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水文基本知识总结

一、重现期重现期是指平均多少年重复出现一次,或多少年一遇。

频率P 与重现期T 的关系,对下列两种不同情况有不同的表示方法。

研究暴雨洪水问题时,一般设计频率小于50%,则T=1/PT 表示大于某值降雨量的重现期例如:当设计洪水的频率为P=1%时,代入上式得T=100a ,称为百年一遇。

研究枯水问题时,为了保证灌溉、发电及给水等用水需要,设计频率P 常采用大于50%,则T=1/(1-P)T 表示小于某值降雨量的重现期例如:当灌溉设计保证率P=90%,代入式中得T=10a ,称为10年一遇的枯水年。

若以此作为设计来水的标准,则说明平均10年中有一年来水小于此枯水年的水量,而其余几年的来水等于或大于此数值,也就是说平均具有90%的可靠程度。

均方差σ:又称标准差,说明系列离散程度。

变差系数Cv :又称离势系数、离差系数表示标准差相对于平均数大小的相对量,反映频率密度分配曲线的平均情况和离散程度。

偏态系数Cs :又称偏差系数,说明随机系列分配不对称程度的统计参数。

当随机变量大于均值与小于均值的出现机会相等时,即当系列取值对称与x 时,Cs=0,此时均值所对应的频率为50%。

当小于均值的出现机会多时,均值所对应的频率大于50%,Cs>0,为正偏(或右偏);当大于均值的出现机会多时,均值所对应的频率小于50%, Cs<0。

()nxXni i∑=-=12σ ()nKxC ni i∑=-==12v 1σ()()313331s 1vni ini inCKnx x C ∑∑==-=-=σ离均系数Φp :是对随机变量进行标准化处理后得到的随机变量,是标准化变量,Φ的均值为0,标准差为1。

(皮尔逊Ⅲ型频率曲线的离均系数Φp 值表) 模比系数Kp :某一时段内的径流模数与较长时段内的平均径流模数的比值。

v C x x x -=Φ ()Φ+=v C x x 1 xx K p P =二、洪峰流量1、推理公式法:①洪峰流量(集雨面积小于2km 2) 洪峰流量按下式计算: Q s =0.278KIF式中:Q s —洪峰流量; K —径流系数,取0.9;I —最大1h 降雨强度(mm/h ),查《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》计算得5年一遇最大1h 降雨强度56.7mm ;11H K I P •= F —集水面积(km 2),根据地形图及项目区实际情况确定。

②排水沟设计流量过水能力按明渠恒定均匀流计算:式中:A —过水断面面积(m 2);C —谢才系数 ;R —水力半径(R=A/X );n —糙率,取n =0.025;X —湿周;i —渠道纵坡,取0.2%。

③洪水计算(集雨面积小于300km 2) 推理公式法基本公式:Q =0.278ψ(S /τn )F = 0.278ψi F式中:Q —设计最大洪峰流量,m 3/s ; ψ—洪峰径流系数;i —最大平均暴雨强度,i=S/t n ;S —暴雨雨力,即最大1h 暴雨量,mm/小时; τ—流域汇流时间,小时;RiCA Q =611R n C =n —暴雨公式指数; F —流域面积,km 2。

①确定设计流域的集雨面积F ,河道长度L 以及河道比降J ; ②由流域特征系数θ计算汇流参数m 值;流域特征系数:4131F J L•=θ (3-1)当θ=1~30时,204.040.0m θ•= (3-2) 当θ=30~300时,636.0092.0m θ•= (3-3)③设计点暴雨:由暴雨等值线图确定设计流域的暴雨特征值:6/1H 、1H 、6H、24H 及其相应的Cv 、Cs ,并根据Cs=3.5Cv 由皮尔逊Ⅲ型频率表查出设计频率的K p 值,算出H p ;p K H H p •= (3-4)④设计面暴雨:根据流域重心位置查得流域暴雨折减系数,并对暴雨折减系数进行修正;660.94a a =修正 (3-5) 242496.0a a =修正 (3-6)⑤计算各时段暴雨公式指数n 1、n 2、n 3以及设计频率的暴雨雨力S ;当历时t=6~24小时范围内时:⎪⎪⎭⎫⎝⎛•+=ppH H 2463lg 661.11n (3-7) 124324-•=n P P H S (3-8)当历时t=1~6小时范围内时:⎪⎪⎭⎫⎝⎛•+=p pH H 612lg 285.11n (3-9) 1626-•=n P P H S (3-10)当历时t=1/6~1小时范围内时:⎪⎪⎭⎫⎝⎛•+=ppH H 16/11lg 285.11n (3-11) 16/11)61(-•=n P P H S (3-12)⑥假定用n 3作初试计算(如属面积很小的设计流域,亦可先用n 1作试算),算出当ψ=1的流域汇流时间t 0;当ψ=1时的流域汇流时间:nS m -⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛•=44410383.0t θ(3-13)⑦算出产流参数μ值,计算洪峰径流系数ψ值;当Cv=0.18、Cs=3.5Cv 、K p =1.24时,19.0p 4.8-••=F K μ (3-14)n S0t 1.1-1μψ•= (3-15)⑧计算设计流域汇流时间t ,如果t 不是介于6~24小时,则应改用n 2或n 1并改算出相应的S ,然后从⑥起重新计算;流域汇流时间:nt --•=410t ψ(3-16)⑨用推理公式计算出设计最大流量;推理公式的基本关系式:F SQ •••=n t278.0ψ (3-17) ⑩校核:由第⑨步的最大设计流量反求m '值与由第②步确定的m 值是否十分接近。

两者应当十分接近,否则应从第⑥步起进行校核。

4/13/1278.0m QJ t L••=' (3-18) 各频率洪峰流量计算成果表(推理公式法)假设一个流域的汇流时间为t 小时,即流域最远一点的净雨汇到流域出口断面的时间就为t 。

若一次降雨过程净雨历时等于或大于t 小时,则降雨过程产生在流域出口的洪峰是由流域所有面积点的净雨汇集而成,称为全面汇流;若一次降雨过程净雨历时小于t 小时,则降雨过程产生在流域出口的洪峰是由流域部分面积点的净雨汇集而成,称为部分汇流。

在森林茂密,水田塘库甚多,岩层特别破碎松散,岩溶特别发育等特殊流域内,由于天然滞洪作用较大,洪峰流量削减,汇流时间延长,m 值显著偏小,此时汇流参数应进行修正。

m 修=Km 。

计算各种历时面雨量(当流域面积<10km 2时,可直接采用点雨量代表面雨量;当流域面积>10km 2时,需根据暴雨点面折减系数关系表,查得暴雨点面折减系数α,乘以相应的点面雨量即得)。

2、瞬时单位线:①确定设计流域的集雨面积F ,河道长度L 以及河道比降J ;②设计暴雨量:按6小时、24小时雨量应作同频率控制的要求,由暴雨等值线图查得最大6小时、24小时雨量均值6H 、24H 及其相应的变差系数C v6、C v24,并根据Cs=3.5Cv 查出十年一遇(即P=10%)与C v6、C v24相应的模比系数K p6、K p24,求出H p ,并把点暴雨量折减为面暴雨量;③设计流域平均降雨过程:根据本流域的24小时设计雨型分配比值,用H 6p 乘以6小时的分配比值,得6小时内的逐时分配雨量;再用(H 24p -H 6p )乘以24小时中其余18小时的分配比值,得所余18小时的逐时分配雨量;④根据设计流域重心位置所属区域查得暴雨损失量I f =15~35mm ,取其平均值25mm 。

从设计降雨过程开始,逐时扣除设计降雨量并使逐时扣除的累积总和等于25mm ;⑤根据设计流域重心位置所属区域查得平均稳定入渗率f c =0.9mm/h 。

在扣除暴雨损失量的降雨过程中,扣除每个时段的稳定入渗率,扣除稳定入渗率以后即得P=10%的设计净雨过程;⑥汇流参数:根据设计流域重心位置所属区域,查《手册》综合瞬时单位线汇流参数分区图,属⑥区,采用⑥区公式进行计算;()1727.020619.03099.010,16845.0m --••=L FJF(3-19)0.5841LogF -1563.2b = (3-20)()5287.02698.02L F8082.4n --•=J (3-21)⑦根据设计净雨过程的平均净雨强度,计算m 1,i 和参数K :平均净雨强度的计算为净雨量R c 除以净雨历时t c ;cct R R =i (3-22) b10,1,110m m -⎪⎪⎭⎫⎝⎛=i i R (3-23)nm ,1i K =(3-24)⑧根据参数n ,K 和t=1小时,算出各时段的t/K 值,由n 和t/K 在S(t)曲线表查出各时段的S(t)值。

将S(t)移后一个时段即得S(t-1)值。

由各时段的S(t)减去S(t-1)即可求得t=1小时的时段单位线纵坐标值μ(1,t);⑨根据设计净雨过程,用时段单位线μ(1,t)推求设计地面径流过程;⑩推求设计洪水流量过程:由稳定入渗量形成的地下径流深计算地下径流的洪峰流量Q D ,设计洪水流量为地面径流与地下径流之和。

1g 1852.0-=D D Ft R Q (3-25)三、水面线1、雍水一维恒定非均匀流的基本方程:j f h h gV Z gV Z +++=+2221112222αα式中:Z 2、Z 1为计算段上、下游断面水位;V 2、V 1为计算段上、下游断面平均流速,2α、1α为计算段上、下游断面的动能修正系数;h f 为沿程水头损失;h j 为局部水头损失。

(1)动能修正系数αα是以总流的断面平均流速V 代替过水断面上各点的点流速V i 来计算断面的平均单位动能,为校正误差而引入的修正系数,理论上可按下式计算:AV dAV i A 33⎰=α式中:V i 为断面单元流速(m/s );V 为断面平均流速(m/s )。

α是个大于1.0的数值,其值取决于断面上流速分布不均匀的程度,流速分布越不均匀,α值越大。

本次计算过程中,取α=1.05。

(2)沿程水头损失水流在流动过程中,由于克服河床的阻滞作用,边壁的低流速层对高流速层产生的阻力而消耗的能量,就是沿程阻力损失损失h f ,主要决定于均匀流的坡降,可表示为:23/42222A R L Q n L K Q L J h f ===式中:L 为计算段上下游断面间距(m ),K 为流量模数,R CA K =,一般采用:2221111K K K +=,K 1、K 2是上下两断面的流量模数;C 为谢才系数,yR n C 1=,n 为糙率,y 可取1/4~1/6。

(3)局部水头损失局部水头损失即为河道的河床断面沿程不均匀引起的水头损失。

局部阻力系数与河槽形态、收缩或放宽的比例以及水流情况有关,特别是在跨河桥梁河段特别明显,局部水头损失h f 可按下式计算:)22(2221g Vg V h j -=ξ式中:ξ为局部阻力系数。

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