《工程水文與水利計(jì)算》課件-任務(wù)五 徑流

六、徑流a）徑流形成過程產(chǎn)流過程降水過程流域蓄滲過程匯流過程坡面漫流過程河槽集流過程§2.5徑流2.5.1徑流的形成過程徑流是指流域表面的降水或融雪沿著地面與地下匯入河川，并流出流域出口斷面的水流。河川徑流的來(lái)源是大氣降水。降水的形式不同，徑流形成的過程也不一樣。一般可分為降雨徑流和融雪徑流。根據(jù)徑流途徑的不同，可以把徑流分為地面徑流和地下徑流。徑流形成過程可概化為產(chǎn)流過程和匯流過程兩個(gè)階段。1.產(chǎn)流過程產(chǎn)流過程與流域的滯蓄和下滲有著密切的關(guān)系。降雨下滲地下水位包氣帶飽和帶不透水層淺層地下徑流壤中流坡面流徑流形成過程示意圖產(chǎn)流過程是扣損過程，即是求凈雨過程。降雨開始時(shí)，除了很少一部分降落在河流水面直接形成徑流外，其他大部分則降落到流域坡面上的各種植物枝葉表面，滯留在植物表面的雨水稱為植物截留，植物截留的雨量在雨后最終被蒸發(fā)掉。降雨滿足植物截留量后落到地面上雨水，開始下滲充填土壤孔隙，隨著表層土壤含水量的增加，土壤的下滲能力也逐漸減小，當(dāng)降雨強(qiáng)度超過土壤的下滲能力時(shí)，產(chǎn)生超滲雨，地面就開始積水，并沿坡面流動(dòng)，在流動(dòng)過程中有一部分水量要留到低洼的地方并滯留其中，稱為填洼量。還有一部分將以坡面漫流的形式流入河槽形成徑流，稱為坡面漫流。下滲到土壤中的雨水，按照下滲規(guī)律由上往下不斷深入。通常由于流域土壤上層比較疏松，下滲能力強(qiáng)，下層結(jié)構(gòu)緊密，下滲能力弱，這樣便在表層土壤孔隙中形成一定的水流沿孔隙流動(dòng)，最后注入河槽，這部分徑流稱為壤中流(或表層流)。壤中流在流動(dòng)過程中是極不穩(wěn)定的，往往和地面徑流穿叉流動(dòng)，難以劃分，實(shí)際水文分析中常把壤中流歸入地面徑流。若降雨延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，繼續(xù)下滲的雨水經(jīng)過整個(gè)包氣帶土層，滲透到地下水庫(kù)中，經(jīng)過地下水庫(kù)的調(diào)蓄緩緩滲入河槽，形成淺層地下徑流。另外，在流出流域出口斷面的徑流中，還有與本次降雨關(guān)系不大，來(lái)源于流域深層地下水的徑流，它比淺層地下徑流更小、更穩(wěn)定，通常稱為基流。由上述可知，一次降雨形成的河川徑流包括地面徑流、壤中流和淺層地下徑流三部分，總稱為徑流量，也稱產(chǎn)流量。降雨量與徑流量之差稱為損失量；它主要包括儲(chǔ)存于土壤孔隙中間的下滲量、植物截留量、填洼量和雨期蒸散發(fā)量等。2.匯流過程降水形成的水流，從它產(chǎn)生的地點(diǎn)向流域出口斷面的匯集過程，稱為流域匯流。匯流可分為坡地匯流及河網(wǎng)匯流兩個(gè)階段。1）坡地匯流過程坡地匯流分為三種情況:一是超滲雨滿足了填洼后產(chǎn)生的地面凈雨沿坡面流到附近河網(wǎng)的過程，稱為坡面漫流；二是表層流凈雨沿坡面?zhèn)认虮韺油寥揽紫读魅牒泳W(wǎng)，形成表層流徑流，表層流與地面徑流有時(shí)能相互轉(zhuǎn)化；三是地下凈雨向下滲透到地下潛水面或深層地下水體后，沿水力坡度最大的方向流入河網(wǎng)，稱為坡地地下匯流。深層地下水匯流很慢，所以降雨以后，地下水流可以維持很長(zhǎng)時(shí)間，較大河流可以終年不斷，是河川的基本徑流，所以常稱為基流。2）河網(wǎng)匯流過程各種成分徑流經(jīng)坡地匯流注入河網(wǎng)，從支流到干流，從上游向下游，最后流出流域出斷面，這個(gè)過程稱為河網(wǎng)匯流或河槽集流過程。坡地水流進(jìn)入河網(wǎng)后，使河槽水量增加，水位升高，這就是河流洪水的漲水階段。在漲水段，由于河槽貯蓄一部分水量，所以對(duì)任一河段，下斷面流量總小于上斷面流量。隨降雨和坡地漫流量的逐漸減少直至完全停止，河槽水量減少，水位降低，這就是退水階段。這種現(xiàn)象稱為河槽調(diào)蓄作用。實(shí)際上，降雨、產(chǎn)流和匯流，是從降雨開始到水流流出流域出口斷面經(jīng)歷的全過程，它們?cè)跁r(shí)間上并無(wú)截然的分界，而是同時(shí)交錯(cuò)進(jìn)行的。3.徑流的影響因素

徑流的影響因素氣候因素地理因素人類活動(dòng)因素降雨蒸發(fā)河道特性土壤、巖石和地質(zhì)構(gòu)造流域的大小和形狀流域地形植被湖泊和沼澤4.徑流表示方法與度量單位1.流量Q單位時(shí)間內(nèi)通過河流某一斷面的水量稱為流量，以m3/s計(jì)。2.徑流總量W

指歷時(shí)內(nèi)流過某一斷面的徑流體積，也稱總水量，以m3計(jì)。式中：Q——時(shí)段平均流量，m3/s；T——計(jì)算時(shí)段，s。徑流總量也可用時(shí)段平均流量與對(duì)應(yīng)歷時(shí)的乘積表示，如（m3/s）·d、（m3/s）·月。3．徑流深為將徑流總量平鋪在流域面積上的水深，以mm計(jì)，按下式計(jì)算：式中：W——時(shí)段內(nèi)徑流量，m3；——時(shí)段內(nèi)平均流量，m3/s；T——計(jì)算時(shí)段，s；F——流域面積，km2。4.徑流模數(shù)M指單位流域面積上的平均流量，以m3/(s·km2)或L/(s·km2)計(jì)。5.徑流系數(shù)指單位流域面積上的平均流量，以m3/(s·km2)或L/(s·km2)計(jì)。因R＜H，所以α＜1.【例題2-2】已知某小流域集水面積Ｆ＝130km2，多年平均降雨量ＨF0=915mm，多年平均徑流深R0=745mm。求該流域多年平均徑流量W0、多年平均流量Ｑ0、多年平均徑流模數(shù)M0、多年平均蒸發(fā)量E0及多年平均徑流系數(shù)α0。2.5.3流域水量平衡在河流水資源的開發(fā)利用工程中常需研究流域的水量平衡問題，根據(jù)水量平衡原理，一定時(shí)段的流域水量平衡方程可表示為R=H－E－△W－△V(2-23)式中：R——時(shí)段內(nèi)流域徑流深，mm；H——時(shí)段內(nèi)流域平均降水量，mm；E——時(shí)段內(nèi)流域總蒸散發(fā)量，mm；△W——時(shí)段內(nèi)流域蓄水量的變化量，其值可正可負(fù)，△W>0表示時(shí)段內(nèi)流域蓄水量增加，相反，△W<0表示時(shí)段內(nèi)流域蓄水量減少，mm；△V——當(dāng)?shù)孛媾c地下分水線不重合時(shí)，時(shí)段內(nèi)流出(指非出口斷面處)的地下水量與外區(qū)流入的地下水量的差值，即流出為正，流入為負(fù)，mm對(duì)于閉合流域，式(2-23)中，△V=0，流域上產(chǎn)生的地面、地下徑流量都從流域出口斷面流出，于是閉合流域的水量平衡方程式為：R=H－E－△W(2-24)在實(shí)際工作中常取時(shí)段為一年，則式(2-23)中各個(gè)要素為以年為時(shí)段的值，該式稱為閉合流域的年水量平衡方程式。對(duì)于多年平均情況，∑△W→0，故水量平衡方程為：R=H－E(2-25)式中：R——流域多年平均年徑流深，mm；H——流域多年平均年降水量，mm；E——流域多年平均年蒸散發(fā)量，mm。復(fù)習(xí)思考題1.試述水量平衡原理？2.河流與流域有哪些主要特征？3.什么叫閉合、非閉合流域？4.試述流域平均降雨量的幾種計(jì)算方法及適用條件？5.流域總蒸發(fā)包括哪些？下滲的變化規(guī)律是怎樣的？6.試述降雨形成徑流的過程？習(xí)題1.某水文站流域面積F=54500km2，多年平均降雨量P=1650mm，多年平均流量Q=1680m3/s。求多年平均徑流量W、多年平均徑流深R、多年平均徑流模數(shù)M、多年平均徑流系數(shù)α、多年平均蒸發(fā)量E？2.某流域雨量站分布