流域产流与汇流计算ppt课件.ppt
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1、第四章 流域产流与汇流计算,水文水资源学院王 军,第四章 流域产流与汇流计算,4.1 概述,4.2 流域降雨径流要素计算,4.3 蓄满产流计算,4.4 超渗产流计算,主要内容,4.5 流域汇流计算,4.6 河道汇流计算,在一次降雨中,地面径流、壤中径流和地下径流量值称为径流量R(t)或净雨量h(t),径流量的计算称为产流计算。 降雨产生的径流,汇集到河网后,自上游向下游流动,形成流域出口流量 Q(t),其计算称为汇流计算。,流域产流与汇流概念,4.1 概述,汇流方案 根据流域降雨和流量资料,推求净雨和出口流量(Q)之间的关系。,产流方案 根据流域降雨、蒸发和径流资料,分析确定的降雨量(P)、土
2、壤含水量(W)和径流量(R)等要素之间的关系。,4.1 概述,P(t),PR,R(t),R Q,Q(t),P(t),R(t),PR,Q(t),R Q,流域产流与汇流计算,流域产流方案与汇流方案制定,4.1 概述,第四章 流域产流与汇流计算,4.1 概述,4.2 流域降雨径流要素计算,4.3 蓄满产流计算,4.4 超渗产流计算,主要内容,4.5 流域汇流计算,4.6 河道汇流计算,4.2 降雨径流影响要素计算,1、降雨量2、径流量3、土壤含水量,主要内容,1 降雨量,以时段雨量为纵坐标,时段的时序为横坐标绘成时段雨量直方图,也称雨量过程线。 单位时段的雨量称降雨强度 i =P /t ,雨量过程线
3、可以转换成雨强过程线。 以雨量累积值为纵坐标,相应时间为横坐标,点绘的曲线称累积雨量曲线。,4.2 降雨径流影响要素计算,P(mm),4.2 降雨径流影响要素计算,1 降雨量,2 径流量,(1)径流深计算,(1)径流深计算(2)径流过程分割(3)水源划分,4.2 降雨径流影响要素计算,径流深计算,Q(m3/s),t (h),4.2 降雨径流影响要素计算,2 径流量,地面径流退水较快,而地下径流退水历时较长。实测流量过程线往往是由若干次暴雨所形成的洪水径流组成。 为了研究暴雨与洪水之间的关系,必须流量过程线加以分割,可采用退水曲线方法。,(2)流量过程线分割,4.2 降雨径流影响要素计算,2 径
4、流量,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)流量过程线分割(why),2 径流量,流域出口流量过程线除本次降雨形成的径流以外,往往还包括前期降雨径流中尚未退完的水,在计算本次径流时,应当把这部分水量从流量过程线中分割出去,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)流量过程线分割,退水曲线是流域蓄水消退曲线,对同一流域的各次洪水,将若干条流量过程线的退水部分绘于透明纸上,然后沿时间轴左右移动,使退水线尾部重合,其下包线可作为标准的地下水退水曲线。,2 径流量,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)流量过程线分割(how),2 径流量,流域蓄水量的消退过程线称为退水曲线。不同次降雨形成的流量过程线的分割常采
5、用退水曲线,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)流量过程线分割退水曲线,Q0,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)流量过程线分割退水曲线,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)流量过程线分割退水曲线,4.2 降雨径流影响要素计算,当t=0时?,(2)流量过程线分割退水曲线,4.2 降雨径流影响要素计算,【讨论1】,(2)流量过程线分割退水曲线,方法1:根据地下水退水曲线上每隔t的流量值Q(t)、Q(t+t),可算出,确定Kg的方法,取若干计算值的平均值作为流域的Kg。,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)流量过程线分割退水曲线,方法2:根据退水方程,4.2 降雨径流影响要素计算,确定Kg的方法,
6、(2)流量过程线分割,退水曲线,次洪水过程线划分,t,4.2 降雨径流影响要素计算,地表径流和地下径流汇流特性(水流运动规律)不同,一般还要划分地面径流和地下径流。,4.2 降雨径流影响要素计算,(3)水源划分,地下径流分割示意图,A,B,N = 0.84F 0.2,地下径流,地表径流,起涨点,地表径流停止点,4.2 降雨径流影响要素计算,N为洪峰出现时刻至地面径流终止点的日数,F为流域面积,Km2,(3)水源划分退水曲线,说明:地下退水曲线的尾部与流量过程线退水段重合,分离点为地面径流终止点,土壤含水量是表示包气带土壤湿润程度的物理量,土壤保持水分的最大量称为田间持水量。田间持水量与凋萎含水
7、量的差值称流域蓄水容量(Wm )。土壤含水量与前期降雨有密切关系,可以用参数 前期影响雨量(Pa )来反映。,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,不透水层,土壤含水量变动地带,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,土壤含水量一般是根据流域前期降雨、蒸发及径流过程,依据水量平衡采用递推公式推求,(1)选择前期流域出现大暴雨的次日作为起始日,相应的土壤含水量为Wm(2)选择流域长时间干旱期作为起始日,相应的土壤含水量为0或者较小值(3)提前较长时间,eg:15-30天,假定一个土壤含水量(如0.5Wm)作为初值,经过演算,误差会减小到
8、允许的程度,3 土壤含水量,4.2 降雨径流影响要素计算,起始含水量选择,在实际工作中,Wm 可看作流域十分干旱情况下降雨产流过程的最大损失量。,对于包气带不厚且雨量充沛地区,可选取久旱不雨(雨前Pa = 0)后一次降雨量较大资料(雨后Pa = Wm ),则 Wm = P - R - E雨,3 土壤含水量,4.2 降雨径流影响要素计算,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,问题:,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,(1)流域蒸发量的计算,流域蒸发能力:在当日气象条件下流域蒸发量的上限,【注】P31中所列公式为水面蒸发计算公式,此处为流域蒸发能力公式 比较水面蒸发量、蒸发器蒸
9、发量、流域蒸发量、流域蒸发能力,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,(1)流域蒸发量的计算,一层蒸发模式,假定:流域蒸发量与土壤含水量成正比,【讨论】,形式简单,但未考虑土壤水分垂直分布的情况。当包气带土壤含水量较小,而表层土壤含水量较大时,按该模式计算出来的蒸发量偏小,eg:久旱降了一场小雨,雨量仅仅补充了表层土壤,就是这种情况,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,(1)流域蒸发量的计算, 二层蒸发模式,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤含水量,(1)流域蒸发量的计算, 三层蒸发模式,以两层蒸发模式为基础,确定下层最小蒸发系数C,4.2 降雨径流影响要素计算,3 土壤
10、含水量,(2)前期影响雨量计算,公式:,K是与流域蒸发量有关的土壤含水量日消退系数,若采用一层蒸发模式,假定Et与Pat 成线性关系,则:,无雨日:,3 土壤含水量,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)前期影响雨量计算,递推公式起始日的Pa是假定的,但起始日从何时开始呢?例如,Pa起始计算时间相隔30天,当K0.90时K300.04,说明最大误差不到起始误差的5。 长时间无雨时,可取起始Pa 值较小些,或令Pa 0 。 一次大雨后,土壤比较饱和,可取起始PaWm。,3 土壤含水量,4.2 降雨径流影响要素计算,(2)前期影响雨量计算,【讨论】,【例】某流域Wm=100mm, 6月份Em5.6m
11、m/d,7月份Em 6.8mm/d。推求7月2日3日的P和雨前Pa值。,K615.6/100=0.944 K7 16.8/100=0.932,4.2 降雨径流影响要素计算,第四章 流域产流与汇流计算,4.1 概述,4.2 流域降雨径流要素计算,4.3 蓄满产流计算,4.4 超渗产流计算,主要内容,4.5 流域汇流计算,4.6 河道汇流计算,4.3蓄满产流计算,1 蓄满产流,3 蓄满产流模型,4 水源划分,2 净雨径流相关图,主要内容,在湿润地区,包气带缺水易为一次降雨所蓄满,则产流量R 可由降雨量P减去降雨开始时土壤缺水量(Wm- W0)求得。即雨量补足包气带缺水量后,全部形成径流,这种产流方
12、式叫做蓄满产流,定义,4.3蓄满产流计算,1蓄满产流,雨量充沛,地下水位高,包气带较薄,包气带下部含水量经常保持田间持水量,汛期的包气带缺水量很容易为一次降雨所蓄满,【说明】上式适用于包气带各点蓄水容量相同,或全流域产流的情况,Wm-W0,降水,带,蓄满产流计算示意图,1蓄满产流,4.3 蓄满产流计算,1蓄满产流,流域产流过程示意图,部分面积产流,全面产流,包气带,W0=Wm,根据流域内多次暴雨的雨量P,对应的径流量R,初始土壤含水量WO,可点绘以Pa为参数的P WO R相关图。,已知流域各次P、R,制定产流方案: K ,Wm,PW0R 相关图,4.3 蓄满产流计算,2 降雨径流相关图,(1)
13、编制(2)应用(3)简化形式,(1)建立降雨径流相关图,【强调】 此处的降雨是指扣除雨期蒸发量的P,即净雨,【强调】 WO= Pa,PePaR 相关图,4.3 蓄满产流计算,2 降雨径流相关图,(1)建立降雨径流相关图,Pa=0 20 40 60 80 100,Pe(mm),R(mm),R1 R2 R3 R4,例:某次降雨前Pa=58mm,各时段雨量分别为P1, P2,P3,P4 。,(2)降雨径流相关图的应用,内插Pa=58mm相关线(红线),查得相应的R1,R2,R3,R4,4.3 蓄满产流计算,2 降雨径流相关图,Pa = 0 20 40 60 80 100,58,P(mm),R(mm)
14、,已知 Pa = 58mm,4.3 蓄满产流计算,2 降雨径流相关图,(2)降雨径流相关图的应用,降雨径流关系也可采用简化形式,以P+Pa为纵坐标R 为横坐标点绘相关图。,4.3 蓄满产流计算,(3)简化的降雨径流相关图,2 降雨径流相关图,【例】已知 Pa = 58mm,4.3 蓄满产流计算,4.3 蓄满产流计算,3 蓄满产流模型,【说明】上式适用于包气带各点蓄水容量相同,或全流域产流的情况,【问题】包气带各点蓄水容量不同且未全流域产流的情况如何计算?,蓄满产流模型,流域内各点包气带的蓄水容量是不同的。 以包气带达到田间持水量时的土壤含水量Wm为纵坐标,以流域内小于等于该 Wm的面积占全流域
15、的面积比 为横坐标,所绘的曲线称为流域蓄水容量曲线。,4.3 蓄满产流计算,3 蓄满产流模型,【说明】书P80中,定义错误,写成“大于”了,将流域内各点蓄水容量Wm从小到大排列,最大值为Wmm,计算小于某一Wm的面积占流域面积的比重为,则可绘制Wm关系曲线,称之为流域蓄水容量曲线,B反映流域内蓄水容量空间分布不均匀性的参数,取值范围一般为0.2-0.4,How to表示流域蓄水容量曲线?,用实测降雨径流资料选配曲线,间接确定。经验表明,流域蓄水容量曲线是一条单增曲线,可用B次抛物线表示:,4.3 蓄满产流计算,W0对应的最大点蓄水容量A,Wm,流域蓄水容量曲线,Pe,W0,W,R,0,A,A+
16、Pe,Wm,流域蓄水容量曲线,Pe,W0,R,0,A,A+Pe,W =Wm-W0,= P+ W0 - Wm,R= P W = P (Wm W0 ),蓄满产流模型基本公式 (产流参数Wm 、b),4.3 蓄满产流计算,3 蓄满产流模型,全流域产流,局部产流,新书P80式(4-25)有错,Pe,蓄满产流计算过程,4.3 蓄满产流计算,3 蓄满产流模型,前期影响雨量的求解,地面径流和地下径流汇流的规律是不相同的。如果由已知雨量 P从降雨径流相关图上查得径流量 R 后,还需再分成地面和地下两部分,以便进行汇流计算。,4.3 蓄满产流计算,4 水源划分,在降雨过程中,流域上产生径流的区域称为产流区,其面
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