大工13秋《桥涵水文》辅导资料二

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1、大连理工大学网络教育学院第 1 页 共 9 页桥涵水文辅导资料二主 题：第一章 河川径流 2-4 节学习时间：2013 年 10 月 7 日10 月 13 日内 容：第二节 径流形成一、径流形成过程流域内的降水，一部分形成地面径流，一部分渗入地表土壤，在含水层内形成地下径流，地面径流和地下径流汇集到和河槽中而成河川径流。流域内，自降水开始到水量流过出口断面为止的整个物理过程，称为径流形成过程。径流形成的物理过 程可概括为降雨、 流域蓄渗 、坡面漫流、河槽集流四个过程。1、降雨过程降雨是形成地面径流的主要因素，降雨的多少决定径流量的大小；降雨的变化过程直接决定径流过程的趋势。降雨的特征要素：降雨

2、量（mm）、降雨强度（mm/min、mm/h 等）、降雨历时（min、h、d）、降雨面积（km 2）、暴雨中心等。表 1 降雨等级表24h 雨量（mm） 0.1 0.110 1025 2550 50100 100200 200等级 微量 小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨 特大暴雨2、流域蓄渗过程流域蓄渗过程：植物截留、入渗和填洼的整个过程，称为流域蓄渗过程。植物截留：雨水被流域内的树木、杂草，以及 农作物的茎叶截留一部分，不能落到地面上，称为植物截留。大连理工大学网络教育学院第 2 页 共 9 页入渗：落到地面上的雨水，部分渗入土壤，称为入渗；单位时间内的入渗量称为入渗强度。稳定入渗：降雨开始时

3、入渗较快，随着降雨量的不断增加，土壤中水分逐渐趋于饱和，入渗强度减缓，达到一个稳定值，称为稳 定入渗。填洼：一部分雨水被蓄在坡面的坑洼里，称为填洼。损失：不产生地面径流的部分雨水，称为损失。净雨：扣除损失后剩余的雨量，称为净雨，以 mm 为单 位。3、坡面漫流过程坡面漫流：流域蓄渗过程完成后，剩余的雨水沿着坡面流动，称为坡面漫流。流域内各处坡面漫流开始的时间是不一致的，某些流域可能最先完成蓄渗过程而出现坡面漫流，也只是局部区域的坡面漫流；然后，完成蓄渗过程的区域逐渐增多，出现坡面漫流的范 围也随之增大，最后才能形成全流域的坡面漫流。4、河槽集流过程河槽集流：坡面漫流的雨水汇入河槽后，顺着河道由

4、小沟到支流，由支流到干流，最后到达出口断面，这个过程称为河槽集流。汇入河槽的水流，一方面继续沿着河槽迅速向下游流动，另一方面也使河槽内的水量增大，水位也随之上升；河槽容蓄的这部分水量，在降雨结束后才缓慢地流向下游，最后通过流域出口，使流域出口的流量增长过程变得平缓， 历时延长，从而起到河床对洪水的 调蓄过程。二、影响径流的因素影响径流变化的因素包括气候因素、下垫面因素和人类活动等。气候因素：降雨、蒸散发等。下垫面因素：地形、土壤和地质、植被和湖泊、流域形状和面 积等；大连理工大学网络教育学院第 3 页 共 9 页人类活动因素：农业措施、林牧业措施、水利措施等。1、气候因素（1）降雨降雨是径流形

5、成的主要因素，降雨强度、降雨 历时和降雨面积对径流量及其变化过程都有很大影响。降雨强度大，历时长，则使径流量增大；暴雨中心位于下游， 则出口断面的洪峰流量就大些。（2）蒸发流域内的蒸发是指水面蒸发、陆面蒸发、植物散 发等各种蒸发的总和；蒸发在一次降雨过程中对径流影响不大，但对降雨前期的流域蓄水量却影响很大。2、下垫面因素下垫面因素：流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等自然地理因素，称为下垫面因素。流域的地理位置决定降雨量的多少，地形对降雨、蒸发、蓄渗及 汇流都有影响；土壤和地质因素决定入渗和地下径流的状况；植被可以改造土壤和气候；湖泊也有贮存水量、调节径流的作用。人类活动的影响：封山育林和水土

6、保持，将增加降雨的截留和入渗、减少汛期水量和洪峰流量，同时增大地下径流，补充枯水期的水量；修建水库对河流能起蓄洪调节作用，使蒸散发 面积增大，增大蒸 发量。三、我国河流的水量补给1、雨源型地区：秦岭、淮河以南直到台湾、海南岛、云南广大地区的河流。特点：一年内的径流量变化与降雨变化完全一致；夏天雨季来临，河水开始上涨，入秋以后，雨季结束，河水开始退落，汛期较长，水量充沛。年流量 过程线大连理工大学网络教育学院第 4 页 共 9 页多呈双峰或多峰型。2、雨雪源型地区：华北、东北、西北地区的河流。特点：每年有两次汛期，年流量过程线呈双峰型。三、四月冰雪消融，形成春汛；六到九月降水增多，形成夏汛或秋汛

7、。3、冰雪源型地区：西北新疆、青海等地的河流。特点：水量补给以融雪和冰川融水为主；每年四、五月间气温上升，河水上涨，六七月间达到最大，以后气温下降，河水退落，流量过程线呈现单峰型。有可能产生融雪+ 降雨洪水致灾。第三节 水文测验水文测验：对各项水文要素的观测；水文站：水文站是进行水文测验的观测站，在固定的测流断面上，按国家水文测验的要求，定时进行水位、流速、流向、流量、比降、降雨、蒸发、泥沙、地下水位等各项水文因素的观测和资料整编。水文站划分：雨量站、水位站、泥沙站或其他专用站，同时观测水位与流量的小水文站。1、水位观测水位：某一时刻水文站测流断面的水面高程，其水面高程所依据的水准基面，一般按

8、水文站按实际情况选定，并有可能变动。一般以黄海平均海平面（青岛站）作为我国陆地高程的起算面，即基准面。水位观测设备：水尺（直立式、倾斜式、矮 桩式）、自记水位计。水位观测必须连续进行，以便掌握水位变化规律。用水尺观测时，应按要求的次数和时间，定 时观测；用自记水位计观测时， 应定时校测和检查。大连理工大学网络教育学院第 5 页 共 9 页平时应测得完整的水位变化过程，满足日平均水位计算的要求；洪水期应能观测到洪峰水位和洪水水位变化过程。还需要设立比降水尺，观测两个测流面之间的水面落差，用以计算两断面之间的水面比降。所得数据资料：特征水位、平均水位、水位过程线、水面比降。2、流速测验断面流速分布

9、：由河岸向河心逐渐增大；由河底向水面逐渐增大；一般水面以下 0.2 倍处流速最大；垂面平均流速约在水面以下 0.6 倍处。流速测验目的：通过实测，描述过水断面内的流速分布情况，并用以推算通过该断面的流量。方法：流速仪法和浮标法。（1）流速仪测流：旋杯式和旋浆式（2）浮标测流：方法简便，不如流速仪测流精确3、流量计算流量：过水断面面积与断面平均流速的乘积。计算思路：分块计算方法。将过水面积划分成许多较小的面积，利用实测流速计算各个部分面积的断面平均流速和流量，将部分面积流量加和作为断面流量。流速仪测流时流量计算步骤：（1）以测速垂线将测流断面划若干部分，分别计算过水面积，即部分面积。（2）根据各

10、测点的实测流速，计算各测速垂线平均流速。（3）计算各个部分面积的断面平均流速。岸边或死水边：自岸边或死水边起第一条测速垂线平均流速乘以岸边系数；大连理工大学网络教育学院第 6 页 共 9 页断面中间：相邻两垂线平均流速的算术平均值。（4）计算各个部分面积流量部分流量：部分面积与部分平均流速的乘积： iiQAv（5）计算全断面的流量： 1niQ全断面过水面积与断面平均流速则为： ；1niv浮标法测流时流量计算步骤：（1）以测深垂线将测流断面划分成若干部分；分别计算各部分面积。（2）根据各浮标的漂行速度和起点距，在测流断面图上绘出水面流速分布曲线，并读 出各测深垂线处的水面流速。（3）把各个测深垂

11、线的水面流速直接作为垂线平均流速，按上诉步骤计算部分平均流速、全断面虚流量 ，则全断面实际流量为：fQfK其中： 浮标系数，可用浮标与流速仪同时测流对比求得；一般水深较fK大的大河约为 0.850.90，小河约为 0.750.85。4、相应的水位计算测流过程中，水位在不断变化， 观测各条垂线的流速时，水位也各不相同，全断面流量所对应的水位，需 计算确定。（1）算术平均法测流过程中，由水位变化而引起的过水断面面积的变化不超过 5%10%（平均深度大于 1m)或 10%20%（平均深度小于 1m) ，可取测流开始和终止时，两次观测水位的算术平均值作为相应水位。（2）加权平均法过水断面面积变化超过上

12、述范围时，按下式计算：大连理工大学网络教育学院第 7 页 共 9 页1nimiiBVH其中： 第 条测速垂线代表的水面宽；iBi第 条测速垂线的垂线平均流速；mV第 条测速垂线上测速时观测的水位。iHi第四节 水文资料的搜集和整理水文资料：是指江河、湖泊、渠道、水库的水位、流量、水质、水温、泥沙、水下地形、和地下水资源，以及降水量、蒸 发量、 墒情等监测调查数据和经整编后的成果资料；是进行水文分析计算的基本数据。水文资料的来源：（1）水文站观测资料：较为真实客观，是水文分析计算的主要依据。（2）洪水调查资料：是水文站观测资料的重要补充。（3）文献考证资料：是搜集水文资料的重要途径。一、水文站观

13、测资料桥涵水文计算所需的水文资料，1990 年以前的大部分可查阅水文年鉴，1990 年以后的则应向水文局数据库查询，但有时也需要到水文站详细了解。1、洪水水位资料的复核应了解水文站的水准基面和基本水尺的情况,历年有无变动。了解水位观测过程中有无水毁、中断、漏测等情况，漏 测资料是如何 补救的。一般可利用水位过程线或水位与流量曲线，检查洪水位的变化规律。2、洪峰流量资料的复核应了解水文站测流河段和测流断面的情况，洪水时断面的变化，上下游有无分洪、决堤的情况，以及流量的测算法方法和精度。大连理工大学网络教育学院第 8 页 共 9 页一般可利用水文站历年水位与流量关系曲线的综合进行比较检查，也可以利

14、用上下游水文站观测资料或洪水调查资料进行对比检查。二、洪水调查洪水调查：是对某一流域或地区历史上或近期发生的洪水情况的调查，洪水调查包括考察洪水痕迹和收集有关资料，推算一次洪水的总量、洪峰流量、洪水过程及重现期的全部工作。洪水调查主要是在桥位上下游调查历史上各次洪水的水位、确定洪水比降，推算相应的历史洪水流量，作 为水文分析计算的依据；同时，调查桥位附近河道变形及河床演变，作为确定 历史洪水计算断面和桥梁墩台天然冲刷深度的依据。1、水文断面的选择水文断面：计算流量所依据的河流横断面，又称形态断面。水文断面应选在近似于均匀的河段上，一般要求河道顺直，水流通畅，河床稳定，河 滩较小，河滩与河槽的洪

15、水流向一致，并且无河湾、河汊、沙洲等阻塞水流的现象。水文断面应尽量靠近调查的历史洪水位，但距桥位也不宜过远。水文断面与桥位之间， 应既无支流汇入，又无分流或雍水现象。水文断面的数量应结合实际需要确定。水文断面必须垂直于洪水流向。2、水文断面的流速和流量计算水文断面的断面平均流速，可用谢才曼宁公式计算：或213vRin213vmi其中： 断面平均流速；v粗糙系数；n大连理工大学网络教育学院第 9 页 共 9 页 的倒数；mn水力半径；R洪水比降。i对于宽浅河流，当水面宽度大于断面平均水深的十倍以上时，湿周可近似地用水面宽度代替，则水力半径等于断面平均水深， 则 公式为：213vRin填空题：1、影响径流变化的因素包括_、 _和_等。2、_是指某一时刻水文站测流断面的水面高程，其水面高程所依据的水准基面，一般按水文站按实际情况选定，并有可能 变动。3、流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等自然地理因素，称为_。4、流域内的降水，一部分形成地面径流，一部分渗入地表土壤，在含水层内形成地下径流，地面径流和地下径流汇集到和河槽中而成_。5、流域内，自降水开始到水量流过出口断面为止的整个物理过程，称 为_。径流形成的物理过程可概括为_、 _、_和_四个过程。答案：1、气候因素 下垫面因素 人类活动 2、水位 3、下 垫面因素4、河川径流 5、径流形成过程 降雨 流域蓄渗