流域产流与汇流计算课件.pptx

1、Computation of Runoff Generation and Concentration4.1 4.1 概述概述一、一、流域产汇流计算的基本概念流域产汇流计算的基本概念 产流是指降雨量扣除损失量即为产流量。降雨损产流是指降雨量扣除损失量即为产流量。降雨损失包括植物截留、下渗、填洼与蒸发，其中以下渗为主。失包括植物截留、下渗、填洼与蒸发，其中以下渗为主。产流量是指降雨形成径流的那部分水量，以产流量是指降雨形成径流的那部分水量，以mmmm计。由计。由于各流域所处的地理位置不同和各次降雨特性的差异，于各流域所处的地理位置不同和各次降雨特性的差异，产流情况相当复杂。产流情况相当复杂。 汇流

2、是指由降水形成的水流，从它产生的地点向汇流是指由降水形成的水流，从它产生的地点向流域出口断面的汇集过程。全称流域汇流，是径流形成流域出口断面的汇集过程。全称流域汇流，是径流形成概化过程的后一阶段。汇流可分为坡地汇流及河网汇流概化过程的后一阶段。汇流可分为坡地汇流及河网汇流两个子阶段。两个子阶段。 由流域降雨推求流域出口的流量过程，大体可分为由流域降雨推求流域出口的流量过程，大体可分为两步：两步： （1 1）产流计算：降雨扣除植物截留、蒸发、下渗）产流计算：降雨扣除植物截留、蒸发、下渗及填洼等各种损失之后，剩下的部分称为及填洼等各种损失之后，剩下的部分称为净雨净雨，在数量，在数量上等于它所形成的

3、上等于它所形成的径流深径流深，也称为，也称为产流量产流量，降雨转化为，降雨转化为净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称为产流计算。净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称为产流计算。 （2 2）汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，）汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流域然后经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流域汇流过程的计算称之为汇流计算。汇流过程的计算称之为汇流计算。 产流计算的方法因产流方式不同而异，分别有产流计算的方法因产流方式不同而异，分别有蓄满产蓄满产流流方式和方式和超渗产流超渗产流方式的产流计算方法；汇流计算方法的方式的产流计算方法

4、；汇流计算方法的重点是重点是时段单位线法时段单位线法和和瞬时单位线法瞬时单位线法。 无论产流计算还是汇流计算，基本思路都是：先从实无论产流计算还是汇流计算，基本思路都是：先从实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后，用际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后，用于设计条件时，则可于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水由设计暴雨推求设计洪水，用于预报，用于预报时，则时，则由实际暴雨预报洪水由实际暴雨预报洪水。 蒸发蒸发产流计算产流计算汇流计算汇流计算产流量产流量出口断面流量过程出口断面流量过程降水降水产汇流计算流程简图产汇流计算流程简图 4.2 4.2 流域降雨径流要素计算流域降

5、雨径流要素计算一、流域降雨量一、流域降雨量 主要包括：流域平均雨量计算的各种途径；雨量过程主要包括：流域平均雨量计算的各种途径；雨量过程线的各种表现形式。线的各种表现形式。(1)(1)降水特征的描述降水特征的描述1234560102030405060降降水水量量过过程程图图降降水水量量（ m mm m）时时 段段0.020.040.060.080.0100.0120.01213141516171819时间时间降水量(mm)降水量(mm)累积降水量过程线累积降水量过程线根据根据105105站资料绘制站资料绘制根据根据2626站资料绘制站资料绘制020406080012345678时时 间间降水量

6、(mm)降水量(mm)降雨强度与历时曲线降雨强度与历时曲线 对一场降雨，对应某指定的对一场降雨，对应某指定的历时，变动起讫时间求得相应该历时，变动起讫时间求得相应该历时的最大平均降雨强度，并点历时的最大平均降雨强度，并点绘成曲线。该曲线反映降水的时绘成曲线。该曲线反映降水的时间变化特性。间变化特性。 对一场降雨，从降雨量等值线图的中心开始，分别量取对一场降雨，从降雨量等值线图的中心开始，分别量取不同的等雨量线所包围的面积及该面积内的平均水深，并点不同的等雨量线所包围的面积及该面积内的平均水深，并点绘成曲线。该曲线反映降水的空间变化特性。绘成曲线。该曲线反映降水的空间变化特性。907050401

7、10 根据一场暴雨不同历时根据一场暴雨不同历时( (如如1212h h、2424h h、4848h h等等) )的等雨量线的等雨量线图作出相应的平均雨深图作出相应的平均雨深面积曲线，并综合绘于同一张图上，面积曲线，并综合绘于同一张图上，即得平均雨深面积历时曲线。简称时即得平均雨深面积历时曲线。简称时- -面面- -深曲线。深曲线。 其规律为：当历时一定时，面积愈大，平均雨深愈小；其规律为：当历时一定时，面积愈大，平均雨深愈小；当面积一定时，历时愈长，当面积一定时，历时愈长，平均雨深愈大。平均雨深愈大。(2)流域平均雨量计算适用于面积不大，地形起伏不大，站点较适用于面积不大，地形起伏不大，站点较

8、多且布设较均匀的流域。计算简便。多且布设较均匀的流域。计算简便。适用于站点较少且分布不均，面积不大的适用于站点较少且分布不均，面积不大的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度较好。缺流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度较好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与实际情况点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与实际情况不完全一致。不完全一致。适用于面积大、地形起伏大、站点较密的适用于面积大、地形起伏大、站点较密的流域。理论上完善，但每次降雨都必须绘制等雨量线，流域。理论上完善，但每次降雨都必须绘制等雨量线，并计算权重，工作量大。并计算权重，工作量大。泰森多边形法算例泰森多边形法算例A1

9、A2A3A4A5A6单元面积权重计算公式：单元面积权重计算公式：第第i i 块单元面积的权重块单元面积的权重 i i =A=Ai i / /A A总面积总面积A=(AA=(A1 1+A+A2 2+A+A3 3+A+A4 4+A+A5 5+A+A6 6) )流域平均雨量计算公式：流域平均雨量计算公式：662211xxxxx1x2x3x4x5x6等雨量线法等雨量线法A2A690705040A1A3A4A5110总面积总面积A=(A1+A2+A3+A4+A5+A6)各子块权重各子块权重 i =A i / /A x= i x i 二、径流量二、径流量 流域出口断面的流量过程线，除本次降雨形成的径流流域

10、出口断面的流量过程线，除本次降雨形成的径流外，还可能包括：外，还可能包括： (1)(1)本次降雨形成的地面径流、壤中流、地下径流；本次降雨形成的地面径流、壤中流、地下径流； (2)(2)前期洪水尚未退尽的水量及非本次降雨补给的深前期洪水尚未退尽的水量及非本次降雨补给的深层地下径流；层地下径流； (3)(3)若该次洪水尚未退完又遇降雨，还会有后期洪水若该次洪水尚未退完又遇降雨，还会有后期洪水进入。进入。 图图 2 -9 地面径流地面径流：运动速度快、流程短、受到调蓄作用小；形成流量过程陡涨陡落，涨洪和洪峰附近流量过程主体部分地下径流地下径流：运动速度慢、流程长、受到调蓄作用大、汇流时间长；洪水退

11、水尾部主体部分，常延续至后续洪水过程中地面径流地面径流壤中流壤中流地下径流地下径流快速壤中流快速壤中流慢速壤中流慢速壤中流直接径流直接径流(地面径流地面径流)地下径流地下径流 1 1、流量过程线的分割流量过程线的分割 流量过程分割的主要目的是：流量过程分割的主要目的是： 将非本次降雨形成的径流分割出去，求出本次洪将非本次降雨形成的径流分割出去，求出本次洪水的径流总量。水的径流总量。 由于不同水源的水流运动规律不同，所以还需将由于不同水源的水流运动规律不同，所以还需将本次洪水径流总量划分为不同的水源。本次洪水径流总量划分为不同的水源。 次洪水径流总量次洪水径流总量地面径流地面径流壤中流壤中流地下

12、径流地下径流直接径流直接径流流量过程分割的依据是流域退水曲线。流量过程分割的依据是流域退水曲线。 (1) (1)流域退水曲线的推求流域退水曲线的推求 绘制流域退水曲线的具体步骤如下：绘制流域退水曲线的具体步骤如下： 以相同的比例尺，在方格纸上绘出各场洪水的退水流以相同的比例尺，在方格纸上绘出各场洪水的退水流量过程线；量过程线； 用一张透明纸描绘出最低的退水过程线；用一张透明纸描绘出最低的退水过程线； 将此曲线移到另一场洪水的退水段，在保持时间坐标将此曲线移到另一场洪水的退水段，在保持时间坐标重合的条件下左右移动透明纸，使方格纸上的退水过程线重合的条件下左右移动透明纸，使方格纸上的退水过程线的后

13、部与透明纸上的退水过程线相重合，并把它也描绘在的后部与透明纸上的退水过程线相重合，并把它也描绘在透明纸上；透明纸上； 逐一描绘各场洪水的退水流量过程线，最后作光滑下逐一描绘各场洪水的退水流量过程线，最后作光滑下包线，就构成包线，就构成流域地下水退水曲线流域地下水退水曲线。各次退水过程求平均，。各次退水过程求平均，得到得到流域平均退水曲线流域平均退水曲线。QQi+1i图 3.2-2=Qi+1f( )Qi0地下水退水线a81357911(d)102030405060Q(m /s)3图 3.2-3地下水退水线a退水曲线组合图退水曲线示意图退水曲线示意图地下水退水曲线地下水退水曲线平均退水曲线平均退水

14、曲线退水曲线指数方程退水曲线指数方程QdtdWQKW QKdtdQ1KtteQQ0从0t 积分地下水退水方程 tQQdtKdQQt0110QIdtdW退水I=0QKW K的物理意义：的物理意义： 泄完蓄水量泄完蓄水量Wt所需的时间所需的时间平均汇集时间平均汇集时间把地下水退水方程写成递推形式：令：C: 流量消退系数，反映退水速率快慢。(C=Em, EU=Em, EL=0,ED=0;2)当当WU+P=C.WLm, EU=WU+P, EL=(Em-EU)*WL/WLm, ED=0;3)当当WU+PEm, C.(Em-EU)=WLC.WLm, EU=WU+P, EL=C*(Em-EU),ED=0;4

15、)当当WU+PEm, WLC.(Em-EU), EU=WU+P, EL=WL,ED=C*(Em-EU)-EL.(4)(4)前期影响雨量前期影响雨量P Pa a计算计算前期影响雨量计算采用递推形式：前期影响雨量计算采用递推形式： Pa,t+1= （Pa,t+ Pt - Rt ）简化形式：简化形式： Pa,t+1= （Pa,t+ Pt ）上式限制条件：上式限制条件： 当当Pa,t+1Wm 时，时， Pa,t+1=Wm4.3 4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算 一、蓄满产流模式一、蓄满产流模式 包气带土壤含水量达到田间持水量前包气带土壤含水量达到田间持水量前( (即未蓄满即未蓄满) )不不产流，降雨全

16、部被土壤吸收，补充包气带缺水量；包气产流，降雨全部被土壤吸收，补充包气带缺水量；包气带土壤含水量达到田间持水量后带土壤含水量达到田间持水量后( (即蓄满即蓄满) )开始产流，之开始产流，之后的降雨扣除蒸发后全部形成净雨。这种产流方式称为后的降雨扣除蒸发后全部形成净雨。这种产流方式称为“蓄满产流蓄满产流”。计算表达式为：。计算表达式为： )(0WWPRm主要影响因素：W0,T(降雨历时),M(季节), 暴雨类型(Type),暴雨中心(Center)五变数：R=f(P,W0,T,季节)四变数：R=f(P,W0,T)三变数：R=f(P,W0)二、降雨径流相关图二、降雨径流相关图PPaR相关图相关图

17、W0 P (mm)R(mm)45。2)2)转折点：以上为转折点：以上为45450 0直线，以下为下凹的直线，以下为下凹的曲线。曲线。3)W3)W0 0直线段之间水平直线段之间水平间距相等。间距相等。1)1)曲线簇在曲线簇在45450 0直线上直线上方方(why?)(why?)；W W0 0越大，越大，越靠近越靠近45450 0直线。直线。特点：特点：W0=0 20 40 60 80 100 PE(mm)R(mm) R1 R2 R3 R4P4 P3P2 P1例：某次降雨前例：某次降雨前W W0 0=58mm=58mm，各时段，各时段雨量分别为雨量分别为P P1, 1, P P2,2,P P3 3

18、，P P4 4 。内插内插W W0 0=58mm=58mm相关相关线（线（黄线黄线） 查得相应的查得相应的R R1 1，R R2 2，R R3 3，R R4 4 W0PR0P1R1P1+ P2R1+ R2P1+ P2+ P3R1+ R2+ R3三、蓄满产流模型三、蓄满产流模型1.1.产流机理产流机理 任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流；当量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流；当土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。由此形土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。由此形成蓄满产流概念成蓄满产流概念 蓄满产流

19、机制比较接近或符合土壤缺水量不大蓄满产流机制比较接近或符合土壤缺水量不大的湿润地区。这些地区，一场较大的降雨常易使全的湿润地区。这些地区，一场较大的降雨常易使全流域土壤含水量蓄满。流域土壤含水量蓄满。2 2、蓄满产流概念形成、蓄满产流概念形成PERPERpaPER周次历时paPERW0PE+W0R蓄满点WWm-W0降降水水RPE带带包包气气潜潜水水带带蓄满产流计算示意图蓄满产流计算示意图1tttttWWPERmWWPER03.3.基本方程基本方程若一场降雨不能使全流域蓄满，流域内也观测到径若一场降雨不能使全流域蓄满，流域内也观测到径流，流，why?why? 原因：流域内各点包气带厚度不一致，各

20、点蓄水容原因：流域内各点包气带厚度不一致，各点蓄水容量（土壤缺水量）也不相同，先蓄满的地方先产流，后量（土壤缺水量）也不相同，先蓄满的地方先产流，后蓄满的地方后产流，产流面积是不断变化的，这种产流蓄满的地方后产流，产流面积是不断变化的，这种产流状态称之部分产流（局部产流），最后逐步过渡到全面状态称之部分产流（局部产流），最后逐步过渡到全面产流。产流。4.4.蓄水容量曲线蓄水容量曲线流域内各点包气带的蓄水容量是不同的，将各点包气流域内各点包气带的蓄水容量是不同的，将各点包气带蓄水容量从小到大排列，以包气带达到田间持水量带蓄水容量从小到大排列，以包气带达到田间持水量时的土壤含水量时的土壤含水量WM

21、WM为纵坐标，以流域内小于等于该为纵坐标，以流域内小于等于该 WMWM的面积占全流域的面积比的面积占全流域的面积比为横坐标，所绘的曲为横坐标，所绘的曲线称为流域线称为流域蓄水容量曲线蓄水容量曲线。流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线: :表征土壤缺水量空间分布的不均表征土壤缺水量空间分布的不均匀性匀性BmmmWWFf)1(1BWdWWWdWWmmWmBmmmWmmmm1)1 ()1 (00)1(1 1)1()1(1000BmmmmAmBmmmAmWABWdWWWdWWBmmmWWWA110)1(1mmmWBW)1(mWWPER0BmmmmBmmmBmmmPEAAmWAPEWWWPEWAPEWWAW

22、PEdWR1011)1 ()1 ()1 (mmWPEA若mmWPEA若四、水源四、水源划分划分1.1.二水源划分二水源划分( (直接径流地下径流直接径流地下径流) )(1)(1)基本原理基本原理Notes:Notes:1)1)超渗产流只有地面径流，水源划分主要针对蓄满产超渗产流只有地面径流，水源划分主要针对蓄满产流；流；2)2)按蓄满产流方式，一次降雨所产生的径流总量包括按蓄满产流方式，一次降雨所产生的径流总量包括地面径流和地下径流两部分，在推求洪水过程线时要地面径流和地下径流两部分，在推求洪水过程线时要分别处理。即将净雨分别处理。即将净雨h h分成地面径流分成地面径流h hs s和地下径流和

23、地下径流h hg g。 (2)(2)计算公式计算公式 当流域降雨使包气带缺水得到满足后，全部降水形当流域降雨使包气带缺水得到满足后，全部降水形成径流，其中按稳定下渗率成径流，其中按稳定下渗率f fc c 入渗的水量形成地下径流，入渗的水量形成地下径流，降雨强度超过稳定入渗的那部分水量形成地面径流。降雨强度超过稳定入渗的那部分水量形成地面径流。 PEhghtfhtfcctfhhcgshhh (3) (3) fc 的推求的推求 在水源划分中，在水源划分中，f fc c 是一个重要参数，它是土壤、地是一个重要参数，它是土壤、地质、植被等的综合反映，可根据实测雨洪资料分析得到。质、植被等的综合反映，可

24、根据实测雨洪资料分析得到。 首先要根据降雨过程首先要根据降雨过程Pt，净雨过程净雨过程ht，推求相推求相应的实测地下径流总量应的实测地下径流总量hgo , 然后采用试错法确定然后采用试错法确定fc，具体具体步骤与算例见步骤与算例见教材教材P82表表4-2 。 为保证精度，宜选产流计算误差小的洪水。分析多次洪为保证精度，宜选产流计算误差小的洪水。分析多次洪水，定出流域平均的水，定出流域平均的fc值。值。 【例例】 已知某流域降雨径流相关图和稳定入已知某流域降雨径流相关图和稳定入渗率渗率f fc c 1.5mm/h,1.5mm/h,一次实测暴雨过程如表（一次实测暴雨过程如表（1 1）（2 2）栏。

25、请根据）栏。请根据 f fc c 将径流划分为地表径流将径流划分为地表径流h hs s和和地下径流地下径流h hg g。(4)(4)f fc c的应用举例的应用举例月月 日日 时时PEh(mm)h/PEfcRg(mm)Rs(mm)(1)(2)(3)(4)(5)(6)8 1 0 61.40.40.2869.00.40 124.31.50.3499.01.50 189.73.40.3519.03.20.28 2 02.30.90.3919.00.90 63.61.50.4179.01.50 125.42.40.4449.02.40 1828.116.00.5699.05.110.98 3 030.

26、130.11.0009.09.021.1 610.510.51.0009.09.01.5 1215.315.31.0009.09.06.3 18551.0009.05.00合计合计115.787.047.040.02.2.三水源划分三水源划分退水过程，明显退水过程，明显3 3段：段：A-BA-B：h hS S退水退水B-CB-C：h hi i退水退水C以下：以下：hg退水退水4.4 4.4 超渗产流计算超渗产流计算一、超渗产流模式一、超渗产流模式 1.1.干旱地区流域气候水文特点干旱地区流域气候水文特点 我国干旱流域主要集中在新疆、内蒙、宁夏、甘肃、我国干旱流域主要集中在新疆、内蒙、宁夏、甘肃

27、、青海、陕西和山西的一些流域，干旱地区流域气候水文青海、陕西和山西的一些流域，干旱地区流域气候水文特点主要有三个特征特点主要有三个特征气候干燥，多气候干燥，多年平均降水量年平均降水量400mm400mm（1）洪水过程线涨洪水过程线涨落接近对称，落接近对称，几乎没有地下几乎没有地下径流径流（2）多年平均径流多年平均径流系数系数0.20.2（3）在这些流域降雨少、土壤缺水量在这些流域降雨少、土壤缺水量大、一般降雨难以补足土壤缺水大、一般降雨难以补足土壤缺水产生地下径流，产流只有在雨强产生地下径流，产流只有在雨强大于下渗能力时才产生地面径流。大于下渗能力时才产生地面径流。2.2.产流机理产流机理土壤

28、缺水量大一般降水难以补足土壤缺水量大一般降水难以补足没有地下径流；雨强大于下渗能没有地下径流；雨强大于下渗能力产生地面径流；产流用下渗能力产生地面径流；产流用下渗能力曲线表达。力曲线表达。下渗率随历时变化曲线下渗率随历时变化曲线AtBf1.1.下渗方程下渗方程tcceffff)(0二、下渗曲线法二、下渗曲线法2.2.菲利普下渗曲线方程菲利普下渗曲线方程 曲线转换曲线转换fWttAttBdtAtBdtfW002)(AtBf22)(AfBt222)()(2AfABAfBWAWBAWBf/ )/11 (223.3.霍尔顿下渗曲线方程霍尔顿下渗曲线方程 曲线转换曲线转换 fWKtcceffff)(0c

29、cktffffe0dtefffdtfWttCCt000)(1 (10CtCffeKftfWffC0求解！实际计算可用迭代方法下渗率随土壤含水量变化曲线下渗率随土壤含水量变化曲线 4.4.计算步骤计算步骤fW （1 1）根据降雨开始时的）根据降雨开始时的W0查查fp1，i1与与fp1对比，确定第对比，确定第1时段的实际下渗量时段的实际下渗量f1与净雨量与净雨量h1 ， W1= W0 +f1 （2 2）根据）根据W1查查fp2， i2 2与与fp2 对比，确定第对比，确定第2 2时段的实际下时段的实际下渗量渗量f 2 2与净雨量与净雨量h2 2，W2= W1 +f2 （如此循环（如此循环 ）0 5

30、.5.算例算例时时 分分 i W fp f hs16 08 0.3 0.0 2.6 0.3 016 09 0.3 0.3 2.6 0.3 016 10 0.3 0.6 2.6 0.3 016 11 0.3 0.9 2.5 0.3 016 12 1.0 1.2 2.5 1.0 016 13 1.0 2.2 2.4 1.0 016 14 1.9 3.2 2.3 1.9 016 15 1.9 5.1 2.0 1.9 016 16 1.9 7.0 1.9 1.9 016 17 1.9 8.9 1.7 1.7 0.216 18 3.3 10.6 1.6 1.6 1.7三、初损后损法三、初损后损法 将损失

31、分成两部分，产流前的损失称为将损失分成两部分，产流前的损失称为初损（I I0 0）。）。产流后的损失称为产流后的损失称为后损，后损由由产流历时内的下渗量产流历时内的下渗量（数（数值上等于产流历时内平均下渗强度值上等于产流历时内平均下渗强度产流历时）和产流历时）和后期不后期不产流的雨量产流的雨量两部分组成。两部分组成。 00PtfIPRR初损初损平均后损率平均后损率产流历时产流历时后期不产流雨量后期不产流雨量 (1) (1) 初损值的确定初损值的确定 建立建立W0I0的关系，必要的话以雨强或月份为参数建的关系，必要的话以雨强或月份为参数建立关系立关系( (见教材见教材P85P85图）。图）。 W

32、0I0的关系可根据实测雨洪资料分析得到。具体来的关系可根据实测雨洪资料分析得到。具体来说，对每场降雨，按照前面介绍的方法计算降雨开始时的说，对每场降雨，按照前面介绍的方法计算降雨开始时的W0，取流域出口断面流量起涨点前的累积雨量作为取流域出口断面流量起涨点前的累积雨量作为I0。根根据多组据多组（ W0，I0）确定确定W0I0关系。关系。 (2) (2) 平均后损率的分析确定平均后损率的分析确定 在初损确定后，产流历时内的平均下渗强度可按下式在初损确定后，产流历时内的平均下渗强度可按下式计算：计算： tttPIRPf000后期不产流的降雨历时后期不产流的降雨历时降雨开始至流量起涨点的历时降雨开始

33、至流量起涨点的历时 初损、后损方案确定后，就可以由已知的降雨过程推初损、后损方案确定后，就可以由已知的降雨过程推求净雨过程了。求净雨过程了。4.5 4.5 流域汇流计算流域汇流计算 流域汇流分析计算的基本内容：流域汇流分析计算的基本内容：&在分析计算流域内净雨过程和相应的流量观测资料的基在分析计算流域内净雨过程和相应的流量观测资料的基础上，拟定流域的汇流方案。础上，拟定流域的汇流方案。&利用拟定的汇流方案推求出口断面的流量过程。利用拟定的汇流方案推求出口断面的流量过程。 流域流域汇流汇流是指，在流域各点产生的是指，在流域各点产生的净雨净雨，经过，经过坡地坡地和和河网河网汇集到流域出口断面，形成

34、径流的全过程。汇集到流域出口断面，形成径流的全过程。 同一时刻在流域各处形成的同一时刻在流域各处形成的净雨净雨到达流域出口断面的到达流域出口断面的距离距离有远有近、有远有近、流速流速有大有小，所以不可能全部在同一时有大有小，所以不可能全部在同一时刻到达流域出口断面。刻到达流域出口断面。PrecipitationRunoffQ(t)-Discharge产流量计算产流量计算汇流计算汇流计算坡地汇流坡地汇流河网汇流河网汇流坡面汇流坡面汇流河网汇流河网汇流流域汇流过程流域汇流过程流域出口流域出口地面径流地面径流壤中流：壤中流：介于两者之间介于两者之间汇流速度快汇流速度快流程短流程短汇流历时短汇流历时短

35、地下径流地下径流汇流速度慢汇流速度慢流程最长流程最长汇流历时长汇流历时长坡地汇流阶段地面径流地面径流壤中流壤中流地下径流地下径流快速壤中流快速壤中流慢速壤中流慢速壤中流直接径流直接径流( (地面径流地面径流) )地下径流地下径流汇汇流流计计算算河网汇河网汇流计算流计算坡地汇坡地汇流计算流计算地面径流汇流计算地面径流汇流计算地下径流汇流计算地下径流汇流计算单位线单位线瞬时单位线瞬时单位线地貌单位线地貌单位线等流时线等流时线线性水库线性水库假设流域中水流汇集速度分布均匀假设流域中水流汇集速度分布均匀则其中任一水滴流达出口断面的时间仅取决于它离则其中任一水滴流达出口断面的时间仅取决于它离开出口断面的

36、距离开出口断面的距离据此可绘制一组等流时线据此可绘制一组等流时线两条等流时线间的面积称为两条等流时线间的面积称为等流时面积等流时面积，按顺序用，按顺序用f f、f f、f f 表示，汇流时间分别等于表示，汇流时间分别等于t t1 1tt、t t2 22 2tt、t t3 33 3tt 一、等流时线法一、等流时线法 1 1、基本概念、基本概念某流域等流时线某流域等流时线tf f1f f2f f3f f4f f52t5t4t3t 如果以等流时面积为纵坐标，以水滴到达出口断如果以等流时面积为纵坐标，以水滴到达出口断面的时间为横坐标，可建立等流时面积分配曲线面的时间为横坐标，可建立等流时面积分配曲线(

37、 (面积面积时间曲线时间曲线) )2 2、面积、面积- -时间曲线时间曲线 根据面积时间曲线，出流断面在第根据面积时间曲线，出流断面在第i i 时段出时段出流量是由第一块面积流量是由第一块面积f f上的本时段净雨，第二块面上的本时段净雨，第二块面积积f f上一时段净雨上一时段净雨等所合成的等所合成的: :式中，式中，r ri i第第i i 时段地面净雨强度。时段地面净雨强度。3221132211ftrftrftrfrfrfrQiiiiiii 3 3、计算公式、计算公式时序时序(t=3h)地面净雨地面净雨rs(mm)等流时等流时面积面积f(km2)部分流量部分流量(m3/s)Qs(m3/s)r1

38、=5mmr2=28mmr3=44mmr4=3mm(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)(6)(6)(7)(7)(8)(8)1 15 55858272727272 2282812012056561501502062063 3444413013060603113112362366086084 43 3115115535333733748948916168958955 58282383829829853053033338998996 66060282821321346946936367457457 72424111115615633433432325335338 8626224

39、424423233293299 99898171711411410107 77 73 3、算例、算例汇流速度如汇流速度如何确定？何确定？4 4、DISCUSSIONDISCUSSION 等流时线法将流域内降雨的空间分布和流域形态等流时线法将流域内降雨的空间分布和流域形态同流域出口断面流量组成联系起来，有利于对降雨空同流域出口断面流量组成联系起来，有利于对降雨空间分布不均的处理，但等流时线假定，同一等流时线间分布不均的处理，但等流时线假定，同一等流时线上的水质点同时到达出流断面，实际是高速水质点先上的水质点同时到达出流断面，实际是高速水质点先到，低速水质点后到，严格的面积出流次序是没有的。到，低

40、速水质点后到，严格的面积出流次序是没有的。这就是等流时线这就是等流时线未考虑河槽的调蓄问题未考虑河槽的调蓄问题。因此，等流。因此，等流时线方法只宜用于小流域，因为河槽调蓄作用小。时线方法只宜用于小流域，因为河槽调蓄作用小。二、时段单位线法二、时段单位线法 采用单位线法进行汇流计算基于以下假定：采用单位线法进行汇流计算基于以下假定：(1)(1)倍比假定倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是k k个单位，则形成的流量过程是单位线纵标的个单位，则形成的流量过程是单位线纵标的k k倍。倍。 (2)(2)叠加假定叠加假定：如果净雨不是一个时段而是：如果净雨不

41、是一个时段而是m m个时段，则形个时段，则形成的流量过程是各时段净雨形成的部分流量过程错开时段成的流量过程是各时段净雨形成的部分流量过程错开时段叠加。叠加。 1. 1. 单位线的基本概念单位线的基本概念 单位时段内分布均匀的单位地面净雨量，在流域出口单位时段内分布均匀的单位地面净雨量，在流域出口断面所形成的地面径流过程线。单位净雨量常取断面所形成的地面径流过程线。单位净雨量常取1010mmmm。单。单位时段取位时段取1 1、3 3、6 6、1212h h等，依流域大小而定。等，依流域大小而定。 用单位线推求地面径流过程的例子见教材用单位线推求地面径流过程的例子见教材P88P88。单位线两个假定

42、示意图单位线两个假定示意图13 ,22 ,31 ,3 ,12 ,21 ,2 ,11 ,1 ,qrqrqrQqrqrQqrQddddddddd1 ,13 ,22,3 ,31 ,12,2,21 ,1 ,1/ )(/ )(/dddddddddrqrqrQqrqrQqrQq 2.2.单位线的推求单位线的推求用分析法推求单位线步骤：用分析法推求单位线步骤：单位线推求（单位线推求（F = 8080km2）)/(5601510)200105940()/(2001510)80105340()/(801510120333231smqsmqsmq/s)(m1870126.38080106.3103tFqmmFtq

43、106.31,13,22,3,31,12,2,21,1,1/)(/)(/dddddddddrqrqrQqrqrQqrQq （1 1）分析法推求单位线）分析法推求单位线- -算例算例根据各次降雨洪水资料分析的单位线有差别，原因：根据各次降雨洪水资料分析的单位线有差别，原因：单位线的线性假定与实际情况不尽符合。大洪水单位线的线性假定与实际情况不尽符合。大洪水时，流速大，洪峰出现时间提前，用它分解的单位时，流速大，洪峰出现时间提前，用它分解的单位线洪峰也相应提前，而一般小洪水则相反。线洪峰也相应提前，而一般小洪水则相反。净雨量在空间分布上不均匀，对单位线的影响显净雨量在空间分布上不均匀，对单位线的影

44、响显著，例如暴雨中心在上游时，流程长，调蓄影响大，著，例如暴雨中心在上游时，流程长，调蓄影响大，洪峰低，峰现时间迟后；如果暴雨中心在下游，流洪峰低，峰现时间迟后；如果暴雨中心在下游，流程短，调蓄影响小，峰高形尖，峰现提前。程短，调蓄影响小，峰高形尖，峰现提前。 （2 2）讨论）讨论024681000200030000(a)(b)Q5001000051015t10mm净雨暴雨中心在下游中暴雨中心在 游暴雨中心在 游上时段 t(12)图 长江三峡区间单位线按暴雨中心分类图5-11(a=31720km ）2图 洵河向家坪站用不同方法分割基流对单位线的影响5-12(a) 分割基流(b) 求得的单位线S

45、曲线法分割基流斜线法分割基流t(3h)用S曲线法分割基流求得的单位线用斜线法斜线法分割基流求得的单位线q(m /s)3单位线流量q(m /s)3长江三峡区间单位线按暴雨中心分类图长江三峡区间单位线按暴雨中心分类图 单位线是有一定时段长的。净雨时段长必须和单位线是有一定时段长的。净雨时段长必须和单位线时段长一致，才能用于汇流计算。当两者不单位线时段长一致，才能用于汇流计算。当两者不一致时，可通过一致时，可通过S S曲线对原单位线进行时段转换。曲线对原单位线进行时段转换。 S S曲线就是单位线各时段累积流量和时间的关系曲线就是单位线各时段累积流量和时间的关系曲线。由一系列单位线加在一起而构成，每一

46、条单曲线。由一系列单位线加在一起而构成，每一条单位线比前一条单位线滞后位线比前一条单位线滞后t t小时。因时段净雨量连小时。因时段净雨量连续不断，则地面径流量不断累积，至某一时刻，全续不断，则地面径流量不断累积，至某一时刻，全流域净雨量参加汇流以后，径流量就成了不变的常流域净雨量参加汇流以后，径流量就成了不变的常数，其形状如数，其形状如S S。3.3.单位线时段转换单位线时段转换 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00510152025表表4-6 S曲线计算曲线计算0.00.20.40.60.81.005101520S(t)S(t-dto)S(t)-S(t-dto

47、)0.00.20.40.60.81.005101520S(t)S(t-dt)S(t)-S(t-dt)dtodto时段内时段内10mm10mm净雨净雨出流过程的总量出流过程的总量=10mm=10mmdtdt时段内时段内(dt/dto) (dt/dto) 10mm10mm净雨净雨出流过程的总量出流过程的总量=(dt/dto)=(dt/dto) 10mm10mm按按(dto/dt)(dto/dt)缩放缩放S(t)-S(t-dt)S(t)-S(t-dt)纵标，纵标，出流过程的总量出流过程的总量= 10mm= 10mm总结转换方法如下：总结转换方法如下： 把两条把两条t t0 0 小时单位线的小时单位线

48、的S S过程线绘在同一图过程线绘在同一图上，并错开欲求单位线的时段长上，并错开欲求单位线的时段长t t ，两条，两条S S过程过程线间各纵距线间各纵距 q q 就是时段为就是时段为t t 的净雨量所造成的的净雨量所造成的流量过程线。但两条流量过程线。但两条S S过程线间的径流总量相当于过程线间的径流总量相当于( (t/tt/t0 0 ) )倍的单位净雨量倍的单位净雨量( (10mm10mm) )。因此，将各。因此，将各纵距纵距 值分别乘以值分别乘以( (tt0 0/t/t ) ) ，就得，就得t t 小时单小时单位线位线 。用数学公式表示为：。用数学公式表示为： )()(),(0ttStStt

49、ttq瞬时单位线：瞬时单位线：单位瞬时脉冲降雨形成的出流过程。单位瞬时脉冲降雨形成的出流过程。q(t,t)时段单位线时段单位线三、瞬时单位线法0,00,)(ttt1)(0dttu(0,t)瞬时单位线瞬时单位线 1 1、基本概念、基本概念Nash：把流域汇流的调蓄作把流域汇流的调蓄作用看作是用看作是n n个等效线性水库个等效线性水库的串联。的串联。ktnektnktu1)()(1), 0 (采用矩法，可求得采用矩法，可求得Nash IUHNash IUH的一阶原点的一阶原点矩和二阶中心矩：矩和二阶中心矩：nkuM)() 1 (2)2()(nkuN联解上两式，可得：联解上两式，可得：)()()()

50、1()1()1(rMQMuM)()()()2()2()2(rNQNuN2 2、参数推求、参数推求四、线性水库法四、线性水库法 分析表明，地下水的贮水结构可视为一个线性水分析表明，地下水的贮水结构可视为一个线性水库，即地下水库的蓄量库，即地下水库的蓄量W W 与其出流量与其出流量Q Qg g 的关系为线的关系为线性函数。性函数。基本原理：基本原理：水量平衡方程线性水库蓄泄关系水量平衡方程线性水库蓄泄关系 1 1、基本原理、基本原理一、线性水库演算法一、线性水库演算法分析表明，地下水的贮水结构可视为一个线性水库，即地下水库的蓄量W与其出流量Qg的关系为线性函数。基本原理：水量平衡方程线性水库蓄泄关