工程水文学 第七章流域产汇流计算.ppt
第七章 流域产汇流计算,产汇流计算,COPY RIGHT 扬大陈平,第一节 降雨径流要素计算,一、次洪径流量计算,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,COPY RIGHT 扬大陈平,A,E,G,B,C,H,I,D,t(h),Q(m3/s),F,深层地下径流（基流）,前期洪水未退完的部分,本次降雨形成的径流过程,COPY RIGHT 扬大陈平,C,D,CDD的面积与AEF大约相等，ABCDFAABCCDFEA,1、次洪径流量的计算 黄色的面积（ABCDFA）：,COPY RIGHT 扬大陈平,2、水源的划分斜线分割法,地面径流壤中流地下径流,直接径流,本次洪水的径流过程,上面从洪水过程中割除了基流和前期洪水的退水部分，得到本次洪水的径流过程。,（1）退水天数分割,COPY RIGHT 扬大陈平,B,t(h),Q(m3/s),本次降雨形成的径流过程,直接径流,地下径流,N天,深层地下径流（基流）,A,C,D,0,COPY RIGHT 扬大陈平,（2）退水曲线分割,t(h),Q(m3/s),0,1）流域退水曲线的制作,取众多退水曲线的下包线,采用透明坐标纸,COPY RIGHT 扬大陈平,B,t(h),Q(m3/s),本次降雨形成的径流过程,直接径流,地下径流,深层地下径流（基流）,A,C,D,0,COPY RIGHT 扬大陈平,二、前期影响雨量（Pa）,1、定义：降雨开始时，流域土壤的干湿程度（即 土壤的含水量大小），即前期影响雨量Pa。,3、作用：是影响降雨形成径流过程的一个主要 因素。降雨开始前，土壤中的水份越多，下渗进土壤中的水分就少，产流量就越大。,2、表示：前期影响雨量（Pa），单位：mm。,土壤包气带,土壤孔隙含水,Pa,COPY RIGHT 扬大陈平,4、前期影响雨量Pa的计算,（2）如果第t日内有降雨Pt，但未产流，则：,（3）如果第t日内有降雨Pt并产生径流Rt，则：,注意：PaIm，若计算出PaIm，则取Pa=Im。,（1）如果第t日内无降雨，则：,K土壤含水量消退系数,COPY RIGHT 扬大陈平,（1）流域最大蓄水量Im流域蓄水容量,湿润地区：Im=80120mm。,5、流域最大蓄水量Im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=Im,COPY RIGHT 扬大陈平,（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，如图。,E,Pa,0,Im,Pa,t,Et,Em,（3）Pa计算示意,COPY RIGHT 扬大陈平,K6=1-5.6/100=0.944,Pa=0.944*(100+14.7)=108.3WM(100),Pa=0.944*100=94.4,K7=1-6.8/100=0.932,Pa=0.932*89.1=83.0,Pa=0.932*83.0=77.4,Pa=0.932*(77.4+20.2=90.9,COPY RIGHT 扬大陈平,第二节 产流计算,一、产流模型,1、蓄满产流：湿润地区，雨量充沛，地下水位较高，植被较好，包气带较薄，土壤缺水很容易被一次降水所充满，多余降水产生径流的产流模式。,土壤包气带,Pa,Im,前期影响雨量,缺水量,数学模型：R=P-（Im-Pa）,COPY RIGHT 扬大陈平,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。不可能蓄满。,2、超渗产流：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。,产流情况：当,当,当,COPY RIGHT 扬大陈平,初渗阶段，降雨全部损失，不产流。i0f,i0 初损。,不稳定下渗阶段，if，产流R if，下渗损失,稳定下渗阶段，if，后损,R,时段降雨强度i,二、降雨径流相关图,流域的面平均雨量P 相应产生的径流量R 降雨前的前期影响雨量Pa,建立相关图,每场降雨过程，都可求得：,几十场历史降雨过程，都可求得几十个（P，R，Pa）,COPY RIGHT 扬大陈平,1、简易降雨径流相关图（P+Pa R 关系）,Im,COPY RIGHT 扬大陈平,降雨相关图的规律：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、降雨径流相关图（P Pa R 三参数相关）,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。,Pa增大,在我国湿润和半湿润地区最常用的是PPaR 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,3、降雨径流相关图的查用,R1,R2,COPY RIGHT 扬大陈平,查图方法：同一场暴雨要累加着查，查出的值累减。,降雨开始时：Pa=60mm,两时段降雨：P1=49mm P2=81mm,109,180,R1,R2,Pa,P1,P2,COPY RIGHT 扬大陈平,采用流域稳定下渗率fc划分：fc以上形成地面径流，fc以下形成地下径流。,三、径流（净雨）的划分,采用PR相关图求的是总径流R，包括地面径流RS和地下径流Rg，需要划分开，以便分别进行汇流计算。,COPY RIGHT 扬大陈平,若：,否则，,例如：流域fc=1mm/h，已知降雨过程如下表，Pa=34mm，求净雨过程，并进行净雨分割。,COPY RIGHT 扬大陈平,第三节 流域汇流计算方法之一等流时线法,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，称为流域汇流。,流域汇流,坡面汇流河网汇流,地面径流壤中流地下径流,直接径流汇流（地面径流）,COPY RIGHT 扬大陈平,一、几个概念,1、汇流时间：流域各点的 地面净雨流达出口 断面所经历的时间。,2、流域最大汇流时间,流域上最远点的净雨流到出口的历时。,3、等流时线：流域上汇流 时间相等点的连线。,4、等流时面积 f：相邻两条等流时线之间的面积。,二、等流时线法汇流计算,1、一个时段净雨,2、两个时段净雨,3、三个时段净雨,4、具体计算方法见下表：,COPY RIGHT 扬大陈平,等流时线法汇流计算算例：,三、净雨历时与流域汇流时间对Q（t）,（1）当,时，全部流域面积与部分净雨造峰。,（2）当,=,时，全部流域面上的全部净雨造峰。,（3）当,时，部分面积上的全部净雨造峰。,四、等流时线法缺点,（1）降雨分布不均匀问题未考虑；（2）流速变化问题；（3）河槽调蓄问题。,COPY RIGHT 扬大陈平,第四节 流域汇流计算方法之二单位线法,一、基本概念,1932年美国，谢尔曼提出。,1、单位线（UH,unit hydrology）：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 地面径流过程线。,单位净雨深：10mm,时间h,10mm,流量m3/s,t,2、表示,qt,图表,COPY RIGHT 扬大陈平,单位线表格表示：,检验：,二、单位线的基本假定,1、倍比假定：如果单位时段内，净雨不是一个单位而是n个单位，则形成的流量过程是单位线的n倍。,COPY RIGHT 扬大陈平,时间h,10mm,流量m3/s,t,时间h,19.7mm,流量m3/s,t,Qm,Qm,Qm19.7/10,Q19.7/10,Q,k,COPY RIGHT 扬大陈平,2、叠加假定：如果净雨不是一个时段，而是m个时段,则形成的流量过程是m个时段净雨形成的部分流 量过程错开时段叠加。,10mm,t,t,COPY RIGHT 扬大陈平,上述假定就是把流域视为线性汇流系统。,三、单位线的应用,时间h,流量m3/s,Q1,Q2,Q3,Q1+Q2+Q2,0,0,0,0,列表计算非常简单：,倍比假定,叠加假定,四、单位线存在的问题及处理方法,1、洪水大小的影响 大洪水，流速大，汇流较快，单位线尖瘦，峰高且峰现时间早。小洪水则相反。,注意点：（1）单位线时段长必须与净雨时段长一致。如果不一致，要对单位线进行时段转换。,单线时段转换方法见书本，不作介绍。,处理方法：制作大小不同洪水的单位线，供选用。,COPY RIGHT 扬大陈平,2、暴雨中心位置的影响 单位线假定降雨在流域内分布均匀。实际上降雨分布是不均匀的。暴雨中心在上游的洪水，汇流路径长，受流域调蓄作用也大，洪水过程较平缓，单位线也平缓，峰低且峰现时间偏后。若暴雨中心在下游则相反。,处理方法：制作不同暴雨中心洪水的单位线，供选用。,COPY RIGHT 扬大陈平,第五节 洪水过程线计算,地面净雨 Rs（t）,净雨过程R（t）,暴雨P（t）,地下净雨 Rg（t）,地面径流 Qs（t）,地下径流 Qg（t）,洪水过程Q（t）,PR相关图,净雨分割,等流时线法或单位线法,简化三角形法,相加,下面介绍,COPY RIGHT 扬大陈平,一、地下径流过程计算,方法：简化三角形法,COPY RIGHT 扬大陈平,（1）求W下（三角形面积）,（3）取,（2）地下净雨量,（4）求得：从而得到：,COPY RIGHT 扬大陈平,二、洪水过程,不是简单的加，如何加？,例如：某流域，fc=1mm/h。某次降雨的Pa=65mm。该次降雨过程见下表，求该次降雨形成的洪水过程。,COPY RIGHT 扬大陈平,T面,T下,地面径流,地下径流,t,Q,Qm下,COPY RIGHT 扬大陈平,B,t(h),Q(m3/s),直接径流,地下径流,C,D,0,深层地下径流（基流）,COPY RIGHT 扬大陈平,本章完！,COPY RIGHT 扬大陈平,
