第四章_流域产流与汇流计算20119

1、第四章第四章 流域产汇流计算流域产汇流计算第一节第一节 概概 述述第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算第六节第六节 河道汇流计算河道汇流计算第一节第一节 概概 述述 第二章对径流的形成过程作了定性的描述，本第二章对径流的形成过程作了定性的描述，本章从定量的角度阐述降雨形成径流的原理和计算方章从定量的角度阐述降雨形成径流的原理和计算方法，它是以后学习由暴雨资料推求设计洪水、降雨法，它是以后学习由暴雨资料推求设计洪水、降雨径流预报等内容的基础。径流预报等内容的基础。本

2、章基本内容：本章基本内容：资料整理（如：流域面平均雨量、径流过程线的分资料整理（如：流域面平均雨量、径流过程线的分割等。）割等。）产流计算（降雨径流关系图法、初损后损法）产流计算（降雨径流关系图法、初损后损法）地面径流汇流计算（等流时线、时段单位线）地面径流汇流计算（等流时线、时段单位线）地下径流汇流计算（线性水库法）地下径流汇流计算（线性水库法）第一节第一节 概概 述述降雨降雨P(t)P(t)产流计算产流计算净雨净雨R(t)R(t)汇流计算汇流计算流域出口断面流域出口断面径流过程径流过程Q(t)Q(t)数量上相等数量上相等降雨过程推求径流过程流程图降雨过程推求径流过程流程图1 1、流域平均雨

3、量计算、流域平均雨量计算 由测站观测的降雨量，称为由测站观测的降雨量，称为 整个流域上的降雨量称为整个流域上的降雨量称为） 雨量站观测的降雨量只代表那一点的降雨，而形雨量站观测的降雨量只代表那一点的降雨，而形成河川径流的则是整个流域上的降雨量，因此，可用成河川径流的则是整个流域上的降雨量，因此，可用流域平均雨量（或称面雨量）来反映。下面介绍流域平均雨量（或称面雨量）来反映。下面介绍3 3种种常用的计算方法。常用的计算方法。第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算一、流域降雨量一、流域降雨量 1) 1)算术平均法算术平均法 流域内雨量站分布流域内雨量站分布较均匀、较密较均匀、较密且

4、地形起伏变且地形起伏变化不大。化不大。1211nniiPPPPPnnPP流域内某时段的平均降雨量；流域内某时段的平均降雨量；P Pi i第第i i个雨量站的降雨量；个雨量站的降雨量；nn流域内雨量站的个数。流域内雨量站的个数。第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算Areal Precipitation Estimates: Arithmetic Mean 算术平均法算术平均法StationObserved RainfallmmP220P330P440P550140Ave. Rainfall = 140/4 = 35 mm 第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算2

5、)泰森多边形法泰森多边形法（垂直平分法垂直平分法） 地形地形起伏变化不大起伏变化不大的流域的流域1 12 2211nniiiPfP fP fPPfFF方法：方法： 尽量用直线连接相邻雨量站构尽量用直线连接相邻雨量站构成成n-2n-2个个锐角三角形锐角三角形；作每个三角形各边的作每个三角形各边的垂直平分垂直平分线线，这些垂直平分线将流域分成，这些垂直平分线将流域分成n n个以流域边界为界的多边形；个以流域边界为界的多边形； 假设每个多边形内雨量站的雨假设每个多边形内雨量站的雨量代表该多边形面积上的降雨量，量代表该多边形面积上的降雨量，按按面积加权法面积加权法推求流域平均降雨推求流域平均降雨量。量

6、。pi, fi第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算Areal Precipitation Estimates: Thiessen Polygon Method 泰森多边形法泰森多边形法JjjjPAAP11StationObserved RainfallAreaWeighted Rainfallmmkm2mm. km2P1100.222.2P2204.0280.4P3301.3540.5P4401.6064.0P5501.9597.59.14284.6Ave. Rainfall = 284.6/9.14 = 31.1 mm 第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算

7、 3）等雨深线法）等雨深线法 流域内雨量站分布流域内雨量站分布较密较密时，可根据各站同时时，可根据各站同时段雨量绘制段雨量绘制等雨量线等雨量线，然后推算流域平均降雨量。，然后推算流域平均降雨量。11niiiPPfFfi相邻两条等雨量线的面积；相邻两条等雨量线的面积；Pi相应面积上的平均雨深，一般相应面积上的平均雨深，一般 采用相邻两条等雨线的平均值；采用相邻两条等雨线的平均值；n分块面积数。分块面积数。第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算n求流域平均降水量求流域平均降水量精度较高精度较高，适合于，适合于地形地形变化显著变化显著的流域；的流域； 绘制等雨量线需较多站点雨量资料；

8、不同绘制等雨量线需较多站点雨量资料；不同时段的等值线图需重绘，工作量大。时段的等值线图需重绘，工作量大。等雨量线法的优点：等雨量线法的优点：n能反映出降雨量在空间的实际分布情况。能反映出降雨量在空间的实际分布情况。等雨量线的不足点：等雨量线的不足点：第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算Areal Precipitation Estimates: Isohyetal Method 等雨深线法等雨深线法Ave. Rainfall = 255.2/9.14 = 27.9 mm 第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计

9、算2.2.雨量过程线雨量过程线降雨强度过程线降雨强度过程线第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算降雨量累积曲线降雨量累积曲线tpPitijjjjkk11jP两者的转换：两者的转换：第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算降雨强度历时曲线降雨强度历时曲线 第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算二、径流量二、径流量流域出口流量过程流域出口流量过程地面径流地面径流表层流径流表层流径流地下径流（浅层）地下径流（浅层）前期洪水未退完的部分水量前期洪水未退完的部分水量非本次降雨补给的深层地下径流非本次降雨补给的深层地下径流本次洪水形成本次洪水形成割除割除第二节

10、第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算1.1.流量过程线的分割：流量过程线的分割： 退水曲线：流域蓄水量的消退过程。不同次降退水曲线：流域蓄水量的消退过程。不同次降雨形成的流量过程线的分割常采用退水曲线。雨形成的流量过程线的分割常采用退水曲线。 降雨场次的划分一定要与洪水场次的划分相对应。降雨场次的划分一定要与洪水场次的划分相对应。暴雨暴雨I对应洪水对应洪水I暴雨暴雨II对应洪水对应洪水II第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算l将多次无雨期的退水线绘在透明纸上；将多次无雨期的退水线绘在透明纸上；l将各退水段在水平方向上移动，使其尾部重合；将各退水段在水平方向上移动，

11、使其尾部重合； l作出下包线，即得流域退水曲线。作出下包线，即得流域退水曲线。l使用使用 ：图：图4-6第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算基流的分割：基流的分割： 取历年最枯流量的平取历年最枯流量的平均值或本年汛前最枯流量均值或本年汛前最枯流量用水平线分割（用水平线分割（EDED线）。线）。gKteQtQ/) 0()(Kg：地下水退水参数；：地下水退水参数；Kg越大地下水退水越慢，反之则快。越大地下水退水越慢，反之则快。)(ln)(lnttQtQtKg退水曲线可用下式表示退水曲线可用下式表示： 时间t 流量 Q 图7-3 地下径流标准退水曲线示意图 Qgt 第二节第二节 流

12、域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深层地下径流（基流）深层地下径流（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径流过程本次降雨形成的径流过程实测洪水过程线实测洪水过程线第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算2. 2. 径流量的计算径流量的计算 黄色的面积（黄色的面积（ABCDFAABCDFA）：）：FtQRnii16 . 3式中式中 R R 径流深，径流深，mmmm； t t时段长度，时段长度，h h； Q Qi i 第第i i时段末的流量值，时段末的流量值，m m3 3/s/s； F F 流域面积，流域面积，kmk

13、m2 2。第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深层地下径流（基流）深层地下径流（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径流过程本次降雨形成的径流过程实测洪水过程线实测洪水过程线CDDCDD的面积与的面积与AEFAEF大约相等，大约相等，ABCDFAABCCDFEAABCDFAABCCDFEADC第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算3. 3. 水源的划分水源的划分 上面从洪水过程中割除了基流和前期洪水的退水上面从洪水过程中割除了基流和前期洪水的退水部分，得到部分，得到本次洪水的径流过程本次洪水的径流

14、过程, ,还需还需划分地面径流划分地面径流和地下径流和地下径流。地面径流地面径流表层流径流表层流径流地下径流地下径流直接径流直接径流本次洪水的径流过程本次洪水的径流过程第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深层地下径流（基流）深层地下径流（基流）本次降雨形成的径流过程本次降雨形成的径流过程实测洪水过程线实测洪水过程线DCB直接径流直接径流地下径流地下径流起涨点起涨点斜线分割法斜线分割法:N2 . 084. 0FN 地面径流终止点地面径流终止点第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算 水平线分割法水平线分割法: :简便易行，对

15、地下径流小，洪水历简便易行，对地下径流小，洪水历时短的流域较为适合。时短的流域较为适合。水平分割法：水平分割法： 斜线分割法斜线分割法:对地下径流比重大、洪水连续时间长的对地下径流比重大、洪水连续时间长的流域较为合理。流域较为合理。 第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算三、土壤含水量三、土壤含水量 降雨开始时，降雨开始时， 流域流域土壤的干湿程度（即土土壤的干湿程度（即土壤的含水量大小）壤的含水量大小）是影响降雨形成径流过程的一是影响降雨形成径流过程的一个主要因素。个主要因素。 如何来表示流域的土壤含水量？如何来表示流域的土壤含水量？ 流域的蓄水量流域的蓄水量W W、前期影响

16、雨量、前期影响雨量PaPa第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算1.1.流域最大蓄水量流域最大蓄水量W WM M和消退系数和消退系数K K 流域最大蓄水量流域最大蓄水量：又称流域蓄水容量，相当于田又称流域蓄水容量，相当于田间持水量与凋萎含水量的差值。间持水量与凋萎含水量的差值。 W Wm m是流域综合平均指标，一般用实测雨洪资料分是流域综合平均指标，一般用实测雨洪资料分析确定。选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产析确定。选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产流的雨洪资料，计算流域平均降雨量流的雨洪资料，计算流域平均降雨量P P及产流量及产流量R R。 因久旱无雨，可认为降雨开

17、始时流域蓄水量因久旱无雨，可认为降雨开始时流域蓄水量W=0W=0。依据水量平衡原理有：依据水量平衡原理有：ERPWm第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算 一个流域的蓄水容量是反映该流域蓄水能力的基一个流域的蓄水容量是反映该流域蓄水能力的基本特征，比较稳定。我国大部分地区的经验表明，本特征，比较稳定。我国大部分地区的经验表明，W Wm m一般约为一般约为8080120120mmmm。 流域的实际蓄水量在流域的实际蓄水量在0 0 W Wm m之间变化。之间变化。 消退系数消退系数K K： 消退系数综合反映流域蓄水量因消退系数综合反映流域蓄水量因流域蒸散发流域蒸散发而减而减少的特性

18、。少的特性。 流域的蒸散发：流域的蒸散发： 1 1）流域蒸散发能力）流域蒸散发能力E EM M； 2 2）流域供水条件，即流域蓄水量）流域供水条件，即流域蓄水量W W、W WM M; ; 第第t t日的流域蒸发量：日的流域蒸发量：EMWMWEtt第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算ttataPPKP,1,2.2.前期影响雨量前期影响雨量P Pa a的计算的计算mmtatatatattmmtmtmtWEKPPKPPEWWEEWWEE1W1,t,1,若第若第t日无雨，则该日日无雨，则该日流域前期影响雨量的流域前期影响雨量的减少全部转化为流域减少全部转化为流域蒸散发，故：蒸散发，故

19、：注意：注意：PaWM，若计算出，若计算出PaWM，则取，则取Pa=WM。如果第如果第t t日内有降雨日内有降雨P Pt t，但未产流，则：，但未产流，则：如果第如果第t t日内有降雨日内有降雨P Pt t并产生径流并产生径流R Rt t，则，则: :)(,1,tttataRPPKP消退系数消退系数第二节第二节 流域降雨径流要素计算流域降雨径流要素计算 注意：注意： P Pa a可用上式进行计算，但要事先确定可用上式进行计算，但要事先确定起算起算值值。一般前期较长一段时间无雨，土壤已经很干燥，可。一般前期较长一段时间无雨，土壤已经很干燥，可令令P Pa a=0=0；而在一场大雨或连续大暴雨后的

20、；而在一场大雨或连续大暴雨后的P Pa a近似等于近似等于W Wm m，由此向后逐日推算，便可求得逐日的由此向后逐日推算，便可求得逐日的P Pa a 。 【例题】【例题】某流域经分析某流域经分析WM=100mm，6、7月份月份平均平均EM分别为分别为5.6mm/d和和6.8mm/d.试计算下表中试计算下表中6月月25日至日至7月月5日的逐日日的逐日Pa值。值。)(,1,ttataPPKPmmWM100K6=1-5.6/100=0.944WMEMK1Pa=0.944*(100+14.7) =108.3WM(100)Pa=0.944*100 =94.4K7=1-6.8/100=0.932Pa=0.

21、932*89.1=83.0Pa=0.932*83.0 =77.4Pa=0.932*(77.4+20.2 =90.9第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算一、蓄满产流模式一、蓄满产流模式 “ “蓄满产流蓄满产流”是指包气带土壤含水量达到田间持是指包气带土壤含水量达到田间持水量时，称水量时，称“蓄满蓄满”，蓄满后开始产流，此后的降雨，蓄满后开始产流，此后的降雨扣除雨期蒸散发后全部形成净雨。扣除雨期蒸散发后全部形成净雨。这种产流模式称为这种产流模式称为蓄满产流。蓄满产流。 只有在蓄满的地方才产流只有在蓄满的地方才产流，所以产流期的下渗为，所以产流期的下渗为稳定下渗率稳定下渗率fc。下渗的雨量形成地下

22、径流，超渗的雨。下渗的雨量形成地下径流，超渗的雨量成为地面径流。量成为地面径流。田间持水量：土层中最大毛管悬着水量，当土壤含水量超过这一值田间持水量：土层中最大毛管悬着水量，当土壤含水量超过这一值时，过剩水分以重力形式下渗。时，过剩水分以重力形式下渗。第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算蓄满前：蓄满前：蓄满后：蓄满后：12WWEP1WWREPm蓄水容量蓄水容量总产流直接径流总产流直接径流Rs浅层地下径流浅层地下径流Rg Rs=P-E-Fc Rg=Fc稳定下渗量稳定下渗量第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算 蓄满产流蓄满产流以满足以满足包气带缺水量包气带缺水量为产流控制条件。为产流控制条件。

23、 就流域中某点而言，蓄满前的降雨不产流，蓄满就流域中某点而言，蓄满前的降雨不产流，蓄满后才产流，产流量（总净雨量）可以用水量平衡方程后才产流，产流量（总净雨量）可以用水量平衡方程计算：计算：)()(0mWWEPR 上式只适用于包气带各点上式只适用于包气带各点蓄水容量相同蓄水容量相同的流域，的流域，或用于雨后或用于雨后全流域蓄满全流域蓄满的情况。的情况。 由于流域上不同的点，蓄满有早有晚，产流有先由于流域上不同的点，蓄满有早有晚，产流有先有后，所以还要考虑降雨开始时流域的蓄水分布情况有后，所以还要考虑降雨开始时流域的蓄水分布情况（即流域蓄水容量分布曲线）。当流域部分面积包气（即流域蓄水容量分布曲

24、线）。当流域部分面积包气带的缺水量得到满足并开始产生径流，称为带的缺水量得到满足并开始产生径流，称为部分产流部分产流。随降雨的继续，蓄满产流面积逐渐增加，最后达到全随降雨的继续，蓄满产流面积逐渐增加，最后达到全流域蓄满产流，称为流域蓄满产流，称为全面产流全面产流。第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算二、降雨径流相关图二、降雨径流相关图每场降雨过程流域的面平均雨量每场降雨过程流域的面平均雨量 相应产生的径流量相应产生的径流量 影响径流形成的主要因素影响径流形成的主要因素Pa、W0、降雨历时等、降雨历时等相关分析，建立相关图相关分析，建立相关图第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算二、降雨径流相

25、关图二、降雨径流相关图 在降雨径流相关图中在降雨径流相关图中经常考虑的主要影响因素：经常考虑的主要影响因素：前期影响雨量前期影响雨量P Pa a、季节季节M M、降雨历时降雨历时T T、雨型、暴雨中、雨型、暴雨中心位置等，可以根据流域心位置等，可以根据流域的具体情况加以选用。的具体情况加以选用。 方法简单，有一定精方法简单，有一定精度，实际工作中应用广泛。度，实际工作中应用广泛。湿湿润润地地区区R(mm)第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算 降雨相关图的降雨相关图的规律规律： 1 1）P P相同，相同，P Pa a越大，损失越大，损失越小，越小，R R越大，故越大，故P Pa a等值线的等值

26、线的数值自左向右增大。数值自左向右增大。 2 2）P Pa a相同时，相同时，P P越大，损越大，损失相对于失相对于P P越小，径流系数越越小，径流系数越大，大，P PR R线的坡度随线的坡度随P P的增大的增大而减缓，但不应小于而减缓，但不应小于4545。 3 3）相关图的上段表现为）相关图的上段表现为一组平行等距离直线。一组平行等距离直线。湿湿润润地地区区R(mm)第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算 当实测的当实测的P、R、W0点据点据较少时，降雨径流相关图也可较少时，降雨径流相关图也可简化为简化为P + W0 R 关系。当关系。当流域径流资料不充分或分析困流域径流资料不充分或分析困难

27、时，可用难时，可用Pa代替代替W0。第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算 应用：应用：在我国湿润和半湿润地区最常用的是在我国湿润和半湿润地区最常用的是P PP Pa aR R三三变量相关图。变量相关图。两时段降雨：两时段降雨：P P1 1=49mm P=49mm P2 2=81mm=81mm降雨开始时：降雨开始时：P Pa a=60mm=60mm由由 P P1 1=49mm,=49mm,查查得得R R1 1=20.0mm=20.0mm。（49mm)49mm)由由 P P1 1 +P+P2 2=130mm,=130mm,查得查得R R1 1+R+R2 2=80.0mm=80.0mm。(130m

28、m)(130mm)则第二时段净雨为则第二时段净雨为R R2 2=80-20=60mm=80-20=60mm【例4-1】湿湿润润地地区区第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算 在干旱、半干旱在干旱、半干旱地区，一次降雨所形地区，一次降雨所形成的径流量除受前期成的径流量除受前期影响雨量影响雨量P Pa a的影响外，的影响外，还明显地受降雨历时还明显地受降雨历时的影响。在这种情况的影响。在这种情况下，可以建立下，可以建立P PP Pa aT TR R四变数相关图。四变数相关图。第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算三、蓄满产流模型三、蓄满产流模型 流域部分产流主要是因为流域各处蓄水容量不同所流域部分

29、产流主要是因为流域各处蓄水容量不同所致。如果将流域内各点的蓄水容量从小到大排列，并致。如果将流域内各点的蓄水容量从小到大排列，并计算小于某一蓄水容量计算小于某一蓄水容量Wm的面积占流域面积的比重的面积占流域面积的比重，便可绘出便可绘出Wm 关系曲线，称为关系曲线，称为流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线。01mWmWmmWWm (小到小到大大)微元微元面积面积fifc c时，（时，（i-fi-fc c）形成地面径流，形成地面径流，f fc c形成地下径流。形成地下径流。 设设t时段内流域的降雨量为时段内流域的降雨量为P，蒸散发量为，蒸散发量为E，产流，产流面积为面积为FR，只有在产流面积上才发生稳

30、定下渗。，只有在产流面积上才发生稳定下渗。总径流量总径流量地下径流量地下径流量tfFFRcRgEPFFRRPhEPRFFR产流面积产流面积与径流系与径流系数相等数相等 第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算四、水源划分（地面和地下净雨的划分）四、水源划分（地面和地下净雨的划分） 根据稳定下渗率根据稳定下渗率fc和产流面积比和产流面积比，可将各时段净雨划，可将各时段净雨划分为地面净雨分为地面净雨hs和地下净雨和地下净雨hg两部分。两部分。tfhhtfhtfcccghgshhhtfhtfhcgcchtfh 知道流域的知道流域的稳定下渗率稳定下渗率f fc c，就可以把时段产流量划分为，就可以把时段

31、产流量划分为地面径流和地下径流两部分。地面径流和地下径流两部分。 稳定下渗率稳定下渗率f fc c的推求方法：的推求方法：可以利用实测的降雨径流资可以利用实测的降雨径流资料，利用上式反推求得。方法是：从洪水过程线中分割出一料，利用上式反推求得。方法是：从洪水过程线中分割出一次降雨过程次降雨过程P Pt t所形成的地下径流总量所形成的地下径流总量RgRg，并计算出相应，并计算出相应的产流过程的产流过程R Rt t，配合蒸散发过程，采用试算法求解。，配合蒸散发过程，采用试算法求解。 第三节第三节 蓄满产流计算蓄满产流计算某流域一次降雨过程，及地下径流总量某流域一次降雨过程，及地下径流总量48.1m

32、m48.1mm，并推求出时段净雨量，见下表，试推求稳定下渗率并推求出时段净雨量，见下表，试推求稳定下渗率fc。 t(t(时时) )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 hg g(mm)(mm)ffc ct(mm)t(mm)h hg g(mm)(mm)（1）（2） （3） （4）（5）（6）（7）（8）2819.68.60.445.35.34.24.281411.49.30.829.89.37.97.9142045.545.5112129.69.6202232311212

33、9.69.62813.513.5112129.69.68146.56.51126.59.66.5119.5106.457.147.4第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算一、超渗产流模式一、超渗产流模式 在干旱和半干旱地区，只有当降雨强度大于下渗强在干旱和半干旱地区，只有当降雨强度大于下渗强度才产生地面径流，称为度才产生地面径流，称为超渗产流超渗产流。关键是确定土壤下关键是确定土壤下渗的变化规律。渗的变化规律。t(h)t(h)下渗率下渗率fp图图4-13 下渗能力曲线下渗能力曲线f00fc第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算二、下渗曲线法二、下渗曲线法 实测雨强过程实测雨强过程i i（t t

34、）扣除实际下渗过程扣除实际下渗过程f fp p（t t）即是产流过程即是产流过程R R（t t），如），如图阴影部分，这种计算产图阴影部分，这种计算产流的方法称流的方法称下渗曲线法下渗曲线法。图图4-14 4-14 下渗曲线法下渗曲线法t(h)t(h)降雨强度降雨强度i ifp(t)fci(t)R（t）下渗率下渗率fp第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算二、下渗曲线法二、下渗曲线法W W下渗率下渗率fp图图4-15 fW关系曲线关系曲线f00fc 根据雨前土壤含水量根据雨前土壤含水量W W0 0，由降雨过，由降雨过程采用程采用fWfW关系曲线逐时段进行产流计关系曲线逐时段进行产流计算，步骤如

35、下：算，步骤如下： 1.1.由降雨第一时段起，由初始土壤含水量由降雨第一时段起，由初始土壤含水量W Wk k查查fWfW曲线，得到曲线，得到f fk k, ,如果时段不长，可近似如果时段不长，可近似代表时段平均下渗率。代表时段平均下渗率。 2.2.根据根据fk及时段雨强及时段雨强i ik k, ,按超渗产流模式计按超渗产流模式计算净雨算净雨h hk k, ,公式为：公式为： 3.3.根据水量平衡，计算下时段初始土壤含根据水量平衡，计算下时段初始土壤含水量。水量。 4.4.重复以上过程就可得到逐时段的产流量。重复以上过程就可得到逐时段的产流量。fifitfi0hkkkkhPWW1注意：降雨时段一

36、般以分计。注意：降雨时段一般以分计。第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算三、初损后损法三、初损后损法降雨初期到出现超渗产流，这一阶段称为降雨初期到出现超渗产流，这一阶段称为初损阶段初损阶段，以流域平均水深表示，历时为，以流域平均水深表示，历时为t0。降雨全部损失降雨全部损失I0。产流以后的降雨期为产流以后的降雨期为后损阶段后损阶段，损失减小。，损失减小。损失按平均下渗率来表示。损失按平均下渗率来表示。第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算t(h)t(h)降雨强度降雨强度i i、下渗率、下渗率f ff(t)i(t)I0tRt0ftRt ft1初损后损法初损后损法0P一次降雨形成的径流深为：一次

37、降雨形成的径流深为：00fIPRPtR初损量的确定初损量的确定平均后损率的确定平均后损率的确定产流量计算产流量计算三、初损后损法三、初损后损法第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算1 1、初损量的确定、初损量的确定小流域起涨点以前雨量的累计值小流域起涨点以前雨量的累计值大流域各站累计雨量的平均值或最大值大流域各站累计雨量的平均值或最大值起涨点起涨点t(h)t0aQtPtI0Q、PP小流域小流域大流域大流域三、初损后损法三、初损后损法第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算I I0 0(mm)(mm)M(M(月）月）7 76 65 54 4W W0 0(mm)(mm)图图4-18 W0-M-I0关

38、系曲线关系曲线图图4-17 W0-i0-I0关系曲线关系曲线2020303010100101020203030W W0 0(mm)(mm)0.51.02.03.04.05.06.0初损期平均雨强初损期平均雨强 i0（mm/h)1 1、初损量的确定、初损量的确定三、初损后损法三、初损后损法 利用实测雨洪资料，分析各利用实测雨洪资料，分析各场洪水的场洪水的I0 及相应的流域起始蓄及相应的流域起始蓄水量水量W0（Pa），初损期的平均），初损期的平均雨强雨强 ，并建立相关图，并建立相关图 。I I0 0(mm)(mm)第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算00sPt fIPRR一次降雨形成的径流深一次

39、降雨形成的径流深R R为：为：ttTPIRPtPIRPfsR00000s2 2、平均后损率的确定、平均后损率的确定 ( (利用实测资料试算利用实测资料试算) )0Ptf0Qit0t1t2QtP1P2P3P4ttR Rt0 0TR假设假设tRf平均后损率计算示意图平均后损率计算示意图三、初损后损法三、初损后损法t第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算015101520t tR R(h)(h)23450.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.04.54.54.04.05.05.03.53.5f(mm/h)初损期平均雨强初损期平均雨强i i0 02 2、平均后损率的确定、

40、平均后损率的确定( (利用相关图求解利用相关图求解) )三、初损后损法三、初损后损法湟水西宁湟水西宁民和区间后损关系曲线民和区间后损关系曲线 后损是初损的延续，初损后损是初损的延续，初损量越大，土壤含水量越大，则量越大，土壤含水量越大，则后损能力越低。后损能力越低。 所以平均后损率所以平均后损率 与流域与流域起始土壤含水量起始土壤含水量W W0 0及初损期平及初损期平均雨强均雨强 有关系有关系 。0if第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算2 2、平均后损率的确定、平均后损率的确定三、初损后损法三、初损后损法日期日期( (日日. .时时) )5.205.20 6.26.2 6.86.8 6.1

41、46.14 6.206.20 7.27.2 7.87.8 7.147.147.207.20 8.28.2Q Q实实(m(m3 3/s)/s)10109 93030100100300300 180180909030309 91010降雨量（降雨量（mmmm）18.518.5 404014.214.2【例题】【例题】已知某流域面积已知某流域面积F=400km2，1975年年7月月5日发生一日发生一次暴雨洪水过程，见下表，该次洪水的终止点是次暴雨洪水过程，见下表，该次洪水的终止点是7.20，试确，试确定该次降雨的平均后损率及净雨过程。定该次降雨的平均后损率及净雨过程。第四节第四节 超渗产流计算超渗产

42、流计算解题步骤：解题步骤： 首先，分割地面及地下径流（按首先，分割地面及地下径流（按直线划分直线划分），计），计算地面径流深；算地面径流深； 其次，地面净雨的计算。其次，地面净雨的计算。 1 1）由降雨与流量过程对比，流量起涨点之前的）由降雨与流量过程对比，流量起涨点之前的降雨量为初损；降雨量为初损； 2 2）试算后损率；）试算后损率； 3 3）地面净雨过程计算。）地面净雨过程计算。tfPii, sR三、初损后损法三、初损后损法第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算日期日期( (日日. .时时) )5.205.20 6.26.2 6.86.86.146.14 6.206.20 7.27.2 7

43、.87.8 7.147.14 7.207.20 8.28.2Q Q实实(m(m3 3/s)/s)10109 93030100100300300 180180909030309 91010降雨量（降雨量（mmmm）18.518.5 404014.214.2mmFtQRsi5 .364001000360066761000起涨点起涨点退水点退水点mmI5 .180hmmtPIRPfRs/48. 11205 .185 .367 .7200mm40.2mm1488.8648.1mmtf平均后损率计算平均后损率计算sm /676) 930() 990() 9180() 9300() 9100() 930(

44、Q3is,假设没有后期不产流的降雨，即假设没有后期不产流的降雨，即P P0 0=0=0所以假设成立。所以假设成立。地面净雨（地面净雨（mm）031.25.3第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算 3 3、产流量的确定、产流量的确定 有了初损和后损的关系图后，根据已知的降雨过程有了初损和后损的关系图后，根据已知的降雨过程就可以推求产流量过程。就可以推求产流量过程。三、初损后损法三、初损后损法【例【例 题】题】已知湟水西宁已知湟水西宁民和区间的初损和后损关系曲线、民和区间的初损和后损关系曲线、实测降雨过程。降雨开始时的土壤蓄水量为实测降雨过程。降雨开始时的土壤蓄水量为18.1mm，计算，计算时段为

45、时段为1h。试推求产流量过程。试推求产流量过程。时段时段tt1 12 23 34 45 56 67 78 89 9P P（mmmm） 2.52.5 3.83.84.64.6 11.211.2 7.87.84.64.64 43.13.10 0湟水西宁湟水西宁民和区间实测降雨过程表民和区间实测降雨过程表第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算0 01 15 5101015152020t tR R(h)(h)2 23 34 45 50.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.04.54.54.04.05.05.0湟水西宁湟水西宁民和区间后损关系曲线民和区间后损关系曲线3.53

46、.5f(mm/h)f(mm/h)初损期平均雨强初损期平均雨强i i0 0I I0 0(mm)(mm)2020303010100101020203030W W0 0(mm)(mm)0.51.02.03.04.05.06.0初损期平均雨强初损期平均雨强 i0湟水西宁湟水西宁民和区间初损关系曲线民和区间初损关系曲线三、初损后损法三、初损后损法第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算15. 32/3 . 60i3 . 68 . 35 . 2I041.6合计合计4.63.82.5I0（mm）03.144.67.811.24.63.82.5P（mm）987654321时段时段初损量的计算初损量的计算h2t0

47、1 .18W05 .13I018.1,63. 39 .10Ih3t0000Wi，I I0 0(mm)(mm)2020303010100101020203030W W0 0(mm)(mm)0.51.02.03.04.05.06.0初损期平均雨强初损期平均雨强i0（mm/h)湟水西宁湟水西宁民和区间初损关系曲线民和区间初损关系曲线假设假设查图查图=？9 .10I0第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算41.6合计合计4.63.82.5I0（mm）03.144.67.811.24.63.82.5P（mm）987654321时段时段t后损量及其产流量计算后损量及其产流量计算tfhf/mm75. 124

48、.201.82.73.36.59.9R（mm）6.501.31.31.31.31.3 （mm）hfihtR/mm3 . 163. 3,5000PtfIPR0 01 15 5101015152020t tR R(h)(h)2 23 34 45 50.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.04.54.54.04.05.05.03.53.5f(mm/h)f(mm/h)初损期平均雨强初损期平均雨强i i0 063. 3h4t0iR，假设假设10.9与与1.75比较比较2 .245 . 69 .106 .41hmmfhmmi/75. 1/1 . 3所以第所以第8 8时段可以产

49、流。时段可以产流。因为因为第四节第四节 超渗产流计算超渗产流计算产流量产流量(净雨）净雨）平均后损率的确定平均后损率的确定超渗产流超渗产流初损量的确定初损量的确定初损后损法初损后损法产流量计算总结：产流量计算总结：流量起涨点流量起涨点平均后损率公式平均后损率公式后损关系图后损关系图初损关系图初损关系图下渗曲线下渗曲线第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算 降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出口断面汇集的过程，称为口断面汇集的过程，称为流域汇流流域汇流。 同一时刻在流域各处形成的净雨距流域出口同一时刻在流域各处形成的净雨距流域出口断面远近、流速不相同，所以

50、不可能全部在同一断面远近、流速不相同，所以不可能全部在同一时刻到达流域出口断面。时刻到达流域出口断面。 但是，不同时刻在流域内不同地点产生的净但是，不同时刻在流域内不同地点产生的净雨，却可以在同一时刻流达流域的出口断面雨，却可以在同一时刻流达流域的出口断面 。流域出口断面流量的组成：流域出口断面流量的组成：第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算一、等流时线法一、等流时线法223344f1f2f3f4f5图图4-19 4-19 流域等流时线流域等流时线汇流时间汇流时间:流域各点的净雨到达流域各点的净雨到达出口断面所经历的时间。出口断面所经历的时间。流域汇流时间流域汇流时间：流域上最远点的：流域上

51、最远点的净雨到达出口断面的汇流时间。净雨到达出口断面的汇流时间。等流时线等流时线：流域上汇流时间相同：流域上汇流时间相同点的连线。点的连线。等流时面积等流时面积：两条相邻等流时线：两条相邻等流时线之间的面积。之间的面积。第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算223344f1f2f3f4f5图图4-19 4-19 流域等流时线流域等流时线 取取t=，根据等流时线的概念，降，根据等流时线的概念，降落在流域面上的时段净雨，按各等流时面落在流域面上的时段净雨，按各等流时面积汇流时间顺序依次流出流域出口断面，积汇流时间顺序依次流出流域出口断面，计算公式：计算公式： qi，i+j-1=0.278ri fj

52、 j=1，2，n ri第第i时段净雨强度（时段净雨强度（h/t），），mm/h；fj 汇流时间为（汇流时间为（j-1）t和和jt两条等两条等 流时线之间的面积，流时线之间的面积，km2。qi，i+j- 1在在fj上的上的ri形成的形成的i+j-1时段末出时段末出 口断面流量，口断面流量，m3/s；第第k时段末出口断面流量：时段末出口断面流量：jkjiinikikfrqQ11,278. 0 第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算【例【例4-34-3】某流域划分为某流域划分为5 5块等流时面积，已知一次降雨的块等流时面积，已知一次降雨的逐时段地面净雨强度，净雨时段与汇流时段长度相等，见逐时段地面净

53、雨强度，净雨时段与汇流时段长度相等，见表表4-34-3的的1313栏，计算该次降雨所形成的出口断面流量过程。栏，计算该次降雨所形成的出口断面流量过程。表4-3 等流时线法汇流计算日日 时时r（mm/h）f（km2）q （m3/s）Qs（m3/s）h1h2h3h4（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）2 3 6 9 12 15 18 21 24 3 65.118.38.22.7926424117第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算二、时段单位线法二、时段单位线法 1 1、单位线的概念、单位线的概念 在给定的流域下，单位时段内均匀分布的在给定的流域下，单位时段内均匀分布的单位单位地面（

54、直接）净雨量地面（直接）净雨量，在流域出口断面形成的地面，在流域出口断面形成的地面（直接）径流过程线（直接）径流过程线, ,用用q(t)表示表示。 单位净雨量（径流深）一般取为单位净雨量（径流深）一般取为10mm10mm。单位时。单位时段段t t可取可取1 1、3 3、6 6、1212、24h24h等等，依流域大小而定。等等，依流域大小而定。10mm流量流量q(m3/s)th(mm)单位线单位线三要素三要素: :单位线洪峰流量单位线洪峰流量q qm m，涨洪历时，涨洪历时t tm m及及单位线总历时单位线总历时T T. .qmTm第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算时间时间h10mm流量流量

55、m3/st 倍比假定：倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是如果单位时段内的净雨不是一个单位而是k个单位，则形成的流量过程是单位线纵坐标的个单位，则形成的流量过程是单位线纵坐标的k倍。倍。 时间时间h19.7mm流量流量m3/stQmQmQm19.7/10Q19.7/10Qk第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算时间时间h流量流量m3/sQ1Q2Q3Q1+ Q2 + Q20000叠加假定：叠加假定： 如果净雨历时如果净雨历时是是m m个时段，个时段，所形成的流量所形成的流量过程线等于各过程线等于各时段净雨形成时段净雨形成的部分流量过的部分流量过程程错开错开时段的时段的叠加值。叠加值。第

56、五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算【例【例4-4】某流域一场降雨产生了三个时段的地面净雨某流域一场降雨产生了三个时段的地面净雨h（t），且已知流域），且已知流域6小时单位线小时单位线q（t），见表），见表4-4第第13栏。栏。试推求流域出口断面的地面径流过程线。试推求流域出口断面的地面径流过程线。第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算 单位线需利用实测的降雨径流资料来推求，一单位线需利用实测的降雨径流资料来推求，一般选择般选择时空分布较均匀，历时较短时空分布较均匀，历时较短的降雨形成的的降雨形成的单单峰峰洪水来分析。洪水来分析。 推求单位线之前，先作好下列推求单位线之前，先作好下列： 选择几

57、次历时较短的单独降雨所形成的单峰选择几次历时较短的单独降雨所形成的单峰洪水过程（最好是大中型洪水），点绘流量过程线洪水过程（最好是大中型洪水），点绘流量过程线后分割基流及前期洪水的退水，计算出本次洪水的后分割基流及前期洪水的退水，计算出本次洪水的径流量；径流量； 计算流域平均降雨量，并确定时段净雨量，计算流域平均降雨量，并确定时段净雨量，然后与径流量平衡；（蓄满产流，超渗产流）然后与径流量平衡；（蓄满产流，超渗产流） 确定合适的单位时段。确定合适的单位时段。 2、单位线的推求、单位线的推求第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算2、单位线的推求、单位线的推求常用的方法有常用的方法有分析法分析法、

58、试错法等。、试错法等。已知的地面净雨过程已知的地面净雨过程h h（t t）和地面径流过程）和地面径流过程Q Q（t t），则：），则： 132231312212111101010101010qhqhqhQqhqhQqhQ.101010101010q113223311222111hqhqhQqhqhQqhQ第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算106 . 311FtqnitFqnii6 . 3101 无论采用何种方法，推求出来的单位线的径流深无论采用何种方法，推求出来的单位线的径流深必须满足必须满足10mm。如果单位线时段。如果单位线时段t以以h计，流域面积计，流域面积F以以km2计，则：计，则

59、： 2、单位线的推求、单位线的推求或或 【例【例4-5】某流域面积某流域面积F=9810km2，已知一次降雨形成，已知一次降雨形成的地面净雨过程及相应出口断面流量过程线，见表的地面净雨过程及相应出口断面流量过程线，见表4-5第第13栏，试分析单位线。栏，试分析单位线。第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算3、单位线的时段转换、单位线的时段转换 单位线应用时，往往因实际降雨历时和已知单单位线应用时，往往因实际降雨历时和已知单位线的时段长不相符合，不能任意移用。位线的时段长不相符合，不能任意移用。 在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流域的单位线也应取相同

60、的时段长才能综合。域的单位线也应取相同的时段长才能综合。 例如，降雨记录只有四段制的，即每例如，降雨记录只有四段制的，即每6 6小时观小时观测一次，由此可分析得测一次，由此可分析得6h6h单位线，但实际上则需单位线，但实际上则需3h3h的单位线，就要将的单位线，就要将6 6小时单位线转换为小时单位线转换为3 3小时单位线。小时单位线。最常用的方法是最常用的方法是S S曲线法曲线法。第五节第五节 流域汇流计算流域汇流计算3 3、单位线的时段转换、单位线的时段转换 假定流域上净雨持续不断，且每一时段净雨均为一假定流域上净雨持续不断，且每一时段净雨均为一个单位，在流域出口断面形成的流量过程线称为个单