水文學(xué)第六章課件

1、1水 文 學(xué)Hydrology湯 婕安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院2012.5 1水 文 學(xué)Hydrology湯 婕2第六章 流域產(chǎn)匯流分析與計(jì)算 第一節(jié) 概述第二節(jié) 基本資料的整理與分析第三節(jié) 流域產(chǎn)流分析第四節(jié) 流域產(chǎn)流計(jì)算第五節(jié) 流域匯流分析與計(jì)算 2第六章 流域產(chǎn)匯流分析與計(jì)算 第一節(jié) 概述3第一節(jié) 概述1. 流域產(chǎn)匯流計(jì)算基本內(nèi)容與流程 由流域降雨推求流域出口的河川徑流，大體上分為兩個(gè)步驟： 產(chǎn)流計(jì)算：降雨扣除截留、填洼、下滲、蒸發(fā)等損失之后，剩下的部分稱為凈雨，它在數(shù)量上等于它所形成的徑流深。在我國(guó)常稱凈雨量為產(chǎn)流量，降雨轉(zhuǎn)化為凈雨的過程為產(chǎn)流過程，關(guān)于凈雨的計(jì)算稱之為產(chǎn)流計(jì)算。3第一

2、節(jié) 概述4 匯流計(jì)算：凈雨沿著地面和地下匯入河網(wǎng)，然后經(jīng)河網(wǎng)匯流形成流域出口的徑流過程，稱為匯流過程；關(guān)于流域匯流過程的計(jì)算稱之為匯流計(jì)算。 4 匯流計(jì)算：凈雨沿著地面和地下匯入河網(wǎng)，然后經(jīng)52. 流域產(chǎn)匯流計(jì)算的基本思路 流域產(chǎn)匯流計(jì)算方法的內(nèi)容十分豐富，這里僅介紹目前使用比較普遍和比較成熟的計(jì)算原理及其計(jì)算方法。產(chǎn)流計(jì)算的方法有:降雨徑流相關(guān)圖法流域蓄水容量曲線法初損后損法匯流計(jì)算方法有:時(shí)段單位線法瞬時(shí)單位線法52. 流域產(chǎn)匯流計(jì)算的基本思路 產(chǎn)流計(jì)算的方法有:匯流計(jì)6 無論產(chǎn)流計(jì)算還是匯流計(jì)算，基本思路都是:先從實(shí)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(shè)計(jì)條件時(shí)，則可由設(shè)

3、計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，用于預(yù)報(bào)時(shí)，則由實(shí)際暴雨預(yù)報(bào)洪水。6 無論產(chǎn)流計(jì)算還是匯流計(jì)算，基本思路都是:7數(shù)量上相等7數(shù)量上相等8一、降雨資料的整理 二、下滲與下滲曲線三、徑流資料的整理與計(jì)算 四、蒸發(fā)資料的整理與計(jì)算五、 流域蓄水量及前期影響雨量的計(jì)算 第二節(jié) 基本資料的整理與分析 8一、降雨資料的整理第二節(jié) 基本資料的整理與分析 9一、降雨資料的整理 關(guān)于測(cè)站的降雨分析計(jì)算，流域平均雨量、時(shí)段雨量、降雨強(qiáng)度等，在上一章已經(jīng)講過（見第五章有關(guān)內(nèi)容）。 但必須注意的是，降雨場(chǎng)次的劃分一定要與洪水場(chǎng)次的劃分相對(duì)應(yīng)，如下圖所示。當(dāng)把洪水劃分為兩次時(shí)，暴雨也要相應(yīng)地劃分為兩次，且兩兩對(duì)應(yīng)，前次暴雨對(duì)應(yīng)前面

4、的洪水，后次暴雨對(duì)應(yīng)后面的洪水，切不可混淆。9一、降雨資料的整理 10 次降雨徑流分割及總徑流量計(jì)算示意圖10 次降雨徑流分割及總徑流量計(jì)算示意圖11 二、下滲與下滲曲線 1. 下滲的物理過程 (1) 滲潤(rùn)階段： 分子力 (2) 滲漏階段: 毛管力、重力 (3) 滲透階段：重力非飽和水流運(yùn)動(dòng)飽和水流的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)11 二、下滲與下滲曲線 1. 下滲的物理過程非飽和飽和水122. 下滲率與下滲曲線(1) 下滲率（下滲強(qiáng)度）f ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)滲入單位面積土壤中的水量，mm/min,mm/h。初始下滲率f0穩(wěn)滲率fc (2) 霍頓公式：f = fc + ( f0 fc ) et (3) 下滲曲線和下滲累積

5、曲線122. 下滲率與下滲曲線(1) 下滲率（下滲強(qiáng)度13 三、徑流資料的整理與計(jì)算 1洪水場(chǎng)次劃分及次洪水總徑流深W的計(jì)算 洪水場(chǎng)次劃分是指，將非本次降雨產(chǎn)生形成的徑流分割出去。如上圖 ，多數(shù)情況下，與本次降雨所對(duì)應(yīng)的徑流過程，不僅包括本次降雨形成的地面、地下徑流，而且還包括前期降雨的地下徑流。如圖中的虛線ag以下的水量，它表示如果沒有降雨時(shí)，河中仍有持續(xù)的徑流，稱其為基流。另外，該次洪水尚未退完又遇降雨時(shí)，還會(huì)有后期洪水混入，如圖中的第場(chǎng)洪水。 13 三、徑流資料的整理與計(jì)算 1洪水場(chǎng)次劃分及次洪水總14AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深層地下徑流（基流）前期洪水未退完的部分本次降

6、雨形成的徑流過程14AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深層地下徑流（基152流域地下徑流標(biāo)準(zhǔn)退水曲線 退水曲線（圖中數(shù)字為洪水號(hào)）152流域地下徑流標(biāo)準(zhǔn)退水曲線 退水曲線（圖中數(shù)字為洪163地面地下徑流分割及計(jì)算 地面地下徑流分割 為分別研究地面徑流和地下徑流的產(chǎn)匯流規(guī)律，需將總徑流中進(jìn)行地下徑流（基流）分割。常用的有兩種方法：163地面地下徑流分割及計(jì)算 17WgWg 水平線分割法示意圖 水平線分割法：從實(shí)測(cè)流量過程線的起漲點(diǎn)a作一水平線交過程線的退水段于c點(diǎn)，則水平線ac就認(rèn)為是該次洪水的地面地下徑流分割線。17WgWg 水平線分割法示意圖 水平線分割法：從實(shí)18斜線分割法示意圖 W

7、gWg斜線分割法：從實(shí)測(cè)流量過程線的起漲點(diǎn)a到地面徑流終止點(diǎn)c連一斜線ac，即為地面地下徑流分割線。 18斜線分割法示意圖 WgWg斜線分割法：從實(shí)測(cè)流量過程線19WgWg水平線分割法簡(jiǎn)便易行，對(duì)地下徑流小，洪水歷時(shí)短的流域較為適合；而對(duì)地下徑流比重大、洪水連續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的流域，則會(huì)造成比較大的誤差，此時(shí)改用斜線分割法較為合理。 19WgWg水平線分割法簡(jiǎn)便易行，對(duì)地下徑流小，洪水歷時(shí)短的20AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F本次降雨形成的徑流過程CDB地面徑流地下徑流20AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F本次降雨形成的徑21地面、地下徑流深的計(jì)算 地面、地下徑流分割后，分割線上面的部

8、分即地面徑流WS，下面的部分即地下徑流Wg，分別除以流域面積F即可得到其地面徑流深RS、地下徑流深Rg。 21地面、地下徑流深的計(jì)算 地面、地下徑流分割22四、蒸發(fā)資料的整理與計(jì)算 流域蒸散發(fā)是產(chǎn)流量計(jì)算中的重要環(huán)節(jié)，是影響流域土壤蓄水量的主要因素。流域蒸散發(fā)一方面取決于蒸散發(fā)能力，另一方面取決于供水條件，即流域蓄水量的大小。實(shí)用中一般假定流域蒸散發(fā)量E與流域蓄水量W成正比，即: 22四、蒸發(fā)資料的整理與計(jì)算23五、 流域蓄水量及前期影響雨量的計(jì)算 降雨開始時(shí)流域是干旱還是濕潤(rùn)，對(duì)此次降雨產(chǎn)生徑流的量影響極大，流域的干濕程度常用流域蓄水量W或其前期影響雨量Pa 表示。23五、 流域蓄水量及前期

9、影響雨量的計(jì)算 241.流域蓄水量W和流域蓄水容量Wm 流域蓄水量主要是指，在流域降雨能夠影響的土層內(nèi)土壤含蓄的吸著水、薄膜水和懸著毛管水，不包括重力水，是土壤能夠保持而不在重力作用下流走的水分。流域上各地點(diǎn)的蓄水容量是不同的，可從零變化到點(diǎn)最大蓄水容量，其流域平均值以Wm表示，稱流域蓄水容量。241.流域蓄水量W和流域蓄水容量Wm 25流域蓄水容量Wm的計(jì)算 Wm是流域綜合平均指標(biāo)，一般用實(shí)測(cè)雨洪資料分析確定。選取久旱無雨后一次降雨量較大且全流域產(chǎn)流的雨洪資料，計(jì)算流域平均降雨量P及產(chǎn)流量R。因久旱無雨，可認(rèn)為降雨開始時(shí)流域蓄水量W=0。所以： Wm = P - R - E 式中，P為流域平

10、均降雨量（mm）；R為P產(chǎn)生的總徑流深（mm）；E為雨期蒸發(fā)（mm），如降雨時(shí)間短可忽略不計(jì)。25流域蓄水容量Wm的計(jì)算 26 一個(gè)流域的最大蓄水量是反映該流域蓄水能力的基本特征，我國(guó)大部分地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)表明表 一般為80120mm，例如：廣東95100mm，福建100130mm，湖北70110mm，陜西55100mm，黑龍江140mm等等。流域的實(shí)際蓄水量W在0Wm之間變化。26 一個(gè)流域的最大蓄水量是反映該流域蓄水能力的27流域蓄水量W的計(jì)算 實(shí)際上，一般都沒有實(shí)測(cè)的流域土壤蓄水量資料，必須通過間接計(jì)算來推求前期流域蓄水量W 。利用流域影響土層的水量平衡方程來推求，其計(jì)算式為： Wt+1 =

11、Wt + Pt - Rpt - Et 式中，Wt+1、Wt分別為第t+1天、第t天開始時(shí)刻的流域蓄水量（mm）；Pt為第t天的流域降雨量； RPt為Pt產(chǎn)生的總徑流深（mm），或由實(shí)測(cè)徑流資料計(jì)算，或按后面講述的降雨徑流計(jì)算方法計(jì)算。 27流域蓄水量W的計(jì)算282.前期影響雨量Pa的計(jì)算 前期影響雨量Pa作為衡量流域干濕程度的指標(biāo)，反映流域蓄水量的大小。前期影響雨量Pa的計(jì)算式為：式中K為土壤含水量的日消退系數(shù)（折減系數(shù)）： 282.前期影響雨量Pa的計(jì)算 前期影響雨量Pa作為衡量流域29幾個(gè)應(yīng)注意的問題 Pa,t+1 Wm (1)最大值限制問題 當(dāng)計(jì)算出的Pa值大于Wm時(shí),取Wm作為該日的P

12、a值： （2）Pa起始值的確定 一般前期較長(zhǎng)一段時(shí)間無雨，土壤已很干燥，可令Pa=0；而在一場(chǎng)大雨或連續(xù)幾次大雨之后，土壤含水量已近最大，此時(shí)可取Pa=Wm，依次為起點(diǎn)往后計(jì)算。 （3）流域日蒸發(fā)能力EM 可用E601型蒸發(fā)器觀測(cè)的水面蒸發(fā)值作為近似值。一般按晴天和雨天或按月份分別選取相應(yīng)的約平均值。29幾個(gè)應(yīng)注意的問題 Pa,t+1 Wm (1)最大值30【例】某流域經(jīng)分析求得Wm100mm ，5月份多年平均的流域日蒸散發(fā)能力為5mm，6月份為6.2mm，由此算得：5月份:K5月1Em/Wm=1- 5/100= 0.956月份: K6月1Em/Wm=1- 6.2/100= 0.938按式 計(jì)

13、算得下表：30【例】某流域經(jīng)分析求得Wm100mm ，5月份多年平均313132所謂產(chǎn)流，是指流域中各種徑流成分的生成過程，也是流域下墊面（包括地面和包氣帶）對(duì)降雨的再分配過程。本節(jié)介紹自然界兩種基本的產(chǎn)流形式，并建立產(chǎn)流理論的基本概念。第三節(jié) 流域產(chǎn)流分析一、包氣帶對(duì)降水的再分配作用二、產(chǎn)流面積的變化 32所謂產(chǎn)流，是指流域中各種徑流成分的生成過程，也是流域下墊33包氣帶：地面以下潛水面以上的地帶。也稱非飽和帶， 是大氣水和地表水同地下水發(fā)生聯(lián)系并進(jìn)行水分交換的地帶,它是巖土顆粒、水、空氣三者同時(shí)存在的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。包氣帶具有吸收水分、保持水分和傳遞水分的能力。33包氣帶：地面以下潛水面以上

14、的地帶。也稱非飽和帶， 是大氣34一、包氣帶對(duì)降水的再分配作用 （一）包氣帶地面對(duì)降雨的再分配作用 以流域內(nèi)某一單元土柱為例，設(shè)某一時(shí)刻地面的下滲能力為 fp，降雨強(qiáng)度為i 。若 ifp ，則實(shí)際下滲率為 fp ，其余部分 ( i-fp ) 形成地面徑流；若 ifp ，則實(shí)際下滲率為 i，全部降雨都滲入土壤中。34一、包氣帶對(duì)降水的再分配作用 35因此，按 i 和 fp 的大小，包氣帶地面把其所承受的降雨劃分為下滲的水量和地面徑流兩部分。3536對(duì)一場(chǎng)總降雨量為P 的降雨過程來說，雨強(qiáng)時(shí)大時(shí)小，有時(shí) ifp，有時(shí)ifp，下滲到包氣帶土層中的水量為：形成的地面徑流為 顯然 36對(duì)一場(chǎng)總降雨量為P

15、 的降雨過程來說，雨強(qiáng)時(shí)大時(shí)小，有時(shí) 37（二）包氣帶土層對(duì)下滲水量的再分配作用 下滲到包氣帶土層的水量，一部分首先被土壤顆粒吸收，成為土壤含水量的增量，一部分以蒸散發(fā)的形式逸出地面，返回大氣。包氣帶達(dá)到田間持水量時(shí)的蓄水量稱為包氣帶蓄水容量，記為 ，另令 表示降雨開始時(shí)包氣帶的起始蓄水量。則 為包氣帶的缺水量。37（二）包氣帶土層對(duì)下滲水量的再分配作用 383839（三）蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流 徑流開始時(shí)包氣帶達(dá)到田間持水量時(shí)，包氣帶的水量平衡方程： （1） 徑流開始時(shí)包氣帶未達(dá)到田間持水量，包氣帶的水量平衡方程： （2） 式（1）和式（2）適用于某時(shí)段，也適用于一場(chǎng)降雨的總歷時(shí)。式（1）和式（

16、2）反映了自然界兩種基本的產(chǎn)流方式。39（三）蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流 40式（1）表明，只有當(dāng)包氣帶達(dá)到田間持水量后才產(chǎn)生 ，這種產(chǎn)流方式稱為“蓄滿產(chǎn)流”。而在式（2）中，因包氣帶未達(dá)到田間持水量，故在不產(chǎn)生地下徑流的情況下就有地表徑流，這種產(chǎn)流方式稱為“超滲產(chǎn)流”。4041對(duì)某個(gè)具體的流域，這兩種產(chǎn)流方式是相對(duì)的。濕潤(rùn)地區(qū)以蓄滿產(chǎn)流為主，在長(zhǎng)期干旱后，若遇到雨強(qiáng)大于下滲能力的降雨，即使此時(shí)包氣帶未蓄滿，也會(huì)產(chǎn)生超滲的地面徑流。同樣，在干旱地區(qū)，以超滲產(chǎn)流為主的流域，在多雨的季節(jié)也可能在流域的局部甚至全流域出現(xiàn)蓄滿產(chǎn)流現(xiàn)象。 41對(duì)某個(gè)具體的流域，這兩種產(chǎn)流方式是相對(duì)的。濕潤(rùn)地區(qū)以蓄滿42二、產(chǎn)流

17、面積的變化 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)流面積。由于流域下墊面因素并不均一，如包氣帶的厚薄、土壤性質(zhì)、植被、降雨開始時(shí)的土壤含水量等情況并非處處相同，而且降雨量、降雨強(qiáng)度及其空間分布也不一致，因此，流域產(chǎn)流面積的變化十分復(fù)雜。42二、產(chǎn)流面積的變化 431.蓄滿產(chǎn)流情況下產(chǎn)流面積的變化 蓄滿產(chǎn)流方式取決于包氣帶是否達(dá)到了田間持水量。當(dāng)流域某處包氣帶達(dá)到了田間持水量，該處就產(chǎn)流，否則不產(chǎn)流。對(duì)于干燥土壤上的一場(chǎng)降雨，其產(chǎn)流面積的變化具有以下特點(diǎn)： （1）隨著降雨量的增加，產(chǎn)流面積也隨之增加；（2）產(chǎn)流面積的變化與降雨強(qiáng)度無關(guān)。 431.蓄滿產(chǎn)流情況下產(chǎn)流面積的變化

18、（1）隨著降雨量的增加442.超滲產(chǎn)流情況下產(chǎn)流面積的變化 （1）隨降雨歷時(shí)的增長(zhǎng)，產(chǎn)流面積時(shí)大時(shí)小；（2）產(chǎn)流面積的大小與時(shí)段初流域蓄水量及降雨強(qiáng)度有關(guān)。442.超滲產(chǎn)流情況下產(chǎn)流面積的變化 45產(chǎn)流計(jì)算的方法有:降雨徑流相關(guān)圖法蓄滿產(chǎn)流模型初損后損法第四節(jié) 流域產(chǎn)流計(jì)算 45產(chǎn)流計(jì)算的方法有:第四節(jié) 流域產(chǎn)流計(jì)算 46一、降雨徑流相關(guān)圖法 由分析計(jì)算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影響雨量，按相關(guān)分析的方法，建立它們與徑流深之間的相關(guān)圖，這些相關(guān)圖反映了流域的產(chǎn)流規(guī)律。應(yīng)用此相關(guān)圖可以由降雨計(jì)算出相應(yīng)的產(chǎn)流量。 隨著各流域的條件不同，相關(guān)圖中考慮的影響因素的多少有很大差別。46一、降雨徑流相

19、關(guān)圖法 47PPa R(Rs)三變量相關(guān)圖法 降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法的制作 以次降雨量P為縱坐標(biāo)，以相應(yīng)的徑流深R(Rs)為橫坐標(biāo)，可按對(duì)應(yīng)的P、R(Rs)在圖上繪一個(gè)點(diǎn)，并把它的Pa值注在點(diǎn)旁，然后按點(diǎn)群分布的趨勢(shì)，照顧大多數(shù)點(diǎn)子，繪出以Pa為參數(shù)的等值線，既為PPa R(Rs)三變量相關(guān)圖法。 47PPa R(Rs)三變量相關(guān)圖法 48某流域三變量降雨徑流相關(guān)圖 48某流域三變量降雨徑流相關(guān)圖 49該圖應(yīng)符合下列規(guī)律： P相同時(shí)，Pa 越大，損失愈小，R(Rs)愈大，故Pa等值線的數(shù)值是自左至右增大的； Pa相同時(shí)，P愈大，損失相對(duì)于P愈小， d R(Rs)dP愈大，PR(Rs)線的坡度隨P

20、的增大而減緩，PRs也不應(yīng)小于450，PR可以為450。49該圖應(yīng)符合下列規(guī)律： P相同時(shí)，Pa 越大，損50降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法的應(yīng)用 根據(jù)降雨過程及降雨開始時(shí)的Pa ，首先累計(jì)各時(shí)段的降雨過程，在圖上查出累計(jì)的凈雨過程，然后將累計(jì)的凈雨過程，兩兩相減，得到各時(shí)段的降雨所對(duì)應(yīng)的時(shí)段凈雨。若降雨開始時(shí)的Pa 不在某一條等值線上，則用內(nèi)插法查算。50降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法的應(yīng)用51兩時(shí)段降雨： P1=49mm P2=81mm降雨開始時(shí)： Pa=60mm（1）由 P1=49mm,查得R1=20.0mm。（49mm)（2）由 P1 +P2=130mm,查得R1+R2=80.0mm。(130mm)（3）

21、則第二時(shí)段凈雨為R2=80-20=60mm51兩時(shí)段降雨：降雨開始時(shí)：（1）由 P1=49mm,查得R52二 蓄滿產(chǎn)流模型 趙人俊等經(jīng)過長(zhǎng)期對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)暴雨徑流關(guān)系的研究，提出了蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算總凈雨過程，以及確定穩(wěn)滲率fc，劃分地面、地下凈雨。該法是我國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)產(chǎn)流計(jì)算的一個(gè)重要方法。 1.蓄滿產(chǎn)流模型的基本概念 蓄滿產(chǎn)流模式：降雨使含氣層土壤達(dá)到田間持水量之前不產(chǎn)流，此前的降雨全部用以補(bǔ)充土層的缺水量；土層水分達(dá)田間持水量（蓄滿）后開始產(chǎn)流，以后的降雨（除去雨期蒸發(fā)）全部變?yōu)閮粲辍?2二 蓄滿產(chǎn)流模型 趙人俊等經(jīng)過長(zhǎng)期53 因?yàn)橹挥性谛顫M的地方才產(chǎn)流，所以產(chǎn)流期的下滲為穩(wěn)定下滲率fc。 下滲

22、的雨量形成地下徑流，超滲的雨量成為地面徑流。這種產(chǎn)流模式稱為蓄滿產(chǎn)流。53 因?yàn)橹挥性谛顫M的地方才產(chǎn)流，所以產(chǎn)流期的下滲542.流域蓄水量計(jì)算 流域蓄水量計(jì)算產(chǎn)流計(jì)算過程中，需確定出各時(shí)段時(shí)段初的流域蓄水量。設(shè)一場(chǎng)暴雨起始流域蓄水量為W0，它就是第一時(shí)段初的流域蓄水量第一時(shí)段末的流域蓄水量就是第二時(shí)段初的流域蓄水量，依此類推，即可求出流域的蓄水過程。時(shí)段末流域蓄水量計(jì)算公式如下： 542.流域蓄水量計(jì)算 流域蓄水量計(jì)算產(chǎn)流計(jì)算過程中553.產(chǎn)流過程（凈雨過程）計(jì)算 設(shè)降雨總歷時(shí)為T，先確定計(jì)算時(shí)段t，將T每隔一個(gè)t劃分為一個(gè)時(shí)段。按所劃分的時(shí)段可得降雨過程 P tt 。用E601 型蒸發(fā)器實(shí)測(cè)

23、水面蒸發(fā)值（或作修正）作為蒸發(fā)能力，則 E tt 已知。起始流域蓄水量(W0=Pa,0)由實(shí)測(cè)資料預(yù)先分析確定，均為已知值。根據(jù)上述已知條件，即可得產(chǎn)流過程。 553.產(chǎn)流過程（凈雨過程）計(jì)算 564.地面、地下徑流（凈雨）劃分 上述求得的徑流量是時(shí)段總徑流量，它包括地面徑流和地下徑流（R=Rs+Rg ）。對(duì)總徑流量進(jìn)行劃分，以便分別進(jìn)行匯流計(jì)算。 564.地面、地下徑流（凈雨）劃分 57三、初損后損法計(jì)算地面凈雨過程 初損后損法是一種超滲產(chǎn)流模型。該模型將降雨徑流損失過程分為初損和后損兩部分，綜合分析其產(chǎn)流規(guī)律，在設(shè)計(jì)洪水或預(yù)報(bào)洪水時(shí)利用這種規(guī)律來由暴雨推求地面凈雨過程。 57三、初損后損法

24、計(jì)算地面凈雨過程 初損后損法是一種超滲產(chǎn)流58 在干旱半干旱地區(qū)，地下水埋藏很深，流域的包氣帶很厚，缺水量大，降雨過程中的下滲的水量不易使整個(gè)包氣帶達(dá)到田間持水量，所以不產(chǎn)生地下徑流，并且只有當(dāng)降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度時(shí)才產(chǎn)生地面徑流，這種產(chǎn)流方式稱為超滲產(chǎn)流。關(guān)鍵是確定流域下滲的變化規(guī)律。58 在干旱半干旱地區(qū)，地下水埋藏很深，流域591.基本原理 初損后損法將下滲損失過程簡(jiǎn)化為初損和后損兩個(gè)階段，如圖所示。初損I0 ：產(chǎn)流以前的總損失水量。即從降雨開始到出現(xiàn)超滲產(chǎn)流，歷時(shí)t0 內(nèi)全部降雨量 ，包括初期下滲、植物截留、填洼等。 后損：流域產(chǎn)流以后下滲的水量，以平均下滲率 表示。 tc591.基本

25、原理 初損I0 ：產(chǎn)流以前的總損失水量602.凈雨量計(jì)算公式 由水量平衡原理，凈雨深Rc 用下式計(jì)算： 式中P為次降雨深（mm）； Rc為P形成的地面凈雨深（mm）； I0為初損（mm）； tc為后損階段的超滲歷時(shí)（h）； 為后期 tc內(nèi)的平均后損率（mmh）；P為后損階段非超滲歷時(shí)t 內(nèi)的雨量（mm）。tc602.凈雨量計(jì)算公式 tc613 初損I0的確定 （1）由實(shí)測(cè)資料分析各場(chǎng)洪水的初損I0 -對(duì)于較小流域，因匯流時(shí)間短，出口斷面的起漲點(diǎn)大體可作為產(chǎn)流開始時(shí)刻，因此，起漲點(diǎn)前的累積雨量可作為初損I0近似值 ；-對(duì)于較大流域，需考慮流域內(nèi)各雨量站至流域出口斷面匯流時(shí)間不同的問題。613 初

26、損I0的確定 （1）由實(shí)測(cè)資料分析各場(chǎng)洪水的初損I62（2）綜合分析I0的變化規(guī)律 利用實(shí)測(cè)雨洪資料，分析各場(chǎng)洪水的I0 及相應(yīng)的流域起始蓄水量W0（Pa,0），初損期的平均雨強(qiáng) ，并建立相關(guān)圖備用。62（2）綜合分析I0的變化規(guī)律 634.平均后損率的確定（1） 由實(shí)測(cè)資料分析各場(chǎng)洪水的平均后損率 平均后損率 的計(jì)算式為： 對(duì)于實(shí)測(cè)暴雨洪水，P、Rc 和I0 為已知，P、tc 均與降雨過程有關(guān)，可以采用試算方法，求平均后損率 。634.平均后損率的確定（1） 由實(shí)測(cè)資料分析各場(chǎng)洪水的平均64（2）綜合分析平均后損率的變化規(guī)律 一次降雨過程中，由于后損是初損的延續(xù)，初損量越大，土壤含水量越大，

27、則后損能力越低，平均后損率 就越小,所以后損下滲率不僅與流域起始土壤含水量W0 有關(guān)，而且與初期降雨特性有關(guān)，初期降雨特性用初損期平均雨強(qiáng) 表示。因此，可以根據(jù)實(shí)測(cè)雨洪資料，分析建立 與 tc及 的關(guān)系。 64（2）綜合分析平均后損率的變化規(guī)律 65【例題】已知某流域設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇的24h暴雨過程如下表，設(shè)計(jì)暴雨初損為30mm，后期平均下滲能力為2.0mm/h。試求該流域設(shè)計(jì)24h設(shè)計(jì)地面凈雨過程。時(shí)段（6h）1234合計(jì)雨量（mm）206010510195四、初損后損法產(chǎn)流量計(jì)算實(shí)例 解題思路：從降雨開始時(shí)段起扣除初損；之后判斷產(chǎn)流的時(shí)段并按產(chǎn)流歷時(shí)內(nèi)的平均后期率扣損；最后，將后期不產(chǎn)流

28、的雨量扣除。 65【例題】已知某流域設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇的24h暴雨過程如下66時(shí)段（6h）1234合計(jì)雨量（mm）206010510195初損（mm）201030后損（mm）12/10121024/34地面凈雨(mm)38/4093141/131時(shí)段（6h）1234合計(jì)雨量（mm）206010510195初損（mm）后損（mm）地面凈雨(mm)66時(shí)段（6h）1234合計(jì)雨量（mm）206010510167第六章 流域產(chǎn)匯流計(jì)算 第一節(jié) 概述第二節(jié) 基本資料的整理與分析第三節(jié) 流域產(chǎn)流分析第四節(jié) 流域產(chǎn)流計(jì)算第五節(jié) 流域匯流分析與計(jì)算 67第六章 流域產(chǎn)匯流計(jì)算 第一節(jié) 概述68一、流域匯流分

29、析 流域匯流是指，在流域各點(diǎn)產(chǎn)生的凈雨，經(jīng)過坡地和河網(wǎng)匯集到流域出口斷面，形成徑流的全過程。 同一時(shí)刻在流域各處形成的凈雨距流域出口斷面遠(yuǎn)近、流速不相同,所以不可能全部在同一時(shí)刻到達(dá)流域出口斷面。但是,不同時(shí)刻在流域內(nèi)不同地點(diǎn)產(chǎn)生的凈雨,卻可以在同一時(shí)刻流達(dá)流域的出口斷面。 第五節(jié) 流域匯流分析與計(jì)算 68一、流域匯流分析 流域匯流是指，在流域各點(diǎn)產(chǎn)生的69- 流域匯流時(shí)間m ：流域上最遠(yuǎn)點(diǎn)的凈雨流到出口的歷時(shí)。- 匯流時(shí)間：流域各點(diǎn)的地面凈雨流達(dá)出口斷面所經(jīng)歷的時(shí)間。- 等流時(shí)面積dF()：同一時(shí)刻產(chǎn)生、且匯流時(shí)間相同的凈雨，所組成的面積。 69- 流域匯流時(shí)間m ：流域上最遠(yuǎn)點(diǎn)的凈雨流到出

30、口的70- 等流時(shí)線：流域上匯流時(shí)間相等點(diǎn)的連線，如下圖 中標(biāo)有1 、2 、的虛線（ 為單位匯流時(shí)段長(zhǎng)）。- 等流時(shí)面積：兩條相鄰等流時(shí)線間的面積。1. 用等流時(shí)線分析地面匯流 70- 等流時(shí)線：流域上匯流時(shí)間相等點(diǎn)的連線，如下71利用等流時(shí)線概念，分析流域上不同凈雨情況下所形成的出口斷面地面徑流過程。為計(jì)算上的方便，取計(jì)算時(shí)段t 等于匯流時(shí)段 ，分三種情況進(jìn)行討論。71利用等流時(shí)線概念，分析流域上不同凈雨情況下所形成的出口斷72 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = ） 流域一次均勻凈雨:歷時(shí)Tc凈雨深Rc雨強(qiáng)ic72 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = 73 地面凈雨

31、歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = ） 流域一次均勻凈雨:歷時(shí)Tc凈雨深Rc雨強(qiáng)icRcF2RcF1RcF373 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = 74 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = ） T = 1 , Q1=RcF1流域一次均勻凈雨:歷時(shí)Tc凈雨深Rc雨強(qiáng)icRcF2RcF1RcF374 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = 75 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = ） T = 2 , Q2=RcF2流域一次均勻凈雨:歷時(shí)Tc凈雨深Rc雨強(qiáng)icRcF2RcF375 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = 76 地面凈雨歷時(shí)等于

32、一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = ） T = 3 , Q3=RcF3流域一次均勻凈雨:歷時(shí)Tc凈雨深Rc雨強(qiáng)icRcF376 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = 77 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = ） T = 4 , Q4=0流域一次均勻凈雨:歷時(shí)Tc凈雨深Rc雨強(qiáng)ic77 地面凈雨歷時(shí)等于一個(gè)匯流時(shí)段（ Tc= t = 78(2) 地面凈雨歷時(shí)等于流域匯流時(shí)間m （ tc= m ） 78(2) 地面凈雨歷時(shí)等于流域匯流時(shí)間m （ tc= 79R1F2R1F1R1F3t=0t0123456Q0Tc= 3t79R1F2R1F1R1F3t=0t0123456Q0Tc=8

33、0R2F2R2F1R2F3t=1R1F1R1F2R1F3t0123456Q0R1F180R2F2R2F1R2F3t=1R1F1R1F2R1F3t81R2F2R2F1t=2R1F2R1F3R2F3R3F1R3F2R3F3t0123456Q0R1F1R1F2 + R2F181R2F2R2F1t=2R1F2R1F3R2F3R3F1R82R2F2t=3R1F3R2F3R3F1R3F2R3F3t0123456Q0R1F1R1F2 + R2F1R1F3 + R2F2+ R3F182R2F2t=3R1F3R2F3R3F1R3F2R3F3t83t=4R2F3R3F2R3F3t0123456Q0R1F1R1F2

34、 + R2F1R1F3 + R2F2+ R3F1R2F3 + R3F183t=4R2F3R3F2R3F3t0123456Q0R1F84t=5R3F3t0123456Q0R1F1R1F2 + R2F1R1F3 + R2F2+ R3F1R2F3 + R3F1R3F3 084t=5R3F3t0123456Q0R1F1R1F2 R185t=6t0123456Q0R1F1R1F2 + R2F1R1F3 + R2F2+ R3F1R2F3 + R3F1R3F3 085t=6t0123456Q0R1F1R1F2 R1F3 R水文學(xué)第六章課件87(3) 地面凈雨歷時(shí)大于流域匯流時(shí)間m （ tc m ） 87(3

35、) 地面凈雨歷時(shí)大于流域匯流時(shí)間m （ tc 88從以上分析中，可以歸納出以下幾點(diǎn)：(1) 一個(gè)時(shí)段的凈雨在流域出口斷面形成的地面徑流過程，等于該時(shí)段凈雨與各塊等流時(shí)面積的乘積，即Qi = RciFi 。(2) 多時(shí)段凈雨在流域出口形成的地面徑流過程，等于它們各自在出口形成的地面徑流過程疊加。(3) 當(dāng)凈雨歷時(shí)Tc 小于流域匯流時(shí)間m 時(shí)，稱為流域部分面積匯流造峰（部分匯流造峰）；當(dāng)凈雨歷時(shí)Tc 大于或等于m 時(shí)，稱為流域全面積匯流造峰（全面匯流造峰）。(4) 地面徑流總歷時(shí)T等于凈雨歷時(shí)Tc 與流域匯流時(shí)間m 之和，即: T = Tc + m88從以上分析中，可以歸納出以下幾點(diǎn)：892. 地

36、下凈雨匯流計(jì)算 （1）線性水庫(kù)模擬法（2）簡(jiǎn)化計(jì)算法892. 地下凈雨匯流計(jì)算 （1）線性水庫(kù)模擬法90匯流計(jì)算方法有:時(shí)段單位線法瞬時(shí)單位線法90匯流計(jì)算方法有:91二、單位線法匯流計(jì)算1. 單位線法 單位線：?jiǎn)挝粫r(shí)段內(nèi)、分布均勻的單位地面凈雨，在流域出口斷面形成的地面徑流過程，稱為單位線。 單位凈雨一般取10mm，單位時(shí)段t可取1、3、6、12、24h等，依流域大小而定。 91二、單位線法匯流計(jì)算1. 單位線法 單位線：?jiǎn)挝粫r(shí)段內(nèi)、92tr92tr93 由于實(shí)際的凈雨不一定正好是一個(gè)單位和一個(gè)時(shí)段,所以分析使用時(shí)有如下兩條假定。 - 倍比假定：如果單位時(shí)段內(nèi)的凈雨不是一個(gè)單位而是k個(gè)單位,

37、則形成的流量過程是單位線縱標(biāo)的k倍。93 由于實(shí)際的凈雨不一定正好是一個(gè)單位和一個(gè)時(shí)94時(shí)間h10mm流量m3/st時(shí)間h19.7mm流量m3/stQmQm19.7/10Q19.7/10Qk94時(shí)間h10mm流量m3/st時(shí)間h19.7mm流量m395 - 疊加假定：如果凈雨不是一個(gè)時(shí)段而是m個(gè)時(shí)段,則形成的流量過程是各時(shí)段凈雨形成的部分流量過程錯(cuò)開時(shí)段疊加。95 - 疊加假定：如果凈雨不是一個(gè)時(shí)段而是m個(gè)時(shí)段,96時(shí)間h流量m3/sQ1Q2Q3Q1+ Q2 + Q2000096時(shí)間h流量m3/sQ1Q2Q3Q1+ Q2 + Q200972. 單位線的應(yīng)用 當(dāng)流域內(nèi)降了一場(chǎng)雨后，先用產(chǎn)流計(jì)算方法推求出凈雨過程，再利用單位線的兩個(gè)假定推求匯流過程，從而得出洪水過程。 【例題】972. 單位線的應(yīng)用 【例題】989899計(jì)算步驟如下： 根據(jù)第（2）欄流域降雨用初損后損法推算地面凈雨過程，列于該表第（3）欄。 根據(jù)該次降雨和凈雨的情況選擇相應(yīng)的單位線，列于表中第（4）欄。 按照倍比假定，用單位線求各時(shí)段凈雨的地面徑流過程，結(jié)果列于表中第（5）、（6）欄。 按疊加假定，將第（5）、（6）欄的同時(shí)刻流量疊加，得總的地面徑流過程，列于第（7）欄。99計(jì)算步驟如下： 根據(jù)第（2）欄流域降雨用100計(jì)算地下徑流過程，該站的地下徑流比較穩(wěn)定，且量不大；近似取