工程水文学第四章(1)

1、第四章流域产汇流分析整理ppt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。降雨P(t)蒸发E(t)产流计算净雨R(t)汇流计算流域出口断面径流过程Q(t)数量上相等整理ppt第一节 概述一. 流域产汇流计算基本内容 由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为两个步骤： 产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，转化为净雨的计算称为产流计算。 汇流计算：净雨沿着汇入地面和地下河网，并经河网汇流形成流域出口的径流过程的计算称之为汇流计算。整理ppt二. 流域产汇流计算基本流程和思路

2、 产流与汇流之间的联系可简明地表示成图4.1所示的流程图。 图4.1基本思路:先从实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后，用于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水，用于预报时，则由实际暴雨预报洪水。 整理ppt第二节 降雨径流要素计算一、流域降雨分析（一）单站降雨特性分析（点降雨特性） 点降水量（point rainfall） 由于雨量观测站观测到的降雨量仅代表其周围 小范围内的降水量，故称为点降水量。 整理ppt 点降雨量用以下几个特征值描述： 降雨量（Rainfall volume ）为一定时段内降落到地面上的总雨(mm=mm3/mm2)； 降雨历时（Rainfall volu

3、me）一次降雨所经历的时间(day或h)； 降雨强度（Rainfall intensity)为单位时间内的降雨量(mm/min或mm/h)；整理ppt 降雨面积（(Rainfall area)指降雨笼罩的水平面上的面积，其反映雨区的大小； 降雨中心（Rainfall center)指降雨面积上降雨量最为集中且范围较小的局部地(区)点。整理ppt降雨量在时间上的变化特性的图形表示 降雨强度过程线（Rainfall process）表示降雨强度随时间的变化过程，表示方法如下： 降雨强度过程线（降雨量过程线） 注：其纵坐标（左）为时段内降雨量（实际为降雨强度）， 横坐标为时序，通常以直方图或曲线表示

4、。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t（h）整理ppt累积降雨过程线(Accumulation rainfall mass curve)注：其横坐标为时序；纵坐标为降雨开始到各时刻的降雨量的累积值。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t（h）整理ppt 降水强度历时曲线：(Rainfall intensity-duration curve)说明： 根据一场降雨过程的记录统计其不 同历时内最大平均 降雨强度，以其为 纵坐标，以历时为 横坐标，由大至小绘成的变化曲线。它的变化规律是雨强与历时长短成反比。时间（h）降雨强度过程

5、线整理ppt（二）流域降雨量的计算面平均降水量 (Areal mean Rainfall)实际生产上水文工作多以流域作为研究对象，面降雨量多指流域平均雨量 ，通常称为面平均雨量。一般由已知的各点雨量来推求面雨量。由点雨量估算面雨量的常用方法： 整理ppt流域平均雨量计算：1. 算术平均法条件：流域内雨量站分布较均匀、地形起伏变化不大。整理ppt2. 垂直平分法（泰森多边形法）条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站在计算流域平均雨量中的作用。假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。整理ppt3. 等雨量线法条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密，能结合地形变化绘制等雨量线

6、时。 该方法能考虑流域地形的变化绘制等雨量线，比较好地反映了降雨在流域上的变化，精度较高。 但是绘制等雨量线需要较多站点的资料，且每次都要重绘，工作量大。整理ppt整理ppt等值线法的优点：求流域平均降水量精度较高，适合于地形变化显著的流域；能反映出降雨量在空间的实际分布情况。 等直线法的不足：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。整理ppt二、径流量计算一次洪水流量过程地面径流表层流径流地下径流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本次洪水形成割除整理pptAEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深层地下径流（基流）前期洪水未退完的部分本次降雨形成

7、的径流过程整理ppt（一）降雨场次划分降雨场次的划分一定要与洪水场次的划分相对应。如图4.10所示，当把洪水划分为两次时，暴雨也要相应地划分为两次，且两两对应，前次暴雨对应前面的洪水，后次暴雨对应后面的洪水，切不可混淆。整理ppt图4.10整理ppt（二）洪水场次划分及径流过程线分析1.洪水场次划分洪水场次划分是指，将非本次降雨产生形成的径流分割出去。如图4.10，多数情况下，与本次降雨所对应的径流过程，不仅包括本次降雨形成的地面、地下径流，而且还包括前期降雨的地下径流。整理ppt2.径流过程线的分析2.径流过程线的分析整理ppt整理ppt整理ppt整理pptAEGBCHIDt(h)Q(m3/

8、s)深层地下径流（基流）前期洪水未退完的部分本次降雨形成的径流过程FCDCDD的面积与AEF大约相等，ABCDFAABCCDFEA(三)、径流量的计算 黄色的面积（ABCDFA）：整理ppt黄色的面积（ABCDFA）：整理ppt方法一：水平线分割法:适用情况：对地下径流小，洪水历时短的流域 ac地面地下径流分割线（四）水源划分整理ppt方法二：斜线分割法地下径流比重大，洪水持续时间长的流域方法三：经验公式N洪峰流量时刻到直 接径流终止点的时间F流域面积整理ppt三、土壤含水量（一）流域土壤含水量计算Wt+1=Wt+Pt-Et-Rt (0Wt+1 Wm)Wt+1-第t+1时段初土壤含水量Wt-第

9、t时段初土壤含水量Pt-第t时段降雨量Et-第t时段蒸发量Rt-第t时段产流量Wm-流域最大蓄水容量整理ppt流域最大蓄水量Wm流域蓄水容量 是田间持水量与调萎系数的差值流域实际蓄水量在0WM之间变化。整理ppt（二）流域蒸发量计算模式有3种：1、一层蒸发模式。假定流域土层为一层，蒸发量与土壤含水量成正比。E/W=Em/Wm2、二层蒸发模式。假定土层分两层，降雨量先补充上层土壤含水量，当上层达到WUm后再补充下层含水量；蒸发则先消耗上层土壤含水量，蒸发完上层后再消耗下层含水量，并且上层蒸发EU按蒸发能力Em蒸发，下层蒸发EL与下层土壤含水量成正比。整理ppt Em WUEmEU= WU WUW

10、m，则取Pa=Wm。（1）如果第t日内无降雨，则： K土壤含水量消退系数 整理ppt（1）流域最大蓄水量Wm流域蓄水容量湿润地区：Wm=80120mm 。 5、流域最大蓄水量Wm和消退系数K（2）起始Pa值确定连续多日无雨时，Pa=0;连续多日大雨后，Pa=ImCOPY RIGHT 扬大陈平整理ppt（2）消退系数K故 又 求得：一般与气象条件有密切关系。假定t日E与Pa成直线关系，即采用一层蒸发模式，如图。EPa0ImPa,tEtEm（3）Pa计算示意COPY RIGHT 扬大陈平整理pptK6=1-5.6/100=0.944Pa=0.944*(100+14.7) =108.3WM(100)

11、Pa=0.944*100 =94.4K7=1-6.8/100=0.932Pa=0.932*89.1=83.0Pa=0.932*83.0 =77.4Pa=0.932*(77.4+20.2 =90.9COPY RIGHT 扬大陈平整理ppt 第三节 蓄满产流的计算 蓄满产流以满足包气带缺水量为产流控制条件。 就流域中某点而言，蓄满前的降雨不产流，净雨量为零；蓄满后才产流，产流量（总净雨量）可以很简单地用下面的水量平衡方程计算： 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（即流域蓄水容量分布曲线），求得各点缺水量在流域上的分布，与上式合解，得流域的净雨深

12、R。整理ppt一、降雨径流相关图法每场降雨过程流域的面平均雨量 相应产生的径流量 影响径流形成的主要因素相关分析，建立相关图Pa、W0、降雨历时等整理ppt1）随着降雨量的增加，产流面积也随之增加。2）产流面积的变化与降雨强度无关。降雨强度只影响径流的分配，而不影响总径流量。整理ppt 在我国湿润和半湿润地区最常用的是PPaR三变量相关图两时段降雨： P1=49mm P2=81mm降雨开始时： Pa=60mm由 P1=49mm,查得R1=20.0mm。（49mm)由 P1 +P2=130mm,查得R1+R2=80.0mm。(130mm)则第二时段净雨为R2=80-20=60mm整理ppt降雨相

13、关图的规律：1）P相同，Pa越大，损失越小，R越大，故Pa等值线的数值自左向右增大。2）Pa相同时，P越大，损失相对于P越小，径流系数越大，PR线的坡度随P的增大而减缓，但不应小于45。整理ppt降雨径流相关图也可简化为P + Pa R 关系整理ppt二、蓄满产流模型整理ppt 二.整理ppt整理ppt整理ppt整理pptbafeg整理ppt整理ppt则有：整理ppt整理ppt流域蓄水曲线用B次抛物线表示后：流域蓄水容量WM为：前次降雨a由下式求出：起始蓄水量W0（1）（2）将（1）式代入(2)式整理得整理ppt当 时，局部产流量当 时，（3）（4）整理ppt整理ppt流域蒸散发量的确定一层模

14、型： 假定流域蒸散发量与流域蓄水量成正比，则有：时段内流域的蒸散发能力整理ppt含水量W整理ppt三层蒸散发量计算公式含水量W Wdm深层 当 即 整理ppt 当 即 当 当 整理ppt整理ppt整理ppt三、地面地下径流的划分Partition of total runoff分析：总径流量R的划分指区分地表径流Rs和地下径流Rg。在蓄满产流的模式中，只有当产流面积上的土层的含水量达田间持水量Wm时，才会产生径流量R。由于此时土层的含水量很高，故可认为入渗率达到稳定入渗率fc ，因此，进入土层的降雨以稳定入渗率fc 的速度形成地下径流。 可见，地下径流量取决于产流面积大小(=f /F )、降雨

15、强度i 与稳定入渗率fc 的相对关系。整理ppt整理ppt地面径流整理ppt (1) (2)整理ppt推求流域的稳定下渗率 若已知流域一场降雨各时段t的径流R和地下径流Rg，则可由（2）式推求该场雨的稳定下渗率fc，常用试算的方法求出。 试算方法为：假定一个fc带入（2）式，计算出一个Rg，与给定Rg值比较。 实际工作中，常会遇到各场洪水的fc 变化较大，这主要是流域降雨很不均匀和出现时间不一致造成的。 整理ppt作业中的问题1整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt作业中的问题2整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt1、径流量和径流深本质上是一样的，都是指一定量的水体。只是表达形式不一样，

16、一个是体积，一个是面积。2、把姓名、班级、学号写在作业的第一行。整理ppt第四节 超渗产流的产流量计算（一）概述 在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中的下渗的水量不易使整个包气带达到田间持水量，所以不产生地下径流，并且只有当降雨强度大于下渗强度时才产生地面径流，这种产流方式称为超渗产流。关键是确定流域下渗的变化规律。整理ppt整理ppt 用实测的雨强过程it,扣除下渗过程fp他，即可得产流量过程Rt。见下图。 一、下渗曲线法整理ppt初渗阶段，降雨全部损失，不产流。i0f，产流Rif，下渗损失 后损整理ppt由水量平衡原理得： I0初损；t0初损历时； ts

17、产流历时； 后损中的非超渗雨。整理ppt二.初损后损法计算地面净雨过程（一）基本原理将下渗损失过程简化为初损和后损两个阶段初损：产流前降雨量全部损失I0（if），包括植物截流、填 洼等，历时t0后损：产流后的损失， 为平均下渗能力。 产流历时 tR内if，取f = ，地面净雨强度为I- ，产生地面净雨深Rs if ，Rs=0，按i下渗整理ppt（二）超渗产流的产流量计算初损后损法1. 降雨初期到出现超渗产流，这一阶段称为初损阶段，历时为t0。降雨全部损失I0。2.产流以后的降雨期为后损阶段，损失减小。损失按f来计算。 ftR + P平均下渗能力ft0t0trtI0PftR整理ppt a) 初损

18、量I0的确定： 对于小流域，径流过程的起涨点以前的累积雨量可以作为初损的近似值。 对于大流域则要考虑流域内各雨量站至流域出口断面汇流时间不同的问题。分别确定各自的产流开始时刻，再确定初损。平均下渗能力ft0t0trtI0PftR整理ppt整理pptc) 平均后损率f 一次降雨形成的径流深R: 因此：平均下渗能力ft0t0trtI0PftR整理pptd).建立 相关图法整理ppt整理ppt整理ppt流域产流总结产流（runoff generation）是指降雨量扣除损失形成净雨的过程。降雨损失包括植物截留、下渗、填洼与蒸发，其中以下渗为主。产流量是指降雨形成径流的那部分水量，以mm计。在数量上与净雨量相等。整理ppt产流的两种形式 1）蓄满产流：在南方湿润地区或北方多雨季节，