工程水文學_第四章

1、第四章第四章 流域產(chǎn)匯流計算流域產(chǎn)匯流計算第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素分析計算降雨徑流要素分析計算第二節(jié)第二節(jié) 流域產(chǎn)流分析流域產(chǎn)流分析第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算第四節(jié)第四節(jié) 流域匯流計算流域匯流計算第四章第四章 流域產(chǎn)匯流計算流域產(chǎn)匯流計算 第二章對徑流的形成過程作了定性的描述，本第二章對徑流的形成過程作了定性的描述，本章從定量的角度闡述降雨形成徑流的原理和計算方章從定量的角度闡述降雨形成徑流的原理和計算方法，它是以后學習由暴雨資料推求設計洪水、降雨法，它是以后學習由暴雨資料推求設計洪水、降雨徑流預報等內容的基礎。徑流預報等內容的基礎。降雨降雨P(t)蒸發(fā)蒸發(fā)E(t)產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算凈雨凈

2、雨R(t)匯流計算匯流計算流域出口斷面流域出口斷面徑流過程徑流過程Q(t)數(shù)量上相等數(shù)量上相等降雨降雨P(t)P(t)蒸發(fā)蒸發(fā)E(t)E(t)產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算凈雨凈雨R(t)流域出口斷面流域出口斷面徑流過程徑流過程Q(t)第四章第四章 流域產(chǎn)匯流計算流域產(chǎn)匯流計算一一. . 流域產(chǎn)匯流計算基本內容流域產(chǎn)匯流計算基本內容 由流域降雨推求流域出口的河川徑流，大體上由流域降雨推求流域出口的河川徑流，大體上分為兩個步驟：分為兩個步驟： 產(chǎn)流計算：產(chǎn)流計算：降雨扣除截留、填洼、下滲、蒸發(fā)等損降雨扣除截留、填洼、下滲、蒸發(fā)等損失之后，轉化為凈雨的計算稱為產(chǎn)流計算。失之后，轉化為凈雨的計算稱為產(chǎn)流計算。 匯

3、流計算：匯流計算：凈雨沿著坡度匯入地面和地下河網(wǎng)凈雨沿著坡度匯入地面和地下河網(wǎng)，并，并經(jīng)河網(wǎng)匯流形成流域出口的徑流過程的計算稱之為經(jīng)河網(wǎng)匯流形成流域出口的徑流過程的計算稱之為匯流計算。匯流計算。第四章第四章 流域產(chǎn)匯流計算流域產(chǎn)匯流計算二二. . 流域產(chǎn)匯流計算基本流程和思路流域產(chǎn)匯流計算基本流程和思路 產(chǎn)流與匯流之間的聯(lián)系可簡明地表示成圖產(chǎn)流與匯流之間的聯(lián)系可簡明地表示成圖4.14.1所示的流程圖。所示的流程圖。 圖圖4.1基本思路基本思路: :先從實際降雨徑流資料出發(fā)，分析產(chǎn)流或匯流的規(guī)律；然后，先從實際降雨徑流資料出發(fā)，分析產(chǎn)流或匯流的規(guī)律；然后，用于設計條件時，則可由設計暴雨推求設計洪

4、水，用于預報時，則由實際用于設計條件時，則可由設計暴雨推求設計洪水，用于預報時，則由實際暴雨預報洪水。暴雨預報洪水。 第四章第四章 流域產(chǎn)匯流計算流域產(chǎn)匯流計算第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算一、降雨特征分析一、降雨特征分析（一）單站降雨特性分析（點降雨特性）（一）單站降雨特性分析（點降雨特性） 點降水量（點降水量（point rainfallpoint rainfall）： 由于雨量觀測站觀測到的降雨量僅代表其由于雨量觀測站觀測到的降雨量僅代表其周圍小范圍內的降水量，故稱為點降水量。周圍小范圍內的降水量，故稱為點降水量。 降雨強度過程線降雨強度過程線（Rainfal

5、l processRainfall process） 表示降雨強度隨時間的變化過程，表示方法如下：表示降雨強度隨時間的變化過程，表示方法如下： 降雨強度過程線（降雨量過程線）降雨強度過程線（降雨量過程線）降雨量累積曲線降雨量累積曲線 該曲線上任意一點的坡度即該曲線上任意一點的坡度即是該時刻的瞬間雨強，而某一時是該時刻的瞬間雨強，而某一時段的平均坡度就是該時段內的平段的平均坡度就是該時段內的平均雨強。均雨強。第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算說明：說明： 根據(jù)一根據(jù)一場降雨過程的記場降雨過程的記錄統(tǒng)計其不同歷錄統(tǒng)計其不同歷時內最大平均降時內最大平均降雨強度，以其為雨強度，

6、以其為 縱坐標，以歷時縱坐標，以歷時為橫坐標，由大為橫坐標，由大至小繪成的變化至小繪成的變化曲線。它的變化曲線。它的變化規(guī)律是雨強與歷規(guī)律是雨強與歷時長短成反比。時長短成反比。時間（h）降雨強度過程線（二）流域降雨特性分析（二）流域降雨特性分析 1 1、面平均降水量、面平均降水量 (Areal mean Rainfall)(Areal mean Rainfall) 實際生產(chǎn)上水文工作多以流域作為研究對象，實際生產(chǎn)上水文工作多以流域作為研究對象，面降雨量多指流域平均雨量面降雨量多指流域平均雨量 ，通常稱為面平均，通常稱為面平均雨量。一般由已知的各點雨量來推求面雨量。雨量。一般由已知的各點雨量來推

7、求面雨量。 由點雨量估算面雨量的常用方法：由點雨量估算面雨量的常用方法： 第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算流域平均雨量計算：流域平均雨量計算：1 1）算術平均法）算術平均法 條件：流域內雨量站分布較均勻、地形條件：流域內雨量站分布較均勻、地形起伏變化不大。起伏變化不大。niinPnnPPPP1211.第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算2 2）. . 垂直平分法（泰森多邊形法）垂直平分法（泰森多邊形法）條件：條件：流域雨量站分布不太均勻，為了更好地反流域雨量站分布不太均勻，為了更好地反映各站在計算流域平均雨量中的作用。映各站在計算流域平均雨量中的

8、作用。假設：假設：流域各處的雨量可由與其距離最近的雨量流域各處的雨量可由與其距離最近的雨量站代表。站代表。niiinnFfPFfPfPfPP12211.3 3）. . 等雨量線法等雨量線法條件：條件：當流域地形變化較大，而雨量站分布較密，當流域地形變化較大，而雨量站分布較密，能結合地形變化繪制等雨量線時。能結合地形變化繪制等雨量線時。niiifPFP11 該方法能考慮流域地形的變化繪制等雨量線，比較該方法能考慮流域地形的變化繪制等雨量線，比較好地反映了降雨在流域上的變化，精度較高。好地反映了降雨在流域上的變化，精度較高。 但是繪制等雨量線需要較多站點的資料，且每次都但是繪制等雨量線需要較多站點

9、的資料，且每次都要重繪，工作量大。要重繪，工作量大。2 2、降雨深、降雨深面積關系面積關系 降雨深降雨深面積關系曲線，是反映同一場降雨過程中，面積關系曲線，是反映同一場降雨過程中，降雨深與面積之間對應關系的曲線，一般規(guī)律是面積越大，降雨深與面積之間對應關系的曲線，一般規(guī)律是面積越大，降雨深越小。降雨深越小。3 3、降雨深與面積和歷時關系曲線、降雨深與面積和歷時關系曲線 一般規(guī)律是：面積一定時，歷時一般規(guī)律是：面積一定時，歷時越長平均雨深越大；歷時一定時，則越長平均雨深越大；歷時一定時，則面積越大，平均雨深越小。面積越大，平均雨深越小。面積面積雨深雨深面積面積歷時示意圖歷時示意圖第一節(jié)第一節(jié) 降

10、雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算二、徑流量計算二、徑流量計算一次洪水流量過程一次洪水流量過程地表徑流地表徑流壤中流壤中流地下徑流地下徑流前期洪水未退完的部分水量前期洪水未退完的部分水量本次洪水形成本次洪水形成割除割除非本次降雨補給的深層地下徑流非本次降雨補給的深層地下徑流AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深層地下徑流（基流）深層地下徑流（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徑流過程本次降雨形成的徑流過程（一）次洪水過程分割（一）次洪水過程分割 次洪水過程分割的目的是把幾次暴雨所形成的，次洪水過程分割的目的是把幾次暴雨所形成的，混在一起的徑流過程線獨立分割

11、出來?；煸谝黄鸬膹搅鬟^程線獨立分割出來。 此類分割常用退水曲線進行。此類分割常用退水曲線進行。 洪水的退水流量來自流域蓄水的消退。洪水的退水流量來自流域蓄水的消退。第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算1 1、水平線分割法、水平線分割法: :對地下徑流小，洪水歷時短的流域對地下徑流小，洪水歷時短的流域 acac地面地下徑流分割線地面地下徑流分割線（二）地面地下徑流的分割（二）地面地下徑流的分割2 2、斜線分割法、斜線分割法地下徑流地下徑流比重大，洪水持續(xù)時比重大，洪水持續(xù)時間長的流域。間長的流域。第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算/0330;=0/

12、;gt KttgQQ eQtmQtmsK時刻流量，時刻的流量，地下退水參數(shù)或地下水蓄水常數(shù)，具有時間因次。（三）徑流量計算（三）徑流量計算黃色的面積（黃色的面積（ABCDFAABCDFA）：）：FtQR6 . 3第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深層地下徑流（基流）深層地下徑流（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徑流過程本次降雨形成的徑流過程CDCDDCDD的面積與的面積與AEFAEF大約相等，大約相等，ABCDFAABCCDFEAABCDFAABCCDFEA第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要

13、素的分析計算【例例1】已知某水文站流域面積已知某水文站流域面積F=2000km2，某次洪水過程，某次洪水過程線如下表，試推求該次洪水的總凈流量線如下表，試推求該次洪水的總凈流量W和總徑流深和總徑流深R。某水文站一次洪水過程某水文站一次洪水過程時間（月時間（月 日日 時）時）5.2.25.2.85.2.145.2.205.3.25.3.85.3.145.3.205.4.25.4.8流量流量Q(m3/s)120110100210230160014501020800530時間（月時間（月 日日 時）時）5.4.145.4.205.5.25.5.85.5.145.5.205.6.25.6.85.6.1

14、45.6.20流量流量Q(m3/s)41036033030027025016010080130第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算解：該次洪水過程計算時間：解：該次洪水過程計算時間：5月月2日日14時時5月月6日日8時。時。（1）徑流總量：）徑流總量：（2）總徑流深：）總徑流深：1016311 () (100 100)7920 6 3600228620 6 3600173.232 10nniiwQQQtm 6173.232 1086.610001000 2000WRmmF三、前期影響雨量的計算三、前期影響雨量的計算 降雨開始時，流域土壤的干濕程度（即土壤的降雨開始時，流域

15、土壤的干濕程度（即土壤的含水量大?。┦怯绊懡涤晷纬蓮搅鬟^程的一個主含水量大?。┦怯绊懡涤晷纬蓮搅鬟^程的一個主要因素。要因素。 如何來表示流域的土壤含水量？如何來表示流域的土壤含水量？ 前期影響雨量前期影響雨量P Pa a、前期流域蓄水量、前期流域蓄水量W W0 0 流域蓄水量是指流域中土壤能夠保持且在重流域蓄水量是指流域中土壤能夠保持且在重力作用下不產(chǎn)生向下運動的水量。降雨一定時，力作用下不產(chǎn)生向下運動的水量。降雨一定時，雨前流域需水量大，則凈雨多，徑流大；反之，雨前流域需水量大，則凈雨多，徑流大；反之，則凈雨少，徑流也小。則凈雨少，徑流也小。 W Wm m=P-R-E=P-R-E 第一節(jié)第一

16、節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算 對于濕潤地區(qū)來說，包氣帶較薄，對于濕潤地區(qū)來說，包氣帶較薄，P Pa a有一上有一上限值限值I Im m,I,Im m 稱為流域最大蓄水容量。稱為流域最大蓄水容量。（一）（一）I Im m的確定的確定 選擇久旱不雨，突然發(fā)生大暴雨資料，計算選擇久旱不雨，突然發(fā)生大暴雨資料，計算流域平均雨量流域平均雨量 P P及其所產(chǎn)生的徑流深及其所產(chǎn)生的徑流深R R 。 I Im m=P-R=P-R-E-E 經(jīng)多分析幾次，選最大的經(jīng)多分析幾次，選最大的I Im m為本流域的為本流域的I Im m值。值。 ( (我國濕潤地區(qū)的我國濕潤地區(qū)的I Im m值在值在8

17、0-120mm80-120mm之間）之間）第一節(jié)第一節(jié) 降雨徑流要素的分析計算降雨徑流要素的分析計算（二）前期影響雨量（二）前期影響雨量P Pa a的計算公式的計算公式tataKPP,1,如果第如果第t t日內有降雨日內有降雨P Pt t，但未產(chǎn)流，則，但未產(chǎn)流，則)(,1,ttataPPKP如果第如果第t t日內有降雨日內有降雨P Pt t并產(chǎn)生徑流并產(chǎn)生徑流R Rt t，則，則)(,1,tttataRPPKP注意：注意：PaIm，若計算出，若計算出PaIm，則取，則取Pa=Im。tataKPP,1,)(,1,ttataPPKP如果第如果第t日內無降雨日內無降雨PtK：土壤含水量的：土壤含水

18、量的日消退系數(shù)日消退系數(shù)Pa,t:t日開始時刻日開始時刻的土壤含水量的土壤含水量 消退系數(shù)消退系數(shù)K K 消退系數(shù)綜合反映流域蓄水量因消退系數(shù)綜合反映流域蓄水量因流域蒸散流域蒸散發(fā)發(fā)而減少的特性。而減少的特性。值。月平均值計算或雨天無實測值，一般按晴天)最大日蒸發(fā)能力(1KEIEKmmm【例例1 1】：試求某流域：試求某流域5 5月月2828日和日和6 6月月3 3日兩次降雨的日兩次降雨的P Pa a值。值。 由資料可知，由資料可知，5 5月月2828日日2020日日3 3天雨量很大，土壤完全天雨量很大，土壤完全濕潤，產(chǎn)生徑流，可取濕潤，產(chǎn)生徑流，可取2020日的日的P Pa a為為I Im

19、m=100mm=100mm，其后逐日的，其后逐日的P Pa a只計算如下：只計算如下：經(jīng)實驗資料分析經(jīng)實驗資料分析80cm口徑套盆式蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)量的觀測口徑套盆式蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)量的觀測值可作為值可作為Em的近似值。的近似值。 日期日期降雨量降雨量（mm）平均日蒸發(fā)能力平均日蒸發(fā)能力消退系數(shù)消退系數(shù)土壤含水量（土壤含水量（mm）年月 日196551878.22.50.9751935.62.50.9752015.12.50.975100.0211.22.50.975100.0225.00.95098.7235.00.95093.8245.00.95089.1255.00.95084.6265

20、.00.95080.4275.00.95076.42821.42.50.97572.62935.32.50.97591.6300.82.50.975100.0315.00.95098.3616.20.93893.426.20.93887.638.53.10.96981.5第二節(jié)第二節(jié) 流域產(chǎn)流分析流域產(chǎn)流分析一、包氣帶對降雨的調節(jié)與分配作用一、包氣帶對降雨的調節(jié)與分配作用 包氣帶可把一場暴雨量分成下滲水量、地表包氣帶可把一場暴雨量分成下滲水量、地表徑流量、雨量蒸發(fā)量徑流量、雨量蒸發(fā)量3 3部分。部分。由水量平衡原理：由水量平衡原理： P=I+RP=I+Rs s+E+E1 1 式中：式中： P

21、P一次降雨總量，一次降雨總量，mmmm； I I深入包氣帶土壤中的水量，深入包氣帶土壤中的水量，mmmm； R Rs s地表徑流量，地表徑流量，mmmm； E E1 1雨期蒸發(fā)量，雨期蒸發(fā)量，mmmm； 包氣帶土壤層對下滲水量可起進一步的調解與再分配包氣帶土壤層對下滲水量可起進一步的調解與再分配作用。作用。 包氣帶含水量達到田間持水量時的蓄水容量稱該包氣包氣帶含水量達到田間持水量時的蓄水容量稱該包氣帶的帶的最大蓄水容量最大蓄水容量，記為，記為WWm m, ,包氣帶含水量達到田間持水包氣帶含水量達到田間持水量時量時, ,習慣上稱為習慣上稱為“蓄滿蓄滿”。當包氣帶未蓄滿時，下滲水。當包氣帶未蓄滿時

22、，下滲水量將滯留在土壤中；當蓄滿后，再滲入的水量在重力作用量將滯留在土壤中；當蓄滿后，再滲入的水量在重力作用下產(chǎn)生下產(chǎn)生壤中流壤中流R RG1G1和和淺層地下徑流淺層地下徑流R RG2G2。 綜上所述，在包氣帶的調節(jié)、分配作用下，降雨有兩綜上所述，在包氣帶的調節(jié)、分配作用下，降雨有兩種產(chǎn)流方式：種產(chǎn)流方式：包氣帶未蓄滿產(chǎn)流方式包氣帶未蓄滿產(chǎn)流方式和和包氣帶蓄滿產(chǎn)流方包氣帶蓄滿產(chǎn)流方式式，包氣帶未蓄滿產(chǎn)流方式稱為，包氣帶未蓄滿產(chǎn)流方式稱為超滲產(chǎn)流方式超滲產(chǎn)流方式。 第二節(jié)第二節(jié) 流域產(chǎn)流分析流域產(chǎn)流分析.)(21.)(21s0m01mmWRRRWWEEPmmWRWWEPmGGEsE該處最大蓄水容

23、量，蓄滿產(chǎn)流：量，降雨結束時該處蓄水容超滲產(chǎn)流： 一般認為，濕潤地區(qū)的流域以一般認為，濕潤地區(qū)的流域以蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流方式方式為主，干旱地區(qū)的流域以為主，干旱地區(qū)的流域以超滲產(chǎn)流超滲產(chǎn)流方式為主。方式為主。第二節(jié)第二節(jié) 流域產(chǎn)流分析流域產(chǎn)流分析壤中流壤中流RG1、淺層地下徑流、淺層地下徑流RG2、雨期蒸發(fā)量、雨期蒸發(fā)量E1，土壤蒸、，土壤蒸、散發(fā)量散發(fā)量E2二、產(chǎn)流面積變化二、產(chǎn)流面積變化1 1、蓄滿產(chǎn)流方式下的產(chǎn)流面積變化、蓄滿產(chǎn)流方式下的產(chǎn)流面積變化特點：降雨增加，產(chǎn)流量面積增加；產(chǎn)流面積與特點：降雨增加，產(chǎn)流量面積增加；產(chǎn)流面積與降雨強度無關。降雨強度無關。(a)流域蓄水容量曲線圖流域蓄

24、水容量曲線圖(c)(a)(c)產(chǎn)流面積變化產(chǎn)流面積變化(b)降雨量過程線降雨量過程線2 2、超滲產(chǎn)流方式下產(chǎn)流面積變化、超滲產(chǎn)流方式下產(chǎn)流面積變化 特點特點：產(chǎn)流面積的大小與時段初流域蓄水量及時段平均：產(chǎn)流面積的大小與時段初流域蓄水量及時段平均雨強有關。同雨強情況，時段初流域蓄水量大，產(chǎn)流面積雨強有關。同雨強情況，時段初流域蓄水量大，產(chǎn)流面積也大，反之亦然；時段初流域蓄水量相同時，如果時段平也大，反之亦然；時段初流域蓄水量相同時，如果時段平均雨強大，則產(chǎn)流面積就大，反之亦然。均雨強大，則產(chǎn)流面積就大，反之亦然。pfpfpfpf1.01.0流域下滲容量面積分布曲線流域下滲容量面積分布曲線超滲產(chǎn)流

25、情況下產(chǎn)流面積變化超滲產(chǎn)流情況下產(chǎn)流面積變化（a）（c）（b）三、降雨徑流關系三、降雨徑流關系 產(chǎn)流分析的目的是為推求凈雨量和凈雨過程，因此，產(chǎn)流分析的目的是為推求凈雨量和凈雨過程，因此，需要分析降雨徑流關系。需要分析降雨徑流關系。1 1、蓄滿產(chǎn)流方式的降雨徑流關系、蓄滿產(chǎn)流方式的降雨徑流關系 降雨徑流關系圖降雨徑流關系圖的形態(tài)取決于流域蓄水容的形態(tài)取決于流域蓄水容量曲線，其規(guī)律為量曲線，其規(guī)律為W W0 0=0=0時，直線部分在縱軸上的時，直線部分在縱軸上的截距為截距為W WM M；W W0 0=W=WM M時，蓄水容量曲線為時，蓄水容量曲線為4545度線；曲度線；曲線上部為一組平行線。線上

26、部為一組平行線。2 2、超滲產(chǎn)流方式的降雨、超滲產(chǎn)流方式的降雨徑流關系徑流關系 原則上可根據(jù)流域下滲容量面積分布曲線，原則上可根據(jù)流域下滲容量面積分布曲線，按同樣的原理求出。按同樣的原理求出。第二節(jié)第二節(jié) 流域產(chǎn)流分析流域產(chǎn)流分析 一、蓄滿產(chǎn)流與降雨徑流相關法一、蓄滿產(chǎn)流與降雨徑流相關法 1 1、原理、原理 蓄滿產(chǎn)流以滿足包氣帶缺水量為產(chǎn)流控制條蓄滿產(chǎn)流以滿足包氣帶缺水量為產(chǎn)流控制條件。就流域中某點而言，蓄滿前的降雨不產(chǎn)流，件。就流域中某點而言，蓄滿前的降雨不產(chǎn)流，凈雨量為零；蓄滿后才產(chǎn)流，產(chǎn)流量（總凈雨量）凈雨量為零；蓄滿后才產(chǎn)流，產(chǎn)流量（總凈雨量）可以很簡單地用下面的水量平衡方程計算：可以

27、很簡單地用下面的水量平衡方程計算：)()(0WWEPRm 由于流域上不同的點，蓄滿有早有晚，產(chǎn)由于流域上不同的點，蓄滿有早有晚，產(chǎn)流有先有后，所以還要考慮降雨開始時流域的流有先有后，所以還要考慮降雨開始時流域的蓄水分布情況（即流域蓄水容量分布曲線），蓄水分布情況（即流域蓄水容量分布曲線），求得各點缺水量在流域上的分布，與上式合解，求得各點缺水量在流域上的分布，與上式合解，得流域的凈雨深得流域的凈雨深R R。第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算2 2、應用降雨總徑流相關圖法求產(chǎn)流量、應用降雨總徑流相關圖法求產(chǎn)流量 由蓄水容量曲線，可得流域的降水總徑流相關圖由蓄水容量曲線，可得流域的降水總徑流相關圖 【

28、例例1 1】：已知某流域一次降雨的逐時段雨量，：已知某流域一次降雨的逐時段雨量，且計算得雨前土壤含水量且計算得雨前土壤含水量W W0 0=58mm=58mm，根據(jù)，根據(jù)P PW W0 0R R相相關圖查算該次所形成的逐時段徑流深。關圖查算該次所形成的逐時段徑流深。j(t=3h) Pj Rj (1） （2） （3） （4） （5） 1 50501818 2 30803820 3 251056325 4 251308825由由PWPW0 0RR相關圖查算時段徑流深相關圖查算時段徑流深 單位：單位：mmmmPR58mm3 3、地面、地下徑流（凈雨）的劃分、地面、地下徑流（凈雨）的劃分 總徑流量總徑流

29、量R R的劃分指區(qū)分的劃分指區(qū)分地面徑流地面徑流R Rs s和和地下徑流地下徑流R Rg g。在蓄。在蓄滿產(chǎn)流的模式中，只有當產(chǎn)流面積上的土層的含水量達田滿產(chǎn)流的模式中，只有當產(chǎn)流面積上的土層的含水量達田間持水量間持水量WmWm時，才會產(chǎn)生徑流量時，才會產(chǎn)生徑流量R R。由于此時土層的含水量。由于此時土層的含水量很高，故可認為入滲率達到很高，故可認為入滲率達到穩(wěn)定入滲率穩(wěn)定入滲率f fc c ，因此，進入土，因此，進入土層的降雨以穩(wěn)定入滲率層的降雨以穩(wěn)定入滲率f fc c 的速度形成地下徑流。的速度形成地下徑流。 可見，地下徑流量取決于產(chǎn)流面積大小可見，地下徑流量取決于產(chǎn)流面積大小(=(=f

30、f / /F F ) )、降雨強度降雨強度i i 與與穩(wěn)定入滲率穩(wěn)定入滲率f fc c 的相對關系。當雨強的相對關系。當雨強ifcifc時，時，（i-fci-fc）形成地面徑流，）形成地面徑流，f fc c形成地下徑流。形成地下徑流。 第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算 設設t t時段內流域的降雨量為時段內流域的降雨量為P P，蒸散發(fā)量為，蒸散發(fā)量為E E，產(chǎn)流面積為產(chǎn)流面積為F FR R，只有在產(chǎn)流面積上才發(fā)生穩(wěn)定下，只有在產(chǎn)流面積上才發(fā)生穩(wěn)定下滲。滲。地下徑流量地下徑流量總徑流量總徑流量tfFFRcRgEPFFRRPhEPRFFR產(chǎn)流面積與徑產(chǎn)流面積與徑流系數(shù)相等

31、流系數(shù)相等 第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算 知道流域的知道流域的穩(wěn)定下滲率穩(wěn)定下滲率f fc c，就可以把時段產(chǎn)流量劃分為，就可以把時段產(chǎn)流量劃分為地面徑流和地下徑流兩部分。地面徑流和地下徑流兩部分。 穩(wěn)定下滲率穩(wěn)定下滲率f fc c的推求方法：的推求方法：可以利用實測的降雨徑流資可以利用實測的降雨徑流資料反推求得。方法是：從洪水過程線中分割出一次降雨過程料反推求得。方法是：從洪水過程線中分割出一次降雨過程P Pt t所形成的地下徑流總量所形成的地下徑流總量RgRg，并計算出相應的產(chǎn)流過程，并計算出相應的產(chǎn)流過程R Rt t，配合蒸散發(fā)過程，采用試算法求解。，配合蒸散發(fā)過程，采用試算法求解。

32、根據(jù)穩(wěn)定下滲率根據(jù)穩(wěn)定下滲率fc和產(chǎn)流面積比和產(chǎn)流面積比，可將各時段凈雨劃，可將各時段凈雨劃分為地面凈雨分為地面凈雨hs和地下凈雨和地下凈雨hg兩部分。兩部分。tfhhtfhtfcccghgshhhtfhtfhcgcchtfh某流域一次降雨過程，及地下徑流總量某流域一次降雨過程，及地下徑流總量48.1mm48.1mm，并推求出時段凈雨量，見下表，試推求穩(wěn)定下滲率并推求出時段凈雨量，見下表，試推求穩(wěn)定下滲率fc。 t(t(時時) )P(mm)P(mm) h(mm)h(mm)f fc c=2.0mm/h=2.0mm/hf fc c=1.6mm/h=1.6mm/hffc ct(mm)t(mm)h h

33、g g(mm)(mm)ffc ct(mm)t(mm)h hg g(mm)(mm)（1）（2） （3） （4）（5）（6）（7）（8）2819.68.60.445.35.34.24.281411.49.30.829.89.37.97.9142045.545.5112129.69.62022323112129.69.62813.513.5112129.69.68146.56.51126.59.66.5119.5106.457.147.4第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算二、超滲產(chǎn)流與初損后損法二、超滲產(chǎn)流與初損后損法 1 1、基本原理、基本原理 將下滲損失過程簡化為初損和后損兩個階段將下滲損失過程簡化

34、為初損和后損兩個階段初損初損：產(chǎn)流前降雨量全部損失產(chǎn)流前降雨量全部損失I I0 0（ifif），包括植物），包括植物截流、填截流、填 洼等，歷時洼等，歷時t t0 0后損后損：產(chǎn)流后的損失，：產(chǎn)流后的損失， 為平均下滲能力。為平均下滲能力。 產(chǎn)流歷時產(chǎn)流歷時 t tR R內內i if f，取，取f f = = ，地面凈雨強度，地面凈雨強度為為i i ，產(chǎn)生地面凈雨深，產(chǎn)生地面凈雨深R Rs s i if f ，R Rs s=0=0，按，按i i下滲。下滲。 fff第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算由水量平衡原理得：由水量平衡原理得： I I0 0初損；初損；t t0 0初損歷時；初損歷時； t t

35、s s產(chǎn)流歷時；產(chǎn)流歷時； 后損中的非超滲雨后損中的非超滲雨，mmmm。P0Pt fIPRss初損量的確定初損量的確定平均后損率的確定平均后損率的確定產(chǎn)流量計算產(chǎn)流量計算2 2、初損量的確定、初損量的確定A:小流域起漲點以前雨量的累計值小流域起漲點以前雨量的累計值大流域各站累計雨量的平均值或最大值大流域各站累計雨量的平均值或最大值起漲點起漲點t(h)t0aQtPtI0Q、P P小流域小流域大流域大流域I I0 0(mm)(mm)M(M(月）月）7 76 65 54 4W W0 0(mm)(mm)圖圖4-18 W0-M-I0關系曲線關系曲線圖圖4-17 W0-i0-I0關系曲線關系曲線20203

36、03010100101020203030W W0 0(mm)(mm)0.51.02.03.04.05.06.0初損期平均雨強初損期平均雨強 i0（mm/h)2 2、初損量的確定、初損量的確定 B: 利用實測雨洪資料，分析利用實測雨洪資料，分析各場洪水的各場洪水的I0 及相應的流域起始及相應的流域起始蓄水量蓄水量W0（Pa），初損期的平），初損期的平均雨強均雨強 ，并建立相關圖，并建立相關圖 。I I0 0(mm)(mm)第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算00sPt fIPRR一次降雨形成的徑流深一次降雨形成的徑流深R R為：為：ttTPIRPtPIRPfsR00000s3 3、平均后損率的確定、平

37、均后損率的確定 ( (利用實測資料試算利用實測資料試算) )0Ptf0Qit0t1t2QtP1P2P3P4ttR Rt0 0TR假設假設tRf平均后損率計算示意圖平均后損率計算示意圖第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)流計算產(chǎn)流計算4 4、地面凈雨的計算、地面凈雨的計算 有了初損、后損有關數(shù)據(jù)后，就可由已知的降雨過有了初損、后損有關數(shù)據(jù)后，就可由已知的降雨過程推求凈雨過程。程推求凈雨過程。3 3、平均后損率的確定、平均后損率的確定( (利用相關圖求解利用相關圖求解) ) 后損是初損的延續(xù)，初損后損是初損的延續(xù)，初損量越大，土壤含水量越大，則量越大，土壤含水量越大，則后損能力越低。后損能力越低。 所以平均后損率所以

38、平均后損率 與流域與流域起始土壤含水量起始土壤含水量W W0 0及初損期平及初損期平均雨強均雨強 有關系有關系 。f(mm/h)015101520t tR R(h)(h)23450.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.04.54.54.04.05.05.03.53.5初損期平均雨強初損期平均雨強i i0 0湟水西寧湟水西寧 民和區(qū)間后損關系曲線民和區(qū)間后損關系曲線0if第四第四節(jié)節(jié) 流域匯流流域匯流計算計算 降落在流域上的雨水，從流域各處向流域出口斷面降落在流域上的雨水，從流域各處向流域出口斷面匯集的過程，稱為匯集的過程，稱為流域匯流流域匯流。 同一時刻在流域各處

39、形成的凈雨距流域出口斷面遠同一時刻在流域各處形成的凈雨距流域出口斷面遠近、流速不相同，所以不可能全部在同一時刻到達流域近、流速不相同，所以不可能全部在同一時刻到達流域出口斷面。出口斷面。 但是，不同時刻在流域內不同地點產(chǎn)生的凈雨，卻但是，不同時刻在流域內不同地點產(chǎn)生的凈雨，卻可以在同一時刻流達流域的出口斷面可以在同一時刻流達流域的出口斷面 。流域出口斷面流量的組成：流域出口斷面流量的組成：一、等流時段及其應用一、等流時段及其應用（一）基本概念（一）基本概念 第三節(jié)第三節(jié) 流域匯流流域匯流計算計算223344f1f2f3f4f5圖圖4-19 4-19 流域等流時線流域等流時線匯流時間匯流時間:流

40、域各點的凈雨到達流域各點的凈雨到達出口斷面所經(jīng)歷的時間。出口斷面所經(jīng)歷的時間。流域匯流時間流域匯流時間：流域上最遠點的：流域上最遠點的凈雨到達出口斷面的匯流時間。凈雨到達出口斷面的匯流時間。等流時線等流時線：流域上匯流時間相同：流域上匯流時間相同點的連線。點的連線。等流時面積等流時面積：兩條相鄰等流時線：兩條相鄰等流時線之間的面積。之間的面積。F F1 1上上時間內的地面凈雨時間內的地面凈雨R Rs1s1會在會在間匯合成流量間匯合成流量1111FiFtRQiS該流量于該流量于 時流到流域出口時流到流域出口單位時段單位時段 t t（）時間內的地面凈雨）時間內的地面凈雨R Rs1s1在流域出口的徑

41、流過程在流域出口的徑流過程：t（ t ）01234Qi0i1F1i1F2i1F302 2個時段地面凈雨個時段地面凈雨R RS1S1 、R RS2S2在流在流域出口的地面徑流過程域出口的地面徑流過程t012345Q1i0i1F1i1F2i1F30Q2i0i2F1i2F2i2F30Qii1F1i1F2+i2F1i1F3+i2F2i2F3在流域出口的地面徑流過程在流域出口的地面徑流過程= R= RS1S1 、R RS2S2各自的流量過程相疊加各自的流量過程相疊加1、一個時段凈雨、一個時段凈雨 2 2、兩個時段凈雨、兩個時段凈雨 3 3、三個時段凈雨、三個時段凈雨 4 4、具體計算方法見下表：、具體計

42、算方法見下表： 時間時間 凈雨凈雨 出流出流 出流出流 出流出流 。 出口處地面徑流過程出口處地面徑流過程Q 1。2。3。時間時間地面凈雨地面凈雨（mmmm）等流面積等流面積（kmkm2 2）部分徑流（部分徑流（m m3 3/s/s）總徑流總徑流（m m3 3/s/s）= =5 5= =8 8= =10108 85 55 50 00 011118 810102.32.30 02.32.3141410105 54.64.63.73.70 08.38.317172.32.37.47.44.64.614.314.320200 03.73.79.29.212.912.90 04.64.64.64.60

43、 00 01h2h3h【例例】等流時線法匯流計算算例：等流時線法匯流計算算例： q=0.278if幾個重要概念：幾個重要概念：（1 1）一個時段的凈雨在流域出口斷面所形成的地面徑流過）一個時段的凈雨在流域出口斷面所形成的地面徑流過程，就等于該凈雨強度程，就等于該凈雨強度i is s與各塊等流時面積與各塊等流時面積FjFj依次相乘，依次相乘，即即Q Qj j=i=is sf fj j（2 2）多時段凈雨在流域出口斷面所形成的地面徑流過程是）多時段凈雨在流域出口斷面所形成的地面徑流過程是它們各自在出口形成的地面過程的疊加。它們各自在出口形成的地面過程的疊加。（3 3）當凈雨歷時）當凈雨歷時T Ts

44、 s小于流域匯流時間小于流域匯流時間m m時，洪峰流量是由時，洪峰流量是由各部分流域面積上凈雨匯集而成，稱為各部分流域面積上凈雨匯集而成，稱為部分匯流造峰部分匯流造峰；當；當T Ts sm m時，若凈雨保持不變，則時，若凈雨保持不變，則洪峰流量是由全流域面積洪峰流量是由全流域面積上凈雨匯集而成，稱為上凈雨匯集而成，稱為全面匯流造峰全面匯流造峰。（4 4）地面徑流總歷時）地面徑流總歷時T T應等于凈雨歷時應等于凈雨歷時T Ts s與與流域匯流時間流域匯流時間m m之和，即之和，即T=TT=Ts s+ +m m二、時段單位線法二、時段單位線法（一）基本概念（一）基本概念 在給定的流域下，單位時段內

45、均勻分布的在給定的流域下，單位時段內均勻分布的單位地面（直接）凈雨量，在流域出口斷面形單位地面（直接）凈雨量，在流域出口斷面形成的地面（直接）徑流過程線，稱為單位線。成的地面（直接）徑流過程線，稱為單位線。 單位凈雨量（徑流深）一般取為單位凈雨量（徑流深）一般取為10mm10mm。單。單位時段位時段t t可取可取1 1、3 3、6 6、1212、24h24h等等，依流等等，依流域大小而定。域大小而定。 時間時間h10mm流量流量m3/st單位線的三要素：單位線洪峰流量、單位線的三要素：單位線洪峰流量、單位漲洪歷時、單位線總歷時。單位漲洪歷時、單位線總歷時。單位線的兩個假定單位線的兩個假定倍比假

46、定：如單位時段地面凈雨量是如單位時段地面凈雨量是n n個單位，則個單位，則所形成過程線的流量為單位線流量的所形成過程線的流量為單位線流量的n n倍，其歷時倍，其歷時仍與單位線的歷時相同。仍與單位線的歷時相同。疊加假定：疊加假定：如地面凈雨歷時是如地面凈雨歷時是m m個時段，則各時段個時段，則各時段地面凈雨所形成的徑流過程線之間互不干擾，出口地面凈雨所形成的徑流過程線之間互不干擾，出口斷面的流量等于各時段凈雨量所形成的流量之和。斷面的流量等于各時段凈雨量所形成的流量之和。時間時間h h10mm流量流量m m3 3/s/st時間時間h h19.7mm流量流量m m3 3/s/stQmQmQm19.

47、7/10Q19.7/10Qk倍比關系倍比關系時間時間h10mm流量流量m3/stQm10mm時間時間h流量流量m3/stQmtt疊加關系疊加關系（二）用時段單位線推求地面徑流過程線（二）用時段單位線推求地面徑流過程線 根據(jù)時段單位線的定義與基本假定，只根據(jù)時段單位線的定義與基本假定，只要流域上凈雨分布均勻，無論其強度與歷時要流域上凈雨分布均勻，無論其強度與歷時如何變化，都可以利用時段單位線推求其形如何變化，都可以利用時段單位線推求其形成的地面徑流過程線。成的地面徑流過程線。第四第四節(jié)節(jié) 流域匯流流域匯流計算計算單位線的應用單位線的應用時間時間h h流量流量m m3 3/s/sQ Q1 1Q Q

48、2 2Q Q3 3Q Q1 1+ Q+ Q2 2 + Q + Q2 20 00 00 00 0 時段時段單位線單位線（m m3 3/s/s）R Rs s（mmmm）部分徑流（部分徑流（m m3 3/s/s）總地面總地面徑流徑流（m m3 3/s/s） =5=5 =10=10 =8=81 10 05 50 0 0 02 28 810104 40 0 4 43 320208 810108 80 018184 41212 6 620206.46.432.432.45 56 6 3 31212161631316 62 2 1 16 69.69.616.616.67 70 0 0 02 24.84.86

49、.86.8 0 01.61.61.61.6 0 00 0列表計算：列表計算：倍比假定倍比假定疊加假定疊加假定通用計算公式通用計算公式：1110i-jmjjiqhQ Q Qi ii i時段末流量值；時段末流量值； i=1i=1，2 2，3 3，l l 流量過程線時段數(shù)流量過程線時段數(shù)q qi-j+1i-j+1i-j+1i-j+1時段末的單位線縱坐標；時段末的單位線縱坐標； i-j+1=1i-j+1=1，2 2，3 3，n n 單位線時段數(shù)單位線時段數(shù) h hj jj j時段末的凈雨深；時段末的凈雨深； j=1j=1，2 2，3 3，m m凈雨時段數(shù)凈雨時段數(shù)（三（三）時段時段t(h)地面徑地面徑

50、流流 Q面面 m3/s地面凈地面凈 雨雨 h面面 mm部分徑流（部分徑流（m3/s）單位單位線線 q計計(m3/s)修正后修正后單位線單位線 q計計(m3/s)計算量計算量h1=24.5 形成h2=20.3形成（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）000000118618607676186266751315421021033831935151042561761719364245012001250490490245051900910990372355186561280525755214242130878504154351701588678560216344881075719400221

51、1799073392102779418338522761120212478513819912142391031622131138048322012841440040002415000 合計10969合44.8mm2452合10.0mm2452合10.0mm1095724.520.3q計計本流域面本流域面積為積為5290mm5290mm，q q計計退水段退水段有跳動，有跳動，Q Q面面由由q q修修推流得來。推流得來。q q計計q計計( (四）不同時段單位線的時段轉換四）不同時段單位線的時段轉換 單位線應用時，往往因實際降雨歷時和已知單位線應用時，往往因實際降雨歷時和已知單位線的時段長不相符合，

52、不能任意移用；單位線的時段長不相符合，不能任意移用； 在對不同流域的單位線進行地區(qū)綜合時，各在對不同流域的單位線進行地區(qū)綜合時，各流域的單位線也應取相同的時段長才能綜合。流域的單位線也應取相同的時段長才能綜合。 例如，降雨記錄只有四段制的，即每例如，降雨記錄只有四段制的，即每6 6小時小時觀測一次，由此可分析得觀測一次，由此可分析得6h6h單位線，但實際上則單位線，但實際上則需需3h3h的單位線，就要將的單位線，就要將6 6小時單位線轉換為小時單位線轉換為3 3小時小時單位線。最常用的方法是單位線。最常用的方法是S S曲線法曲線法。需要轉換的情況：需要轉換的情況： a a：應用單位線求流量過程線時，凈雨時段與