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：

μF τS 0.278

Q n

p p

式中：Q P ——规定频率为P 时的洪峰流量（m 3/s ）；

S P ——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；

τ——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 （km 2）、主河沟长度L （km ）主河沟平均坡度I Z （‰）。

（3）公式中两个因子的计算方法及适用性 1）损失参数u 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 11β

P S K u =

式中：K1——系数，查表为0.90；

1β——指数，查表为0.88；

即01346290088

011..S K u .P =⨯==β（mm/h ）

2）汇流时间τ的计算

汇流时间τ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τ相应也短，故一般净雨（产流）历时τ>c t 时段的部分最大净雨造峰，即

τ≤c t 时，则此是可以τ取代c t 。

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：Z

I L K 1

3ατ=

式中：τ——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 ；

Z I ——主河沟平均坡度（‰）,现场勘查得

Z I =h/L=35/500=70‰；

P S ——频率为p 时的雨力（mm/h ）, P S =62；

K3——系数，查表为0.80；

1α——指数，查表为0.71。

85107

05080071011....I L K .Z =⨯==ατ

根据径流量形成的区域图测得汇水面积F 测=152594.3m 2=0.15km 2,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=1km 2

根据暴雨推理公式：

6

3

-0.62

P

p 103600

10134.01)-85162(0.278)F

-S 0.278(

Q ⨯⨯⨯⨯==.n

μτ

=0.64m 3/s

三、经验公式

经验公式Ⅰ：2m

p Q λμψF )S (P -=

经验公式Ⅱ：3

p Q λβF CS p

= 式中：S p ——频率为p 时的雨量（mm/h ）； μ——损失参数（mm/h ）；

ψ——地貌系数，查表为0.27；

m 、2λ——指数，查表分别为1.08，0.96；

C 、β、3λ——系数，指数，查表分别为0.025、1.40、0.95；

F ——汇水区面积（km 2） 按经验公式（1）计算

()()

96

0608

13

m p 101360010013462270Q 2

..P ..F )S (⨯⨯⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯-⨯=-=-λμψ

=2.47（m 3/s ） 按经验公式（2）计算

()()

95

034

13p 10

110

620250Q 3

..p .F CS ⨯⨯⨯⨯==-λβ

=0.361（m 3/s ）

取最大值为Q p =2.47 m 3/s ，因此只要修筑的排水设施的断面排水流量大于2.47 m 3/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A 1=2×3.14×1÷4=1.57（m 2） 断面面积A 2=(2.5+3) ×1.5÷2=4.125（m 2）

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）

21

321i R n ＝v 611R n

c ＝ 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：

y

R n c 1＝

（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。

)n (R n y 10075013052....---＝