第十章洪水波基本概念

第十章 洪水波

一、洪水波的形成及基本特征

1. 洪水波的形成

• 基本概念

• 波：是不稳定流。

• 不稳定流：是指水位、流量、流速、过水断面面积等水力要素均随时间变化的水流。

• 稳定流：是各水力要素不随时间变化的水流。

• 洪水波：在河道稳定流水面上突然注入一块儿水体，原来平静的稳定流水面受到干扰，这部分突然注入的水体不会静止而形成的一种运动的波，且在运动过程中不断发生变化，这种由于突然注入一块儿水体而形成的波，水力要素要不断随时间变化者称为洪水波。

• 波流量：施加在稳定流水面上的水体。

• 洪水波运动：波流量的运动就是洪水波运动。波流量是洪水波运动的重要标志，波流量的传播是洪水波运动的本质。

• 洪水波形成原因

• 暴雨径流 - 洪水波：流域上降了一场暴雨就会产生径流，会流到河道里，就在河道稳定流水面上施加了一个干扰，从而形成洪水波。

• 溃坝 - 溃坝波：由于某种原因，大坝倒塌后，垮坝后水库中一部分水会突然加到坝下游的稳定流水面上，从而形成洪水波。

• 闸坝放水 - 放水波：河流上建有水闸关门时，闸的上下游由于闸门的切断，水流是不连接的，如果突然把闸门打开，闸上水位会快速降低，闸下水位会快速升高，对闸下来说就是在稳定流水面上施加了一块儿水体，从而形成洪水波。

2. 洪水波的特征

• 几何特征

• 水体：指的是稳定流水线以上的附加水体，也就是形成波流量的水体。

• 波长：指的是波峰与稳定流水面交界面在水流方向上的长度。

• 波峰：指的是波体水面上一点至稳定流水面的垂直距离。

• 波峰：最大的波高称为波峰。

• 运动特征

• 附加比降：河底线对基准面的倾斜角为α，其正切就是河底比降i_0，波前水面线与基准面的交角为β，其正切就是波前水面比降i_1，波前水面线与稳定流水面线的交角为γ，其正切就是波前的附加比降i_{\Delta}。

• 相应流量：指的是洪水波同位向的流量，又称传播流量。

• 相应水位：指的是洪水波同位向的水位，又称传播水位。

• 波速：相应流量或相应水位在河道中的传播速度称为波速。

• 位相：指的是洪水波水面上任一点的相对位置。

• 洪水波的传播

• 无旁侧入流河段

• 水量平衡原理

• 推移作用：洪水波从上断面传播到下断面需要时间，所以相应流量在下断面出现的时间总是滞后在上断面出现的时间，这种现象为洪水波的推移。

• 坦化作用：河段还能使洪水波的形状发生坦化，洪水波在传播过程中，由于河槽对水流的调蓄作用，洪水波的波前变缓，波峰降低，波长增大，这种使洪水波形状趋于平缓的作用就是坦化作用。

• 洪水波的分类

• 运动波：惯性和附加比降都很小，两者之和比河底比降小的多，以至于可以忽略不计的洪水波叫做运动波。

• 扩散波：惯性比远河底比降小，可以忽略，但附加比降与河底比降量级相当的洪水波叫做扩散波。

• 惯性波：重力和阻力正好抵消支配洪水波运动的力为惯性和附加比降的洪水波叫做惯性波。

• 稳定动力波：时间惯性力很小，可以忽略不计的洪水波称为稳定动力波。

• 动力波：动力方程中 5 个力，空间惯性力，时间惯性力，压力，阻力，重力都必须考虑到的洪水波称为动力波。动力波的动力方程就是圣维南方程组的动力方程。