第8章第3节：排水流量计算课件

第八章 排水沟道系统第八章 排水沟道系统 上次课介绍的内容：上次课介绍的内容：v第一节第一节 排水沟道系统的规划布置排水沟道系统的规划布置 （1）排水系统的组成 （2）排水地区的涝渍成因 （3）排水方式及排水沟系的规划布置v第二节第二节 排涝设计标准排涝设计标准 三种不同的表达方式：（1）一定重现期的暴雨不受涝 （2）不受涝保证率 （3）设计典型年 上次课介绍的内容：第三节 排水流量计算 排水沟的设计流量是确定排水沟断面、沟道上各种建筑物规模及分析现有排水设施排水能力的依据。v设计排涝流量：设计排涝流量：确定排水沟断面尺寸。v设计排渍流量：设计排渍流量：作为满足控制地下水位要求的地下水排水流量，又称为日常排水流日常排水流量量，确定排水沟沟底高程和排渍水位。v设计排涝流量(design discharge of draining surface water)（1）定义：）定义：指排水沟为满足排涝设计标准所须保证通过的流量，又称最大设计流量。（2）计算方法：）计算方法：用流量资料推求 用暴雨资料推求 设计排涝流量(design discharge o 从理论上讲，设计排涝流量应根据排水区域内实 测的径流资料推求，但由于排水地区一般水文站少，径流资料年限短，受人类活动的影响较大。因此，排水沟道设计流量一般难以根据实测径流资料进行统计分析确定，而往往是由设计暴雨按以下几种方法计算求解。（1）地区经验公式法）地区经验公式法（2）平均排除法）平均排除法 从理论上讲，设计排涝流量应根据排水区域内实 v地区经验公式法1）适用条件：）适用条件：面积大于100km2的大型平原涝区及面积小于100km2的山丘区2）排涝（水）模数）排涝（水）模数q 定义：定义：单位面积上的排涝（水）流量，单位：(m3/s)/km23）计算方法：）计算方法：地区经验公式法q设计排涝模数，(m3/s)/km2；F排水沟设计断面所控制的排涝面积，km2；K综合系数，综合反映河网配套程度、排水沟坡度、降雨历时及流域形状等因素；m峰量指数，反映洪峰与洪量的关系；n递减指数，反映排水模数与排水面积的关系；R设计径流深，mm。平原区排涝模数经验公式平原区排涝模数经验公式q设计排涝模数，(m3/s)/km2；平原区排涝 公式中考虑了形成最大流量的主要因素。首先是反映公式中考虑了形成最大流量的主要因素。首先是反映了随着排涝面积了随着排涝面积(或流域或流域)的增大及其自然调蓄作用的增加而的增大及其自然调蓄作用的增加而排涝模数减少的情况；其次还考虑了一次径流过程的峰量关排涝模数减少的情况；其次还考虑了一次径流过程的峰量关系等。系等。必须指出，公式中将很多因素的影响都综合在必须指出，公式中将很多因素的影响都综合在K K值值中，因而中，因而K K值变动幅度较大，一般规律是；暴雨中心偏上，值变动幅度较大，一般规律是；暴雨中心偏上，净雨历时长、平槽以下径流深大，地面坡度小，流域形状系净雨历时长、平槽以下径流深大，地面坡度小，流域形状系数小，河网调节程度大，则数小，河网调节程度大，则K K值小；反之则大。当流域或地值小；反之则大。当流域或地区较大时，如果不考虑条件的差别，采用统一的区较大时，如果不考虑条件的差别，采用统一的K K值，将会值，将会影响计算成果精度。影响计算成果精度。公式中考虑了形成最大流量的主要因素。首先是反映了v设计径流深R的计算方法（1）降雨径流相关图法：）降雨径流相关图法：旱作物旱作物（P P+P Pa aR R）（2）暴雨扣损法：）暴雨扣损法：水田及水面（3）径流系数法：）径流系数法：小汇水面积及无降雨径流关系的地区设计径流深R的计算方法 公式中考虑了形成最大流量的主要因素，反映了在相同的设计降雨条件下，反映了在相同的设计降雨条件下，F越大，越大，q值愈小，反之则大值愈小，反之则大，说明随排涝面积（或流域）的增大，其自然调蓄作用增加，而排涝模数减小的情况。公式中考虑了形成最大流量的主要因素，反映了在相同的设计降 推求设计径流深，必先确定设计暴雨。设计暴雨一推求设计径流深，必先确定设计暴雨。设计暴雨一般包括暴雨历时、暴雨的大小分布诸因素，它们都和除般包括暴雨历时、暴雨的大小分布诸因素，它们都和除涝排水面积的大小有关。在我国华北平原地区，根据实涝排水面积的大小有关。在我国华北平原地区，根据实测资料分析证明，对于测资料分析证明，对于100100500km500km2 2的排水面积，洪峰的排水面积，洪峰流量主要由一日暴雨形成；而对于流量主要由一日暴雨形成；而对于5005005000km5000km2 2的排水的排水面积，洪峰流量面积一般由三日暴雨形成；所以在上述面积，洪峰流量面积一般由三日暴雨形成；所以在上述两种情况下，应分别采用一日和三日作为设计暴雨历时。两种情况下，应分别采用一日和三日作为设计暴雨历时。当除涝排水面积较小时，一般可用点雨量代表面雨量；当除涝排水面积较小时，一般可用点雨量代表面雨量；当除涝排水面积较大时，由于整个除涝排水面积上的平当除涝排水面积较大时，由于整个除涝排水面积上的平均面雨量和点雨量的差别较大，需要用面雨量计算。均面雨量和点雨量的差别较大，需要用面雨量计算。推求设计径流深，必先确定设计暴雨。设计暴雨一般包括暴 推算设计暴雨的方法有两种，一种是典型年法，即采用排水地区内某个涝灾严重的年份作为典型年，以这一年的某次最大暴雨作为设计暴雨；另一种是频率法，即当流域内有足够的测站和较长的降雨资料，用各年最大的一次面平均降雨量，直接进行面雨量的频率计算，求得设计标准的暴雨量。推算设计暴雨的方法有两种，一种是典型年法，即地区适用范围km2kmn暴雨历时淮北平原50050000.0261.00-0.253河南省豫东及沙颖河平原0.301.00-0.251金堤河15000.0960.79-0.43山东沂沭泗地区湖西地区200070000.0311.00-0.253邳苍地区1005000.0311.00-0.251河北黑龙港地区15000.0580.92-0.33320015000.0320.92-0.253河北平原地区3010000.040.92-0.333山区太原平原区0.0310.82-0.25湖北平原湖区5000.0171.00-0.2383辽宁省中部平原区500.01270.93-0.1763 我国部分地区k、m、n值地区适用范围kmn暴雨历时淮北平原50050000.026q设计排水模数，(m3/s)/km2；F排水沟设计断面所控制的排水面积，km2；Ps设计暴雨强度，mm/h；Ka流量参数，可按下表取值。山丘区排水模数经验公式山丘区排水模数经验公式v10km2F15%0.600.55丘陵区5%0.500.40黄土丘陵区5%0.470.37平原坡水区1%0.400.30q设计排水模数，(m3/s)/km2；山丘区排水n汇水面积指数，可按下表选用，F 1.0km2时，取n=1；Kb径流模数，各地不同设计暴雨频率的径流模数可按下表选用。山丘区排水模数经验公式山丘区排水模数经验公式vF 10km2时地区不同设计暴雨频率的kbn20%10%4%华北13.016.519.00.75东北11.513.515.80.85东南沿海15.018.022.00.75西南12.014.016.00.75华中14.017.019.60.75黄土高原6.07.58.50.80n汇水面积指数，可按下表选用，F 1.0km2时，v平均排除法1）定义：）定义：以排水面积上的设计净雨在规定排水时间内排除的平均排涝流量或平均排涝模数作为设计排涝流量或排涝模数的方法。2）计算方法：）计算方法：平均排除法q设计排涝模数，(m3/s)/km2；R设计径流深（某一时段内的径流总量平铺在全流域面积上所得的水层深度），mm；T规定的排涝时间，按除涝排水标准确定，d；t每天排水时间，自流排水t24h；抽排应按水泵每天运转时数计，一般为2022h。q设计排涝模数，(m3/s)/km2；R设计径流深，mm；R1、A1水田设计径流深（mm）及其面积（km2）；R2、A2旱 田、非 耕 地 设 计 径 流 深（mm）及其面积（km2）；R3、A3 河网、沟塘设计径流深（mm）及其面积（km2）。R设计径流深，mm；P设计暴雨（mm）；S水田滞水深度（mm），一般采用3040mm；E水田水田日耗水量（mm/d）。径流系数。E水水面日蒸发量（mm/d）；h沟蓄河网沟塘滞水深度（mm）。P设计暴雨（mm）；径流系数。E水水面日蒸发量优点：优点：计算简单缺点：缺点：没有反映出排涝面积越大，其排涝模数越小的规律。适用范围：适用范围：（1）水网圩区；（2）调蓄能力较差地区；（3）面积较小的排水区，小于100km2。优点：计算简单例7-2：某排涝区总面积100km2，其中旱地30km2，水田66km2，水面积4km2，试计算该地区日雨200mm2d排出的设计排涝模数。已知水面的平均滞涝水深50cm，水田允许蓄水深50mm，排涝期间的平均水面蒸发量5mm/d，水稻的日耗水强度为6mm/d，旱地径流系数为0.6，每天排水时间22h。例7-2：某排涝区总面积100km2，其中旱地30km2，v设计排渍流量(design discharge for draining subsurface water)（1）定义）定义设计排渍流量设计排渍流量为使作物免受渍害而需要的排水流量,m3/s。排渍模数排渍模数单位面积上的设计排渍流量，又称设计地下水排水模数,(m3/s)/km2。设计排渍流量(design discharge f（2）影响因素：）影响因素：地下水补给类型、地区气候特点、降雨、蒸发条件、土质条件、水文地质条件和排水系统的密度等。（3）计算方法：）计算方法：对于排渍模数，一般难于进行理论分析，给出计算公式，根据实测资料分析确定。（2）影响因素：地下水补给类型、地区气候特点、降雨、蒸发条件土质排渍模数(m3/s)/km2轻砂壤土0.03-0.04中壤土0.02-0.03重壤、粘土0.01-0.02 根据某些地区的资料，由降雨而产生的设计排渍模数可参照下表选择。土质排渍模数(m3/s)/km2轻砂壤土0.03-0.0 下次课准备介绍的内容：下次课准备介绍的内容：v第四节第四节 设计内外水位的选择设计内外水位的选择 v第五节第五节 排水沟设计水位和排水沟断面设计排水沟设计水位和排水沟断面设计 下次课准备介绍的内容：