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时间:2020-01-21
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1、第6章小流域暴雨洪峰流量计算§6.1小流域暴雨洪水计算的特点小积水面积上的排水建筑物,如:城市街道排水沟、厂矿排除雨水的管渠、厂矿周围地区的排洪渠道、铁路和公路的桥梁和涵洞、立体交叉道路排水灌渠、小型水库溢洪道等建筑物,在设计时,需要求得该排水面积上某设计频率的暴雨所产生的相应的最大流量,以便按此流量设计排水管道、桥涵或溢洪道的尺寸。小流域面积范围:水利:F≤100km2公路交通:F≤200km2给排水工程:一般要根据工程设计要求确定,当地势平坦,F=300~500km2,当地形复杂,F≤10~30km2.小流域暴雨洪水计算的特点:①无实测流量资料,
2、所以常用暴雨资料推算设计流量②假定洪水与暴雨同频率③给排水工程设计一般只需要推算洪峰流量方法:1、推理公式半理论半经验公式。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,建立理论模式,公式中的参数根据实测资料推求。2、地区经验公式利用水文站实测暴雨洪水资料以及流域地形、地质等影响洪峰流量的主要因素,建立洪峰流量和影响因素的经验关系,即可供该地区无资料流域使用。影响洪峰流量的因素很多,各因素之间的关系错综复杂,因此,在分析和建立经验关系时应抓住主要因素,一般重点分析以下三个主要问题:①设计暴雨(暴雨强度公式)②设计净雨(暴雨损失)③流域汇
3、流设计暴雨(暴雨强度公式)已在第五章介绍。§6.2设计净雨量的推求(暴雨损失)(rainstormlosses)6.2.1暴雨损失及分类暴雨损失是指降雨过程中由于植物截留(建筑物截留)、蒸发、填洼、下渗而损失的水量。损失包括:①植物截留(建筑物截留)(interceptionbyvegetation)降雨发生后,一部分雨水被植物茎叶拦截称为植物截留,降雨结束后耗于蒸发。②雨期蒸发(evaporation)降雨期间流域蒸发量,数值较小,可忽略.③下渗(infiltration)指雨水从地面渗入土壤的现象。下渗的水量一部分被土壤吸收,另一部分成为地下径流
4、。被土壤吸收的那部分水量最终消耗于蒸发。④填洼(depressiondetention)雨水被地面凹坑或洼地拦蓄的现象。拦蓄的水量称为填洼量(depressionstorage)。暴雨量扣除损失量称为净雨量(netrainfall,effectiverainfall),也称为产流量,其数量等于该场降雨形成的径流量(runoffamount)。在上述的损失中,下渗损失是最主要的。下渗是指地面上的雨水从地表渗入土壤的运动过程。6.2.2下渗(Infiltration)(1)下渗的物理过程当降雨持续不断地落在土壤表面时,雨水会渗入到土壤中。渗入土中的水分,
5、在分子力、毛管力和重力的作用下发生运动。按水分子所受的力和运动特征,下渗可分为三个阶段:1)渗润阶段:入渗初期,下渗的水分主要受到分子力的作用,被土壤颗粒吸收。若土壤十分干燥,在强大的分子力吸引下,雨水迅速下渗。当土壤达最大分子持水量时,分子力不再起作用,这一阶段结束。2)渗漏阶段:入渗的雨水,主要在毛管力、重力作用下,沿土壤孔隙向下作不稳定运动,并逐步充填土壤孔隙直至饱和,此时毛管力消失。3)渗透阶段:土壤饱和后,水分在重力作用下呈稳定流动,此时下渗很稳定。下渗率(infiltrationrate):单位时间内渗入单位面积土壤中的水量,记为f,以m
6、m/min或mm/h计。下渗率的大小与土壤特性,下雨开始时土壤含水量以及降雨强度等等因素有关。(2)下渗曲线和下渗累积曲线下渗是指地面上的雨水从地表渗入土壤的运动过程。下渗的快慢以下渗率表示。在一定下垫面条件下,充分供水的条件下的下渗率,称为下渗能力(infiltrationcapacity)。下渗能力随时间的变化过程线,称为下渗能力曲线,简称下渗曲线(infiltrationcurve),如图6-1中的f~t线所示。f0:起始下渗率(initialinfiltrationrate),其值很大下渗水分被土壤颗粒吸收土壤颗粒持水量达到最大下渗的水分充填
7、土壤孔隙下渗率逐渐稳定,称为稳定下渗率(steadyinfiltrationrate),记为fc。在充分供水条件下,f0与土质、土壤干湿程度有关。对干燥土壤,f0=70~80mm/h。fc只与土质有关,黄粘土fc=1.0~1.3mm/h,细沙fc=7~8mm/h。Horton公式:假定:下渗过程是一个消退的过程,消退的速率与剩余量成正比,下渗率最终趋近于稳定下渗率fc。由此可得:下渗曲线可用数学模型来描述:解上述微分方程,得:式中,f0、fc、β(β>0)与土壤性质有关,根据实测资料或实验资料分析确定。下渗曲线的积分曲线称为下渗累积曲线F~t,即从开
8、始时刻到t时刻的累积下渗量,以mm计。累积曲线上任一点切线的斜率即为该时刻的下渗率。t6.2.3设计净雨量的
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