQ = 278. 0 y t APF Q n Q m = 洪峰流量基本公式： Date55 （1）通用公式变化、简化得： )65 . 6 ( 1264 . 1 11
