槽蓄原理在线视频

各位同学大家好

欢迎来到桂林理工大学慕课水文学

我是环境科学及工程学院

水文与水资源专业的范玉洁老师

这一节我们讲的主要是槽蓄原理

槽蓄原理呢主要体现的是

槽蓄量以及它的影响因素之间的关系

我们力图寻求槽蓄量与其影响因素的一种函数关系

以备后来的汇流做准备

要学习槽蓄原理

需要几个问题

第一个就是

对于河段水量平衡方程的把握

其次是

河段蓄水变量的变化

首先是河段水量平衡方程

河段水量平衡方程由河段的入流量

出流量

和河段的蓄水变量来表示

它的具体形式是

河段的入流量IQ

与出流量Q差值

等于本时段的河段的蓄水变量值

河段的蓄水变量值

在我们水文学里也记河槽的调蓄作用

通过河段的需水量的变化

实现了河槽的水量变化值

具体的我们看河槽的调蓄作用

当河道是稳定流时

代表着河道的入流量和出流量

相等

河槽的调蓄量值或河段的蓄水量变量值是零

当河段是非稳定流时

入流量和出流量有三种情况

当入流量大于出流量的时候

河段的水量增加的时候

当入流量小于出流量的时候

是河段的水量减少的情况

当入流量等于出流量时

是河段水量没有变化

着三种也分别代表了

河流的一个自身的调蓄作用

对于河流的调蓄作用我们可以通过上面的水量平衡方程

以及非稳定流的时候

三种情况

我们给出一个概念

就是河槽的调蓄作用

具体来讲是涨洪的时候

有一部分水量暂时蓄存在河段中

落洪的时候这部分水量又会慢慢地泄放出来

那么可见河段的容积

即槽蓄起着调节洪水的作用

这种现象就是我们所谓的河槽的调节作用

河槽调节作用与洪水波的附加比降

密切相关

附加比降大的河槽调蓄作用就大

附加比降小的河槽调蓄作用相应也小

而体现这种调节作用的就是我们要说的槽蓄方程

所谓的槽蓄方程就是

河段蓄量与其影响因素之间的关系

或者是函数

那么我们来看一下槽蓄方程

对于一个河段的蓄量与河段中的水位沿程分布

是息息相关的

而河段中每一段位的水位与流量

又存在一定的关系

所以槽蓄量就是流量沿程分布

和断面水位流量关系的函数

那么可以用以通式来表达

W等于函数符号流量沿程分布

以及断面水位流量关系

这是一个槽蓄方程的通式

对于槽蓄方程来说

稳定流和非稳定流

是两种截然不同的情况

稳定流时河段槽蓄量与河段中的稳定流量

呈单一关系

在非稳定流中

设河段的水面线为直线

当河段中断面水位保持不变时

河段槽蓄量即保持不变

这可以由我们数学中的体积公式获得

那么由于附加比降的影响

河段的槽蓄量与河段下断面流量

可能存在着三种情况

第一种情况是下断面涨洪时的流量

大于落洪时的流量

当以槽蓄量W为横坐标

Q为纵坐标时

WQ为顺时针绳套关系

第二种情况 下断面涨洪时的流量

大于落洪时的流量

以槽蓄量W

和下断面流量Q为纵坐标

WQ是单值关系

第三种情况 下断面涨洪时的流量

小于落洪时的流量

以槽蓄量WQ为纵坐标

WQ形成的为逆时针绳套关系

而对于槽蓄方程来讲

我们为了汇流的计算

最主要是能够获得

槽蓄量与流量间的单值关系

那我们来看看 为了要获得其单值关系

引入了特征河长的概念

那么特征河长我们来看一下

什么是特征河长

特征河长就是

使下断面由水位引起的流量变化

正好与由附加比降引起的流量变化

抵消时的河段长度

蓝色线表示稳定的流水面线

黑色线表示涨洪时的水面线

红色线代表落洪时的水面线

那么涨洪的时候在中断面水位保持不变的情况下

下断面水位比稳定流时降低

可使下断面水位减少

但此时水面比降比稳定流时有一个增量iΔ

这个增量导致下断面流量增大

落洪的时候 在中断面水位保持不变的情况下

下断面水位比稳定流时升高

导致下断面流量增大

而此时水面比降比稳定流时减小

也就是说附加比降减小

又可导致下断面流量减少

而特征河长是使这两个增加量减小量正好相等时的河长

说了这么多 特征河长的计算是我们关心的

也就是为了以后推求汇流过程

怎么求得一个河流的特征河长

河流中任一断面的流量值

我们可以表示为水面

比降和河段水位的函数关系

以全微分形式表示

如图所示

当特征河长时 意味着流量变化

为零

水位变化

和附加比降之间的关系

通过曼宁公式

Q等于K根号水面比降

导得特征河长的计算式

是与稳定流情况下的流量和水面比降

有关的函数式

那么最终的函数形式是

L等于稳定流时流量Q0

比上一个水面比降或附加比降

乘上

稳定流状态下的

水面流量关系斜率的导数值

这是特征河长的求算式

那么针对于特征河长

把非稳定流情况下

槽蓄量和流量联系起来

那么当河段长

不是特征河长时

是否能建立一个单值关系

这是我们第三个问题

不同河段长时

槽蓄量和断面流量关系

当河长大于特征河长的情况时

涨洪的时候水位变化引起的

流量的减少量

大于附加比降引起的流量的增加量

导致下断面流量小于稳定流时的流量

落洪时水位变化引起的流量的增大量

大于附加比降引起的流量的减小量

使下断面流量大于稳定流时的流量

当河段长大于特征河长时

我们的流量和槽蓄量

形成的函数关系

是一种逆时针绳套形式

正式由于这种关系

导致了在此种条件下

是先出现河段最大蓄量

后出现下断面最大流量

当河长小于特征河长时

涨洪的时候水位变化引起的

流量减小量

小于附加比降引起的流量增大量

使下断面流量大于稳定流时的流量

落洪时水位变化引起的流量增大量

小于附加比降引起的流量减小量

使下断面流量小于稳定流时的流量

那么形成的槽蓄量和下断面流量

之间的函数关系是顺时针绳套关系

那么这种关系导致的是下断面最大流量先出现

然后出现河段的最大蓄量值

第三种情况

当河段长等于特征河长时

槽蓄量和下断面的流量值是

单值关系

也就是

槽蓄量值

和流量值

关系为 槽蓄量值

等于K倍的流量值

那么K就是所谓的槽蓄系数

这是槽蓄方程的一般形式

那K值在性质上相当于

河段传播时间

本节到现在就全部讲完了

谢谢大家