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'第九章地表水流SurfaceFlow 本章主要内容洪水波的形成及传播(Formationandpropagationoffloodwave)1运动波和扩散波(KinematicwaveandDiffusionwave)2槽蓄理论和槽蓄方程(Storagetheory&Storageequation)3 Part1Formationandpropagationoffloodwave洪水波的形成(Formationoffloodwave)A洪水波特征(Floodwavecharacteristics)B洪水波运动(Movementoffloodwave)C洪水波水力要素极值的出现时间特征(Occurrencetimeofextremevaluesofhydraulicelements)D Part1Formationandpropagationoffloodwave1-1Formationoffloodwave波洪量在波速度作用下从河道上游向下游运动——洪水波运动（movementoffloodwave）波流量：由于突然注入一定水量而在河道里增加的流量称为波流量形成原因：暴雨径流，闸坝放水。PRECIPITATION Part1Formationandpropagationoffloodwave1-2Floodwavecharacteristics1)几何特征(Geometriccharacteristics) Part1Formationandpropagationoffloodwave1-2Floodwavecharacteristics1)几何特征(Geometriccharacteristics)波体(mainbodyoffloodwave)，即洪水波本身，初始稳定流水面上的附加部分水体.波高(waveheight)，波体轮廓线上任一点相对于稳定流水面的高度。最大波高称为波峰(waveridge,crest,top,summitpeak).波长(wavelength)，波体与稳定流水面交界面的长度。 Part1Formationandpropagationoffloodwave1-2Floodwavecharacteristics2)附加比降(Additionalslope)轮廓线相对于稳定流水面的比降稳定流水面比降为洪水波水面比降为涨洪段（波前），是正的，落洪段（波后）是负的. Part1Formationandpropagationoffloodwave1-2Floodwavecharacteristics3)相应流量与相应水位(Correspondingdischarge(waterlevels,stages))洪水波轮廓线（水面线）上某一位相的流量称为相应流量，某一位相水位称为相应水位.峰值的位相最重要.相应于洪峰位相的流量或水位称为相应洪峰流量或相应洪峰水位. Part1Formationandpropagationoffloodwave1-2Floodwavecharacteristics4)波速(Wavevelocity)洪水波的运动速度。相应流量或相应水位的传播速度。 Part1Formationandpropagationoffloodwave1-3Movementoffloodwave在某一固定断面，可以测得和过程。为了比较洪水过程随河长的变化，可以在河段内设置上、下两个断面，进行观测，得和。若河段无旁侧入流，则洪水波运动特点一般表现为：（1）洪水总量相等；（2）相应流量（包括洪峰流量）在下断面出现的时间一定迟于在上断面出现的时间，它们的时间差称为传播时间；（3）相应流量在传播过程中有的会增加，有的会减少，有的可能不变，形状发生坦化(attenuation)扭曲(distortion)I(t)O(t)Qt Part1Formationandpropagationoffloodwave1-4Occurrencetimeofextremevaluesofhydraulicelements比降、流速、流量、水位最大比降出现之后出现最大流速、最大流量、最高水位 Part2KinematicwaveandDiffusionwave洪水运动的水力学描述(Hydraulicdescriptionoffloodwavemovement)A洪水波的分类(Classificationoffloodwave)B运动波及其特征(Kinematicwave)C扩散波及其特征(Diffusionwave)D Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-1HydraulicdescriptionoffloodwavemovementSaint-VenantEquations连续方程(Continuityequationormassconservationequation)动力方程(Momentumequation)河底比降摩阻比降 Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-2Classificationoffloodwave时间惯性力(局地惯性项)Localinertiaterm空间惯性力(迁移惯性项)Convectiveinertiaterm压力(Pressure)重力(Gravity)阻力(Friction)Inertiaforce Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-2Classificationoffloodwave1976年，英国人Ponce对洪水波进行了分类(classificationoffloodwave)洪水波惯性项附加比降项阻力项河底比降项局地惯性项迁移惯性项运动波×××扩散波××惯性波××动力波 Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-2Classificationoffloodwave洪水波类型适用范围运动波山区性河流、坡面流扩散波河流中下游，尤其中游惯性波湖泊性水库动力波平原水网区、感潮河段区 Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-3Kinematicwave运动波的H～Q关系为单值关系 Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-3Kinematicwave消去H：运动波波速解此方程称为流量演算解此方程称为水位演算 Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-3Kinematicwave(1)特点：(2)C总是为正的，从上游向下游传播证明方法一：证明方法二： Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-3Kinematicwave(3)利用偏微分方程特征理论，可求得上式的等价方程为：说明波流量不随时间变化 Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-3Kinematicwave若每个波流量的速度一样，这一现象称为推移作用.运动波在传播过程中相应流量不发生变化（推移），但若C随Q变化，则洪水波会扭曲现象（Distortion）,导致洪水波破碎。若C随Q变化波的破碎 坦化(attenuation)和扭曲(distortion)Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-3Kinematicwave Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-4Diffusionwave涨洪：落洪：对于同一水位: Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-4Diffusionwave如何判断河道内发生了运动波或扩散波，应点绘水位-流量关系。若H~Q为逆时针绳套关系，则为扩散波。消去H得： Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-4Diffusionwave扩散波波速消去Q,得：上面的C、μ同上面的说明.C>0,说明扩散波总是从上游向下游传播。利用偏微分方程理论得： Part2KinematicwaveandDiffusionwave2-4Diffusionwave因此，扩散波在运动过程中有如下特点：拐点处的流量，由，所以保持不变。两个拐点之间的流量，包括洪峰流量在内，由于，所以发生衰减。对于其余流量，由于，所以不仅不衰减，反而有所增加。 Part3Storagetheory&storageequation1河槽调节作用和河段水量平衡方程(Storageeffectsofariverchannelandwaterbalanceequationforareach)2槽蓄方程(Storageequation)3洪水波运动的水文学方法(Hydrologicalmethodoffloodwavemovement)4特征河长(Characteristicriverlength)5槽蓄曲线的特性(NatureofStorage-dischargecurve) Part3Storagetheory&storageequation3-1Storageeffectsofariverchannelandwaterbalanceequationforareach涨洪：落洪：H~Q关系线的绳套越大，河流调蓄作用越大。水量平衡方程：I(t)O(t)Qt(运动波) Part3Storagetheory&storageequation3-2Storageequation槽蓄方程与其影响因素之间的关系式：槽蓄方程的一般形式 Part3Storagetheory&storageequation3-3Hydrologicalmethodoffloodwavemovement〔∵〕 Part3Storagetheory&storageequation已故美籍华裔学者林斯雷教授认为：河槽蓄量分为柱蓄与楔蓄两部分。以上断面入流I和出流O为参数的河段蓄量表达式为：3-3Hydrologicalmethodoffloodwavemovement Part3Storagetheory&storageequation量在槽蓄量中的相对权重，一定程度上反映了楔蓄对流量演算的作用。如果河槽调蓄作用大，则x小，反之x大。例如，对水库而言，入流量不起作用，x≈0；若波流量在转播过程中不衰减，即洪水波为运动波，则x=0.5；绝大多数河流其x=0～0.5之间。为洪水波上游到下游的传播时间;系数x表示上、下断面流其中假定，3-3Hydrologicalmethodoffloodwavemovement Part3Storagetheory&storageequation说明：水文学方法做了一些假设，方程可能只描述某种洪水波运动。水力学方法可描述各种洪水波运动，比较严密。对于运动波，3-3Hydrologicalmethodoffloodwavemovement Part3Storagetheory&storageequation3-4Characteristicriverlength若一河段长，其下断面因水位造成的流量变化与比降造成的流量变化正好抵消,称此河段长为特征河长(抵偿河长)(1957年苏联人提出了特征河长的概念)当河长时， Part3Storagetheory&storageequation3-4Characteristicriverlength Part3Storagetheory&storageequation3-4Characteristicriverlength Part3Storagetheory&storageequation3-4Characteristicriverlength当河长时，当时，洪水波为运动波，。扩散系数μ与特征河长l具有同等的物理意义。 Part3Storagetheory&storageequation3-5CharacteristicsofStorage-dischargecurve蓄曲线的坡度就是河段的传播时间。槽蓄曲线的这一性质是确定槽蓄系数的重要依据。 水文学原理PrincipleofHydrology本章结束，谢谢！'