1、水文学原理计算水文学原理计算 2 径流量径流量 Q(m(m3 3/s)/s)t(h)流量过程线流量过程线W（1 1）径流深计算）径流深计算（1）径流深计算）径流深计算（2）径流过程分割）径流过程分割（3）水源划分）水源划分4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算径流深计算径流深计算FtQFtQQRniiniii1016.326.3 Q(m(m3 3/s)/s)t(h)QiQi+1tQnQ14.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算 2 径流量径流量 地面径流退水较快，而地下径流退水历时较长。实测流量过程线往往是由若干次暴雨所形成的洪水径流组成。为了研究暴雨与洪水之间的关系，必须流
2、量过程线加以分割，可采用退水曲线方法。（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算 2 径流量径流量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算（2 2）流量过程线分割（）流量过程线分割（whywhy）2 径流量径流量 流域出口流量过程线除本次降雨形成的径流以流域出口流量过程线除本次降雨形成的径流以外，往往还包括前期降雨径流中尚未退完的水，外，往往还包括前期降雨径流中尚未退完的水，在计算本次径流时，应当把这部分水量从流量过在计算本次径流时，应当把这部分水量从流量过程线中分割出去程线中分割出去流量过程线分割流量过程线分割4.2 降雨径流影响要素计算
3、降雨径流影响要素计算（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割 退水曲线退水曲线是流域蓄水消退曲线，对同一流域是流域蓄水消退曲线，对同一流域的各次洪水，将若干条流量过程线的退水部分绘的各次洪水，将若干条流量过程线的退水部分绘于透明纸上，然后沿时间轴左右移动，使退水线于透明纸上，然后沿时间轴左右移动，使退水线尾部重合，其尾部重合，其下包线下包线可作为标准的可作为标准的地下水退水曲地下水退水曲线线。2 径流量径流量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算（2 2）流量过程线分割（）流量过程线分割（howhow）2 径流量径流量流域蓄水量的消退过程线称为退水曲线退水曲线。不同次降雨形成的流量过
4、程线的分割常采用退水曲线退水曲线退水曲线t Q4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算QKdtdQg1消除消除 W 得得tgQQdtKdQQt0110从从0t 积分积分gKtteQQ0地下水退水方程地下水退水方程 地下水退水满足地下水退水满足线性水库线性水库微分方程微分方程 QdtdWQKWg+（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割退水曲线退水曲线Q Q0 0t0QtgKtteQQ0地下水退水方程地下水退水方程 4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割退水曲线退水曲线4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算tttgQQdtKdQ
5、Qttt11从从tt+t 积分积分gKtttteQQ时段退水方程时段退水方程 )(ln)(lnttQtQtKg退水方程参数退水方程参数 （2 2）流量过程线分割）流量过程线分割退水曲线退水曲线t+t0Q Qt+t+t t地下水时段退水方程地下水时段退水方程 gKtttteQQt Q Qt tQ Qt 4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算当t=0时？（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割退水曲线退水曲线4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算当t=0时？gKtttteQQgKtteQQ0【讨论1】（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割退水曲线退水曲线【讨论2】Kg如何确定
6、？如何确定？方法方法1 1：根据地下水退水根据地下水退水曲线上每隔曲线上每隔t t的的流量值流量值Q Q（t t）、）、Q Q（t t+t t），可算出，可算出确定确定K Kg g的方法的方法取若干计算值的平均值作为流域的取若干计算值的平均值作为流域的K Kg g。4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算gKtttteQQ)(ln)(lnttQtQtKg（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割退水曲线退水曲线方法方法2 2：根据退水方程根据退水方程 4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算gKtteQQ0tKQQgt1lnln0 由若干个Qt 点绘 lnQtt 图，直线的图，直
7、线的斜率斜率为为-1/Kg，从而定出，从而定出Kg。确定确定K Kg g的方法的方法（2 2）流量过程线分割）流量过程线分割退水曲线退水曲线次洪水过程线划分次洪水过程线划分tQtR4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算 地表径流和地下径流地表径流和地下径流汇流特性（水流运动规汇流特性（水流运动规律）律）不同，一般还要划分地面径流和地下径流。不同，一般还要划分地面径流和地下径流。4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算（3 3）水源划分）水源划分 斜线分割法：斜线分割法：从起涨点到地面径流终止点从起涨点到地面径流终止点绘制直线绘制直线AB AB，ABAB线以上为地面径流，以下为
8、地线以上为地面径流，以下为地下径流。下径流。How？地下径流分割示意图地下径流分割示意图NABN N=0.84=0.84F F 0.20.2 地下径流地下径流地表径流地表径流起涨点起涨点地表径流停止点地表径流停止点4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算经验公式退水曲线终止点确定N为洪峰出现时刻至地面径流终止点的日数，F为流域面积，Km2（3 3）水源划分）水源划分退水曲退水曲线线t(h)0流量过程线分割Q(m3/s)0t(h)水源划分Q(m3/s)说明：地下退水曲线的尾部与流量过程线退水段重合，说明：地下退水曲线的尾部与流量过程线退水段重合，分离点分离点为地面径流终止点为地面径流终止
9、点 土壤含水量是表示包气带土壤湿润程度的物理量，土壤保持水分的最大量称为田间持水量。田间持水量与凋萎含水量的差值称流域蓄水容量（Wm）。土壤含水量与前期降雨有密切关系，可以用参数 前期影响雨量（Pa）来反映。4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量浅层地下水层浅层地下水层 潜水层潜水层包气带包气带包气带包气带不透水层不透水层不透水层不透水层深层地下水层深层地下水层承压水层承压水层不透水层不透水层土壤含水量变动地带土壤含水量变动地带4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量
10、土壤含水量土壤含水量一般是根据流域前期降雨、蒸发及径流过程，依据水量平衡采用递推公式推求1tttttWWPER第t时段初始时刻土壤含水量第t时段径流量第t时段降雨量第t时段蒸发量（1）选择前期流域出现大暴雨的次日作为起始日，相应的土壤含水量为Wm（2）选择流域长时间干旱期作为起始日，相应的土壤含水量为0或者较小值（3）提前较长时间，eg：15-30天，假定一个土壤含水量（如0.5Wm）作为初值，经过演算，误差会减小到允许的程度3 土壤含水量土壤含水量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算起始含水量选择 在实际工作中，在实际工作中，W Wm m 可看作流域十分干旱情况下降雨产流可看作流
11、域十分干旱情况下降雨产流过程的最大损失量。过程的最大损失量。对于包气带不厚且雨量充沛地区，可选取久旱不对于包气带不厚且雨量充沛地区，可选取久旱不雨（雨（雨前雨前P Pa a=0=0）后一次降雨量较大资料（后一次降雨量较大资料（雨后雨后P Pa a=W Wm m ），则），则 W Wm m=P-R-E P-R-E雨雨3 土壤含水量土壤含水量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量1tttttWWPER（1）蒸发量计算（2）前期影响雨量计算问题：问题：由于在很多情况下，按照上式推求土壤含水量时，会遭遇到径流资料缺乏的问
12、题。在实际中，常采用前期影响雨量Pa来代替土壤含水量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量（1）流域蒸发量的计算流域蒸发能力：在当日气象条件下流域蒸发量的上限 E Em m称为流域称为流域日蒸发能力日蒸发能力，常采用下式推求，常采用下式推求 E Em m=E E水水 式中，式中，E E水水水面蒸发观测值，水面蒸发观测值，mm;mm;折算系数。折算系数。【注】P31中所列公式为水面蒸发计算公式，此处为流域蒸发能力公式 比较水面蒸发量、蒸发器蒸发量、流域蒸发量、流域蒸发能力4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量（1）流域蒸发量的计
13、算一层蒸发模式一层蒸发模式mmWEWEWWEEmm假定：流域蒸发量与土壤含水量成正比【讨论】形式简单，但未考虑土壤水分垂直分布的情况。当包气带土壤含水量较小，而表层土壤含水量较大时，按该模式计算出来的蒸发量偏小，eg：久旱降了一场小雨，雨量仅仅补充了表层土壤，就是这种情况4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量（1）流域蒸发量的计算 二层蒸发模式二层蒸发模式ELEUE流域蒸发量流域蒸发量WUWL将土壤分成两层，上下层的蓄水容量分别为WUm、WLm，对应的土壤含水量分别为WU、WLmmmEWUWUEWUEEU上层上层EUEWLWLELmm下层下层0E L 下层下层
14、4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量（1）流域蒸发量的计算 三层蒸发模式三层蒸发模式WUWLWD mWLC EEU当时mWLC EEU当时CWLWLEUECCWLWLEUEWLWLELmmmmmWLEL ED=0ED=C(EM-EU)-EL以两层蒸发模式为基础，确定下层最小蒸发系数以两层蒸发模式为基础，确定下层最小蒸发系数C4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算3 土壤含水量土壤含水量P Pa,ta,t+1+1=（P Pa,ta,t+P Pt t ）上式限制条件：上式限制条件：当当P Pa,ta,t+1+1W Wm m 时，时，P Pa,ta,t+
15、1+1=W Wm m（2）前期影响雨量计算公式：公式：K是与流域蒸发量有关的土壤含水量日消退系数若采用一层蒸发模式，假定若采用一层蒸发模式，假定E Et t与与P Pat at 成线性关系，则：成线性关系，则：)1(mmWEK无雨日：无雨日：3 土壤含水量土壤含水量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算（2）前期影响雨量计算matmtWPEEa,tmmPWE)1(a,tmma,tPWEPta,tta,EPP1atmmtPWEE 即 递推公式起始日的递推公式起始日的P Pa a是假定的，但起始日从何时开始呢？是假定的，但起始日从何时开始呢？例如，例如，P Pa a起始计算时间相隔起始计
16、算时间相隔3030天，当天，当K K0.900.90时时K K30300.04,0.04,说说明最大误差不到起始误差的明最大误差不到起始误差的5 5。长时间无雨时，可取起始长时间无雨时，可取起始P Pa a 值较小些，或令值较小些，或令P Pa a 0 0 。一次大雨后，土壤比较饱和，可取起始一次大雨后，土壤比较饱和，可取起始P Pa aW Wm m。3 土壤含水量土壤含水量4.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算（2）前期影响雨量计算【讨论讨论】【例例】某流域某流域W Wm m=100mm=100mm，6 6月份月份E Em m5.6mm/d,75.6mm/d,7月份月份E Em m
17、 6.8mm/d6.8mm/d。推求。推求7 7月月2 2日日3 3日的日的P P和雨前和雨前P Pa a值。值。tP(mm)KPa(mm)计算说明计算说明6.2560.30.9446月月25日日26日总雨量很大，日总雨量很大，6月月27日日Pa达达Wm 6.2678.80.9446.2714.70.9441006.280.944100Pa0.944（10014.7）=108.3 100 取取1006.290.94494.4Pa0.94410094.46.300.94489.1Pa0.94494.489.17.10.93284.1Pa0.94489.184.17.220.20.93278.4P
18、a0.93284.178.47.321.90.932 P20.221.942.1mm Pa78.4mm7.42.20.932K K6 61 15.6/100=0.944 5.6/100=0.944 K K7 7 1 16.8/100=0.9326.8/100=0.9324.2 降雨径流影响要素计算降雨径流影响要素计算第四章第四章 流域产流与汇流计算流域产流与汇流计算4.1 概述4.2 流域降雨径流要素计算4.3 蓄满产流计算4.4 超渗产流计算4.5 流域汇流计算4.6 河道汇流计算4.3蓄满产流计算蓄满产流计算1 蓄满产流蓄满产流3 蓄满产流模型蓄满产流模型4 水源划分水源划分2 净雨径流相
19、关图净雨径流相关图主要内容 在湿润地区，包气带缺水易为一次降雨所蓄满，则产流量R 可由降雨量P减去降雨开始时土壤缺水量(Wm-W0)求得。即雨量补足包气带缺水量后，全部形成径流，这种产流方式叫做蓄满产流定义定义4.3蓄满产流计算蓄满产流计算1蓄满产流蓄满产流R=P-(Wm-W0)公式：公式：雨量充沛，地下水位高，包气带较薄，包气带下部含水量经常保持田间持水量，汛期的包气带缺水量很容易为一次降雨所蓄满【说明】上式适用于包气带各点蓄水容量相同，或全流域产流的情况W0Wm-W0降降水水RP PR R=P P-(-(W Wm m-W-W0 0)计算公式计算公式带带包包气气潜潜水水带带蓄满产流计算示意图
20、蓄满产流计算示意图1蓄满产流蓄满产流4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算1蓄满产流蓄满产流 当流域土壤含水量达当流域土壤含水量达W Wm m时的产流状态为时的产流状态为全流域产全流域产流流或称或称全面产流全面产流，产流量，产流量R R=P P-(-(W Wm m-W-W0 0)。但当降雨量尚未达到但当降雨量尚未达到流域的流域的W Wm m值时，由于包气带各处值时，由于包气带各处厚度不一致，厚度不一致，各点蓄水容量也不相同各点蓄水容量也不相同，因而在局部，因而在局部地区也会产生径流，这种产流状态称之地区也会产生径流，这种产流状态称之部分产流部分产流，然后逐步过渡到全面产流。然后逐步过渡到全面产流。流
21、域产流过程示意图流域产流过程示意图部分面积产流全面产流包气带包气带P Pa aW Wm m-P-Pa aW W0 0=W Wm m潜潜 水水P根据流域内多次暴雨的雨量P，对应的径流量R，初始土壤含水量WO，可点绘以Pa为参数的P WO R相关图。已知流域各次已知流域各次P P、R R，制定，制定产流方案产流方案：K,WmK,Wm，P PW W0 0R R 相关图相关图4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算2 降雨径流相关图降雨径流相关图（1）编制）编制（2）应用）应用（3）简化形式）简化形式（1）建立降雨径流相关图建立降雨径流相关图【强调】此处的降雨是指扣除雨期蒸发量的P，即净雨【强调】WO=PaP
22、 Pe eP PaR R 相关图相关图PaPe(mm)R(mm)45。4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算2 降雨径流相关图降雨径流相关图（1）建立降雨径流相关图 降雨径流相关图降雨径流相关图上部属流域全面产流上部属流域全面产流状态，满足方程状态，满足方程R R=P Pe e-(-(I Im m-P-Pa a)表现为一表现为一组平行等距离的组平行等距离的45450 0直线。直线。相关图下部属流相关图下部属流域部分产流情况，产域部分产流情况，产流量随降雨量减少迅流量随降雨量减少迅速降低，表现为一组速降低，表现为一组向下凹的曲线。向下凹的曲线。Pa=0 20 40 60 80 100 Pe(mm)R(
23、mm)R1 R2 R3 R4P4 P3P2 P1例：某次降雨前例：某次降雨前P Pa a=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，P P4 4 。（2 2）降雨径流相关图的应用）降雨径流相关图的应用 内插内插P Pa a=58mm=58mm相关线（相关线（红线红线）查得相应的查得相应的R R1 1，R R2 2，R R3 3，R R4 4 4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算2 降雨径流相关图降雨径流相关图Pa=0 20 40 60 80 10058 P(mm)R(mm)1818 3838 6363 8888130 130 105105 80
24、 80 50 50P P5050303025252525RR1818383863638888已知已知 Pa=58mmPP50508080105105130130R R18182020252525254.3 蓄满产流计算蓄满产流计算2 降雨径流相关图降雨径流相关图（2 2）降雨径流相关图的应用）降雨径流相关图的应用45。降雨径流关系也可降雨径流关系也可采用简化形式，采用简化形式，以以P P+P Pa a为纵坐标为纵坐标R R 为横坐标为横坐标点绘相关图。点绘相关图。4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算（3 3）简化的降雨径流相关图）简化的降雨径流相关图2 降雨径流相关图降雨径流相关图P P50503
25、03025252525RR1818383863638888【例例】已知已知 Pa=58mmP P+Pa+Pa108108138138163163188188R R1818202025252525 简化的降雨径流相关图简化的降雨径流相关图45。1818 3838 6363 8888188188 1631631381381081084.3 蓄满产流计算蓄满产流计算4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算3 蓄满产流模型蓄满产流模型R=P-(Wm-W0)蓄满产流蓄满产流公式：公式：【说明】上式适用于包气带各点蓄水容量相同，或全流域产流的情况【问题】包气带各点蓄水容量不同且未全流域产流的情况如何计算？蓄满产流
26、模型蓄满产流模型 流域内各点包气带的蓄水容量是不同的。流域内各点包气带的蓄水容量是不同的。以包气带达以包气带达到田间持水量时的土壤含水量到田间持水量时的土壤含水量Wm为纵坐标，以流域内为纵坐标，以流域内小于小于等于等于该该 Wm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。4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算3 蓄满产流模型蓄满产流模型【说明】书P80中，定义错误，写成“大于”了将流域内各点蓄水容量将流域内各点蓄水容量Wm从小到大排列，最大值为从小到大排列，最大值为Wmm,计算小于某一计算小于某一Wm的面积占流域面积
27、的比重为的面积占流域面积的比重为，则，则可绘制可绘制Wm关系曲线，称之为关系曲线，称之为流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线bmmmWW)1(1mWWmmmW01.0流域蓄水容量曲线B反映流域内蓄水容量空间分布不均匀性的参数，取值范围一般为0.2-0.4How to表示流域蓄水容量曲线？用实测降雨径流资料选配曲线，间接确定。经验表明，流域蓄水容量曲线是一条单增曲线，可用B次抛物线表示：00(1)(1)1mmmmWWBmmmmmmmmWWWdWdWWB4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算000(1)(1)AABmmmmWWdWdWW1011(1)BmmmWAWWW0对应的最大点蓄水容量AWm流域蓄水容量
28、曲线流域蓄水容量曲线PeW0WR0011)1()1(mmmbmmmWmWmWbdWWWWdWmmmm0 0)1(1)1(100bmmmmAWAWWdW)1(1110bmmmWWWA10()(1)1eA PbeemeAmmPARPdWPWWm WmWAA+PebmmmWW)1(1Wm流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线PeW0R0 0AA+PeW=Wm-W0=P+W0-WmR=P W =P (Wm W0)mmmWbW)1()1(1110bmmmWWWAbmmeeWPAWmWmWPR10)1(WmWPRe0蓄满产流模型基本公式蓄满产流模型基本公式（产流参数（产流参数Wm、b）tttttREPWW 14
29、.3 蓄满产流计算蓄满产流计算mmeWPAmmeWPA3 蓄满产流模型蓄满产流模型mmttEWWE全流域产流全流域产流局部产流局部产流新书新书P80式（式（4-25）有错）有错PeW0Em(t)P(t)R蓄满产流计算过程蓄满产流计算过程bWmW mmA4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算3 蓄满产流模型蓄满产流模型蒸发模型mmmWbW)1()1(1110bmmmWWWA前期影响雨量的求解 地面径流和地下径流汇流的规律是不相同的。地面径流和地下径流汇流的规律是不相同的。如果由已知雨量如果由已知雨量 P P从降雨径流相关图上查得径流从降雨径流相关图上查得径流量量 R R 后，还需再分成地面和地下两部分
30、，以便进后，还需再分成地面和地下两部分，以便进行汇流计算。行汇流计算。4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算4 水源划分水源划分 在降雨过程中，流域上产生径流的区域称为产在降雨过程中，流域上产生径流的区域称为产流区，其面积称为流区，其面积称为产流面积产流面积，一般以占全流域面积，一般以占全流域面积的的百分比百分比表示。表示。在产流面积上，包气带缺水量已经满足满足，在产流面积上，包气带缺水量已经满足满足，产流量产流量 R R 按按稳定下渗率稳定下渗率f fc c下渗，下渗的水量形成地下渗，下渗的水量形成地下径流下径流 R Rg g，超过稳定下渗率的部分形成地面径流，超过稳定下渗率的部分形成地面径流 R
31、 Rs s（包括壤中流）（包括壤中流）。4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算潜潜 水水f fc cR Rg gR Rs sP Pe eR R R Rg g+R Rs s 二水源产流模式二水源产流模式4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算 土壤缺水小、先蓄满的地方先产流土壤缺水小、先蓄满的地方先产流 产流面积随着降雨继续而不断增大产流面积随着降雨继续而不断增大 产流面积大小与降雨量和初始土壤含水量产流面积大小与降雨量和初始土壤含水量 有关，与降雨强度无关。有关，与降雨强度无关。蓄满产流面积的变化有如下特点：蓄满产流面积的变化有如下特点：4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算WmW00 0PeRFrFr R/Pe
32、rcrcrcgtFfhtFftFfhhh 如果已知稳定下渗率如果已知稳定下渗率f fc c，可以根据净雨过，可以根据净雨过程划分水源程划分水源How to 推求fc？4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算 （）（）f fc c 的分析推求的分析推求 稳定入渗率稳定入渗率fc可用的降雨径流资料采可用的降雨径流资料采用用试错法试错法得得到。根据实测降雨过程、净雨过程到。根据实测降雨过程、净雨过程、地下径流总量地下径流总量，假设一个假设一个f fc c代入公式计算，当计算得代入公式计算，当计算得地下径流总量地下径流总量值与值与实际值实际值相等时即为所求相等时即为所求f fc c 。分析多次洪水，定。分析多
33、次洪水，定出流域出流域f fc c的平均值。的平均值。4.3 蓄满产流计算蓄满产流计算时时段段 t(h)Pe(mm)R(mm)产流产流面积面积 FCmm)RG(mm)fc=2.0 fc=1.6fc=2.0 fc=1.6 1 6 14.5 7.6 0.524 6.3 5.0 6.3 5.02 4 4.6 3.7 0.804 6.45.1 3.7 3.7 3 6 44.4 44.4 1.000 12.0 9.6 12.0 9.6 4 6 46.5 46.5 1.000 12.0 9.6 12.0 9.6 5 6 14.8 14.8 1.000 12.0 9.6 12.0 9.6 6 1 1.1 1
34、.1 1.000 2.0 1.6 1.1 1.1 118.1 47.1 38.6 【例例】某流域一次降水过程如表某流域一次降水过程如表 3-4 所示，地所示，地下径流量下径流量 38.1mm，试推求稳定下渗率，试推求稳定下渗率 fc。产流面积产流面积R/PeFC fc t 产流面积产流面积【例例】设设 fc=2.0mm/h，得，得 RG=47.1mm，不等于，不等于38.1mm。再假设。再假设 fc=1.6 mm/h，RG=38.6 mm，与与 38.1 mm 相差很小。相差很小。fc=1.6 mm/h 【例例】已知某流域流域降雨径流相关图和已知某流域流域降雨径流相关图和稳定入渗率稳定入渗率f
35、 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。请根据）栏。请根据 f fc c 将净雨划分为地表净将净雨划分为地表净雨雨h hs s和地下净雨和地下净雨h hg g。（2 2）f fc c 的应用的应用第第（3 3）栏：查降雨径流相关图得时段净雨量）栏：查降雨径流相关图得时段净雨量h h；第（第（4 4）栏：产流面积栏：产流面积Fr=h/Pe；第（第（5 5）栏：时段最大稳定下渗量）栏：时段最大稳定下渗量Fc=fctFr；第（第（6 6）栏：根据）栏：根据fcfc将净雨划分地下净雨将净雨划分地下净雨rcrcrcgtFfhtFft
36、Ffhhh第（第（7 7）栏：地表净雨）栏：地表净雨 h hs s=h hh hg g第四章第四章 流域产流与汇流计算流域产流与汇流计算4.1 概述4.2 流域降雨径流要素计算4.3 蓄满产流计算4.4 超渗产流计算4.5 流域汇流计算4.6 河道汇流计算 干旱地区的地下水埋藏很深，包气带可达几十干旱地区的地下水埋藏很深，包气带可达几十米甚至上百米，降水不易使包气带蓄满，下渗的水米甚至上百米，降水不易使包气带蓄满，下渗的水量一般不会产生地下径流。只有降水强度超过下渗量一般不会产生地下径流。只有降水强度超过下渗率时才有地面径流产生。这种产流方式，称为率时才有地面径流产生。这种产流方式，称为超渗超
37、渗产流产流。4.4 超渗产流计算超渗产流计算定义定义超渗产流模式超渗产流模式4.4 超渗产流计算超渗产流计算下渗曲线法初损后损法产流计算 超渗产流地区降雨超渗产流地区降雨强度强度对下渗起显著作用，由对下渗起显著作用，由而降雨推求径流可以采用下渗曲线。而降雨推求径流可以采用下渗曲线。下渗曲线下渗曲线是干燥士壤在充分供水条件下流域下是干燥士壤在充分供水条件下流域下渗能力过程线。将降雨强度减去下渗率就可得到净渗能力过程线。将降雨强度减去下渗率就可得到净雨强度过程。这样求得的净雨量，代表地面径流，雨强度过程。这样求得的净雨量，代表地面径流，不包括地下径流部分。不包括地下径流部分。一一、下渗曲线法下渗曲
38、线法4.4 超渗产流计算超渗产流计算fcf(t)ft下渗能力曲线下渗能力曲线初渗不稳定下渗稳定下渗4.4 超渗产流计算超渗产流计算下渗能力曲线下渗能力曲线下渗能力曲线下渗能力曲线4.4 超渗产流计算超渗产流计算f下渗能力曲线下渗能力曲线f0tfc若W0不同，则f0不同，下渗能力曲线不同【说明】4.4 超渗产流计算超渗产流计算下渗曲线法下渗曲线法产流过程Rt雨强过程it下渗过程ft减减下渗曲线法下渗曲线法fiitf(t)R(t)流域上每次降雨的强度并非在持续大于下渗率，不能保证充分供水条件；其次是初始土壤含水量不等于0，因此，每次降雨实际下渗曲线是不同的。解决方法是将下渗率随历时变化的曲线解决方
39、法是将下渗率随历时变化的曲线f(t)f(t)转换转换成随土壤含水量成随土壤含水量W W变化的曲线变化的曲线f f（W W）4.4 超渗产流计算超渗产流计算todttfFW)(【Problem】Witf f(W Wi i)=)=f f(t ti i)itoidttfW)(0tif f(t ti i)下渗率随历时变化曲线下渗率随历时变化曲线W Wf f(W Wi i)W Wi i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f-W关系曲线关系曲线下渗能力曲线下渗能力曲线4.4 超渗产流计算超渗产流计算ff0Wf-W关系曲线关系曲线fcf下渗能力曲线下渗能力曲线f0tfcf-W关系曲线关系曲线
40、4.4 超渗产流计算超渗产流计算 根据根据f f（W W）曲线，由本时段土壤水量）曲线，由本时段土壤水量W Wt t查得相应的下渗率查得相应的下渗率f f（W Wt t），由时段雨量），由时段雨量P Petet由下式求得时段净雨量由下式求得时段净雨量h ht ttfPtfPtfPheee0 重复以上三步，可以逐时段计算净雨过程重复以上三步，可以逐时段计算净雨过程 W Wt t+t t W Wt t P Petet h ht t 下一时段土壤水量下一时段土壤水量下渗曲线法产流计算步骤下渗曲线法产流计算步骤4.4 超渗产流计算超渗产流计算【说明1】采用下渗曲线法进行产流计算时，应该注意到降雨强度时
41、空分布不均匀性对产流的影响，且流域不同地点的下渗特点也存在差别。因此，为了提高计算精度，降雨时段长度不宜过长，常以min计，流域应按照雨量站分布状况划分为较小的单元区进行产流计算4.4 超渗产流计算超渗产流计算【说明2】采用下渗曲线法进行产流计算时，必须知道计算区域的下渗能力曲线，这需要很多径流资料或通过试验才能获得，在实际工作中往往难以实现。在实际中，常采用它的简化方法初损后损法进行产流计算二、二、初损后渗法初损后渗法4.4 超渗产流计算超渗产流计算 初损后渗法初损后渗法是把实际下渗过程简化为初损后渗是把实际下渗过程简化为初损后渗两阶段。两阶段。初损初损是大量产流以前的降雨总损失量，包括植是
42、大量产流以前的降雨总损失量，包括植物截留，填洼和下渗水量，以流域平均深度表示。物截留，填洼和下渗水量，以流域平均深度表示。后渗（损）后渗（损）是流域产流以后的下渗水量，以平是流域产流以后的下渗水量，以平均下渗率表示。均下渗率表示。t0tRtP tRI0P0ft0tRtP tRftftR R4.4 超渗产流计算超渗产流计算 一次降雨所形成的径流深可用下式表示：一次降雨所形成的径流深可用下式表示：R R P-IP-Io o ft ftR R-P-P0 0 式中式中,P P次降雨量；次降雨量；I Io o初损量；初损量；f f平均后渗率；平均后渗率；t tR R后渗后渗历时；历时；P Po o 后期
43、不产流的雨量。后期不产流的雨量。初损分析初损分析平均后损率平均后损率任务任务 小流域：汇流时间短，出口断面的起涨点大体可作为产小流域：汇流时间短，出口断面的起涨点大体可作为产流开始时刻，因而起涨点以前雨量的累积值可作为初损。流开始时刻，因而起涨点以前雨量的累积值可作为初损。较大流域：可分站按不同汇流时间，定出流量起涨以前较大流域：可分站按不同汇流时间，定出流量起涨以前的时刻，并取该时刻以前各站的累积雨量的平均值作为流域的时刻，并取该时刻以前各站的累积雨量的平均值作为流域的初损。的初损。（1 1）初损量）初损量0 0 的确定的确定4.4 超渗产流计算超渗产流计算干旱流域降雨产流过程干旱流域降雨产
44、流过程PQ初损后渗法推求产流量初损后渗法推求产流量hI0ftftR Rt4.4 超渗产流计算超渗产流计算4.4 超渗产流计算超渗产流计算利用实测雨洪利用实测雨洪资料，分析资料，分析流流域域各场洪水的各场洪水的I0及起始土壤含及起始土壤含水量水量W0，初损，初损期的平均雨强期的平均雨强，建立三者的，建立三者的相关图。相关图。W 初期雨强初期雨强 I0 相关图相关图4.4 超渗产流计算超渗产流计算此外，初损此外，初损I0还受季节的还受季节的影响，也可建影响，也可建立以月份为参立以月份为参数的初损相关数的初损相关图。图。4月月5月月6月月7月月I0（mm）W（mm）W 月份月份 I0 相关图相关图式
45、中，式中，t t降雨总历时；降雨总历时；t to o 为初损历时；为初损历时；t t降雨后期不产流的降雨历时。降雨后期不产流的降雨历时。所以：所以：（2 2）平均后渗率）平均后渗率f f 的计算的计算4.4 超渗产流计算超渗产流计算因为：因为：R RP-IP-I0 0-ft-ftR R-P-P0 000tttPIRPtPIRPfoRoo 平均后损率反映了流域产流以后平均下渗率，主平均后损率反映了流域产流以后平均下渗率，主要与产流期土壤含水量有关。要与产流期土壤含水量有关。产流开始时土壤含水量应该等于产流开始时土壤含水量应该等于W0 0+I0 0，产流历，产流历时时tR R越长则下渗量越多，产流
46、期土壤含水量越大。越长则下渗量越多，产流期土壤含水量越大。由于初损量与初损期平均雨强由于初损量与初损期平均雨强i0 0有关，可以建立有关，可以建立f-i0 0-tR R相关图。相关图。在一些流域，在一些流域，W0 0+I0 0相对稳定，相对稳定，f与与tR R关系更为密关系更为密切，也可建立切，也可建立f-tR R相关图相关图（2 2）平均后渗率）平均后渗率f f 的计算的计算4.4 超渗产流计算超渗产流计算第四章第四章 流域产流与汇流计算流域产流与汇流计算4.1 概述4.2 流域降雨径流要素计算4.3 蓄满产流计算4.4 超渗产流计算4.5 流域汇流计算4.6 河道汇流计算 流域上各点的净雨
47、，经过坡面汇入河网，再流域上各点的净雨，经过坡面汇入河网，再由河网流达出口断面，总称由河网流达出口断面，总称汇流汇流。从坡面和土壤表层汇入河网的，称为从坡面和土壤表层汇入河网的，称为坡面汇流坡面汇流，其历时较短，一般只有几十分钟至几小时；其历时较短，一般只有几十分钟至几小时；经由地下途径注入河网的，称为经由地下途径注入河网的，称为地下汇流地下汇流，历时可，历时可长达几天或几十天。长达几天或几十天。4.5 流域汇流计算流域汇流计算4.5 流域汇流计算流域汇流计算等流时线法等流时线法单位线法单位线法线性水库法线性水库法地面径流地面径流地下径流地下径流坡面汇流坡面汇流一、等流时线法一、等流时线法 等
48、流时线等流时线是在流域上勾绘的一组等值线，每条是在流域上勾绘的一组等值线，每条等值线上各点的水质点，将同时到达出流断面。两等值线上各点的水质点，将同时到达出流断面。两条等流时线间的面积称为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 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 。4.5 流域汇流计算流域汇流计算tf1f2f3f4f5某流域等流时线某流域等流时线2 2t5 5t4 4t3 3t4.5 流域汇流计算流域汇流计算 出流断面在第出流断面在第i i 时段出流量是由第一块面时段出流量是由第一块面积
49、积f上的本时段净雨，第二块面积上的本时段净雨，第二块面积f上一时段上一时段净雨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。流域出口断面流量的计算流域出口断面流量的计算1122312123iiiiiiiQr frfrfhhhfffttt4.5 流域汇流计算流域汇流计算tf1f2f3f4f5某流域等流时线某流域等流时线2 2t5 5t4 4t3 3t4.5 流域汇流计算流域汇流计算4.5 流域汇流计算流域汇流计算流域出口断面流量的计算流域出口断面流量的计算,110.278nki kiiiijkQqr f 33326210100.2783600m
50、smmmmkmmhss左边单位右边单位系数推导书上公式：等流时线法计算表等流时线法计算表时段时段（h）地面净雨地面净雨hS(mm)等流时等流时面积面积（km2）部分流量（部分流量（m3/s）Qs(m3/s)h1=5mmh2=28mmh3=44mmh4=3mm(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)0 0 0 0 0355827270 272762812056561500 0 20620694413060603112362360 06086081231155353337489489161689589515 823838298530530333389989918 6028282134694
