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水文计算中的集中时间

分水岭的集中时间是降雨降落在分水岭的水文最远点到达其出口所需的时间。集中分水岭时间是值得关注的，主要是因为它被用作确定设计暴雨降雨强度的风暴持续时间，用于合理计算峰值暴雨水径流率的方法。

集中时间用于此设计风暴持续时间，因为它将给出给定重复间隔的最大峰值暴雨水径流率。其基本原理如下:对于风暴持续时间小于集中时间的情况，风暴将在整个流域的径流到达出水口之前结束，因此整个流域永远不会在出水口贡献流量。对于持续时间大于集中时间的风暴，其持续时间将超过整个流域开始在出口贡献流量的时间，但持续时间较长的风暴在重复间隔相同的情况下强度将低于持续时间较短的风暴。因此，持续时间等于集中时间的风暴确实会在特定的重复间隔内给出最大峰值暴雨水径流率。

好了，这就是为什么我们对浓度时间感兴趣，现在继续往下看如何计算给定分水岭的浓度时间。

估计浓缩时间的方法

已经开发了许多不同的经验方程，用于计算不同类型流域的移动时间和集中时间。这些包括Izzard方程，Kerby方程，Kirpich方程，Manning运动学方程，国家资源保护服务(NRCS)方法，Bransby Williams方程和Manning方程。

本文将讨论其中三个方程。曼宁运动方程将被提出用于陆地片流，NRCS方法将被提出用于浅集中流动，曼宁方程将被讨论用于通道流动。这三种计算旅行时间的方法是美国土壤保持服务(SCS)在本文末尾的第一篇参考文献中推荐的。这些方法也给出了第二参考，爱荷华州雨水管理手册。

通过曼宁运动方程计算旅行时间的Excel电子表格模板

Manning运动学方程显示在右侧的方框中，适用于美国和S.I.单位。

式中的参数为:

  • t1 =地表流动径流旅行时间，min(注:许多地方显示常数为0.007，以小时为单位的美国单位。这些方程都给出了以分钟为单位的旅行时间。)
  • n=曼宁粗糙度系数，无量纲
  • l=流道长度ft (S.I. - m)
  • P= 2年24小时降雨深度，单位(S.I. - mm)
  • 年代=地面坡度，ft/ft (S.I. - m/m)

配备动态Eqn US单元的旅行时间

左边显示的Excel电子表格模板图像被设置为计算陆上表流

曼宁运动方程SI单位

基于为上面列出的其他参数输入的值，使用曼宁运动学方程计算行程时间。在这篇文章的三个参考文献中，都有不同地表流动条件下的曼宁粗糙度系数的数值表。

点击这里下载n个值的表格根据参考文献#2中的信息编制。

在接下来的几节中，将分别介绍和讨论用于计算流域集中时间的总体电子表格的其他部分。整个电子表格的美国版和国际版可以从本文末尾第2页的链接下载。

用NCRS方法计算旅行时间的Excel电子表格模板

本文的参考文献#1建议使用不超过300英尺的Manning运动学方程，参考文献#2建议该方程的L不超过100英尺。这两种方法都推荐使用NCRS方法，用于通常在100到300英尺内进入分水岭的浅集中流。NCRS方法采用的方法是首先根据地表类型和坡度计算浅层集中流的速度。然后用行程长度除以流动速度来计算行程时间。NCRS方法方程如下:

  • t2L / (60 v) =(适用于美军或特种部队)

    旅行时间与NCRS方法美国单位

  • V = 16.1345 s0.5美元单位(V = 4.9178 s0.5 (si单位))用于未铺设的表面

  • V = 20.3282 s0.5美元单位(V = 6.1960 s0.5 (si单位))用于铺装表面

方程中的参数及其单位为:

  • t2为浅集中流的行进时间，单位为分钟(美国或S.I.单位)
  • l流道的长度是英制单位ft还是英制单位m
  • V美国的流速单位是ft/sec，印度的流速单位是m/s
  • 年代是流道的斜率，对于美国或S.I.单位都是无量纲的

右上方显示了一个Excel电子表格模板，该模板将使用NCRS方法计算浅集中流的行程时间。它是总体集中时间Excel电子表格的一部分，可以通过本文末尾的链接下载。

Excel电子表格模板的旅行时间由曼宁方程

Manning方程被广泛应用于明渠流量计算，在前两篇参考文献中都推荐使用Manning方程来计算流域径流路径中任何通道流量部分的行程时间。这部分电子表格中使用的方程如下:

  • 美军部队中的曼宁方程式:Q = (1.49/n)A(R2/3 * *) (S1／2) * *

    旅行时间与曼宁方程美国单位

  • S.I.单位中的曼宁方程:Q = (1.0/n)A(R2/3 * *) (S * * 1/2)

  • R = a / p

  • V = q / a

  • t3.L / (60 v) =

方程中的参数及其单位为:

  • 问=美国单位的cfs通道流速或si单位的m3/s
  • V=美国单位的平均流速(ft/sec)或国际单位的平均流速(m/s)
  • R=通道的水力半径(= A/P)，单位为英尺(美制单位)或m(国际标准单位)
  • 一个=通道横截面积，单位为美国单位(ft2)，单位为国际单位(m2)
  • P=通道的湿周长，单位为ft，单位为si，单位为m
  • 年代=通道底部斜率，这是任意一组单元的尺寸
  • n=通道曼宁粗糙度系数
  • l=流道长度，单位为ft，单位为si，单位为m
  • t3 =通道流动的旅行时间，单位为min

右上方显示了使用Manning方程计算通道传播时间的Excel电子表格的图像。这是集中分水岭时间的整体Excel电子表格的一部分，可以在下一节的链接中下载美国或国际单位的电子表格。有关曼宁方程计算的其他背景知识和更多可下载的Excel电子表格，请参阅文章。使用Excel电子表格公式进行统一明渠流量/人员调度方程计算”。

用于计算集中时间的Excel电子表格

总流域集中时间是最后三节中所计算的所有旅行时间的总和。一个完整的Excel电子表格模板，包含上面描述的曼宁运动学方程、NCRS方法和曼宁方程计算的模块，以及汇总所有旅行时间以获得集中的流域时间的规定，可以通过点击下面的适当链接下载美国或S.I.单位。

点击这里查看美国单位的电子表格．

点击这里查看S.I.单位的电子表格．

参考文献

进一步资料参考:

1.美国土壤保持局，技术说明-水文编号N41986年6月17日。

2.爱荷华州雨水管理手册，集中时间部分．

3.田纳西州诺克斯县雨水管理手册，关于Rational方法的部分．

4.哈兰·H·本特森，暴雨下水道水力设计，包括Excel的使用，PDH学分的在线继续教育课程。

这篇文章是该系列的一部分:计算峰值雨水径流率的合理方法

Rational方法被广泛用于计算各种雨水管理应用的峰值雨水径流率。雨水径流计算需要考虑流域面积、径流系数和设计降雨强度。

  1. 设计峰值暴雨水径流率和峰值降雨的电子表格
  2. 计算合理方法中使用的设计降雨强度
  3. 用于合理方法计算的径流系数
  4. 计算集水时间
  5. 暴雨峰值径流率的合理计算方法