小流域流量计算

隧道口排水（小流域流量计算）

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。