第一节暴雨推理法

1教案用纸学科路基路面工程第六章小桥涵设计流量推算第一节暴雨推理法审批签字授课时数授课方法教具授课班级教学目的1、暴雨推理法的概念及主要内容2、掌握暴雨推理法的基本公式及计算方法教学重点和难点1、暴雨推理法的概念及主要内容2、暴雨推理法的基本公式及计算方法复习提问1、河流是如何形成的？通常用什么来描述它的基本特征？2、什么叫地下水？如何分类？3、影响径流的因素有哪些？教学内容、方法和过程附记一、原理及步骤1、原理（概念）：暴雨推理法是运用成因分析与经验推断相结合的方法，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。它是一种半理论半经验的计算方法。它适用于2100kmF的流域。暴雨推理法主要依据全国的暴雨力等值线图和雨递减指数及桥涵位的勘测数据，按经验公式进行计算。2、步骤：1）根据桥涵位置所处不同地区查雨力等值曲线，确定频率为P的雨力pS；2）确定汇水区几何参数，包括汇水区面积、主河沟长度、主河沟平均坡度；3）计算损失参数和汇水时间；4）按公式计算设计流量pQ。二、基本公式及适用情况1、暴雨推理公式1）交通部公路科学研究所推理公式：FSQnPp）（278.0（6-1）式中：pQ—设计频率为P的洪峰流量（m³/s）；2教案用纸附页教学内容、方法和过程附记pS—设计频率为P的雨力（mm/h），查所在地区水文手册或全国等雨力图（图6-2、6-3、6-4）；—损失参数（mm/h）；n—暴雨强度递减指数（查图6-5及表6-1）；—汇流时间（h）；F—流域面积（km²）。公式（6-1）是1980年代初交通部公路科学研究所主持，若干公路部门参加制定的暴雨推理公式。应用范围为流域面积在100km²以下。2）损失参数按下试计算：（秦岭—淮河一线，就是我们常说的中国南北地理分界线，此线南北，无论是自然条件、农业生产方式，还是地理风貌以及人民的生活习俗，都有明显的不同。）（1）北方多采用的公式：11PSK（6-2）（2）南方多采用的公式：FSKP22（6-3）其中：1K、2K—系数，查表6-3，表中土壤植被分类见表6-2；1、2、—指数，查表6-3。3）汇流时间按下式计算：1）北方多采用的公式：1)(3ZILK（6-4）（2）南方多采用的公式：32)(4PZSILK（6-5）其中：—汇流时间（h）L—主河沟长度（m）；zI—主河沟平均坡度（‰）pS—设计频率为P的雨力（mm/h）；3K、4K—系数，查表6-4表中；1、2、3—指数，查表6-4。2、经验公式：经验公式主要是在相似水文分区内，利用一定数量的资料，在设计洪峰流量与流域自然地理因素和气候因素之间建立相关关系，用来估算本地区或无资料的同类地区的设计洪峰流量。由于经验公式都是根据某一地区的实测3教案用纸附页教学内容、方法和过程附记资料建立的，与所依据的资料情况和地区特征值有直接关系，具有一定的地区性和局限性，其计算结果的可靠程度也取决于所依据的资料。一般是选择几个主要影响因素组成的计算公式，可分为单参数形式和多参数形式。经验公式I：2)(ASQmPP（6-6）经验公式II：3ACSQPP（6-7）式中：pS—设计频率为P的雨力（mm/h）；—损失参数（mm/h）；—地貌系数，查表6-5；m、2—指数，查表6-5可得；C、、3—系数、指数，查表6-6；其余符号意义同前。三、算例：宁夏的兰-银公路宁夏某桥，地形为黄土丘陵区，其汇水面积F=32km²，主河沟长L=8m，主河沟平均坡度zI=16‰。该桥工程点无实测流量资料，现用暴雨推理公式推求频率P=2%时的流量，并用经验公式参证。解：1、用推理公式计算：FSQnpp)(278.0%21）查雨力pS图6-3得hmmQP/50%22）汇流时间值的计算（北方公式）：1)(3ZILK查表6-4得：丘陵区3K=0.38，1=0.21故hILKZ44.016838.0)(21.031）（3）确定暴雨递减指数n值：先查图6-5，该地区为黄土丘陵区II，再查表6-1，当=0.44h，应取n=0.584）损失参数值计算（北方公式）：11%21pSK查表6-3，IV类土1K=0.93，1=0.86故hmmx/89.265093.086.05）以上数值代入流量计算公式：4教案用纸附页教学内容、方法和过程附记hmxxQP/47732)89.2644.050(278.0358.0%22、按经验公式I推算：2)(ASQmPP查表6-5得：=0.308；m=1.32；2=0.60；前已求得hmmQP/50%2；hmm/89.26故hmxxFSQmPP/15632)89.2650(38.036.032.1%22）（3、按经验公式II推算：3ACSQPP查表6-7得：C=0.061；=1.51；3=0.60故hmFSCQpP/17932*50*061.0**36.051.1%2%23因为经验公式求得的流量小于暴雨推理公式求得的流量，故该桥可按暴雨推得的流量进行设计。四、小结：本次课学习了暴雨推理法的概念、主要内容、基本公式、算例；通过学习我们要了解暴雨推理法的概念及主要内容，掌握暴雨推理法的基本公式及计算方法；为公路工程的小桥涵设计流量的推算打好基础。五、作业布置：1、暴雨推理法计算小桥涵设计流量的原理和适用条件各是什么？2、课后复习思考题的第三题。即宁夏的兰-银公路宁夏某桥，地形为黄土丘陵区。其汇水面积F=32km²，主河沟长L=8m，主河沟平均坡度zI=16‰。该桥工程点无实测流量资料，现用暴雨推理公式推求频率P=2%时的流量，并用经验公式参证。5一、水力因素（1）过水断面凡垂直于所有流线所取的横断面，称为过水断面，过水断面面积常用A表示，单位为2m。（2）流量单位时间内流经过水断面的液体体积称为流量，常以Q表示，单位为sm/3。（3）断面平均流速过水断面上各点流速的加权平均值，称为断面平均流速，用v表示，单位为sm/3。由定义可知：AvQ（4）湿周液流过水断面和固体边界接触的周界线长，称为湿周，以表示，单位为cm或m。边界的粗糙程度用粗糙系数n表示。（5）水力半径过水断面面积与湿周之比称为水力半径，以R表示，单位为m。其数学表达式为：R=A/(9-1)（6）平均水深h过水断面面积A和水面宽B的比值，即h=A/B，单位为m。当水面宽度B大于水深10倍以上时，B，则hR。（7）河床比降河底单位流程的落差称为河床比降，用i表示。，水力计算中比降用小数表示。二、水流分类根据水流水力因素随时间、空间变化的性质，水流可分为：（1）恒定流与非恒定流水力因素不随时间变化的水流为恒定流，相反为非恒定流。（2）均匀流与非均匀流水力因素不随空间位置的变化为均匀流，相反为非均匀流。非均匀流根据上下游水流变化的缓慢或者急剧，分为渐变流和急变流。（3）缓流和急流根据水流流态的缓急或水流在过水断面的总比能中比动能与比势能的相对比例分为缓流和急流。一般用弗汝德数rF来判别水流的流态，当rF1时，为缓流；当rF1时，为急流；rF=1时，为临界流。