小桥涵工程水文计算理论研究――小流域面积暴雨洪峰流量数解法

学分网匚至J xuefbncom论文发表 论文下碇小桥涵工程水文计算理论研究小流域面积暴雨洪峰流量数解法The Number of Solution of Rainstorm Peak Flow in Small Drainage Areamathematics solution for the discharge of flood peak during a rainstorm in small drainage area刘俊叶镇国UU Jun YEZhenguo241作介:刘俊(19800 .男,江西碱上境市信州区交通局助理工看断;叶慎国,男,湖南大学土木工程学院教授. ： 甫洪生流曾是希浦孔径总计的关健依 据本文也立了数解法的理论关系,引入了电算程 序，破解了传垸国解法原理在目前水文计算中,本 文是率先提出的新计II方法关:桥涌孔径:湃流;败脩法中阳分类号:TV214 文标识码:B 文京期号:1008TM22( 2009 W5-O241-O2I前言小桥涵工程地处小流域面枳出口,其孔径 大小关厘依据是流域内暴雨洪峰流量何.20世 e 90年代以来，国家为此还诡布了一系列最新 工程设计标准及最新研究成果(如公路桥涌勘 费设计规范JTJ0624全国&币参数m.Q及C 。等值线图).提高了工程设计的安全指标,提 供了更为科学的计算资科但是,20世纪至今仍 然只是用一种专用曲线图(如图1)皆找有关叁 故，再按推理公式计算暴雨洪峰流值(简株图解 法).但因图申曲线数少，曲帼较小，并缺乏制图 原理明示,且多次搐绘刊印港免变形，查图不但 存在误差，而且会受主观定量影响，因人而异. 同时,还难以发挥现代计算技术的作用，这表 朗，图孵法已不能更好地适应当代科技发展彬 势，微为必要作更新研究.为此，本文按照流域无流原理建立了小流 域面积导雨洪流解算理论公式,破解了图I 制图以理,并引入电算手段,运用数解法计算暴 前洪峰流量,日*在水文计算中尚属最新方法本文计算方法已在湖南大学爰映亭以下片 区前水捧水工理设计中得到实际应用，工程运 用十余年效果良好,不再发生雨水管沟浅总问 画;此外.本文it本内容办已收入通商大学土木 工程学院叶轶国教授编著或主编的冰力学与 桥涵水文,木工程水文学),冰力学及桥涵 水力等全国高校教材，井成了该软材独具的创 新特色之一，至今已更复印刷发行十余次.2数解法计算理论小流域面积暴雨洪濠推算常用推理公 K,沿用至今已近200年,它集合考虑了设计标 准,流域范网的地形、地貌与气象要索，舄半成 因分析法推理公式的常用形式有：QY0.278 攀 F= Q(FtLJtp .m.n.AxJ2票H.=HM(2)6产股4 6Coi = 3.5 C 命/式中：i流域量大汇流历时6)；W暴雨洪峰径流系数，它等于，时段 内净雨与毛雨侏扣除土入港等损失的 雨量)之比 0W i(h)时,有最新等值线图可鱼用；P设计算率何查G85020 K94新标准);Ko.Op一设计变率及离均系数；H-A一收计24小时南置(mm)及南 力(mm/h);LI-主河沟长度M及主河沟平均比 降似小数计)；-土罐平均入港率(mm/h)及流域 汇流。散,有经验值或经验公式查算其中F.L.1表地形因索i.m表地貌因素， n表气象因索N .7表洪修流形成因素由上 可知,F.Ui，m,n,C.均可查算,待求做只有 两个如图2所示，同一会度过程线” 与土境平均入海率=Con。加后，净甫与 毛雨量可有两种情况,按定义有：时2二(JD8B2a) I上。时,W 酒制图2b) !式中：净雨历时6),海域中地面径流开始 到结束的降雨历时，又称产流历时；Hr时段内的最大降雨,又称毛雨 (mm);r时段内的最大净雨 (mm)当“0 时，hrMTH,W, wL HW 04W CL8B2 w定义关系苒类情涅 a)U t b)lcn)t = W=J(4)g时，”网力，Iw t :仙h)027公* !二 二耳尸忆ga-n)留学分网匚电J xuefoncom论文发表 论文下碇B3效第法程序框阳c246)时尸。-0)24愠叩向&24式中:。一径沆系数,有经验值可查tc,wn 时,有f= =中七一,六=0W n)(8)式中mn,|i均为已知值,分别在wn的范围联值，可得一系另点据。M),由 此可绘制图1中的wbn曲线，由公式或 中，因0nvl,0w 4，由公式知：时,V T时,W n,也可制三To7-n曲线0E 1所示)，对于任一流域，出， 电A.确定后，由。在991中可先确定W,值.再在图中Lrf曲线上查算得力值，将w., To“代入公式即可得Q*QJw.r，由此可 见:公式.即图I曲线的绘制与应用 的理论依据.3数解法计算步骤3概述如上所述2门可看确定解.但小,%的取 值，按具定义，取值还受到所取6, “数值的制 约,若取n =、,则由此计算所得的t.值应满足T.41 (h) (h-小时符号)，若取n=%,则应有 %16).此外，除公式可分震变量来牛外, ,公式(4)则无分离变量直接解算w .只能试算求 解,若引入电算手段.自然十分简便.由此定量 求解甲,T当比图解法精确合理.可免图解法的 种种不足.试算可分两步进行：(D假设T,G 1 8,由此取rfh,由公式 (7),得f产川W 5)必初nj计算仁装若旧产f(W，则w=w按公式(5)可得(5)复核初设t=I (h)条件，若1 6) ,财 甲“即所求，由此Qr=Q6.nJ(6)若n I (h) .刘再取n=n?按上述步果 电算W y，,而后确定Q* Q frr.V )(7)若取n,.n2平匀值,则步骤，可看 略,计算符更筒便.3.2数解法程序检图为便于电算，特提出下述糖图供读者参考: 视图34算例已知：F =lKm2,H100mm,C=0.5.3.5Cn=0.8,yi0kmJ=2%,P=l%,求 GU解法I(图做法):求,A*C0 = 3.44.5X05 =1,75得92.74现参考文献1)Hg : & 心二 2.74 x 100 = 274mmM=景7=145.1137mm/h计算U按274mm查专用表现参考文献1) 0=0.65h产。=0&x274. 178.】mmtc=(-A - ( J%；而)乩=8.5(h)0.8x145.1137由公式(6)将p= Qf侪(争土=。-086。乐之=5.2393 mm/h(3)计算 w、t、Qe壹有关经验值现参考文献1) * m=Q6,由 公式得tt 28.52(h).一兽里x些二0.5268%,145.1137由图1御W=0.62,力士35.3648(h)由公式得c s8a 劲上62xI45. 1137q.278 寸 F.278X ”3%产=1.44314 m3/s解法2徵解法)暂取W F0.62 0=1.44310?/$里乌二哨黑旬云30%以 1.470由上计算表明.敬斛法比图解法的流计 算结果大30%5结语51本文数解法有理论依据，解算简便，还 可以制成计箕软件,使计算更具规范化5.2 效解法结果不存在图*法的种种问题. 其解算结果比图解法大，提高了精通运用安全 率，制到是近年来气候异常.洪灾U频，数解法 将更有实用意义5.3 本文研究结果也适用于厂矿企业区，南 水排水管沟直径设计、小型水库水域及城呗排 洪堤高设计并可以与被新设计规范及最新科 研成果相匹配参考文献：I叶缴国编蓍.水力学与桥涵水文(本科用),北 京:人民交通出版社,1998.叶领国主编.水力学及桥涵水文(专科用),北 京:人民交通出版社为5.13陈家埼等小流域，雨洪水计算问题.北京:中 国工业出席社.197月(4J陈家琦,张蔡肃,小酒域暴南洪水计算北京:水 利电力出版社,I985.(5J铁道部第二勘测设计院主编,桥演水文,北京: 中国铁道出版社,1993.(6)交通部公路规划设计院主编.公路桥涵勘利设 计规瑟5必241) .北京:人民交通出版社. 1992.242