水文學(xué)原理課件1-第八章

第八章

徑流(runoff)第一節(jié)

徑流的形成過程由降雨(或融雪）到水流匯集至河流出口斷面的整個(gè)物理過程，稱徑流形成過程。把徑流形成過程概化為：流域蓄滲過程、坡地匯流過程和河網(wǎng)匯流過程?！?/p>

流域蓄滲過程雨水降落到地面，大部分降雨并不立即產(chǎn)生徑流，而是消耗于植物截留、下滲、填洼、蒸發(fā)。在一次降雨過程中，流域上蓄滲量及蓄滲過程的發(fā)展是不均勻的，在這一階段中，河槽水流基本上沒有大量的新的補(bǔ)充，流量過程線無明顯變化。二

坡地匯流過程超滲雨水在坡面上以片流或時(shí)分時(shí)合的細(xì)溝流運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱坡面漫流。在這一過程中有坡面漫流、

徑流、壤中流。在徑流形成中，坡地匯流過程起著對(duì)各種成分在時(shí)程上的第一次再分配作用。三

河網(wǎng)匯流tQ出口斷面匯流示意圖定義：

各種徑流成分在河網(wǎng)內(nèi)沿河槽作縱向流動(dòng)和匯集的過程稱河網(wǎng)匯流。蓄滲過程的分類產(chǎn)流過程蓄滲過程徑流形成過程坡面匯流匯流過程壤中匯流水匯流河網(wǎng)匯流四、等流時(shí)線概念

定義：在流域匯流的過程中，流域上具有相同的到達(dá)出口斷面匯流時(shí)間各點(diǎn)的連線稱等流時(shí)線。定義：任何兩條相鄰的等流時(shí)線間的面積叫等流時(shí)面積。等流時(shí)線圖2134△A1△

A3△

A2△

A5△

A4T時(shí)刻通過斷面的流量i:匯流時(shí)間增量內(nèi)的平均雨強(qiáng)f:匯流時(shí)間增量內(nèi)的平均損失率等流時(shí)線圖1234

ft

τ

)dττ0AQt

(

τ

)τ

(it

τ△

A1△

A4△

A3△

A2第二節(jié)河流及流域徑流的天然定義：河流：接納地面徑流和泄水道?！?/p>

分水線定義：當(dāng)?shù)匦蜗騼蓚?cè)傾斜，使雨水分別匯集到兩條不同河流中去，這一地形上的脊線起著分水的作用，稱分水線或分水嶺。分水線是相鄰兩流域間的界線。地面分水線分水線不透水層地面分水線分水線透水層地面分水線與分水線示意圖地面分水線和分水線可能不一致。定義：當(dāng)流域的地面、

分水線重合時(shí)，稱閉合流域；反之，稱非閉合流域。地面分水線分水線不透水層地面分水線分水線分水線示意圖不透水層地面分水線與一、分水線二

流域流域的定義：匯集地面水和

水的區(qū)域稱流域，它是分水線所包圍的區(qū)域。地面分水線所構(gòu)成地面集水區(qū)域稱集雨面積，

分水線構(gòu)成

集水區(qū)。一般來講，流域所指的實(shí)際是地面集水區(qū)。流域的平面形狀特征（1）河系類型扇形平行狀混合形羽毛狀１１１１２２２２２２１２１１

１２１１３３３３３３３３３３干流干流河流等級(jí)有兩種計(jì)算方法：a、從河口（干流）算起b、從河源開始算起（2）河流等級(jí)（3）河網(wǎng)密度定義：流域內(nèi)河流干支流的總長度與流域面積之比。公式：D=L/AD大的流域，排水良好，水文響應(yīng)較快。D小的流域，排水不良，水文響應(yīng)較慢。第三節(jié)河流的水情一、河流的水源補(bǔ)給3.降雨（主要來源）水情變化較大，年內(nèi)、季節(jié)變化明顯，年際也有一些周期變化。冰雪融水水情變化小，年季變化明顯；年際周期長。水補(bǔ)給年內(nèi)變化小，年際變化大。二

徑流情勢（一）徑流的計(jì)量單位流量Q：單位時(shí)間內(nèi)通過某過水?dāng)嗝娴乃?。徑流總量W：在一定時(shí)段內(nèi)通過某斷面的水量。公式：W=QTT—時(shí)段長

Q—時(shí)段平均流量徑流模數(shù)M：單位流域面積上的平均流量。公式：M=1000Q/AA—流域面積流量變率K：某一年的平均流量Q

i和正常年徑流量Q0之比。公式：K

i=Q

i/Q0A

1000W

1R

徑流深度R：將計(jì)算時(shí)段內(nèi)徑流總量均勻鋪在某斷面以上的流域面積上，其響應(yīng)的水層深度。公式：徑流系數(shù)

：任意時(shí)段內(nèi)徑流深度R與同時(shí)段內(nèi)降水深度P之比。公式：=R/P例：下表給出了6個(gè)水文站的多年平均年，月徑流量資料。一，計(jì)算各站的年徑流量（億米3，取四位有效數(shù)字），年徑流深（記至0.1毫米)，和年徑流模數(shù)（分米3/公里2計(jì)，取三位有效數(shù)字，但小數(shù)不超過三位）。二，以正常徑流量數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各月的相對(duì)流量值（）。三，用相對(duì)流量值繪制各站徑流年內(nèi)分配圖（以柱狀圖表示）。四，比較各站徑流量的大小和年內(nèi)分配特點(diǎn)。水文站名流域面積一月二月三月四月五月六月1橋9241.100.991.182.135.2118.002旗下營29141.001.184.724.011.352.113峽下42105.425.995.156.996.1913.304湖南鎮(zhèn)221625.2063.60102.0012.50209.00230.005東江515055.1076.50117.00221.00244.00309.006加積323669.3054.2052.3065.5074.00123.00七月八月九月十月十一月十二月正常徑流量數(shù)25.3019.807.723.652.391.647.478.6612.303.742.812.091.323.8178.2095.5033.3013.109.776.3423.5086.7046.4054.9021.4021.5017.2083.40141.00150.00124.0079.9067.6062.40137.00105.00172.00389.00461.00245.00123.00162.00年，月平均流量表面積單位：Km2流量單位：m3

/s（二）徑流情勢的年內(nèi)變化和年際變化1.

1

徑流的年內(nèi)變化定義：徑流的年內(nèi)變化又可稱年內(nèi)分配，即一年內(nèi)總水量按各月的分配。常用流量過程線來表示。因?yàn)樗默F(xiàn)象的年內(nèi)變化過程并不與日度相適應(yīng)，因此在研究水情規(guī)律及進(jìn)行水文計(jì)算時(shí)，常采用水文年度。水文年度一般是按照洪、枯水期在一年內(nèi)的周期來劃分的，它的開始是從穩(wěn)定的水補(bǔ)給轉(zhuǎn)為地面補(bǔ)給逐漸增加時(shí)起，至枯水期結(jié)束為止的全年過程。2、徑流的年際變化年徑流的多年變化一般指年徑流年際間的變化幅度和多年變化過程。定義：Cv：年徑流變差系數(shù)。iK—流量變率n

—

觀測年數(shù)n

i1vC

2n

1k

1CV值大，年徑流的變化劇烈，不利于水資源的利用。CV值小，年徑流的變化緩和，有利于水資源的利用。CV值的影響因素主要有年徑流量的多少和補(bǔ)給來源。年徑流量大的地區(qū)CV值小以雨水為主要補(bǔ)給的地區(qū)CV值較大以冰雪融水或

水補(bǔ)給為主的地區(qū)CV值較小。三洪水—洪水特性的表示方法通常用洪峰流量，洪水總歷時(shí)，洪水總量來表示洪水特性。流量雨量TQm洪水過程線流量雨量TQm復(fù)式洪水過程線二洪水的影響因素天氣因素流域的下墊面因素四枯水定義：因地面徑流完全停止，河網(wǎng)中容蓄的水量完全消退，河道的水量完全倚賴與流域蓄水量的補(bǔ)給，這個(gè)時(shí)期為枯水期。影響枯水徑流的因素流域蓄水量的影響因素河流本身的特征枯水徑流的消退規(guī)律：再最簡單的情況下,認(rèn)為蓄水量與流量成線性關(guān)系:W=KQ

(1)當(dāng)無補(bǔ)給時(shí),流域蓄水量和出流之間存在下列關(guān)系:dw/dt=-Q

(2)對(duì)(1)式微分得

dw=KdQ帶入(2)式

(1/Q)dQ=-(1/k)dt令=1/k積分得lnQt-lnQ0=-t/k得Qt=Q0e-t公式:

Qt=Q0e-

tQ0—潛水層開始出水時(shí)的出水量

Qt—出水開始后t時(shí)刻的出水量—退水系數(shù)為確定上式，首先應(yīng)根據(jù)實(shí)測資料確定值，方法有兩種：圖解法和分析法。標(biāo)準(zhǔn)退水曲線的推求時(shí)間量根據(jù)實(shí)測的多次流量過流時(shí)間流量圖解法求值程線，求出一條標(biāo)準(zhǔn)的退水曲線Qt=Q0e-

tln

Qt=ln

Q0-

t上式為直線方程將其點(diǎn)繪在半對(duì)數(shù)紙上，其坡度即為值。1圖解法2

分析法在標(biāo)準(zhǔn)退水曲線上,從Q0以后取等時(shí)段t,則各時(shí)段流量為Q1……Qn,Qn+1如t取1,得Q1=Q0e-a

,

Q2=Q1e-a

,Q3=Q2e-a

….Qn+1=Qne-a求得各時(shí)段a后,取其算術(shù)平均值,即為標(biāo)準(zhǔn)退水曲線的a值.例題下表為北方某河流的標(biāo)準(zhǔn)退水曲線,試用分析法估算退水系數(shù)a值.日