一、计算方法
该计算采用暴雨推算法。暴雨推理他是运用成因分析与经验推算相结合的方法,从实测的暴雨资料入手,应用地区综合分析方法来分析暴雨资料和地区特征关系,从而间接地推求设计流量。是一种半理论半经验的计算方法。
一次暴雨降雨在满足了植物滞留、洼地蓄水和表土储存后,当后降雨强度超过入渗能力时,超渗的雨量将沿着坡面汇流入河网。而决定小流域洪峰流量大小(即影响产流与汇流)的主要因素,一般有降雨量、降雨强度、降雨的时空分布和下垫面(如植物滞留洼地蓄水、土壤蒸发、入渗;汇水区的大小、形状、坡度)等。暴雨推理法把汇水区上的产、汇流条件概括简化,并引入一些假定,从而建立起主要因素和洪峰流量之间的推理关系和经验关系,通过统计分析计算,定量其参数,最后得到计算公式。
说明:本计算中有的参数均来自于十天高速水文计算书(第五册第一分册),有的来自现场,有的则来自有设计院提供的CAD地形图。
二、基本公式及使用情况
暴雨推理公式:
式中:QP——规定频率为P时的洪峰流量(m3/s);
SP——频率为P时的雨水(mm/h),该地区取值62;
μ——损失参数(mm/h);
n——暴雨递减指数,按汇流时间及分区范围查表取值为0.62;
——汇流时间(h);
F——汇流区面积(k㎡)。
(2)确定汇水区几何参数
在暴雨推理公式的查表及计算系数中,需要确定的汇水去几何参数有三个:即汇水面积F(km2)、主河沟长度L(km)主河沟平均坡度IZ(‰)。
(3)公式中两个因子的计算方法及适用性
1)损失参数 的计算
损失参数的计算考虑了以下几点:
按超渗产流概念,假定把地面点的所示概念话为产流流逝内所示等于常熟;影响损失参数的因素,主要考虑了土壤种类、植被、降雨量、汇水面积及地形情况等几项;分类和分区给出个系数和指数值。已扣除法(即计算固定损失率的方法)经行计算。
计算公式
式中:K1——系数,查表为0.90;
——指数,查表为0.88;
即
(mm/h)
2)汇流时间
的计算
汇流时间
是依据以下几点经行计算:
将汇水区内降雨概化为平均净雨过程,假定同一时段的汇水区内净雨是相同的。
多小流域均按全面汇流计算。因汇水区面积小,汇流时间 相应也短,故一般净雨(产流)历时
时段的部分最大净雨造峰,即
时,则此是可以 取代
。
降雨过程与入渗示意图
不计汇流过程,但计算最大汇流洪峰流量。
流域径流形成过程
a.主要考虑汇水区特征、降雨量和地形等因素。
计算公式:
式中:
——汇流时间(h),查表得0.62;
L——主河沟长度(Km),按实际现场地形量得实际主河沟长度为0.5km;
——主河沟平均坡度(‰),现场勘查得
=h/L=35/500=70‰;
——频率为p时的雨力(mm/h),
=62;
K3——系数,查表为0.80;
——指数,查表为0.71。
根据径流量形成的区域图测得汇水面积F测=152594.3m2=0.15km2,考虑到在CAD地形图中按【查询】→【面积】量出的是平面面积,所以本计算书中汇水面积F取量测值的6.67倍,已做安全保证。
F=1km2
根据暴雨推理公式:
=0.64m3/s
三、经验公式
经验公式Ⅰ:
经验公式Ⅱ:
式中:Sp——频率为p时的雨量(mm/h);
μ——损失参数(mm/h);
——地貌系数,查表为0.27;
m、
——指数,查表分别为1.08,0.96;
C、
、
——系数,指数,查表分别为0.025、1.40、0.95;
F——汇水区面积(km2)
按经验公式(1)计算
=2.47(m3/s)
按经验公式(2)计算
=0.361(m3/s)
取最大值为Qp=2.47 m3/s,因此只要修筑的排水设施的断面排水流量大于2.47 m3/s就可保证河流的正常排放。
按照相关要求隧道口排水沟断面图如下图所示:
由于本断面采用明渠加暗管的形式排水,
管涵断面面积A1=2×3.14×1÷4=1.57(m2)
断面面积A2=(2.5+3) ×1.5÷2=4.125(m2)
对明渠定常均匀流:水力坡度i、水面坡度ip(压力坡度)、渠底坡度ib相等,即i=ip=ib=0.07
即:总比能线、比压线、渠底坡面线是三条平行的直线。
计算水流流速有两种方法:曼宁公式和巴甫洛夫斯基公式。
曼宁公式(适用于n<0.02及R<0.5米渠底坡度较陡的明渠)
n—粗糙系数(查表)。
v与R、n的关系:
R越大——v越大:A一定时,R大则湿周小,摩擦阻力小;
n越大——v越小:n大,摩擦阻力大;
巴甫洛夫斯基公式:
(适用于0.1m≤R≤3m的明渠)
n——粗糙系数,视材料而定。
y——与n及R有关的指数。
近似公式:
根据两个公式的使用情况选用巴甫洛夫斯基公式计算c值,
,单位:米
圆管:
梯形:
m
n值来自十天高速水文计算书
Q=Q1+Q2=A1×
+A2
=
=23.26 m3/s>Qp=2.47 m3/s
由此可得排水设施满足要求。
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