第3章-01-02-流域汇流

第3章流域汇流计算流域上各点的净雨，经过坡面汇入河网，再由河网流达出口断面，总称汇流。从坡面和土壤表层汇入河网的，称为坡面汇流，其历时较短，一般只有几十分钟至几小时；经由地下途径注入河网的，称为地下汇流，历时可长达几天或几十天。流域汇流计算坡面汇流河网汇流流域汇流过程流域出口地面径流壤中流地下径流快速壤中流慢速壤中流直接径流(地面径流)地下径流汇流计算河网汇流计算坡地汇流计算地面径流汇流计算地下径流汇流计算单位线法瞬时单位线地貌单位线等流时线线性水库法§1等流时线法

1.等流时线法的基本概念汇流时间：净雨从流域上某点流至出口断面所经历的时间，用τ来表示。

流域最大汇流时间：从流域最远点流至出口断面所经历的时间，或称流域汇流时间，用τm表示。一、等流时线法

等流时线是在流域上勾绘的一组等值线，每条等值线上各点的水质点，将同时到达出流断面。两条等流时线间的面积称为等流时面积，按顺序用f１、f２、f３…

表示，汇流时间分别等于t1＝Δt、t2＝2Δt、t3＝3Δt

…。§1等流时线法Δtf1f2f3f4f5某流域等流时线2Δt5Δt4Δt3Δt流域汇流计算8图中虚线1、2、3、4为等流时线出流断面在第i时段出流量是由第一块面积f１上的本时段净雨，第二块面积f２上一时段净雨……等所合成的:式中，ri－第i时段地面净雨强度。流域出口断面流量的计算流域汇流计算Δtf1f2f3f4f5某流域等流时线2Δt5Δt4Δt3Δt流域汇流计算流域汇流计算流域出口断面流量的计算系数推导→公式：时序(△t=3h)地面净雨rs(mm)等流时面积f(km2)部分流量(m3/s)Qs(m3/s)r1=5mmr2=28mmr3=44mmr4=3mm(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1558228120344130431155826607248910【例】r036912t52844369181215Q1=r1w1=h1w1/△t=5×58÷(3×60×60)×1000=26.8mmQ2=r2w1+r1w2=h2w1/△t+h1w2/△t

=(5×120+28×58)×1000÷(3×60×60)=56+150=206mm………3时序(△t=3h)地面净雨rs(mm)等流时面积f(km2)部分流量(m3/s)Qs(m3/s)r1=5mmr2=28mmr3=44mmr4=3mm(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)15582727228120561502063441306031123660843115533374891689558238298530338996602821346936745724111563343253386224423329998171141077【例】

等流时线法将流域内降雨的空间分布和流域形态同流域出口断面流量组成联系起来，有利于对降雨空间分布不均的处理。运用等流时线的汇流原理，可由设计净雨推求设计洪水过程线。§1等流时线法但在实际情况下，推求出的洪水过程线与实际情况有较大出入。§1等流时线法按照等流时线的假定，同一等流时线上水量同时到达出流断面，但由于各干、支流之间的干扰，漫滩影响，断面流速分布不均等原因，使这种假定不符合实际，而是高速质点先到，低速质点后到，又按假定，各等流时面积之间没有水流交换，只有先后次序之别，实际上是快速和慢速质质点互相混杂，严格的面积出流次序是没有的。这就是等流时线未考虑河槽的调蓄问题。因此，等流时线方法只宜用于小流域，因为河槽调蓄作用小。

【问题】二、单位线法（1）基本概念

单位线是流域上单位时段内均匀分布的单位净雨所形成的流域出口断面流量过程线q～t。§2单位线法单位线：单位时段内、分布均匀的单位地面净雨，在流域出口断面形成的地面径流过程。

根据单位线定义有

式中，q

－单位线纵高，m3／s；

Ｆ－流域面积，km2;

Δt－时段，h。流域汇流计算T(6h)

q(m3/s)某河某站６h单位线（F＝３４１km2）流域汇流计算某河某站６h单位线（F＝３４１km2）流域汇流计算单位线使用时的两个假定:

叠加假定：如净雨历时是m个时段，则各时段净雨所形成的径流过程线之间互不干扰，出口断面的流量等于各时段净雨量所形成的流量之和。流域汇流计算

倍比假定：如单位时段净雨量是n个单位，则所形成过程线的流量为单位线流量的n倍，其历时仍与单位线的历时相同。根据单位线的定义，只要流域上净雨分布均匀，不论强度如何变化，均可用单位线推求地面径流过程线。（2）单位线应用流域汇流计算单位线推流——①分别求各时段的径流时段1时段2时段3单位线4.5流域汇流计算++=单位线推流——②各时段径流求和时段1时段2时段3单位线总径流推求单位线必须根据出流断面实测流量过程线来分析。由于地面径流与地下径流汇流特性不同，应分离后分别分析各自的单位线。（3）分析推求单位线流域汇流计算时空分布均匀单峰洪水降雨历时较短选择净雨过程h(t)地面径流过程Q(t)q(t)推求流域上如恰有一个时段地表净雨所形成的流量过程线，只要将地面径流过程线纵标值，除以净雨量的单位数就可得出单位线。实际水文资料中，需要从多时段净雨的洪水资料分析出单位线。常用的方法有分析法与试错法。流域汇流计算（3）分析推求单位线

分析法的原理是的递推求解。已知地面径流过程Q1,Q2,Q3…，时段净雨h1,h2,h3…，则：流域汇流计算【例】单位线推求（F=8080km2）4.5流域汇流计算（3）分析推求单位线—分析法分析法的缺点在于误差传，使分析的单位线值有时偏大，有时偏小而呈锯齿形，必须加以修匀。修匀得到的单位线的径流量也应为１0mm。流域汇流计算分析法只适用于二、三个时段净雨。T(6h)

q(m3/s)单位线修匀流域汇流计算

三个时段以上的净雨可采用试算法。试算法是假定一条单位线。计算出流量过程，再与实测过程比较，如不相符，改正单位线后再试，直到两者相符。流域汇流计算试算法比较麻烦，宜在计算机上实行。

4、单位线的时段转换

实际采用的降雨时段如果与现有单位线的时段不同，就需将单位线的时段加以转换。

q(m3/s)t(h)3小时单位线6小时单位线9小时单位线流域汇流计算假定时段单位净雨连续不断，则流域出口断面的流量过程线称为S曲线。用单位线连续推流即可求得Ｓ曲线。流域汇流计算+++=P91流域汇流计算t(h)

W(km2)S曲线101010101010101010101010101010h

Ｓ曲线就是单位线的累积曲线，可由单位线纵标值逐时段累加而得

反之，单位线纵标值可由Ｓ曲线错开Δt

相减得出流域汇流计算

S(m3/s)t(h)不同时段S曲线6小时S曲线3小时S曲线9小时S曲线流域汇流计算时段越长,S曲线越低.Why？不同时段净雨均为10mm，时间越长，净雨强度越小，在相同时间长度中累积降雨越少.不同时段单位线的S曲线满足：可以推得因为流域汇流计算S曲线与时段长成反比

例:已知某流域６h单位线（第１、２栏），要求转换为３h和９h单位线。先求得６h单位线的累积曲线Ｓ（t）见表第（３）栏。再根据公式求得３h单位线（第5栏）和９h单位线（第７栏）。【例】单位线存在的问题及处理方法单位线基本反映了流域各因素对汇流的影响，如汇流速度、河网调节等作用，但还没有很好地反映净雨强度和暴雨中心位置不同的影响一般雨强大，洪水大，汇流速度快，由此类洪水分析得出的时段单位线洪峰较高，峰现时间较早；反之，时段单位线的洪峰较低，峰现时间滞后。

可以针对不同量级的洪水采用不同的单位线。暴雨中心位置不同的影响与处理方法如图，暴雨中心位置不同其单位线将不同，雨心在上游，净雨向出口的汇流中，与雨心在下游相比，汇流时间较长，受到河槽的调节作用更大，所以，单位线峰相对较低、峰现时间较晚。

应分析不同雨心位置的单位线，预报或设计时，根据雨心位置选相应的单位线。分析表明，地下水的贮水结构可视为一个线性水库，即地下水库的蓄量W

与其出流量Qg

的关系为线性函数,下渗的净雨量为入流量，经地下水库出流量就是流域出口断面的地下径流出流量。

1、计算方法及原理§3地下径流汇流计算地下水库蓄泄方程与地下水库的水量平衡方程：

式中，Ig—地下水库的入流量；

WgQg—地下水库的蓄水量与出流量；

Kg—地下水库的蓄泄系数。§3地下径流汇流计算写成有限差形式：解得：

逐时段计算可求出地下径流的出流过程。§3地下径流汇流计算其中，hg—时段内地下净雨量，mm；

F—流域面积，km2；

Δt—时段长度，h

Kg—地下水库的蓄泄系数§3地下径流汇流计算

【例】某流域集水面积F＝5290km2，由多次退水过程分析得Kg

=228h。1985年4月该流域发生一场洪水，起涨流量50m3/s，计算时段Δt=6h。该次暴雨产生的地下净雨过程Rg如表。计算该次洪水地下径流的出流过程。

流域汇流计算将F＝5290km2，Kg=228h，Δt=6h

代入式得:即：流域汇流计算月日时hg,i6.366hg,i0.974Qg,iQg,i+14.16.14

504.16.203.32149704.17.028.152681204.17.088.1521171694.17.143.2201651854.17.20

1801804.18.02

175175…

……

某流域地下径流过程计算

计算公式：