第七章-河道洪水演算ppt课件.ppt

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1、第七章河槽洪水演算洪水波及圣维南方程组洪水波的分类、运动特征及波速河段蓄槽原理和蓄槽方程河槽洪水演算与流域产流计算之间的逻辑关系流域产流解决降水是怎样产生各种成分的径流量，但这些地表与地下径流成分的水量还没有汇流到河网内河槽洪水演算、流域汇流就是解决产流计算得到的产流量是如何在河槽内流动传播的，是如何在流域内从产流场所汇流到流域出口断面的。根据河道上断面的洪水过程推求河道下断面的洪水过程。在水文预报、水利工程防洪控制等有重要应用。什么是河槽洪水演算IQ河段河段洪水演算的研究对象和内容洪水演算的研究对象：洪水演算关心的研究内容：河段上下断面的流量、水位随流程与时间的变化。

2、水文学研究中依据一些假设或经验，利用上断面的流量过程来推求下断面的流量过程，涉及到的核心内容是两个断面间蓄水量的变化。已知上断面流量过程，推求下断面的流量进入河段上下游两断面间的水体（洪水波），在相当短的流程距离内，水流要素没有突变，而是慢慢变化的水流，这种水流就是不稳定渐变流。研究对象：上下游河段间的水体，是什么水流河槽内的洪水波是不稳定渐变流河槽洪水演算方法水力学法直接求解描述河道洪水波的圣维南方程组水文学法利用河段水量平衡方程和槽蓄方程式描述河道洪水波。实际应用中，采用哪种方法要依据计算目的、要求、计算精度和资料条件。水文学方法特征河长法、经验槽蓄曲线法、马斯京根

3、法、波达波夫半图解法(或称蓄率中线法)等。水文学方法共同点设法寻找相对稳定的单一槽蓄曲线，以代替圣维南方程中的运动方程，再与连续方程联立求解。水文学方法是水力学方法的一种简化是洪水波在河道中演进的一种近似分析方法。适用于规划或预可行性阶段使用，要求在演算的河段中有水文测站，有实测多年的水位流量资料，可率定计算参数。流域内发生降雨，产生的净雨（径流成分）沿坡地先后迅速汇入河槽后,使得河槽水面在洪水期间发生高低起伏的波动,称之为洪水波。什么是洪水波为何会发生高低起伏的波动？由于流域内降雨的时空分布不均匀、河网的干、支流的分布形状不同，水流汇流速度不同、河槽接纳的水量流程远近

4、不同。持续无降雨期间，河槽内水流是稳定流当流域内没有降雨发生，没有地表径流快速汇入河槽内，这时，河槽内水流要素不会随时间变化而发生明显的变化。河槽内的这种水流就是稳定流。是不稳定流。河槽持续无降雨期间：是稳定流：降雨时河槽内的洪水波水流：洪水波所经河段，河槽内水流的流速、流量、水位、过水断面面积沿流程发生变化，——所以，洪水波是不稳定流。降雨形成径流汇入河槽后，洪水波水流是不稳定流描述洪水波运动特征的要素位相：洪水波与大气交界面上（或轮廓线上）任一点的位置波速：洪水波上某一个位相点水流沿河道的运动速度相应流量（或水位）：洪水波的每一个位相都有一定的流量与相应的水位，称为

5、洪水波的相应流量或相应水位。附加比降：洪水波水面比降与稳定流水面比降之差,即tanβ=iΔ同位相上游断面洪水过程线上的1、2、3、4、5、6点处位相点经过一定的河段传播时间，分别在下游断面洪水过程线上的1`、2`、3`、4`、5`、6`点处出现，1`、2`点处水位称为1、2的同位相水位洪水波传播时间河槽上游断面洪水波上任一位相的水位或流量在河流下游断面的出现时间总是迟于在上游断面出现的时间。这个时间差，称为洪水波的传播时间。涨洪历时：波前段完整通过某个断面的时间洪水历时：洪水波完整通过某个断面的时间河床床面洪水波的形态特征—1稳定流水面河床床面与水平面的夹角波体水面与稳

6、定流水面的夹角波体水面与水平面的夹角河床比降i0附加比降iΔ洪水波水面比降河床床面洪水波的形态特征—2稳定流水面在原本稳定流水面上附加的水体ＡＢＣA波体的最高点Ｂ波峰至稳定水流表面的高度ＢＤ以波峰为界，位于波峰前部的波体ＢＣＤＢ以波峰为界，位于波峰后部的波体ＡＢＤＡ波体与稳定水流表面的接触长度ＡＣ波体：波峰：波高：波前：波后：波长：附加比降、涨洪、落洪指洪水波水面比降与同水位稳定流水面比降之差，当涨洪时（波前段经过断面或河段）：附加比降iΔ>0当落洪时（波后段经过断面或河段）：附加比降iΔ<0水流稳定时（无洪水波）：附加比降iΔ=0即tanβ=iΔ波前水体水面比降大于稳

7、定流水面的比降，波后水体水面比降小于稳定流水面的比降，波前位相点的速度大于波后位相点的速度，使得洪水波在传播过程中不断被拉长，即波长变大（下游断面的洪水历时比上游历时长），而波峰变小（洪峰流量降低）。坦化变形——波长变大洪水波在向下游移动的过程中，波峰处水流运动速度最快，造成波前段长度不断缩短，附加比降不断增大，使得下游涨洪历时小于上游断面洪水的涨洪历时，波前水量转移至波后；而波后段长度逐渐增大，附加比降逐渐平缓，使得下游洪水历时大于上游断面洪水历时。扭曲变形——波前变短，波后变长，波高变小上断面流量过程下断面流量过程QT下洪tT上洪洪水