1、1水水 文文 学学Hydrology汤汤 婕婕安徽农业大学资源与环境学院安徽农业大学资源与环境学院2012.5 2012.5 23由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为两个步骤：上分为两个步骤：产流计算产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，剩下的部分称为发等损失之后，剩下的部分称为净雨净雨，它在数，它在数量上等于它所形成的径流深。在我国常称净雨量上等于它所形成的径流深。在我国常称净雨量为量为产流量产流量，降雨转化为净雨的过程为，降雨转化为净雨的过程为产流过产流过程程，关于净雨的计算称之为，关于净雨的计算称之
2、为产流计算产流计算。4汇流过程汇流过程汇流计算汇流计算52.流域产汇流计算的基本思路流域产汇流计算的基本思路 流域流域产汇流计算方法产汇流计算方法的内容十分丰富，这里仅介绍的内容十分丰富，这里仅介绍目前使用比较普遍和比较成熟的计算原理及其计算方目前使用比较普遍和比较成熟的计算原理及其计算方法。法。产流计算的方法有产流计算的方法有:降雨径流相关图法降雨径流相关图法流域蓄水容量曲线法流域蓄水容量曲线法初损后损法初损后损法汇流计算方法有汇流计算方法有:时段单位线法时段单位线法瞬时单位线法瞬时单位线法6 无论产流计算还是汇流计算，基本思路都是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
3、出发，分析产流或汇流先从实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；的规律；然后，用于设计条件时，则可由设计暴雨推求然后，用于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水设计洪水，用于预报时，则由实际暴雨，用于预报时，则由实际暴雨预报洪预报洪水水。7数量上相等数量上相等8一、一、降雨资料的整理降雨资料的整理 二、下渗与下渗曲线二、下渗与下渗曲线三、径流资料的整理与计算三、径流资料的整理与计算 四、蒸发资料的整理与计算四、蒸发资料的整理与计算五、五、流域蓄水量及前期影响雨量的计算流域蓄水量及前期影响雨量的计算 9一、一、降雨资料的整理降雨资料的整理 关于测站的降雨分析计算，流域平均雨量、时关于测站的降
4、雨分析计算，流域平均雨量、时段雨量、降雨强度等，在上一章已经讲过（见第五段雨量、降雨强度等，在上一章已经讲过（见第五章有关内容）。章有关内容）。但必须注意的是，降雨场次的划分一定要与洪但必须注意的是，降雨场次的划分一定要与洪水场次的划分相对应，如下图所示。当把洪水划分水场次的划分相对应，如下图所示。当把洪水划分为两次时，暴雨也要相应地划分为两次，且两两对为两次时，暴雨也要相应地划分为两次，且两两对应，前次暴雨应，前次暴雨对应前面的洪水对应前面的洪水，后次暴雨，后次暴雨对对应后面的洪水应后面的洪水，切不可混淆。，切不可混淆。10次降雨径流分割及总径流量计算示意图次降雨径流分割及总径流量计算示意图
5、11 二、二、下渗与下渗曲线下渗与下渗曲线 n1.下渗的物理过程下渗的物理过程n(1)渗润阶段：渗润阶段：分子力分子力n(2)渗漏阶段渗漏阶段:毛管力、重力毛管力、重力n(3)渗透阶段：重力渗透阶段：重力非饱和非饱和水流运动水流运动饱和水流的饱和水流的稳定运动稳定运动12n2.下渗率与下渗曲线下渗率与下渗曲线(1)下渗率（下渗强度）下渗率（下渗强度）f：单位时间内渗入：单位时间内渗入单位面积土壤中的水量，单位面积土壤中的水量，mm/min,mm/h。n初始下渗率初始下渗率f0n稳渗率稳渗率fcn(2)霍顿公式：霍顿公式：f=fc+(f0 fc)etn(3)下渗曲线和下渗累积曲线下渗曲线和下渗累
6、积曲线13 三、三、径流资料的整理与计算径流资料的整理与计算 n1洪水场次划分及次洪水总径流深洪水场次划分及次洪水总径流深W的计算的计算洪水场次划分是指，将非本次降雨产生形成的径流洪水场次划分是指，将非本次降雨产生形成的径流分割出去。如上图分割出去。如上图，多数情况下，与本次降雨所对，多数情况下，与本次降雨所对应的径流过程，不仅包括本次降雨形成的地面、地下径应的径流过程，不仅包括本次降雨形成的地面、地下径流，而且还包括前期降雨的地下径流。如图中的虚线流，而且还包括前期降雨的地下径流。如图中的虚线ag以下的水量，它表示如果没有降雨以下的水量，它表示如果没有降雨时，河中仍有时，河中仍有持续的径流，
7、称其为持续的径流，称其为基流基流。另外，该次洪水尚未退完。另外，该次洪水尚未退完又遇降雨时，还会有后期洪水混入，如图中的第又遇降雨时，还会有后期洪水混入，如图中的第场洪场洪水。水。14AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深层地下径流（基流）深层地下径流（基流）前期前期洪水洪水未退未退完的完的部分部分本次降雨形成的径流过程本次降雨形成的径流过程152流域地下径流标准退水曲线流域地下径流标准退水曲线 退水曲线（图中数字为洪水号）退水曲线（图中数字为洪水号）16n3地面地下径流分割及计算地面地下径流分割及计算地面地下径流分割地面地下径流分割为分别研究地面径流和地下径流的产汇流规律，为分别研究地面
8、径流和地下径流的产汇流规律，需将总径流中进行地下径流（基流）分割。常用需将总径流中进行地下径流（基流）分割。常用的有两种方法：的有两种方法：17WgWg 水平线分割法示意图水平线分割法示意图水平线分割法水平线分割法：从实测流量过程线从实测流量过程线的起涨点的起涨点a作一水作一水平线交过程线的退平线交过程线的退水段于水段于c点，则水点，则水平线平线ac就认为是该就认为是该次洪水的地面地下次洪水的地面地下径流分割线。径流分割线。18斜线分割法示意图斜线分割法示意图WgWg斜线分割法：斜线分割法：从从实测流量过程线实测流量过程线的起涨点的起涨点a到地到地面径流终止点面径流终止点c连一斜线连一斜线ac
9、，即，即为地面地下径流为地面地下径流分割线。分割线。19WgWgn水平线分割法简便易行，对地下径流小，洪水历水平线分割法简便易行，对地下径流小，洪水历时短的流域较为适合；而对地下径流比重大、洪时短的流域较为适合；而对地下径流比重大、洪水连续时间长的流域，则会造成比较大的误差，水连续时间长的流域，则会造成比较大的误差，此时改用斜线分割法较为合理。此时改用斜线分割法较为合理。20AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F本次降雨形成的本次降雨形成的径流过程径流过程CDB地面径流地面径流地下径流地下径流21n地面、地下径流深的计算地面、地下径流深的计算地面、地下径流分割后，分割线上面的部分地面、地下径
10、流分割后，分割线上面的部分即地面径流即地面径流WS，下面的部分即地下径流，下面的部分即地下径流Wg，分，分别除以流域面积别除以流域面积F即可得到其地面径流深即可得到其地面径流深RS、地、地下径流深下径流深Rg。22四、蒸发资料的整理与计算四、蒸发资料的整理与计算 流域蒸散发是产流量计算中的重要环节，流域蒸散发是产流量计算中的重要环节，是影响流域土壤蓄水量的主要因素。流域蒸散是影响流域土壤蓄水量的主要因素。流域蒸散发一方面取决于蒸散发能力，另一方面取决于发一方面取决于蒸散发能力，另一方面取决于供水条件，即流域蓄水量的大小。实用中一般供水条件，即流域蓄水量的大小。实用中一般假定流域蒸散发量假定流域
11、蒸散发量E E与流域蓄水量与流域蓄水量W W成正比，即成正比，即:23五、五、流域蓄水量及前期影响雨量的计算流域蓄水量及前期影响雨量的计算降雨开始时流域是干旱还是湿润，对此降雨开始时流域是干旱还是湿润，对此次降雨产生径流的量影响极大，流域的干湿次降雨产生径流的量影响极大，流域的干湿程度常用程度常用流域蓄水量流域蓄水量W或其或其前期影响雨量前期影响雨量PaPa 表示。表示。241.1.流域蓄水量流域蓄水量W和流域蓄水容量和流域蓄水容量Wm n流域蓄水量流域蓄水量主要是指，在流域降雨能够影响的土主要是指，在流域降雨能够影响的土层内土壤含蓄的层内土壤含蓄的吸着水吸着水、薄膜水薄膜水和和悬着毛管水悬着
12、毛管水，不包括重力水，是土壤能够保持而不在重力作用不包括重力水，是土壤能够保持而不在重力作用下流走的水分。流域上各地点的蓄水容量是不同下流走的水分。流域上各地点的蓄水容量是不同的，可从零变化到点最大蓄水容量，其流域平均的，可从零变化到点最大蓄水容量，其流域平均值以值以Wm表示，称表示，称流域蓄水容量流域蓄水容量。25流域蓄水容量流域蓄水容量W Wm m的计算的计算Wm是流域综合平均指标，一般用实测雨洪是流域综合平均指标，一般用实测雨洪资料分析确定。选取久旱无雨后一次降雨量较大资料分析确定。选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产流的雨洪资料，计算流域平均降雨量且全流域产流的雨洪资料，计算流域平均
13、降雨量P及产流量及产流量R。因久旱无雨，可认为降雨开始时。因久旱无雨，可认为降雨开始时流域蓄水量流域蓄水量W=0。所以：。所以：Wm=P-R-E式中，式中，P为流域平均降雨量（为流域平均降雨量（mm）；）；R为为P产生的产生的总径流深（总径流深（mm）；）；E为雨期蒸发（为雨期蒸发（mm），如），如降雨时间短可忽略不计。降雨时间短可忽略不计。26一个流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力一个流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力的基本特征的基本特征，我国大部分地区的经验表明表，我国大部分地区的经验表明表 一一般为般为8080120mm120mm，例如：广东，例如：广东9595100mm100mm，
14、福，福建建100100130mm130mm，湖北，湖北7070110mm110mm，陕西，陕西5555100mm100mm，黑龙江，黑龙江140mm140mm等等。等等。流域的实际蓄水流域的实际蓄水量量W在在0 0Wm之之间变化间变化。27流域蓄水量流域蓄水量W W的计算的计算 实际上，一般都没有实测的流域土壤蓄水量资料，实际上，一般都没有实测的流域土壤蓄水量资料，必须通过间接计算来推求前期流域蓄水量必须通过间接计算来推求前期流域蓄水量W W。利用。利用流域影响土层的水量平衡方程来推求，其计算式为：流域影响土层的水量平衡方程来推求，其计算式为：W Wt+1t+1=W=Wt t+P+Pt t-R
15、-Rptpt-E-Et t 式中，式中，W Wt+1t+1、W Wt t分别为第分别为第t+1t+1天、第天、第t t天开始时天开始时刻的流域蓄水量（刻的流域蓄水量（mmmm）；）；P Pt t为第为第t t天的流域降雨量；天的流域降雨量；R RPtPt为为P Pt t产生的总径流深（产生的总径流深（mmmm），或由实测径流资料），或由实测径流资料计算，或按后面讲述的降雨径流计算方法计算。计算，或按后面讲述的降雨径流计算方法计算。28n2.前期影响雨量前期影响雨量Pa的计算的计算 n前期影响雨量前期影响雨量Pa作为衡量流域干湿程度的指作为衡量流域干湿程度的指标，反映流域蓄水量的大小。前期影响雨
16、量标，反映流域蓄水量的大小。前期影响雨量Pa的计算式为的计算式为：n式中式中K为土壤含水量的日消退系数（折减系数）：土壤含水量的日消退系数（折减系数）：29n几个应注意的问题几个应注意的问题 Pa,t+1 Wm (1)最大值限制问题最大值限制问题 当计算出的当计算出的Pa值大于值大于Wm时时,取取Wm作为该日的作为该日的Pa值：值：（2）Pa起始值的确定起始值的确定 一般前期较长一段时间无雨，土壤已很干燥，可令一般前期较长一段时间无雨，土壤已很干燥，可令Pa=0；而在一场大雨或连续几次大雨之后，土壤含；而在一场大雨或连续几次大雨之后，土壤含水量已近最大，此时可取水量已近最大，此时可取Pa=Wm
17、，依次为起点往后，依次为起点往后计算。计算。（3）流域日蒸发能力）流域日蒸发能力EM 可用可用E601型蒸发器观测的水面蒸发值作为近似值。型蒸发器观测的水面蒸发值作为近似值。一般按晴天和雨天或按月份分别选取相应的约平均一般按晴天和雨天或按月份分别选取相应的约平均值。值。30【例例】某流域经分析求得某流域经分析求得Wm100mm，5月份月份多年平均的流域日蒸散发能力为多年平均的流域日蒸散发能力为5mm，6月份为月份为6.2mm，由此算得：，由此算得：5月份月份:K5月月1Em/Wm=1-5/100=0.956月份月份:K6月月1Em/Wm=1-6.2/100=0.938按式按式计算得下表：计算得
18、下表：3132v所谓产流，是指流域中各种径流成分的生成过程，所谓产流，是指流域中各种径流成分的生成过程，也是流域下垫面（包括地面和包气带）对降雨的也是流域下垫面（包括地面和包气带）对降雨的再分配过程。本节介绍自然界两种基本的产流形再分配过程。本节介绍自然界两种基本的产流形式，并建立产流理论的基本概念。式，并建立产流理论的基本概念。第三节 流域产流分析一、包气带对降水的再分配作用一、包气带对降水的再分配作用二、产流面积的变化二、产流面积的变化 33包气带包气带：地面以下潜水面以上的地带。也称非饱和：地面以下潜水面以上的地带。也称非饱和带，带，是大气水和地表水同地下水发生联系并进行是大气水和地表水
19、同地下水发生联系并进行水分交换的地带水分交换的地带,它是岩土颗粒、水、空气三者同它是岩土颗粒、水、空气三者同时存在的一个复杂系统。包气带具有吸收水分、保时存在的一个复杂系统。包气带具有吸收水分、保持水分和传递水分的能力。持水分和传递水分的能力。34一、包气带对降水的再分配作用一、包气带对降水的再分配作用 v（一）包气带地面对降雨的再分配作用（一）包气带地面对降雨的再分配作用v以流域内某一单元土柱为例，设某一时刻地面的以流域内某一单元土柱为例，设某一时刻地面的下渗能力为下渗能力为fp，降雨强度为，降雨强度为i。若若 ifp，则，则实际下渗率为实际下渗率为 fp，其余部分，其余部分(i-fp )形
20、成地面径流；形成地面径流；若若ifp，则，则实际下渗率为实际下渗率为 i，全部降雨都渗入土壤，全部降雨都渗入土壤中。中。35v因此，按因此，按 i 和和 fp 的大小，包气带地面把其所承的大小，包气带地面把其所承受的降雨划分为受的降雨划分为下渗的水量下渗的水量和和地面径流地面径流两部分。两部分。36v对一场总降雨量为对一场总降雨量为P的降雨过程来说，雨强时大的降雨过程来说，雨强时大时小，有时时小，有时ifp，有时，有时ifp，下渗到包气带土层下渗到包气带土层中的水量中的水量为：为：v形成的地面径流为形成的地面径流为v显然显然37v（二）包气带土层对下渗水量的再分配作用（二）包气带土层对下渗水量
21、的再分配作用v下渗到包气带土层的水量，一部分首先被土壤颗粒吸收，下渗到包气带土层的水量，一部分首先被土壤颗粒吸收，成为土壤含水量的增量，一部分以蒸散发的形式逸出地成为土壤含水量的增量，一部分以蒸散发的形式逸出地面，返回大气。面，返回大气。包气带达到田间持水量时的蓄水量称为包气带蓄水容量，包气带达到田间持水量时的蓄水量称为包气带蓄水容量，记为记为，另令，另令表示降雨开始时包气带的起始蓄表示降雨开始时包气带的起始蓄水量。则水量。则为包气带的缺水量。为包气带的缺水量。3839v（三）蓄满产流和超渗产流（三）蓄满产流和超渗产流径流开始时包气带达到田间持水量时，包气带的径流开始时包气带达到田间持水量时，
22、包气带的水量平衡方程：水量平衡方程：（1）径流开始时包气带未达到田间持水量，包气带的径流开始时包气带未达到田间持水量，包气带的水量平衡方程：水量平衡方程：（2）式（式（1）和式（）和式（2）适用于某时段，也适用于一场降雨的）适用于某时段，也适用于一场降雨的总历时。总历时。式（式（1）和式（）和式（2）反映了自然界两种基本的产流方式。）反映了自然界两种基本的产流方式。40v式（式（1 1）表明，只有当包气带达到田间持水量后）表明，只有当包气带达到田间持水量后才产生才产生 ，这种产流方式称为，这种产流方式称为“蓄满产流蓄满产流”。而。而在式（在式（2 2）中，因包气带未达到田间持水量，故）中，因包
23、气带未达到田间持水量，故在不产生地下径流的情况下就有地表径流，这种在不产生地下径流的情况下就有地表径流，这种产流方式称为产流方式称为“超渗产流超渗产流”。41v对某个具体的流域，这两种产流方式是相对的。湿润地对某个具体的流域，这两种产流方式是相对的。湿润地区以蓄满产流为主，在长期干旱后，若遇到雨强大于下区以蓄满产流为主，在长期干旱后，若遇到雨强大于下渗能力的降雨，即使此时包气带未蓄满，也会产生超渗渗能力的降雨，即使此时包气带未蓄满，也会产生超渗的地面径流。同样，在干旱地区，以超渗产流为主的流的地面径流。同样，在干旱地区，以超渗产流为主的流域，在多雨的季节也可能在流域的局部甚至全流域出现域，在多
24、雨的季节也可能在流域的局部甚至全流域出现蓄满产流现象。蓄满产流现象。42v二、产流面积的变化二、产流面积的变化v在降雨过程中，流域上产生径流的区域称为在降雨过程中，流域上产生径流的区域称为产流区，其面积称为产流区，其面积称为产流面积产流面积。由于流域下垫面。由于流域下垫面因素并不均一，如包气带的厚薄、土壤性质、植因素并不均一，如包气带的厚薄、土壤性质、植被、降雨开始时的土壤含水量等情况并非处处相被、降雨开始时的土壤含水量等情况并非处处相同，而且降雨量、降雨强度及其空间分布也不一同，而且降雨量、降雨强度及其空间分布也不一致，因此，流域产流面积的变化十分复杂。致，因此，流域产流面积的变化十分复杂。
25、431.蓄满产流情况下产流面积的变化蓄满产流情况下产流面积的变化v蓄满产流方式取决于包气带是否达到了田间蓄满产流方式取决于包气带是否达到了田间持水量。当流域某处包气带达到了田间持水量，持水量。当流域某处包气带达到了田间持水量，该处就产流，否则不产流。对于干燥土壤上的一该处就产流，否则不产流。对于干燥土壤上的一场降雨，其产流面积的变化具有以下特点：场降雨，其产流面积的变化具有以下特点：（1）随着降雨量的增加，产流面积也随之增加；）随着降雨量的增加，产流面积也随之增加；（2）产流面积的变化与降雨强度无关。）产流面积的变化与降雨强度无关。44v2.超渗产流情况下产流面积的变化超渗产流情况下产流面积的
26、变化（1）随降雨历时的增长，产流面积时大时小；）随降雨历时的增长，产流面积时大时小；（2）产流面积的大小与时段初流域蓄水量及降雨）产流面积的大小与时段初流域蓄水量及降雨强度有关。强度有关。45产流计算的方法有产流计算的方法有:降雨径流相关图法降雨径流相关图法蓄满产流模型蓄满产流模型初损后损法初损后损法第四节 流域产流计算 46v一、一、降雨径流相关图法降雨径流相关图法 v由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的相关图，这些相关图反映了流域的产流规律。应用此
27、相关图，这些相关图反映了流域的产流规律。应用此相关图可以由降雨计算出相应的产流量。相关图可以由降雨计算出相应的产流量。v随着各流域的条件不同，相关图中考虑的影响因素随着各流域的条件不同，相关图中考虑的影响因素的多少有很大差别。的多少有很大差别。47PPaR(Rs)三变量相关图法三变量相关图法降雨径流经验相关图法的制作降雨径流经验相关图法的制作以次降雨量以次降雨量P为纵坐标，以相应的径流深为纵坐标，以相应的径流深R(Rs)为横坐标，可按对应的为横坐标，可按对应的P、R(Rs)在图上绘一个在图上绘一个点，并把它的点，并把它的Pa值注在点旁，然后按点群分布的值注在点旁，然后按点群分布的趋势，照顾大多
28、数点子，绘出以趋势，照顾大多数点子，绘出以Pa为参数的等值为参数的等值线，既为线，既为PPaR(Rs)三变量相关图法。三变量相关图法。48某流域三变量降雨径流相关图某流域三变量降雨径流相关图 49该图应符合下列规律：该图应符合下列规律：P相同时，相同时，Pa越大，损失愈小，越大，损失愈小，R(Rs)愈大，故愈大，故Pa等等值线的数值是自左至右增大的；值线的数值是自左至右增大的；Pa相同时，相同时，P愈大，损失相对于愈大，损失相对于P愈小，愈小，dR(Rs)dP愈大，愈大，PR(Rs)线的坡度随线的坡度随P的增大而减缓，的增大而减缓，PRs也也不应小于不应小于450，PR可以为可以为450。50
29、n降雨径流经验相关图法的应用降雨径流经验相关图法的应用n根据降雨过程及降雨开始时的根据降雨过程及降雨开始时的Pa，首先累，首先累计各时段的降雨过程，在图上查出累计的净雨计各时段的降雨过程，在图上查出累计的净雨过程，然后将累计的净雨过程，两两相减，得过程，然后将累计的净雨过程，两两相减，得到各时段的降雨所对应的时段净雨。到各时段的降雨所对应的时段净雨。n若降雨开始时的若降雨开始时的Pa不在某一条等值线上，则不在某一条等值线上，则用内插法查算。用内插法查算。51两时段降雨：两时段降雨：P1=49mm P2=81mm降雨开始时：降雨开始时：Pa=60mm（1）由）由 P1=49mm,查得查得R1=2
30、0.0mm。（49mm)（2）由）由 P1+P2=130mm,查得查得R1+R2=80.0mm。(130mm)（3）则第二时段净雨为）则第二时段净雨为R2=80-20=60mm52二 蓄满产流模型 赵人俊等经过长期对湿润地区暴雨径流关赵人俊等经过长期对湿润地区暴雨径流关系的研究，提出了蓄满产流模型计算总净雨过系的研究，提出了蓄满产流模型计算总净雨过程，以及确定稳渗率程，以及确定稳渗率fc，划分地面、地下净雨。，划分地面、地下净雨。该法是我国湿润地区产流计算的一个重要方法。该法是我国湿润地区产流计算的一个重要方法。1.1.蓄满产流模型的基本概念蓄满产流模型的基本概念蓄满产流模式：降雨使含气层土壤
31、达到田间蓄满产流模式：降雨使含气层土壤达到田间持水量之前不产流，此前的降雨全部用以补充持水量之前不产流，此前的降雨全部用以补充土层的缺水量；土层水分达田间持水量（蓄满）土层的缺水量；土层水分达田间持水量（蓄满）后开始产流，以后的降雨（除去雨期蒸发）全后开始产流，以后的降雨（除去雨期蒸发）全部变为净雨。部变为净雨。53 因为只有在蓄满因为只有在蓄满的地方才产流，所以的地方才产流，所以产流期的下渗为稳定产流期的下渗为稳定下渗率下渗率f fc c。下渗的雨量形成地下渗的雨量形成地下径流，超渗的雨量成下径流，超渗的雨量成为地面径流。这种产流为地面径流。这种产流模式称为蓄满产流。模式称为蓄满产流。542
32、.2.流域蓄水量计算流域蓄水量计算n流域蓄水量计算产流计算过程中，需确定出各时段流域蓄水量计算产流计算过程中，需确定出各时段时段初的流域蓄水量。设一场暴雨起始流域蓄水量为时段初的流域蓄水量。设一场暴雨起始流域蓄水量为W0，它就是第一时段初的流域蓄水量第一时段末的，它就是第一时段初的流域蓄水量第一时段末的流域蓄水量就是第二时段初的流域蓄水量，依此类推，流域蓄水量就是第二时段初的流域蓄水量，依此类推，即可求出流域的蓄水过程。时段末流域蓄水量计算公式即可求出流域的蓄水过程。时段末流域蓄水量计算公式如下：如下：n55n3.3.产流过程（净雨过程）产流过程（净雨过程）计算计算 n 设降雨总历时为设降雨总
33、历时为T，先确定计算时段，先确定计算时段t t，将，将T每隔一个每隔一个t t划分为一个时段。按所划分的时划分为一个时段。按所划分的时段可得降雨过程段可得降雨过程P tt。用。用E601型蒸发器实测型蒸发器实测水面蒸发值（或作修正）作为蒸发能力，则水面蒸发值（或作修正）作为蒸发能力，则E tt已知。起始流域蓄水量已知。起始流域蓄水量(W0=Pa,0)由实测资由实测资料预先分析确定，均为已知值。根据上述已知条料预先分析确定，均为已知值。根据上述已知条件，即可得产流过程。件，即可得产流过程。n56n4.4.地面、地下径流（净雨）划分地面、地下径流（净雨）划分 n上述求得的径流量是时段总径流量，它包
34、括上述求得的径流量是时段总径流量，它包括地面径流和地下径流（地面径流和地下径流（R=Rs+Rg）。对总径流量）。对总径流量进行划分，以便分别进行汇流计算。进行划分，以便分别进行汇流计算。57三、三、初损后损法计算地面净雨过程初损后损法计算地面净雨过程 n初损后损法是一种超渗产流模型。该模型将初损后损法是一种超渗产流模型。该模型将降雨径流损失过程分为初损和后损两部分，降雨径流损失过程分为初损和后损两部分，综合分析其产流规律，在设计洪水或预报洪综合分析其产流规律，在设计洪水或预报洪水时利用这种规律来由暴雨推求地面净雨过水时利用这种规律来由暴雨推求地面净雨过程。程。58 在干旱半干旱地区，地下水埋藏
35、很深，在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程流域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中的下渗的水量不易使整个包气带达到田中的下渗的水量不易使整个包气带达到田间持水量，所以不产生地下径流，并且只间持水量，所以不产生地下径流，并且只有当降雨强度大于下渗强度时才产生地面有当降雨强度大于下渗强度时才产生地面径流，这种产流方式称为超渗产流。关键径流，这种产流方式称为超渗产流。关键是是确定流域下渗的变化规律确定流域下渗的变化规律。591.基本原理基本原理 初损后损法将下渗损失过程简化为初损后损法将下渗损失过程简化为初损初损和和后损后损两个两个阶段，如图所示。阶段，如图所示。n初
36、损初损I0：产流以前的：产流以前的总损失水量。即从降雨总损失水量。即从降雨开始到出现超渗产流，开始到出现超渗产流，历时历时t0 内全部降雨量内全部降雨量，包括初期下渗、植物截包括初期下渗、植物截留、填洼等。留、填洼等。后损后损：流域产流以后流域产流以后下渗的水量，以平均下下渗的水量，以平均下渗率渗率 表示。表示。ftc60n2.净雨量计算公式净雨量计算公式ftc613 初损初损I0的确定的确定 v（1 1）由实测资料分析）由实测资料分析各场洪水的初损各场洪水的初损I I0 0 -对于较小流域，对于较小流域，因汇因汇流时间短，出口断面的起流时间短，出口断面的起涨点大体可作为产流开始涨点大体可作为
37、产流开始时刻，因此，起涨点前的时刻，因此，起涨点前的累积雨量可作为初损累积雨量可作为初损I I0 0近近似值似值 ；-对于较大流域，对于较大流域，需考需考虑流域内各雨量站至流域虑流域内各雨量站至流域出口断面汇流时间不同的出口断面汇流时间不同的问题。问题。62v（2 2）综合分析）综合分析I I0 0的变化规律的变化规律利用实测雨洪资料，分析各场洪水的利用实测雨洪资料，分析各场洪水的I0及相应的流域及相应的流域起始蓄水量起始蓄水量W0（Pa,0），初损期的平均雨强），初损期的平均雨强，并建立，并建立相关图备用。相关图备用。i634.4.平均后损率的确定平均后损率的确定n（1）由实测资料分析各场洪
38、水的平均后损率由实测资料分析各场洪水的平均后损率平均后损率平均后损率的计算式为：的计算式为：对于实测暴雨洪水，对于实测暴雨洪水，P、Rc和和I0为已知，为已知，P、tc均均与降雨过程有关，可以采用试算方法，求平均后损率与降雨过程有关，可以采用试算方法，求平均后损率。f64（2）综合分析平均后损率的变化规律）综合分析平均后损率的变化规律一次降雨过程中，由于后损是初损的延续，初损量一次降雨过程中，由于后损是初损的延续，初损量越大，土壤含水量越大，则后损能力越低，平均后损越大，土壤含水量越大，则后损能力越低，平均后损率率就越小就越小,所以后损下渗率不仅与流域起始土壤含水量所以后损下渗率不仅与流域起始
39、土壤含水量W0有关，而且与初期降雨特性有关，初期降雨特性用有关，而且与初期降雨特性有关，初期降雨特性用初损期平均雨强初损期平均雨强表示。因此，可以根据实测雨洪资表示。因此，可以根据实测雨洪资料，分析建立料，分析建立与与tc及及的关系。的关系。n0i0if65【例题例题】已知某流域设计标准为百年一遇的已知某流域设计标准为百年一遇的24h24h暴雨过程暴雨过程如如下表，设计暴雨初损为下表，设计暴雨初损为30mm30mm，后期平均下渗能力为，后期平均下渗能力为2.0mm/h2.0mm/h。试求该流域设计。试求该流域设计24h24h设计地面净雨过程。设计地面净雨过程。时段（6h）1234合计雨量（mm
40、）206010510195四、初损后损法产流量计算实例 v解题思路：从降雨开始时段起扣除初损；之后判断产流的时段并按产流历时内的平均后期率扣损；最后，将后期不产流的雨量扣除。66时段（6h）1234合计雨量（mm）206010510195初损（mm）201030后损（mm）12/10121024/34地面净雨(mm)38/4093141/131时段（6h）1234合计雨量（mm）206010510195初损（mm）后损（mm）地面净雨(mm)6768 流域汇流流域汇流是指，在流域各点产生的净雨，经过坡地和是指，在流域各点产生的净雨，经过坡地和河网汇集到流域出口断面，形成径流的全过程。河网汇集到
41、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净雨距流域出口断面远同一时刻在流域各处形成的净雨距流域出口断面远近、流速不相同近、流速不相同,所以不可能全部在同一时刻到达流域所以不可能全部在同一时刻到达流域出口断面。但是出口断面。但是,不同时刻在流域内不同地点产生的净不同时刻在流域内不同地点产生的净雨雨,却可以在同一时刻流达流域的出口断面。却可以在同一时刻流达流域的出口断面。69-流域汇流时间流域汇流时间m：流域上最远点的净雨流：流域上最远点的净雨流到出口的历时。到出口的历时。-汇流时间汇流时间：流域各点的地面净雨流达出：流域各点的地面净雨流达出口断面所经历的时间。口断面所经历的时间。
42、-等流时面积等流时面积dF()：同一时刻产生、且汇流：同一时刻产生、且汇流时间相同的净雨，所组成的面积。时间相同的净雨，所组成的面积。70n-等流时线等流时线：流域上汇流时间：流域上汇流时间相等点的连线，相等点的连线，如下图如下图 中标有中标有1 1、2 2、的虚线（的虚线（为单位汇流时为单位汇流时段长）。段长）。n-等流时面积：两条相邻等流时线间的面积。等流时面积：两条相邻等流时线间的面积。1.1.用等流时线分析地面汇流用等流时线分析地面汇流 71n利用等流时线概念，分析流域上不同净雨情况下所利用等流时线概念，分析流域上不同净雨情况下所形成的出口断面地面径流过程。为计算上的方便，形成的出口断
43、面地面径流过程。为计算上的方便，取计算时段取计算时段t t 等于汇流时段等于汇流时段 ，分三种情，分三种情况进行讨论。况进行讨论。72 地面净雨历时等于一个汇流时段地面净雨历时等于一个汇流时段（Tc=Tc=t=t=）n流域一次均匀流域一次均匀净雨净雨:n历时历时T Tc cn净雨深净雨深R Rc cn雨强雨强i ic c73 地面净雨历时等于一个汇流时段地面净雨历时等于一个汇流时段（Tc=Tc=t=t=）n流域一次均匀流域一次均匀净雨净雨:n历时历时T Tc cn净雨深净雨深R Rc cn雨强雨强i ic cRcF2RcF1RcF374 地面净雨历时等于一个汇流时段地面净雨历时等于一个汇流时段
44、（Tc=Tc=t=t=）T=1 ,Q1=RcF1n流域一次均匀流域一次均匀净雨净雨:n历时历时T Tc cn净雨深净雨深R Rc cn雨强雨强i ic cRcF2RcF1RcF375 地面净雨历时等于一个汇流时段地面净雨历时等于一个汇流时段（Tc=Tc=t=t=）T=2 ,Q2=RcF2n流域一次均匀流域一次均匀净雨净雨:n历时历时T Tc cn净雨深净雨深R Rc cn雨强雨强i ic cRcF2RcF376 地面净雨历时等于一个汇流时段地面净雨历时等于一个汇流时段（Tc=Tc=t=t=）T=3 ,Q3=RcF3n流域一次均匀流域一次均匀净雨净雨:n历时历时T Tc cn净雨深净雨深R Rc
45、 cn雨强雨强i ic cRcF377 地面净雨历时等于一个汇流时段地面净雨历时等于一个汇流时段（Tc=Tc=t=t=）T=4 ,Q4=0n流域一次均匀流域一次均匀净雨净雨:n历时历时T Tc cn净雨深净雨深R Rc cn雨强雨强i ic c78(2)地面净雨历时地面净雨历时等于等于流域汇流时间流域汇流时间m（tc=m）79R1F2R1F1R1F3t=0t0123456Q0Tc=3t80R2F2R2F1R2F3t=1R1F1R1F2R1F3t0123456Q0R1F181R2F2R2F1t=2R1F2R1F3R2F3R3F1R3F2R3F3t0123456Q0R1F1R1F2+R2F182R
46、2F2t=3R1F3R2F3R3F1R3F2R3F3t0123456Q0R1F1R1F2+R2F1R1F3+R2F2+R3F183t=4R2F3R3F2R3F3t0123456Q0R1F1R1F2+R2F1R1F3+R2F2+R3F1R2F3+R3F184t=5R3F3t0123456Q0R1F1R1F2+R2F1R1F3+R2F2+R3F1R2F3+R3F1R3F3 085t=6t0123456Q0R1F1R1F2+R2F1R1F3+R2F2+R3F1R2F3+R3F1R3F3 087(3)地面净雨历时大于流域汇流时间地面净雨历时大于流域汇流时间m（tcm）88从以上分析中，可以归纳出以下几
47、点：从以上分析中，可以归纳出以下几点：(1)一个时段的净雨在流域出口断面形成的地面径流过程，一个时段的净雨在流域出口断面形成的地面径流过程，等于该时段净雨与各块等流时面积的乘积，即等于该时段净雨与各块等流时面积的乘积，即Qi=RciFi。(2)多时段净雨在流域出口形成的地面径流过程，等于它们多时段净雨在流域出口形成的地面径流过程，等于它们各自在出口形成的地面径流过程叠加。各自在出口形成的地面径流过程叠加。(3)当净雨历时当净雨历时Tc小于流域汇流时间小于流域汇流时间m时，称为流域部分时，称为流域部分面积汇流造峰（部分汇流造峰）；当净雨历时面积汇流造峰（部分汇流造峰）；当净雨历时Tc大于或等大于
48、或等于于m时，称为流域全面积汇流造峰（全面汇流造峰）。时，称为流域全面积汇流造峰（全面汇流造峰）。(4)地面径流总历时地面径流总历时T等于净雨历时等于净雨历时Tc与流域汇流时间与流域汇流时间m之之和，即和，即:T=Tc+m892.2.地下净雨汇流计算地下净雨汇流计算（1 1）线性水库模拟法）线性水库模拟法（2 2）简化计算法）简化计算法90汇流计算方法有汇流计算方法有:时段单位线法时段单位线法瞬时单位线法瞬时单位线法911.1.单位线法单位线法 n单位线单位线：单位时段内、分布均匀的单位地面净：单位时段内、分布均匀的单位地面净雨，在流域出口断面形成的地面径流过程，称雨，在流域出口断面形成的地面
49、径流过程，称为单位线。为单位线。n单位净雨一般取单位净雨一般取10mm，单位时段，单位时段t可取可取1、3、6、12、24h等，依流域大小而定。等，依流域大小而定。92tr93n由于实际的净雨不一定正好是一个单位和一个时段由于实际的净雨不一定正好是一个单位和一个时段,所以分析使用时有如下两条假定。所以分析使用时有如下两条假定。-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：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是是k个单位个单位,则形成的流量过程是单位线纵标的则形成的流量过程是单位线纵标的k倍。倍。94时间时间h10mm流量流量m3/st时间时间h19.7mm流量流量m3/stQmQm19
50、.7/10Q19.7/10Qk95n-叠加假定叠加假定：如果净雨不是一个时段而是：如果净雨不是一个时段而是m个时段个时段,则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叠加。时段叠加。96时间时间h流量流量m3/sQ1Q2Q3Q1+Q2+Q2000097n2.2.单位线的应用单位线的应用 n 当流域内降了一场雨后，先用产流计算方法推求出当流域内降了一场雨后，先用产流计算方法推求出净雨过程，再利用单位线的两个假定推求汇流过程，从净雨过程，再利用单位线的两个假定推求汇流过程，从而得出洪水过程。而得出洪水过程。【例题例题】9899n计算步骤如
