陜北模型ppt課件

1、1陜北模型 黃土高原地區(qū)，自然地理條件復(fù)雜，暴雨時空分布極不均勻，雨量及水文站網(wǎng)密度十分稀疏，長期以來給該地區(qū)暴雨洪水計算帶來很多困難。 陜北模型是適用于干旱地區(qū)或是以超滲產(chǎn)流為主的地區(qū)。2陜北降雨徑流模型流程框圖 3（一）模型結(jié)構(gòu) 考慮降雨分布的不均勻性和下墊面分布的不均勻性，尤其是地面下滲能力的不均勻性，將流域劃分為若干塊單元面積； 每塊單元面積內(nèi)分為不透水面積FB和透水面積（1-FB）。 在透水面積上的降雨量i扣除蒸散發(fā)量E后，用霍爾頓下滲公式和流域下滲能力分配曲線計算徑流量R1，在不透水面積上的降雨i扣除蒸散發(fā)E，產(chǎn)生徑流量R2； 一次降雨產(chǎn)生的流域總徑流量為R=R1+R2 4 各單元

2、面積的坡地匯流計算采用線性水庫或滯后演算法。 河道匯流計算采用馬斯京根分段連續(xù)演算法。 將各單元面積到達(dá)出口斷面的流量過程線性疊加即為流域出口斷面總的流量過程。 5（二）產(chǎn)流量計算 陜北黃土丘陵地區(qū)，因雨量稀少，多年平均降雨量在500mm以下，地下水埋藏較深，包氣帶厚度達(dá)幾十至上百米，其下部常為干土。 一般降雨很難使整個包氣帶達(dá)到田間持水量，幾乎也沒有重力水滲透到地下水面而產(chǎn)生地下徑流。 區(qū)內(nèi)植被較差，土質(zhì)貧瘠密實，下滲能力較小，雨強(qiáng)超過下滲能力的可能性很大，因此干旱地區(qū)的降雨產(chǎn)流方式以超滲產(chǎn)流為主。61.經(jīng)驗的曲線 超滲產(chǎn)流是指雨強(qiáng)超過地面下滲能力產(chǎn)生地面徑流。 在進(jìn)行產(chǎn)流量計算時，除水量平

3、衡方程外，還需確定降雨過程中的實際地面下滲能力，以便與降雨強(qiáng)度進(jìn)行比較 fiRS0fifi78 假設(shè)下滲能力只與土壤含水量有關(guān)，而與土壤含水量垂向分布無關(guān)，換言之，認(rèn)為深層土壤含水量對下滲能力的影響不大，只考慮淺層土壤含水量。令影響下滲能力的淺層土壤含水量為 ，則降雨期間的下滲水量，可以看作土壤含水量 的增量，即)(ff dtfidtd)(fifi9tf f和曲線兩種關(guān)系可以互相轉(zhuǎn)換10111213逐時段進(jìn)行計算，就可求出一場降雨產(chǎn)生的超滲地面徑流過程和土壤含水量的變化過程。142.下滲曲線方程霍爾頓曲線方程為：ktcceffff)(015菲利普下滲曲線方程為：式中：A、B為隨土質(zhì)而變的系數(shù)

4、AtBf1617（1）菲利普下滲曲線方程 曲線轉(zhuǎn)換fABABf/11 (2218（2）霍爾頓下滲曲線方程 曲線轉(zhuǎn)換f)(1 (1)(0000cktctktcctffektfdteffffdt)(0tfkffc1920213.產(chǎn)流量計算22(三）坡地匯流計算 單元面積坡地匯流采用線性水庫和滯后演算相結(jié)合的方法，對單元面積上的坡地匯流進(jìn)行模擬。計算公式為： )()1 (1LtICSQCSQtt2324（四）河道匯流計算25（五）模型參數(shù) 陜北模型產(chǎn)流結(jié)構(gòu)中若采用霍爾頓下滲方程，有11個參數(shù)： XEKELCSBkffFBc0m、KCLCSkffc0m、KC主要參數(shù)有：26272829（六）模型評述

5、陜北模型特點：為了考慮降雨分布的不均勻性和下墊面分布的不均勻性，將流域劃分為若干塊單元面積；在每塊單元面積內(nèi)又將其劃分為不透水面積FB和透水面積（1-FB）；在透水面積上降雨量扣除蒸散發(fā)后，用霍爾頓或菲利普下滲公式計算徑流量R1；在不透水面積上降雨扣除蒸散發(fā)后產(chǎn)生徑流量R2；模型參數(shù)具有一定的物理意義；模型適用于干旱或半干旱地區(qū)。30（七）模型應(yīng)用31mmeffektfcktc44.270738. 0/ )42. 022. 2)(1 (27.2042. 0)(1 (127.200738. 00105. 044.270 .451823. 0)27.2042. 044.27(0738. 022.

6、2)(010tfkffc6 .41823. 0/44.270 .4527.20/101fttmm/min min 32同樣進(jìn)行第二次、第三次迭代、直至滿足要求 ，結(jié)果如下表1ii 霍爾頓公式迭代求解成果表迭代次數(shù)n時間 t（min）土濕 （mm） （mm）下滲f（mm/min）120.2727.4417.560.823241.6040.734.270.504350.0744.810.190.466450.5245.020.020.4653334菲利普公式實測洪水驗證結(jié)果表序號123456789A0.100.100.100.050.050.05000B2.93.23.52.93.23.52.93

7、.23.5ER1.131.241.172.531.071.432.131.341.1335363738陜北模型應(yīng)用實例 用陜北模型（霍爾頓下滲公式）對黃河水利委員會綏德水保站橋溝試驗流域1號實驗小區(qū)和2號實驗小區(qū)1988年的四次降雨徑流過程進(jìn)行模擬。（1）流域概況。橋溝試驗流域面積為0.46km2，主溝長1400m，流域平均寬度為328.6m，不對稱系數(shù)為0.25m。梁卯坡區(qū)坡度在058%，平均43%，坡長約60m，溝谷坡區(qū)坡度一般在58%以上，平均85%，坡長約30m，主溝道比降10%。39 1號實驗小區(qū)位于橋溝試驗流域出口斷面以上50m處，流域面積0.069km2，谷坡面積占總面積的43%

8、，主溝長630m，流域平均寬度為109.6m，不對稱系數(shù)為0.17，溝道比降18%。 2號實驗小區(qū)與1號實驗小區(qū)隔山相鄰，流域面積0.093km2，谷坡面積占占面積的31%，主溝長520m，流域平均寬度為178.8m，不對稱系數(shù)為0.34，溝道比降12% 40 橋溝試驗流域水系及站網(wǎng)分布圖 41 據(jù)綏德水保站測定，橋溝試驗流域內(nèi)黃土覆蓋層厚度為510m不等。表土在0.4m深的范圍內(nèi)最大吸濕度為1.5%，田間持水量為18.8%，飽和含水量為36.6%。 地面1m以下土壤含水量不能達(dá)到田間持水量，表明重力下滲不能達(dá)到深層，一般性降水只能濕潤表土幾厘米至幾十厘米的厚度。 暴雨具有歷時短、強(qiáng)度大、時程

9、分布高度集中的特點。所以產(chǎn)匯流歷時通常很短。 42（2）模型計算。按照陜北模型的基本結(jié)構(gòu)和計算方法，分別對上述三個試驗小流域的產(chǎn)流、匯流過程進(jìn)行模擬計算。（3）模型參數(shù)。因超滲產(chǎn)流對雨強(qiáng)十分敏感，洪水過程歷時短且陡漲陡落，因此時段取得越短精度會越高，故計算時段 取為5min 。t43tKE橋溝流域陜北模型參數(shù)表序號參數(shù)符號參數(shù)意義參數(shù)值1KC流域蒸散發(fā)折算系數(shù)0.972WM流域平均張力水容量（mm）603FB不透水面積占全流域面積的比例0.014B流域水容量-面積分布曲線方次0.35fc霍爾頓公式中的穩(wěn)定下滲率（mm/min）0.426f0霍爾頓公式中的初始下滲率（mm/min）1.947k霍

10、爾頓公式中的隨土質(zhì)而變的系數(shù)（ ）0.0548KE馬斯京根法演算參數(shù)9XE馬斯京根法演算參數(shù)0.4310L滯時011迭代時允許誤差0.011t441號實驗小區(qū)實測與模擬結(jié)果表t洪號降雨量（mm）徑流量洪峰流量計算值（mm）實測值（mm）相對誤差（%）計算值（m3/s）實測值（m3/s）相對誤差（%）洪峰滯時（ ）88060111.21.301.22-6.70.170.19+10.5088070118.49.099.39+3.20.820.78-5.1188070216.05.655.17-9.30.680.64-6.3088070316.27.137.78+8.40.800.86+7.0145

11、2號實驗小區(qū)實測與模擬結(jié)果表t洪號降雨量（mm）徑流量洪峰流量計算值（mm）實測值（mm）相對誤差（%）計算值（m3/s）實測值（m3/s）相對誤差（%）洪峰滯時（ ）88060112.23.90358-8.90.971.08+10.2188070118.69.659.35-3.21.271.40+9.3088070216.210.397.71-34.81.151.22+5.7088070317.48.168.48+3.80.810.85+4.746橋溝實驗流域?qū)崪y與模擬結(jié)果表t洪號降雨量（mm）徑流量洪峰流量計算值（mm）實測值（mm）相對誤差（%）計算值（m3/s）實測值（m3/s）相對誤差（%）洪峰滯時（ ）88060111.10.320.33+3.00.220.24+8.3188070121.11.401.41+0.70.830.78-6.4088070216.50.840.74-13.50.720.68-5.9188070315.41.071.17+8.