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1、第六节 小流域暴雨洪峰流量的计算,小流域特点：(F500km2) （1）工程规模小，对洪水的调节能力小； （2）缺乏水文资料，尤其是流量资料； （3）计算方法简单易行，适用无水文资料条件。 方法：采用由设计暴雨推求设计洪峰的简化方法。,推理公式法,推理公式法以暴雨形成洪水的成因分析为基础，同时考虑影响洪峰流量的主要因素,建立理论模式，并利用实测资料求得公式中的参数。,6.2.1 暴雨损失及分类 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。一次降雨损失，主要表现为下渗损失。,6.2 设计净雨量的推求,下渗的物理过程及作用力,6.2.2 下渗,渗润阶段,渗漏阶段,渗透阶段,分子
2、力、毛管力、重力,毛管力、重力,重力,下渗曲线和下渗量累积曲线,下渗率或下渗强度 下渗能力 下渗曲线和下渗量累积曲线 初始下渗率和稳定下渗率,随着土壤含水量的持续增加，下渗率不断降低。当下渗仅靠重力作用时，达到稳定状态，此时的下渗率称稳定下渗率。 影响一次降水下渗过程的主要因素，有降雨强度及历时、土壤含水量、土壤构成情况等。此外，地表坡度与糙率、植被及土地利用状况对下渗亦有影响。 下渗过程可用各时段下渗量F（mm）和各时刻下渗率f (mm/h)表示。,在充分供水条件下，下渗率的变化规律，也可用数学公式表示，如常用的霍顿公式： ft =（f0fC）e - t + fc 式中，ft t 时刻的下渗
3、率； f0 初始下渗率； fc 稳定下渗率； 递减指数； 式中f0、fc及都是反映土壤特性的参数，只能根据实验资料推求。,t,fc,霍顿下渗曲线,F,6.2.3 设计净雨量的推求,初损后损法 径流系数法 相关法 水量平衡法,初损后损法:是一种下渗曲线法的简化的方法。它把实际的下渗过程简化为初期损失和后期损失。产流前的损失量称为初期损失，产流后的损失量称为后期损失。,损失参数,是指产流历时tc内的平均损失强度。,降雨过程与入渗过程示意图,R=P-I0-ftc,6.3 流域汇流,流域上各点的净雨，经过坡面汇入河网，再由河网流达出口断面，总称汇流。从坡面和土壤表层汇入河网的，称为坡面汇流，其历时较短
4、，一般只有几十分钟至几小时；另一部分渗入地下，经由地下途径注入河网的，称为地下汇流，历时可长达几天或几十天。 等流时线法适用于地表径流（包括壤中流）的坡面汇流和河网汇流。,6.3.2 等流时线原理,一、等流时线 等流时线是在流域上勾绘的一组等值线，每条等值线上各点的水质点，将同时到达出流断面。两条等流时线间的面积称为等流时面积，按顺序用、 表示，其汇流时间分别等于t1t、t22t、t33t。,2,3,4,5,t,2t,3t,4t,5t,流域出口断面流量的计算,出流断面在第i 时段出流量是由第一块面积上的本时段净雨，第二块面积上一时段净雨等所合成的:,式中，ri第i 时段地面净雨强度。,时段(h
5、),地面净雨hs(mm),等流时面积 (km2),部分流量Q(m3/s),h1=5mm,h2=28mm,h3=44mm,h4=3mm,Q (m3/s),(1),(2),(3),(8),(7),(6),(4),(5),0,3,3,6,21,9,18,12,15,24,6,9,5,28,44,3,58,120,130,115,82,60,24,0,0,0,0,0,0,27,56,60,53,38,11,150,311,337,298,213,156,62,236,489,530,469,334,244,98,16,33,36,32,23,17,7,27,206,608,895,899,745,53
6、3,329,114,7,二、讨论 1、 降雨分布不均匀问题 实际降雨在流域面上分布可能是不均匀的。如果能求出 各等流时面积上的时段平均雨量，计算精度可提高。 2、 流速变化问题 若流速大小随流量而变，等流时面积就不是恒定数值，使计算结果与实际情况存在差别，一般情况是以峰为准，采用使洪峰流量误差最小的流速数值作为绘制等流时曲线的依据。,3、河槽调蓄问题 按照等流时线的假定，同一等流时线上水量同时到达出流断面，但由于各干、支流之间的干扰，漫滩影响，断面流速分布不均等原因，使这种假定不符合实际，而是高速质点先到，低速质点后到，又按假定，各等流时面积之间没有水流交换，只有先后次序之别，实际上是快速和慢
7、速质质点互相混杂，严格的面积出流次序是没有的。这就是等流时线未考虑河槽的调蓄问题。因此，等流时线方法只宜用于小流域，因为河槽调蓄作用小。,6.3.3 不同净雨情况下的径流过程,全流域汇流 tc,Qm=KiF,部分流域汇流 tc,Qm=KiFtc=Kifm,6.3.4 暴雨洪峰流量公式,结论： 1tc Qm=Kifm 2tc Qm=KiF,_,_,6.4 暴雨洪峰流量的推理公式,基本原理: 推理公式是从成因概念出发,认为降落在流域上的暴雨经过产流和汇流,按等流时线的原理,形成流域出口的洪峰流量。 基本假定：a) 设计暴雨与损失时间和空间分布均匀。 b) 设计暴雨与设计洪水同频率。 c) 流域汇流
8、符合线性规律。 c) 流域汇流面积随汇流时间的增加而均匀增加。,由暴雨公式 ：,代入 得 洪峰流量公式：,Qm 0.278 F,3推理公式参数估算,（1）值,当tc时：,当tc时：,（2）损失参数,方法1：查区域或流域水文手册,方法2：计算公式,可以证明, （1-n ）n,（3）净雨历时tc,证明: 瞬时雨强,i= 时,t=tc,代入得证,当,（4）流域汇流时间,出口概化为三角形，取1/ 3； 1/ 4代入上式得,汇流参数m的取值：,方法1：查水文手册,方法2：由实测流量资料反推：,（5）,方法3：采用经验公式，如,【算例】 湘江支流某地欲修建一座水库，地点位于北纬28以南，集水面积2.93k
9、m2，干流长度2.56km，干流坡度0.033。推求坝址处百年一遇的洪峰流量。,由湖南省小型水库水文手册雨量参数图，查算得流域中心点 120mm；Cv0.4；Cs /Cv3.5；n20.76；n10.62,按Cs3.5Cv1.4，查离均系数表得1%3.27,计算得,P24，1 （1%Cv1）,120（0.43.271）,277（mm）,A1 P24，1 / t 1-n2,277 / 241-0.76,129（mm/h）,（2）损失参数,由 等值线图,查得流域中心,（3）净雨历时tc tc （1- n）A/ 1n （10.76）129/2.010.76 36.8 h,2 mm/h,（4）流域汇流参数,L/S1/3 F1/4,2.65/0.0331/32.931/4,6.31,0.540.15,0.546.31.15,0.71,(5) 设计洪峰Qm 的试算,将结果代入推理公式得,3.235mp0.25 （1）,mp105.12.39 tc （2）,mp189.71 tc （3）,试算：,假设 mp100 代入（1） 1.023,1.023 代入（2） 101.7,假设 mp101.7 代入（1） 1.019,1.019 代入（2） mp 102,设计洪峰流量,mp 102 /,