山丘区小流域暴雨洪峰流量的分析与计算

山丘区小流域暴雨洪峰流量

的分析与计算铁三院今浏,打、‘忆,%%从乃夕 C吸、呱、,、弋哈佑协认,笋协内努、场,

水文组. .别“. ., . . .、内曲,冲 .‘六,

阅 .,,、碑丫别,以丫丫丫,,毕, .丫叼知叼七内峨,,,叼馆叼, ., .护.侧丫丫叨丫 .

., .丫., .,,, .妙.

,‘,甲丫 .丫.,幼梦口娜,

仗‘气毯气、长喊代‘之毯‘代、长城忆‘‘气刃龟龙泛趁芝

“

a

——邻雨等流时线所夹的面积 (公里 )工2

本文所用符号的含义及单位暴雨强度 (毫米/分钟 );;

‘

降雨历时或图上一般时间 (分钟 ), f主一主沟的长度 (公

;

里)

;;

Z支

,

为使在我国某些地区基本建设中办法东、

—峰流量 (米秒 )—洪汇流速度系数—坡度以小数计砚一汇流速度 (米/秒 ) M主沟——分钟计 S雨力、汇流汇流历以如巧%坡度即—指数雨公—的递减时—一分神的最大雨量毫米 )暴式中指数暴雨公式中参—汇流中综合流域特征值的指数尽洪峰—汇流中的地表参数 N数—数—的指数—流量系数的参洪峰流量系数—,,,,,,,,,”,触从‘””触触,从,脚,,,阶‘阳肪触宁~““~~少一

里 )上一一流域长度 (公里 )

;

L坡

平均山坡长度 (公里 )“

D

一流域面积。.

(公里

“

)

,

亿

,

/

多 a

—河网密度—洪峰流量系数,

—(相支沟长度公;;,

,

乙-

;

;

I

0 0 15;

;

r

,

;

,

(

;

二,

,

b

;

且

;

;

:

。

,

*

,

,

,

,

有一个、

分析时采用的基本公式为.

:

比较简单而又符合实际的小流域洪峰流量计算,

Q。二 16V汇=

7a”

O

F

(l ) (2 ),

我们根据河北、

、

山西

、

陕西

、

河南,

山。

M l Q二

湖北,

浙江及东北地区共 1个径流实验站 7,

式 ( 1 )经过百年多的论证

都认为是可以,

和水土保持试验站了研究

4计 5个流域的资料。

进行

的

式 ( 2 )于推导中存在一定问题,。

但反映

并到各站调查了流域概况,

我们对调,

了汇流速度的主要因素

所以必须以实测资料

查研究的情况和体会进行了初步总结中有关计算部分能供参考试用究方法和观点,

希望其

订正其指数与系数a

求 Q二必须先分别求得目前分两个步骤:。

同时对其中研。

与

a

。

希望从事水文工作的同志提出,

求设计频率的第一步,

a

,

宝贵的意见

和见解43.

以便进一步研究改进.

由气象站资料制定各地的各种频

本文各径流站的汇水面积为 0

0 038~

率的暴雨公式 (本文不予讨论 )a=

c/ 9。

‘

“

(其中无平原及其它特殊地区资,

料 )

因此,

其适用范围,

,

根据验证结果,

一兰

一

左云

( 3 ( 4

))侣

(表 7 )对于暴雨笼罩面积大的多雨地区 F<2 5 0肠、 2

8n (云+ b )

时可以适用、

对于雨量比较少的地区。

,

F< 5 0肋、“时可以适用

第二步律。

,

用实测资料求汇流历时,

的规

一

实测资料分析的方法与内容

因为在全面汇流形成 Q二时

各流域

一

39

一

的不=

乙最大降雨时段 ) (a,

。

以乞代入 (3 )或 (4 )求私},

由于客观实际情况应比假设的可靠决定乞

,

所以

该流域设计频率的

进而求得该频率的吼a

,

。

时是用各场的降雨过程线与流量过程线,

(一 )求各流域的一

:

关系、

对照决定I、

而不采用过去作一系列假设概化然。

水流从流域的最远分水岭流至测流断面所需的汇流历时;,

后计算的习愤如日,

1

所示从流量过程线上起,。

,

与流域本身的工

、

尸有密、

涨点月稍前面暴雨开始的 C时至洪峰出现的B时这一段历时为乞值

切关系外

,

还与地表情况 (指上质

植被。

地

根据大量实测资料、

,

貌等 )和该次暴雨的强度有重要关系被好的流域速度慢,,

例如植,

可以看到当暴雨开始后数分钟或一

二分钟之,

由于糙率大;;

,

调蓄作用大,

汇流。

内

,

水位即土涨_

。

水位上涨必须有一定厚度“,

所需长;

植被差的流域则相反

其。

的径流活动才有流;。

i几然上处有地而径流。

表现在流量过程线上的特点洪峰流量小后者尖削、一

前者矮胖,

乞

长而。

远处分水岭也同样有径流进行造峰活动以乞

所

、

;

短而洪峰流量大反之则乞长

选取从暴雨开始的已时为起点,。

。

山于目的七

又如暴雨强度大集流快所需不短

在求全面汇流的造修汇流厉时均以洪峰出现时刻为标准由于白然现象很复杂时,,

所以

的终点的起汽__

每个流域的 F固定的,

乙

、

I

及地表情况基本是,

但是每次洪水的不不同主要是;,

根据实际资a

所以确足。

不

料分析a

,

a

的作用

。

为了求出任一设计:

每一场次必须根据流域内冷雨量点及流量例如匕下,

频率的值律才能决定表。

必须求出各流域的~a

的变化规艺,

过程线等全面资料作只沐分行研兄游降雨不一致时雨开始作为不j

,

而不应取均值或任取一~乞

值来}弋以求二

上沈无际举雨则应以上游暴,

所以我们建立了。

关系曲线

的起点;井下心先开始下子雨而

者的变化关系1.

且强度大于上游很多汇流形成洪峰。

本场次降雨可能是局部,

求

乞

的方法

,

不

位小

则不采用;

又如图 2A,

选用符合下述条件的资料作为研究基础(1 )

的两种过程线

,

则应以流量过程线的沂夸点C

流量大的场次;

附近的降雨转为更大暴雨时的时刻因后降的更大暴雨的持续下去,

为起点

2 ( )暴雨集中的场次 (连绵雨的场次不

可超前参加造

用)

;

峰作用,

,

这也是流域本身有挑选较大呆雨张度。

3 ( )全面产流的场次 (从各雨量点看

比

进行造峰的现象

较均匀无特小不产流的雨量点

,

或降暴雨时间

相差不大者 )次。

;

4 ( )全流域或接近全流域同时汇流的场.e s ., . . .

如图

1

,

根据汇流原理当洪峰出现时暴雨。

1 1

仅

仍未停止为全面同时汇流形成的洪峰

‘

J{冬 Z

2“

.

求a的方法:.

佰的取法是,

在洪峰出况后继续际丙的止

情况下

取乞时段内的暴卜黔强度勺盯均,

若降雨

在洪峰出现之前停止的平均遭图1a。

则取起点

c

至停雨时门

若流域内有儿个雨盆点一40

,

则取各雨虽点。

一

的加权值或算术平均值;若只有一个自记雨量点,

况不同其洪峰流量相差可达数倍至 .倍所以 4 l,,

其他为普通雨量点不

,

在小流域内

,

可认为

在建立

乞

公式或后面的。

a

公式时

,

都必须按地:

各雨量点降雨过程近似量点在量点在

,

所以首先求出自记雨,

表情况分类

时间内的雨量与本次雨量的比值,

以

)按式 (1及 (2 )16

,

从理论上可得下列结果16 7五。

这比值乘各普通雨量点的雨量不

作为各普通雨a

时间内的降雨量a。

,

然后取各点的平均

7L V汇16 7L。

.

Ml.

”

Q

,,m

值计算平均。

但必须指出这种值未经处理还

Ml16.

“

(1 6 7 a16 7上。

a

F )mm一上,

无频率性:取乞时段内暴雨平均强度的理由是因为它是造成洪峰

流量的雨强,

7

ma m

M

a饥

I

丸

F

l n

a一

落

时段前的降雨视,

各流域的M域F,、

(经过分析少数典型流

为初损或对本次峰不起主要作用的降雨后降雨则对造峰根本不起作用,。

而峰

得出的结果是每一流域接近于常数 )与上、

只加胖了退水

I基本为固定值16 7。

。

曲线

1一

m

3

、

建立各个流域的~a,

不

关系曲线,

若令将其、

刀二

a m

1产

n

F

而=

K

产

6 (一1 )(9 )

对每一个流域。a

按所选取的场次,

值与~不

不

值

,

点绘于图纸上。

则得出该流域的。

。一则不

-一不;~“一一

K

关系曲线图口

图 3所示为子洲径流站刘乞

将式 ( 6 )与式 ( 5 )对比_

,

其形式是一致~

家沟三川式。

的。~

关系曲线图,

这样

,

对每个:

的

,

说明建立每个流域的。

毛二

流域可得出一条曲线

然后根据线型配以方程

—时

m K不蔽“一

关系式是

则对每个流域可得出一个关系式为

合理的

,从式 ( 5 )可知

当.

“

=

1 0.

,

不=

K

,

可乞

见 K为各流域

a二

。 1 0时的乞值、

而各流域的。

值又是根据本身的工决定a=,

I

、

尸及地表情况而

K.

尹

是这些因条件,

素的综合值工_ .

所以当、

1

0的,

将地表类似有共性的流域归_.

纳在一起

…可建立K一声卞而关系曲线。

。

由于其中 F的指数的号而且为已知言等恤,。

与”,

a

的指数

m

是相同、

而指数_,

则先假定为 1,

补米用八~一万石工而二=

_

_.

上

关系最好?‘=

的图3_

n

值以

,

,:

1 0

时最好所以采用

,

1 0.

来因

建立K~( 5 )

工I Fm

关系曲线

,

如图 4所示:

。

乞

一

表

1

杀

此

,

从这种类似图上我们得出KK=

一 4所列为对某些流域求得的 K与 m乞

7

。

O

L

I少,,

。

.

2

5

)

0

3 (表 1

7各流域,‘,

值

。

(二 )按地表情况分类建立

的一般公式。

=

10 ([

一

上

夕

画、、一

一

已

, ) 0 3 (表 3各流域

即

地表情况不同同,

,

各种水文参数亦随之不经验证、一

图 4所示 )12

(8 ) ) o 3 7 (、 4

并从而形成相差悬殊的洪峰流量,

(

明

F

、

L

、

I

相同

,

频率条件相同

,

仅地表情

茄

各流域 ) ( 9 )

一

41

一

K

=

, 7

丁与票「 ) 0二

3 7 (表 2

)各流域 ) (1。

达

,

:并将其代入 ( 5 )式则得

若用K

“ (

赤F m,

)

“

的概括形式来表

不=

」 (

L_

I少

,

“,

(1 1 )

只有稀疏浅草的土质疏倾钊城名称{所在省县 l( k示范沟可 i}村肖县0。

、

土石区}_

(,乃= 0优,

。

2 5 )

表 !

I ) (k m )咨

一L一

一

1万从69一.

}

K

{.

澳

.

82

2

_

23

33

.

7

0

9弓 2.

6

2 1征士冲沟州川州洲1 1

刹坡上植有洋愧植被极差,

,

山坡为耕地,

,

水 J二疏失严重

对比沟小混凝土沟

’

陕西延安陕西接德

一1.

“

1 43.

42 8曰工乙 J工 J 0

0

8 15

李 1.

[ )山坡为 z地,

水土流失严重

牛 US 0.

2 6.‘

弓

1 4 18_

3弓22一

33

植被差

,

黄士高原地带,

水土流失严童

南容沟王家沟

73 267

1 2斗4 9 6_

C

_

92 5乃尸 二内山嘴土卜 6 1门合.

.

黄土沟壑区

水土流失严重

1

.

、

尹

口产‘

卜牛 2.

.

跳耳巷

陕西子洲

50 4_

.

7斗18026

2 0 3.

.

6363 96二弓

5 6 8 13弓 11 5 22 3.

团山沟39 18 U 2 0

.

71.

.

艺4

蛇家沟刘家沟 (三川口 )水肛沟j,’

.

下 7 23 9 3{ 9 3弓1 5 1

.

21

.

0.

14

0

)7

6 0]

.

0

‘

10

.

弓 17斗 O3826 -0

0 0 0二习人,,

.

弓 2 78斗S勺了C 加曰了‘ L O‘

弓 03.

东仇家沟吉林辽源西仇家沟

{

。

.

八3

.

62

.

弓48 0 0 0孟 勺山, 1碑,‘‘ 弓O j

土质疏域

,

专农土救重

,

有水土流失

,

密草

,

稀灌木

胡家沟

河南肖县辽宁叶佰为

…罗:….

0

.

7314土户斗.,j

2 4

2斗弓

.

7 3.

34323.

叙上1

,

大部分为耕地,

,

植被差

,

个别地方有岩石露头

1617

蕊……锡…沟团‘引}沟黝{脱篙湾…校“学『“

西沟

…1一

。

一

声 乃曰,

9

1 c黄土地带

有浅草

,

水土流失严贡

”’5‘23

35 828 2川1 7_

18 2

57 2.

稍有治理尸

跌桥

。二。 !{。{罗;:一

…0.

5

4 4 2 10 1弓牛1 8三7 615.

有浅草,

,

人土流失严重

0283491

0

一

有稀草

风化沙岩,

,

有泥右疏

18 19

陕西按德

0一

.

.

017

黄土沟壑区

有浅草

一西陕二

刊钊}}

1 0 2

名 l罗川勺匕 j

::::0.

3. 00

.

弓 7

1二8

0

.

604 32

7 376.

.

筑有淤地坝土质台地,

.

2 0 3 10 3.

0

.

16

13

有排水沟

{

、

cz 4弓 0

23

13 0

0 3 17

S 10‘

有小状片石

灌比 .」臼勺占

木一

较7 10 9 6J.

浓5口、碑甲 1,一 l J O日勺 6‘.

密一

的32. .

石1711.

山

区朽犯帅卯的田貂助 0 s一

(、

二

0

.

4 )

表2

埠落地峪北九水

}山东峭山一刀’,

9, 68乙1产 3十1庵 .

。 3 0 山,之 1月 J已。,

33

76弓27 19.

向1_

,

主沟植被好

,

内一支沟

植被差

功男 1 3似阴此 2 8

有救密的灌木及稀的乔木9

n 1 7舀

8 6 4 7

潦溪沈“布坑乍

浙江匀徉

…19.

2斗7甘 C工, O

中上游为原始森林;茫木,

L卜口

2

二

斗 3一

2 5 3

.

松树非常浓密,

!浙江云和一

3

3 1 36 11.

)

32 2.

.

6 21公

7 2 223.

.

灌木帐密

杂有稀辣乔木

49

5

.

}成林沟河北易县一坑仁国

口

(6 4 ).

102 05

11

30

3 3

0

.

0038.

0 3

.

11

.

上右区

,

i他木及二

高 1崔非常密,

,

人不能人内,

,

杂有乔木

}龙江宾县黑

2…3

斗

.

53

111 6

.

欢森林

,

卜质区

人类活动多

有铜矿

42

有密草

,

灌木丛F km

,

但不曹泊L1

,

有的地方差_

,

土石区_ _

,

土质区_L_ .

(。二 0_.

.

2 5 )_

衰3优

二二 )葡燕二…几 (

兰巴{{翌兰二墅{|刃位山上峪 !西太原..

Z

)

(k m ) (筋 ). 净曰 J、曰 ,,,乃j

梦用

}{

I !而一石石~一丘几』

!{

_

￡

一

{.

}

优

欺,

欲郁阴度不高,

董峪石

|

26 1

0 84 4.

12

。

27 1 08

引洲叫 1| 5s .||e川|s e1 as re侧l l s e s e l s ej .

0 40

曰j口丹乙石门月一‘ 1J已 j J,

山坡有灌木丛和高草

沟床碎石

186

90

.

12 364弓 159

{峪水上

.

7 194。 J,、八 O卜门月尹

1立工,.

.

61

45

一

6,

…河荒山对比{于西止一

榻沟

南唐河

3l j

.

1 408

山坡有稀砚松树和中等密草由坡有救高的草,

,

沟床为碎石

0 J, 0 8 8 1 4 6g.

{

“9, 0

…!}

.、了

廿

….

0 8140.

.

468048 213201j 1主占

土石区,

0

1

.

全部为耕地

,

粘土较重,

有沟值通分水岭耕地娜犷,,

袁庄

1.

0 2 1

.

35

山坡有稀辣乔木及草11039 Z9 32 40 4 弓山丹 J、内 J j U

援

有冲沟的土石区,

宋庄草峪河北歹瓜[}台3

4 12人 1,曰

2 8

,

.

弓 733 903

3 48 6 091,

稀珠乔木

,

草

,

缓坡耕地,

下游黄土澡沟,

大部为土石区

.

.

…羊沟内…小河

高草

岩石有露头,

四床为卵石

66

.

4 4。

}

0

.

山坡有高草120护人1二, J,沙弓月‘ I才 O

,

小灌木丛,

岩石露头救多

11 22,,

}揭树沟河北易县6.

1 0 81 9

]1,

0266‘ 6弓5 16 605

山坡为草山坡为草

,

碎石救多土石区

有些沟头筑有谷坊

}尾巴沟狠小北沟河南济源老虎沟陕西延安0.

6

.

6 0

…11.

40

,

d1 孟 J l f

4

13冬

」0.

流城士游有乔木坡地草较好

山坡草救好

,

土石区

5牛

080{ 0

8弓 7

土石区

山坡上为中等密草及零星灌木丛的石山区

(哪3 4 2 8 7U‘目二 1知

,

乔木成林或灌木浓密郁闭度高的土石

,

士质区

=

0 4 ).

‘

表4113 0_

J、 j」东泰安坡里

!

8 0 2 12.

6 7一9 3 87 8

2

.

68

9 n犯 4 19特 6 0 2

卜 ‘ d健内 r上,压 J O矛 .

石山占流域主要部分流域为草及零星灌木,

,

1内官亭1南济源河赵沟上家冲 (一),

上夏岩浙江东徉

.

1 1 2斗{O人 9,声

.

弓弓9899弓 8,

有稀林‘ r J t、

92斗

4

0

乔木成林但地面腐植层不厚

I

753231 o

.

0360} 3 2.

偏小

虎畜沟}北易县河

}1

3

0{ 0.

5566 93

…0

40 1 2.

34{ 1 4 2 452

灌木浓密

,

夹有少量乔木

(

二)

737

191旧 693

扣汪家

…

’, o

_

1 0 9 )1 0 3 9.

如从分析参数 M与“

a m

出发16。

,

令各流域的1一,,

K刀叫清司“韶即‘二。 (了司”蔫

二

K。

尹

,

二一

.

求得各流域的LI Fm

7

M am

然后建

汤维夕户

户

立

16 7

1一,

M。

a

m

关系曲线可得,

16 7

1一m

M口己口

a m

‘

一三一I F

、‘

I~ y

其结果与建立

勺和}冬 4 1

K~

L I Fm

关系是一致的

,

故不另行分析

。

一

43

一

(三 )对汇流历时公式的物理意义解释

房一a

二

名

从表内流域情况的描述可以看出A,,

:

参数来表示。

反映了流域地面粗糙程度例如植被好的石,

—a

(1 2 ),

落

为损失率

由这种因素表达的 a研。

山区浏值最大小,

植被很差的土质区月值最,

得到的 Q二值是清水流量值洪水从来就不是清水下式来表达,

由于暴雨冲刷地,

指数 N及J

。只

、

、,

,

,

_

,

~

‘

’

~

m‘

反映了书手二值及” I刃m~~~少、

一

_

二

一动

.

工,

‘

;

。

_

,

,

a一

。

,

,

值增长门~一

、

,

,

面给水流中带来大量的泥沙杂质同含有不同程度泥沙杂质的浑水

所以实际大因此 a应由

一

而是根据流域地表的不,

与的非线性关系长度L越大系以,;,,

;

,

仍与地表情况有关,

;

流域,

,

需

乞,

越大

因此,

乞

与L成正比关需L不、

坡度 I越大

V汇越大

越短I

所,

与

I

为反比关系;,

在同样,

的流成反。

Z一吐上P

: 7

域

F大的其形状多为短圆而支流比较集中

为加入水流中泥沙杂质的平均强度,

。

有利于集流比关系;

但影响较小,,

所以不与F

m

在天然情况下:.

Q二.

=

仙占

十

Q沙

暴雨强度越大乞

水层越厚与am,

,

V汇越

Q清十 Q沙

=

16

7a

a

FPa

大

,

则需。

越短

因此

艺

是反比关系,

一

坡度 I从物理意义上分析合理念值

应以流域 I为同时考,

=

1616十

。

7

落

一一

—.

.

a

尹

但多数径流站所给的是主沟 I除个别情况外。

=

.

a 7 F.

16

7落F

虑这种因素在建立关系时与将来应用时同一概,,

16

7尸

F

( 14 )

对流量计算无影响a

所

公式右边的前二项相当于公式左边的第一

以采用了主沟 I1、

项为清水流量 Q清的求取a

,

公式右边的第三项相当于,

(四 )洪峰流量系数

公式左边的第二项为泥沙杂质流量 Q沙

这样1 0.

对

a

的意义与计算的讨论

公式两边才是平衡的乞,

。

,从 ( 1 )式的推导来看

是汇流历时内的形成洪峰。

a )从 (1 3式可以看出当 P>公则>时,,

,

平均暴雨强度 Q,:

a

经过一系列活动后,

可见历来认为于1.

a

以 1 0为极限任何情况不能大。

,

的洪峰流量系数一般认为是损失问题所

0

的概念并不符合于客观情况,

。

现以子洲

以常用

站为例来予以证明

见丧 5

。

表5一}

一’

一

下-

一

一

{

二二,

一

。。

门一

一’

可~

。

,、

、。、

。 _。一、

、

{n

、

}、

_,

,

。{

,

,

、 _

。

!清水情况’

,

那水情况一

流域名称

}

一

-

一{一

Q,一

J

一

一

{量Q1 4}’3

一量 Q二

{Q

二的}雨强度’

{禁差奢望{38 6

‘

n

_

.

n

~盖矾“

…。” 3 38_ _ _

21

一

蜘。

{{ 4偏一…竺’_

………_

496

782

…。 8,‘

3弓 3

{

“ 9

一…’

匕{望丫。”,

-

竺’, 5

匕 j些竺89一

}

{

’, 6

家

沟

…{一,

19 6 6

6

4

一}

一{… 179,26 3、

1

一

份63

8 2一…一

{

23

‘

…

‘ 5。’

一

… _

3

_

3

1…

29:

少一。

坚{,

6。一

:…一二:一

)二

…

-

……a,

。

一

1一、

从表 5可以看出

,

洪峰流量中几乎有3% 0不计入泥沙的清水情a

于1

。

0

。

是泥沙,

,

其中黑褂L沟是筑有多级淤地坝拦泥沙.

至于求积求径流深,

a

的方式,,

过去一般习惯用洪量体

粕泥沙也占2 3祝。

4%

,

九。

间接反映不=

但存在一定问不考

小于l

。

O

。

含有泥沙的天然浑水状况

大

题为了说明问题今以44

舌情况为例 (。

一

一

虑泥沙a

)

_

a

灾十

P

一

落

‘量

一一

H

:。

凡一碌丑:。。

_一

c t a

一a

t。

讨

。实

Q突一为各场雨的实际洪峰流量 Q一;“

口一

么

望te

实一为a

,

时段内的平均雨强

。

a一:

甲

石

这种的,

在物理意义上是与公式来意相吻合,

并且表达了自然流域中的实际情况、

但由艺

H

:。

为才时段内的有效降雨量,:

。

于目前泥沙资料少还不能分别求取 P

的规

律性,,

,

只能求取综合性的,

a

值

。

h揖

由于以一次洪水总量计算标公少。

我们的目的不仅从实际资料求出每一场次降雨的 a值更重要的是找出a

所以

几扣

为整个洪水过程时间少的损失量=

的变化规律以,

即 h揖“

求得设计频率时的H《

a

和用于无资料地区a

,

所以。

但是形成洪峰 Q M的净雨深 h冷’ .a

一

讥

作了下面的分析

,

看

主要与哪些因素有关,

峰

二

h净

_

H

公

一乍

仇

H

丫

H

坡根据水利科学研究院的《面及沟槽的水

流与泥沙运动》讲义中比

坡面泥沙冲刷一节所,

愧弓一乞乞口乞

几一乞

引用各研究文献所述艺一少

,

雨滴降落在地面,

泥沙

由于少>

被激溅起来的数量为丑刀二

毛

很多

,

所以落1,

K D

I

。 7

不

尹心 3

5

全

,

”

.

”5

二

u

峰

=

6一洛

a一乞

式中天为常数取决于土质;= a

D为雨滴直,

可见洪量系数 a量要比洪峰流量系数由 a量式可以看出当云<,。

—a

)r

不—

量a

径峰小,,

,

) 1

=、

a

。

2

”“

,

V为雨滴下降速度

随雨。

滴直径可见,

质量而变,

少为降雨持续时间,

由此的因,.

单位时间内的方

主要决定于,,

。

书

时则

,

a

量更小。

而

)且九不符合式 (1所需时内孔净的概念。

;

素

,

当泥沙被溅起并由水流带入下游

这是小

还有用圆环试验及人工降雨试验来决定不同等级土壤损失率a一每a

流域洪水中泥沙主要来源之一,

同时

。,

越大

云

,

用表达为

a

:

坡面水层越厚遇地面软硬不同的地方易于形成股流下切入地面使沟坡冲刷得到很快发展,。

=

这种一面补给

—a,

这些都将决定 P的大小,

。

落是在局部范围内入渗的结果,

它与,

入渗强度下式来表示落=,

落

,

一些单位根据试验结果

,

以

自然流域暴雨下降后一面流动同时还一面受山坡

一面损失

又

即

:

、

沟槽调蓄,

,

这

几

‘ r乙

一系列集流活动后的损失率在量上不会是一样

上式从物理

意义上分析压力大,

,

“

大与

,

水层厚

,

的

。

尤其是那种只考虑土壤等级,

而忽视了流。

汉渗损失率落大一

。

云。

。”

成正比关

域地表情况的作法

将会导致更大的误差,

而

系尸

,

‘

艺反映了入渗的基本矛盾

且象石山之类的地区

也不能按上壤分级

。、

从公式 (1 3 )可以看出云主要均随a

,

同类地表既然

由于过去在这些方法中都存在着一定的问

而变化a

,

所以 a将随。而变,

题

,

)所以我们利用了流域实测资料采用 (l式,

化

,

因此可以建立。一的关系a,

而且按照前面,

反求a值a

即.

:

所分析的求得后2a

即可求得取a

之一

Q失。

Q清+ Q沙16.。

建立 a一关系曲线。。

16 7a实 F一

7a实少+

’

计算 a值时按下述条件选取场次( 1 )前期降雨充沛的场次

16 7a实

16

7名 F。

16

.

7 P F

因为发生设

16

7a实尸

计周期的稀遇大流量一45

,

大多数都是在前期雨比

一

较充沛的情况下发生的,其次,言很干旱的地区还无认识 )

,

这样选择后摆

a二

B

a

,

(2 3 )

脱了初损和地区性的差别 (指湿润和干燥而。

二

、

洪峰流 t计算公式可得:1

, (一 )将 (1 1式代入暴雨公式 ( 3 ) )。

( 2 )全面产流及全面汇流的场次( 3 )非连绵小雨的场次( 4。。

5

1一

饥

”

)流量比较大的场次

N

”‘

(2 4 )

,

一‘’”

‘

将各流域按地表分类依图 5所示的方法建立 a一 a关系曲线 (但不分别建立各流域的 a一 a

( )沫Fi=.

’一“”

将 (2 4 )与 (2 3 )式代入 (1 )式得Q皿=

关系 )

,

其结果为

:

16

.

7a

o

16 7 B

又

习”

珊’

‘

”

(

r

+ 1奋

)

N

”’一

(1+

r

)

1

一盯

F (2 5

一

l)

儿

f_、

、岁 I试一。

二l‘ n

、、

仍

’

”

分旷*,

式中月为已知值,

、

B

,

、

。

N根据地面情况采用。

t

接赞

计算时查应用说明中表 6。

8

及

。

为暴雨公式中的已知值二

学

~ U

‘

。

_

=

o 1、

n S丫力 -

I一仍。

耳石不万,

夕=

N1

”一

(1+

r

)

”名朴

A图5

(计算台地.

平耕地C

犷=

0 )

植被很差a=.

,

受水浸蚀。’

,

易于松散的土盾区(1 6 )

.,

Q二=

F

1 04a

‘”

一,了还一、

(2 5

一

2)

,

、I F

砚

,

有稀疏浅草a二.

,

水土流失非常严重的土石区略 5

令gn

1+,夕

0

.

68a、

“

.

;,

(1 7 )

C-

F

少

I夕

_

有密草a=.

灌木丛2a“.‘“

但郁闲度不高的土石(1 8 )

昭=

—工、

区;粘性重的土质区0 5;、

在同一暴雨公式范围内

各流域土

,

C

、

g

夕均为固定值、

—尸、

〔 5一3 ) 2,

地表情况相同的

,

所以类似其他各。

高草灌木浓密石区a二

郁闲度较高的土质区;

、

流域只需知 F

I

L

即可求得设计流量,

0 32.

a、

。’““

(1 9 )、

(二 )以 (1 1式代入暴雨公式 ( )化简得 ) 4上

乔木成林石区a二.

腐植层不是很厚的土质区“。;

土

I F0 27a。’

m

〔,

“

一a

" 1

饥一

一

" 1

一

互

。m

盗

(2 6 )、

(2 0 )二、

为了计算方便b

将本地暴雨公式中的,

石山区a=

0 48.

a

“

.

2

3

(2 1 )

值及流域地表情况的参数与指数代入,

(2 6式 )L I矛洲,‘

台地或平耕地a=

然后假定几个。值得相应的几个,

0; 4 (常数 ),

(2 2 )

一

值作出、

工I户 _,

‘‘,

一、

a

曲线如图 6,.

。

因为

将以上各式 (2式例外 )

)概括式来表月

示则为

,

:

工

卜,

,

了万了溉沮枚人用盯数裕纸作图牧好

~

,

_

.

、,

,

。

_

,,

_

,

、

,

_。

再以 (2 3 )代入 (Q。二i6.

i

)得护

7B

o

1十

6 ) .

F,

(2 7

)

在本暴雨公式范围内地表情况及其工 I Fa,、.

当知道设计流域的一一于, L堂工 J丽不厂~,

立 IF

一

附

,

、二

m

但厄,

,

a

一

~

大杀即得

曲线

,

得相应的。

值

2 )将其代入 ( 7式

,

设计 Q、三、

应用说明图6

(一 ):与 a在应用中的配套分类 (见表 6 )

,,‘儿派,从’ A土质类别比二

,、

_

_

J

I L

百

一月

而竹万 )玉诉

N、

l,

, .,~送派示狱“。

=

B

a

,

之参数指数表枪被、

表6

蝙号A

}0

参”.

}

系 N.

数

}1

B.

流域土质r

、

地貌等概况况、

1

7

25

0

3

以.

0 45.

质2 7C.

植被极差沟多而深

,,

仅有稀蔬浅草。遇水后易于松散的黄土地貌破碎水土流失极其严重,。

耗土

,

冲,

2弓

0 3.

0

2弓

0 4弓.

粘十较重的土康区中等密度浅草有冲构水土流失校产重,

,

,

杂生极稀灌木,

、

乔木,

3

1O

O 25,

0

.

3

0

.

2弓

0

.

斗S

有密草和灌木丛生或稀乔木土流失理微

,

但不普湿

U有的地方具差

水

区

4

12

0

.

斗

0

.

37

0

.

32

0

.

3

高而密的草和灌木

,

或杂有稀既乔木,

,

遍布全流域上上

5」泣1

12

0

.

4

0 3 7.

0

.

27

0

.

3

乔术成林遍布全流域

但腐植

层不厚 (一般次生林 ),,

7

0

.

25

0

.

30

0

.

68

0

.

4弓

石2

有些稀草或杂有极稀灌木露头岩石风化非常严重散碎石坡暴雨时易被冲刷,

或为松

同土质区第 2, 1

类冲

中等密度浅草严重

,

杂生极稀的灌木或乔米,

,

有冲沟

,

水土流失,

3

3

有密草和灌水丛生或稀乔木流失视微高而密的草和灌木,,

但不普湿

,

有的地方差

水土

区

4

4

杂有稀既乔木,

,

遍布全流域

5

,

5

,

乔木成林0.

遍布全统城

但腐植层不厚 (一般次生林 )

石山区

1

12

0

.

40

0

.

37

0

牛 8

23

中等密草和零星灌木丛

2

17

0

.

40

0

.

37

0

‘

48

0

23

灌木较密

,

或杂有稀乔米

台地或

l

7

0

.

2弓

0

.

30

Q 40

0

沟床为沙或土质

平耕地地

2

10

0

.

2弓

0

.

30

0

.

40

0

构床为沙夹卵石

,

或水草甚多,

原始森林沟床沼泽化塔头草区

17

0

.

乍 0

0

.

37

e 20.

0 30.

本类资料很少

,

系参照其他修

并用形态调查资料定出

17

0

.

40

0

.

37

0

.

27

0 30.

一

47

一

(二 ) L质名词解释_

与一般流域中的山坡水流流入河沟.

,

再由河沟

上质区质。

:

流域内地面表层绝大部分为主:

集中至某断面排出是一样的情况

。

土石地区

流域内各处有些岩石露头。

,

但

地面的覆盖层仍以上质为主也属土石山石山区。

山坡上夹有碎石

f路

一艺

:

流域内地面表层岩石露头的面积。

占流域的大部分1、

(三 )应用中必须注意的一些问题

从}

一8

一

B

对流域概况必须有粗略的了解_

,

因为,

6,

、

如流域为两大支流

,

其控制面积相差。

洪峰流量是暴雨与流域地表相互矛盾的结果、

不大在建筑物附近才汇合的如图 9所示在计:算时先分别计算两条支流的,

如对流域内匕质植被……等清况不管只在纸而上计算大小属于那一类时流量,,

,

一定会与客观实际出入很大,

。

I F览二又

值

,

然

2流域概况若介于两类之间,

不便于决定

后采用其较大浪金算:卜流域的 FL,

,

但计算流量时仍取全、

则用此两类流域概况分别计算。

即 ( 2

5一叻

(2 6 )式中的。

然后取平均值3、

具有山区与平原两种情况的流域,

:

因

为山区流量进入平原后要进行塌平流域的工及 IL平、

所以计算平、

一

I

尸一

一一一

工

渊万笠/龟户 .户、.

值

山区到达出口断面的流量时用山区的 F山及全;

计算平原地区的流量用 F。

/、

、‘吸,汀 J胜, . 1

巨认全,夕

/户 z

, I平

最后将两种结果叠加流域长度工的量取:,

// 工 r矛\

4

、

由建筑物沿主沟,

Q

量至最远点

如 1 7中的 A点 5,

而不是 B点.

。

考虑弯道量不出来一、~

计算时再乘 1

1

。

7

、

计算山区丘陵区沟槽坡度时0如图1所示是悬空的,

,

用建筑

火入‘

一J山下1凡 ///! 1|1护

物断面及沟头二点高差计算的平均坡度比实际的要大,

根据抽样统计

冲

结果J

,

比实际大

1 5.

倍

,

所以以两点法计算坡。

度

,

必须将坡度除以

1 5.

具有平地及陡峻山。

区之流域仍以加权计算才准确:.

像//斗科/厂.

, 仁

价

r

5

、

J 10纽

如线路附近,

,

只有一面坡的流域O

,

其四、

流域长度可如图 8所示取 A B

长度

,

因为水。

验证

、

示例和结果。

流由坡面流至侧沟

再由沟内集中至建筑物

验证情况如表 748

为了检查公式是否符合

一

一

实际和有无普遍性证料。

,

采用下列各种资料进行验

例FI

:

太原董茹径流站=

8 1。

.

6 k粥 2,

,

L:

之

8

.

3 7

k仍

-

,

(一 )制定公式时未曾采用的实测大水资。

=

0 034:

求Q1.

%

-

流域情况(二 )制定公式时曾经采用的实测大水

流域内有些山头是石山,

,

有阳

资

些是土盾石山。

,

有些是土石:,

全流域总的情况为土,

料

。

2

。

植被情况,

阴坡灌木丛生密度大。

(三 )水位很准确

,

周期较肯定的形态调查、

坡灌木稀疏面积不大

耕地只有山顶源面一小部分所占流域总的情况属于有,

资料

,

即表中有狱者,。

。

有水土流失,、

(四 )地区上

有华北

东北

、

华东

、

西北

高草灌木丛

但郁闭度不高a

所以流域概况应,

的资料

属于应用说明中形

配套表中的土石区表了

第

::沟

……………

所在省 (

:…:2

)(

)

‘

1

:、量:。戳乙……(

…

班一 49一

三类即

:

不=

10 (

LT石I

。 2 5

一

、

D

一

、、于

2 5

后面一种进行计算Q值七

,

理由是

:

1

。

根据推理公式所用等流时线原理分析以。

a=

0 5 2a。

0

.

4 5

全面汇流合适

山西省水文总站所制定太原地区百年一遇

钩如图 n的等流时线假设与图 1 2中 l降雨过

暴雨强度

公式为al

:

程线是相对应的_

。

终

=

22t0.

。

17

按此暴雨公式的形式计算流量1+r

c

=

16 7B.

旦泞

1

一

”己朴r

牡

(,+ 1

)

1刀乙怜

1+ 0 4 5.

二

16

.

7

又

O 52。

矍210

1

一0~.

.

2弓苏 0.

.

7

0 7 1

一一一(1+ 0.

=

11 7 2。

斗5.

)7

一0

2S K 0

图1 1

尹=0.

N3

n

(r一

+

1)

1又

哪儿.

0

7。

(0 4 5.

+。

1)

‘

1

一

0 25=

X

O 70。

=

0 3 69。

丁 !幸渝成口._

矛几

.

g

=

1+% 1 17二

,牲

夕

1+ 0 25“

X

0 3 69.

二

1 09。

Q

I

C F I丈p

p

。

2

X

15

3 7一 1 9秒)

0 9,

x

0 0 34.

0

3 6 9

8=

0

3 6 U

3 7 2 (米“/

(因为 L是较精确量取的.

,

因此不乘 1,

.

1,

I为加权平均计算不再除以 1 5 )

其他流域概、

况相近的流域P、

,

在同一暴雨公式地区的。,

图 12

g

值均相同

不需再算。

,

以F

、

I

、

丈值代

入即可算得 Q l%

则Q,

,

==

a a

,

a,

f‘

:

山西省水文总站

将厉年实测最大洪峰流,

Q, Q Q。

, a:

厂:

,

+

a, a

工

f:

,

量及调查历史洪峰流量按数理统计处理后

求二 a=‘

得Q

z

%

二:

348 (

米/秒)“

,

按本办法计算同它相6 9%.

a

。

f,

+

a。

,

a,

。

fa

+。。。

……

+

a

:

。;

f

。

,,

比其差为五、

二塑; 2旦舀 34 8

=

Q

。

二 aa,

。a

f

+

f

:

+

……

十 a

,

f。

‘

…… (A ),

通过实测资料研究后的几点认识,

上式的意义。

即是暴雨降落后la,

靠近断面

(一 )采取全面汇流计算洪峰亿值比较合

的水体先流出断面下游流动%几‘

最先降落暴雨气在远处等。 f也同时往

适

流时线间f面积上的水体为 a

在小流域洪峰流量计算中全面汇流形成亿值的两种论点,

,

有局部汇流与,

,

并会同以后降的暴雨,

aZ,

的水体a

Z

我们采用了

,

一边流动

一边连续累积

直到断面

一

50

一

时

,

雨仍在继续下,

,

连离断面最近的那个面积,

算例如目前采用计算山坡平均长度的公式为,

:

上的水体也同时参加造峰洪峰

形成全面汇流出现M。

如Q。

。

二

Q。

M

即是

。

此时 Q> Q (局部汇、

L坡

F1 8 (L主+刃 l支 ).

流的Q )2.

我们前面定

a

a

和值的概念也是。

才

从公式中可看出支沟总数的多少影响山,

,

基于这种理论

坡的计算长度大比例尺地形图支沟测得多,,

,

根据水文模型试验也是同样情况,,

小比例尺地形图n J/

,

支沟测得少

,

一般勘测设计

在最远分水岭倾倒有色水雨,

并进行人工降即最远的

等有色水到达断面时出现洪峰。

时大多数采用厄石万或二万而” 50 000~ 1000 00~~、/,

、

研

熬

熹

的军用图量取一曰~~曰子了’ J

雨水与最近的雨水全面汇积形成洪峰与上面的

流域特征参数尺的地形图,

,

图上支沟测得很少。

,

所以

理论是一致的3.

计算山坡长度比实际的大很多上还有小支沟,

实际上大比例,

根据现有实测资料

,

按上述两项理由分

对支沟也是测不完的。

大支沟之,

析成

,

小流域比较稀遇的洪水大都是全面汇流形4.

小支沟之上还有毛沟

无槽山,

。

坡究竟有多长是难于测定的。

由于这样

分开

用全面汇流概念计算QM值时简单方便,

。

山坡沟槽计算汇流时间可能出现一些不合理现

基于面积小且比较均匀均值,,

暴雨易于笼罩全流域上,,

,

而a

象

易于形成全面汇流

且流域内地、

2

.

目前实际资料尚无山坡与沟槽分别测,

表比较容易一致的看法得,,

a所以 (A )式中

取

验汇流速度的自然流域的演进流态。

因此目前还未认识到,

:

山坡汇流与沟槽汇流的内在联系以及坡沟水流(f,

Q

=

a a

+

f

:

……

十

f )。.

=

a a

尹

对于一些山坡流速计算公式,。

尚

上式乘上单位换算系数 1 6限差形式推导出来的推理公式,

7

即为目前用有

无流域实测资料验证是否符合客观情况

这些。

实际上暴雨强,

都是有待努力进一步研究的间题总的汇流时间3、

但是目前对,

,

度

、

流域地表是很难均匀和一致的。

所以它是。

从实际资料尚可近似的求出,

一种近似计算值

当用局部汇流的设想计算,

我们在研究汇流时间的规律时。

重视

Q、值时仍是采用平均值当然也是近似值而且还必须首先求得共时径流面积曲线,

了地表情况的分类

以弥补不分别计算山坡沟,

此曲线

槽汇流时间的不足之处度 D可用下式表达刀二:

由于目前等流时线只能作为解释汇流物理现象的理论尚无法正确定量作出的时候难于正确得出的。

根据陆地水文学及地貌学的原理工主十

河网密

,

所以它是,

例如等流时线主要是由流域、、

内各处水深前后也不同于作出来,

、

万 l支 F,

雨强坡度糙率等条件而定的,。

其中水深不仅各处不同,

而且在每一场雨的目前不同。

河网密度 D的大小

是由地面植被好坏。

,

雨强也是随机而变的

上质情况及地形等条件综合形成的

例如植被,

好之

、

土质坚硬者、

,

抵抗溯源浸蚀的能力强,,

支;

地面的糙率也是难定的

既然等流时线难

沟少,

河网密度小

则山坡完整的部分长支沟多,、。

反

如果只是作一系列与实际情况出入,

形成支离破碎的地貌则完整的山坡短,

河网密度。

很大的假设来确定曲线距离也是无法检查的汇流计算又比较简单,。

其本身与实际有多大,

大

,

因此

平均山坡长度的

既然都是近似值

全面

大小主要是根据地表情况而变化的刀的倒数1

所以我们采用全面汇流

F一

的概念计算场值:

1

。

D

L主

十

男 l支.

(二 )山坡与沟槽合并考虑求汇流时间

其右边分母乘以 1长度的公式,

8,

即为计算平均山坡

理由是1.

所以按地表情况分类求乞的规律

一

山于在使用中

,

山坡长度难于正确计

性51

,

虽未分别计算沟槽与山坡长度的汇流时

一

一

间

,

但已概略地考虑了各类地表山坡长度的作=

用

。

气C:

一

i

笙于v

了

V

(三 )求各种参数时必须注意公式中各因素

式中t l。

h捐拙理

物理意义的系统性与一致性a

为一场雨中只要对洪量有作用的降雨它没有 H,。、

例如

,

公式中的,

a a=

丑协

、,

式

,

在全面汇流时,,

出现的汇流历时2图1所示a,

的意义为从产流至洪峰、万为哪 J段内的降雨量如

乞

—、

根据 (A )

都在内点。

,

是又段长内最大值的特时

…

a

<

a不

为刀

了

经过;时间集流活动产生。

,又F )云很乡。

洪峰Q M的系数这些因素的物理意义是有系统性的点,,

a

刀乞

丫

不是各自独立的其中H、,

还有一个特Q,,

卜一二

气标

在当场雨中与毛一样长的各时段内的降雨小流域越小乞时段挑选最大降雨造,

二

16

.

7a

a

量都比 H

刃.

161

.

7。

刀

:

—

少

’

峰的作用越显著

与暴雨公式制作时挑选各时,

贝。今 16”

7

段最大降雨有一致性才比较符合实际。

所以必须按照公式物理,

艺{,,

意义的系统性与

一致性,

定各种参数。,

,

其结果二的几

当 t。>,

不

时

,

有的企图用类似插入法求喊寸由于基础是玛:

计算的 Q值才与暴雨公式。

用从表示

=。

刀

,。

一

, i艺

a的值有近似的频率

但是它往往为研究者所a

仍反映不了公式的物理意义与数量较小的流域时,

当分析比。

忽视

其不合理现象非常突出

R例如现在一般以 h (径流深 )代替,

H

、

,

(四 )要从整个流域地表的自然特点定参数

而城系从洪水过程线的总量得来流深同。

,

’如图 12

与指数不、

,

才比较合理a

是整个一场雨量经过 T历时的损失后的平均径,

都要从全流域地表的自然特点出发,

,

与

a

H

丁

的物理意义既不同

,

数量也不

例如石山区的沟道规则,

多乱石跌水。

,

断面非常不

凡石山区都有这种共性沟道较规则。。

而植被差的土

a

a a=

-

H不

公

a一

艺’

H书

丁

不

质区

,

,

下切深

,

同类地表都有这

一

a丫

薄共性

所以沟道及形状都是与整个流域地表很难设想某种河沟是三角形,

H

丫

一乞乞

丑

刀

丫

飞一H一。。

=

a

自然特点相关联‘

断面或抛物线断面h损

即使上游是三角形断面,,

,

h允乙e

一

H一

,。

一

落望

下游可能又是其他形状

所以要从整个流域地。

t。

。乙

表的自然特点来确定参数或指数才比较合理

一

52

一

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4aei.html