第2章_06-07蓄滿產(chǎn)流計算

1、第第2章章 流域產(chǎn)流流域產(chǎn)流第6節(jié) 蓄滿產(chǎn)流 在濕潤地區(qū)，包氣帶缺水易為一次降雨所蓄滿，在濕潤地區(qū)，包氣帶缺水易為一次降雨所蓄滿，則產(chǎn)流量則產(chǎn)流量R R 可由降雨量可由降雨量P P 減去降雨開始時土壤缺水量減去降雨開始時土壤缺水量( (Wm- W0) )求得。即雨量補足包氣帶缺水量后，全求得。即雨量補足包氣帶缺水量后，全部形成徑流，這種產(chǎn)流方式叫做部形成徑流，這種產(chǎn)流方式叫做蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流定義蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流1蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流當(dāng)雨量充沛，地下水位高，包氣當(dāng)雨量充沛，地下水位高，包氣帶較薄，包氣帶下部含水量經(jīng)常帶較薄，包氣帶下部含水量經(jīng)常保持田間持水量，則易被蓄滿。保持田間持水量，則易被蓄滿。

2、W0Wm-W0降降水水RP PR R = = P P -(-(W Wm m- W- W0 0) )計算公式計算公式帶帶包包氣氣潛潛水水帶帶蓄滿產(chǎn)流計算示意圖蓄滿產(chǎn)流計算示意圖1蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流1蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流 當(dāng)流域土壤含水量達當(dāng)流域土壤含水量達W Wm m時的產(chǎn)流狀態(tài)為時的產(chǎn)流狀態(tài)為全流域產(chǎn)流全流域產(chǎn)流或稱或稱全面產(chǎn)流全面產(chǎn)流，產(chǎn)流量，產(chǎn)流量R R = = P P-(-(W Wm m- W- W0 0) ) 。但當(dāng)降雨量尚未達到但當(dāng)降雨量尚未達到流域的流域的W Wm m值時，由于包氣帶各處厚值時，由于包氣帶各處厚度不一致，度不一致，各點蓄水容量也不相同各點蓄水容量也不相同，

3、因而在局部地區(qū)也，因而在局部地區(qū)也會產(chǎn)生徑流，這種產(chǎn)流狀態(tài)稱之會產(chǎn)生徑流，這種產(chǎn)流狀態(tài)稱之部分產(chǎn)流部分產(chǎn)流，然后逐步過，然后逐步過渡到全面產(chǎn)流。渡到全面產(chǎn)流。流域產(chǎn)流過程示意圖流域產(chǎn)流過程示意圖部分面積產(chǎn)流全面產(chǎn)流包氣帶包氣帶P Pa aW Wm m -P-Pa aW W0 0= =W Wm m潛潛 水水P蓄滿產(chǎn)流計算蓄滿產(chǎn)流計算2 蓄滿產(chǎn)流模型蓄滿產(chǎn)流模型R = P-(Wm- W0)蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流公式：公式：【說明】上式適用于全流域產(chǎn)流的情況上式適用于全流域產(chǎn)流的情況【問題】未全流域產(chǎn)流的情況如何計算？未全流域產(chǎn)流的情況如何計算？蓄滿產(chǎn)流模型 流域內(nèi)各點包氣帶的蓄水容量是不同的。流域內(nèi)各點

4、包氣帶的蓄水容量是不同的。 以包氣帶達以包氣帶達到田間持水量時的土壤含水量到田間持水量時的土壤含水量Wm為縱坐標(biāo)，以流域內(nèi)為縱坐標(biāo)，以流域內(nèi)小于小于等于等于該該 Wm的面積占全流域的面積比的面積占全流域的面積比 為橫坐標(biāo)，所繪的曲為橫坐標(biāo)，所繪的曲線稱為流域線稱為流域蓄水容量曲線蓄水容量曲線。蓄滿產(chǎn)流計算蓄滿產(chǎn)流計算2 蓄滿產(chǎn)流模型蓄滿產(chǎn)流模型將流域內(nèi)各點蓄水容量將流域內(nèi)各點蓄水容量Wm從小到大排列，最大值為從小到大排列，最大值為Wmm,計算小于某一計算小于某一Wm的面積占流域面積的比重為的面積占流域面積的比重為，則可，則可繪制繪制Wm關(guān)系曲線，稱之為流域蓄水容量曲線關(guān)系曲線，稱之為流域蓄水容

5、量曲線mWWmmmW01.0流域蓄水容量曲線b反映流域內(nèi)蓄水容量空間分布不均勻性的參數(shù)，取值范圍一般為0.2-0.4How to表示流域蓄水容量曲線？用實測降雨徑流資料選配曲線，間接確定。經(jīng)驗表明，流域蓄水容量曲線可用B次拋物線表示：bmmmWW)1 (1mmWmmWdW0)1(bWWmmm1初始蓄水量W0與A值bmmmWAWW1011AmWdW00)1 (A0WmWbmmmWW)1 (100 . 1bmmmWW)1 (1流域初始蓄水量流域初始蓄水量W0對應(yīng)于蓄水容量曲線的對應(yīng)于蓄水容量曲線的A值值bmmmWWWA11011Wm流域蓄水容量曲線流域蓄水容量曲線PeW0WR0011)1()1(m

6、mmbmmmWmWmWbdWWWWdWmmmm0 0)1(1)1(100bmmmmAWAWWdW)1(1110bmmmWWWA10()(1)1eA PbeemeAmmPARPdWPWWm WmWAA+PebmmmWW)1(1WmPeW0R0 0AA+PeW =Wm-W0= P+ W0 - WmR= P W = P (Wm W0 )mmmWbW)1()1(1110bmmmWWWAbmmeeWPAWmWmWPR10)1 (WmWPRe0蓄滿產(chǎn)流模型基本公式蓄滿產(chǎn)流模型基本公式 （產(chǎn)流參數(shù)（產(chǎn)流參數(shù)Wm 、b）tttttREPWW 1蓄滿產(chǎn)流計算蓄滿產(chǎn)流計算mmeWPAmmeWPA全流域產(chǎn)流局部產(chǎn)流

7、PeW0Em (t )P (t )R蓄滿產(chǎn)流計算過程蓄滿產(chǎn)流計算過程bWmW mmA蓄滿產(chǎn)流計算蓄滿產(chǎn)流計算蒸發(fā)模型蒸發(fā)模型mmmWbW)1()1(1110bmmmWWWA前期影響雨量的求解前期影響雨量的求解蓄滿產(chǎn)流模型計算流程圖蓄滿產(chǎn)流模型計算流程圖三層蒸發(fā)模型計算蒸發(fā)量三層蒸發(fā)模型計算蒸發(fā)量E(t)輸入已知資料：輸入已知資料：P(t)，Ep(t)，b，C， Wu(0)，WL(0)， Wd(0)，Wum，WLm，Wdm蓄滿產(chǎn)流模型計算產(chǎn)流量蓄滿產(chǎn)流模型計算產(chǎn)流量R(t)t=1t=t+1 地面徑流和地下徑流匯流的規(guī)律是不相同的。地面徑流和地下徑流匯流的規(guī)律是不相同的。如果由已知雨量如果由已知雨

8、量 P P 得到徑流量得到徑流量 R R 后，還需再分后，還需再分成地面和地下兩部分，以便進行匯流計算。成地面和地下兩部分，以便進行匯流計算。水源劃分水源劃分3 水源劃分水源劃分 在降雨過程中，流域上產(chǎn)生徑流的區(qū)域稱為在降雨過程中，流域上產(chǎn)生徑流的區(qū)域稱為產(chǎn)流區(qū)，其面積稱為產(chǎn)流區(qū)，其面積稱為產(chǎn)流面積產(chǎn)流面積，一般以占全流域，一般以占全流域面積的面積的百分比百分比表示。表示。 在產(chǎn)流面積上，包氣帶缺水量已經(jīng)滿足滿足，在產(chǎn)流面積上，包氣帶缺水量已經(jīng)滿足滿足，產(chǎn)流量產(chǎn)流量R R 按按穩(wěn)定下滲率穩(wěn)定下滲率f fc c 下滲，下滲的水量形成下滲，下滲的水量形成地下徑流地下徑流R Rg g，超過穩(wěn)定下滲率

9、的部分形成地面徑，超過穩(wěn)定下滲率的部分形成地面徑流流 R Rs s （包括壤中流）（包括壤中流） 。水源劃分水源劃分潛潛 水水f fc cR Rg gR Rs sP Pe eR R R Rg g+ +R Rs s 二水源產(chǎn)流模式二水源產(chǎn)流模式水源劃分水源劃分 土壤缺水小、先蓄滿的地方先產(chǎn)流土壤缺水小、先蓄滿的地方先產(chǎn)流 產(chǎn)流面積隨著降雨繼續(xù)而不斷增大產(chǎn)流面積隨著降雨繼續(xù)而不斷增大 產(chǎn)流面積大小與降雨量和初始土壤含水量產(chǎn)流面積大小與降雨量和初始土壤含水量 有關(guān)，與降雨強度無關(guān)。有關(guān)，與降雨強度無關(guān)。蓄滿產(chǎn)流面積的變化有如下特點：蓄滿產(chǎn)流面積的變化有如下特點：水源劃分水源劃分WmW00 0PeRF

10、rFr R / Pe水源劃分水源劃分rcrcrcgtFfRtFftFfRRR 如果已知穩(wěn)定下滲率如果已知穩(wěn)定下滲率f fc c，可以根據(jù)凈雨過程，可以根據(jù)凈雨過程劃分水源劃分水源How to 推求 fc 水源劃分水源劃分 （）（） f fc c 的分析推求的分析推求 穩(wěn)定入滲率穩(wěn)定入滲率fc可用的降雨徑流可用的降雨徑流資料采用資料采用試錯法試錯法得得到。根據(jù)實測降雨過程、凈雨過程到。根據(jù)實測降雨過程、凈雨過程、地下徑流總量地下徑流總量，假設(shè)一個假設(shè)一個f fc c代入公式計算，當(dāng)計算得代入公式計算，當(dāng)計算得地下徑流總量地下徑流總量值與值與實際值實際值相等時即為所求相等時即為所求f fc c 。

11、分析多次洪水，定。分析多次洪水，定出流域出流域f fc c的平均值。的平均值。 水源劃分水源劃分時時段段 t(h)Pe(mm)R(mm)產(chǎn)流產(chǎn)流面積面積 FC (mm) 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.

12、6 6 1 1.1 1.1 1.000 2.0 1.6 1.1 1.1 118.1 47.1 38.6 【 例例 】 某流域一次降水過程如表某流域一次降水過程如表 3 - 4 所示，地所示，地下徑流量下徑流量 38.1mm ，試推求穩(wěn)定下滲率，試推求穩(wěn)定下滲率 fc 。 產(chǎn)流面積產(chǎn)流面積R/PeFC fc t 產(chǎn)流面積產(chǎn)流面積【例例】設(shè)設(shè) fc= 2.0mm/h ，得，得 RG= 47.1mm ，不等于，不等于38.1mm 。再假設(shè)。再假設(shè) fc= 1.6 mm/h ， RG= 38.6 mm ，與與 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

13、徑流相關(guān)圖和已知某流域流域降雨徑流相關(guān)圖和穩(wěn)定入滲率穩(wěn)定入滲率f fc c 1.5mm/h,1.5mm/h,一次實測暴雨過程如表一次實測暴雨過程如表（1 1）（）（2 2）欄。請根據(jù)）欄。請根據(jù) f fc c 將凈雨劃分為地表凈將凈雨劃分為地表凈雨雨h hs s和地下凈雨和地下凈雨h hg g。（2 2）f fc c 的應(yīng)用的應(yīng)用第第（3 3）欄：查降雨徑流相關(guān)圖得時段凈雨量）欄：查降雨徑流相關(guān)圖得時段凈雨量h h；第（第（4 4）欄：產(chǎn)流面積欄：產(chǎn)流面積Fr =h/Pe；第（第（5 5）欄：時段最大穩(wěn)定下滲量）欄：時段最大穩(wěn)定下滲量Fc=fctFr；第（第（6 6）欄：根據(jù)）欄：根據(jù)fcfc

14、將凈雨劃分地下凈雨將凈雨劃分地下凈雨rcrcrcgtFfhtFftFfhhh第（第（7 7）欄：地表凈雨）欄：地表凈雨 h hs s = = h h h hg g水源劃分水源劃分（二）劃分地面徑流、壤中流與地下徑流 三水源劃分 水源的劃分用自由水蓄水庫模型來計算。 自由水蓄水庫的輸入為蓄滿產(chǎn)流模型計算出的時段徑流深，輸出包括三種水源：地面徑流、壤中流、地下徑流。1、點產(chǎn)流模型26SRsRIRgRmS點產(chǎn)流模型點產(chǎn)流模型msSSRRmIISKRmggSKRmSSR當(dāng) 時，當(dāng) 時，mSSR0sR)(SRKRII)(SRKRggIK壤中流的出流系數(shù)gK地下徑流的出流系數(shù)自由水蓄水庫自由水蓄水庫第第2

15、章章 流域產(chǎn)流流域產(chǎn)流第7節(jié) 超滲產(chǎn)流計算 干旱地區(qū)的地下水埋藏很深，包氣帶可達幾十米甚至上百米，降水不易使包氣帶蓄滿，下滲的水量一般不會產(chǎn)生地下徑流。只有降水強度超過下滲率時才有地面徑流產(chǎn)生。這種產(chǎn)流方式，稱為超滲產(chǎn)流。超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算定義定義超滲產(chǎn)流模式超滲產(chǎn)流模式超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算下滲曲線法下滲曲線法初損后損法初損后損法產(chǎn)流計算 超滲產(chǎn)流地區(qū)降雨超滲產(chǎn)流地區(qū)降雨強度強度對下滲起顯著作用，由對下滲起顯著作用，由而降雨推求徑流可以采用下滲曲線。而降雨推求徑流可以采用下滲曲線。 下滲曲線下滲曲線是干燥士壤在充分供水條件下流域下是干燥士壤在充分供水條件下流域下滲能力過程線。將降雨強

16、度減去下滲率就可得到凈滲能力過程線。將降雨強度減去下滲率就可得到凈雨強度過程。這樣求得的凈雨量，代表地面徑流，雨強度過程。這樣求得的凈雨量，代表地面徑流，不包括地下徑流部分。不包括地下徑流部分。 一一、下滲曲線法下滲曲線法下滲曲線法下滲曲線法fcf(t)ft下滲能力曲線下滲能力曲線初滲初滲不穩(wěn)定下滲不穩(wěn)定下滲穩(wěn)定下滲穩(wěn)定下滲4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算下滲能力曲線下滲能力曲線下滲能力曲線下滲能力曲線4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算f下滲能力曲線下滲能力曲線f0tfc若W0不同，則f0不同，下滲能力曲線不同【說明】4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算下滲曲線法下滲曲線法產(chǎn)流過程產(chǎn)流過程Rt雨強過

17、程雨強過程it下滲過程下滲過程ft減減下滲曲線法下滲曲線法fiitf( (t) )R(t) 流域上每次降雨的強度并非在持續(xù)大于下滲率，不能保證流域上每次降雨的強度并非在持續(xù)大于下滲率，不能保證充分供水條件；其次是初始土壤含水量不等于充分供水條件；其次是初始土壤含水量不等于0 0，因此，每次，因此，每次降雨實際下滲曲線是不同的。降雨實際下滲曲線是不同的。 解決方法是將下滲率隨歷時變化的曲線解決方法是將下滲率隨歷時變化的曲線f(t)f(t)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成隨土壤含水量成隨土壤含水量W W變化的曲線變化的曲線f f（W W ）4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算todttfFW)(【Problem】Witf

18、f( (W Wi i)= )= f f( (t ti i) )itoidttfW)(0tif f( (t ti i) )下滲率隨歷時變化曲線下滲率隨歷時變化曲線W Wf f( (W Wi i) )W Wi i下滲率隨土壤含水量變化曲線下滲率隨土壤含水量變化曲線f-W關(guān)系曲線關(guān)系曲線下滲能力曲線下滲能力曲線4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算ff0Wf-W關(guān)系曲線關(guān)系曲線fcf下滲能力曲線下滲能力曲線f0tfcf-W關(guān)系曲線關(guān)系曲線4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算 根據(jù)根據(jù)f f（W W）曲線，由本時段土壤水量）曲線，由本時段土壤水量W Wt t查得相應(yīng)的下滲率查得相應(yīng)的下滲率f f（W Wt t）

19、，由時段雨量），由時段雨量P Petet由下式求得時段凈雨量由下式求得時段凈雨量h ht ttfPtfPtfPheee0 重復(fù)以上三步，可以逐時段計算凈雨過程重復(fù)以上三步，可以逐時段計算凈雨過程 W Wt t+ +t t W Wt t P Petet h ht t 下一時段土壤水量下一時段土壤水量下滲曲線法產(chǎn)流計算步驟下滲曲線法產(chǎn)流計算步驟4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算【說明1】采用下滲曲線法進行產(chǎn)流計算時，應(yīng)該注意到降雨強度時空分布不均勻性對產(chǎn)流的影響，且流域不同地點的下滲特點也存在差別。 因此，為了提高計算精度，降雨時段長度不宜過長，常以min計，流域應(yīng)按照雨量站分布狀況劃分為較小的單元

20、區(qū)進行產(chǎn)流計算4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算【說明2】采用下滲曲線法進行產(chǎn)流計算時，必須知道計算區(qū)域的下滲能力曲線，這需要很多徑流資料或通過試驗才能獲得，在實際工作中往往難以實現(xiàn)。 在實際中，常采用它的簡化方法初損后損法進行產(chǎn)流計算二、二、初損后滲法初損后滲法4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算 初損后滲法初損后滲法是把實際下滲過程簡化為初損后滲是把實際下滲過程簡化為初損后滲兩階段。兩階段。 初損初損是大量產(chǎn)流以前的降雨總損失量，包括植是大量產(chǎn)流以前的降雨總損失量，包括植物截留，填洼和下滲水量，以流域平均深度表示。物截留，填洼和下滲水量，以流域平均深度表示。 后滲（損）后滲（損）是流域產(chǎn)流以后的

21、下滲水量，以平是流域產(chǎn)流以后的下滲水量，以平均下滲率表示。均下滲率表示。 t0tRtP tRI0P0ft0tRtP tRftftR R4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算 一次降雨所形成的徑流深可用下式表示：一次降雨所形成的徑流深可用下式表示： 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初損量；初損量；f f平均后滲率；平均后滲率；t tR R后滲后滲歷時；歷時；P Po o 后期不產(chǎn)流的雨量。后期不產(chǎn)流的雨量。初損分析初損分析平均后損率平均后損率任務(wù)任務(wù) 小流域：匯流時間短，出口斷面的起漲點大體可作為產(chǎn)小流域：

22、匯流時間短，出口斷面的起漲點大體可作為產(chǎn)流開始時刻，因而起漲點以前雨量的累積值可作為初損。流開始時刻，因而起漲點以前雨量的累積值可作為初損。 較大流域：可分站按不同匯流時間，定出流量起漲以前較大流域：可分站按不同匯流時間，定出流量起漲以前的時刻，并取該時刻以前各站的累積雨量的平均值作為流域的時刻，并取該時刻以前各站的累積雨量的平均值作為流域的初損。的初損。（1 1）初損量）初損量0 0 的確定的確定4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算干旱流域降雨產(chǎn)流過程干旱流域降雨產(chǎn)流過程PQ初損后滲法推求產(chǎn)流量初損后滲法推求產(chǎn)流量hI0ftftR Rt4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算4.4 超滲產(chǎn)流計算超滲產(chǎn)流計算利用實測雨洪利用實測雨洪資料，分析資料，