第3章：流域匯流預(yù)報(bào)

1、水文預(yù)報(bào)河海大學(xué)水文水資源學(xué)院河海大學(xué)水文水資源學(xué)院第第3 3章：流域匯流預(yù)報(bào)章：流域匯流預(yù)報(bào) PrecipitationRunoffQ(t)-Discharge產(chǎn)流量計(jì)算產(chǎn)流量計(jì)算匯流計(jì)算匯流計(jì)算坡地匯流坡地匯流河網(wǎng)匯流河網(wǎng)匯流n流域匯流是流域匯流是研究研究流域上地表徑流、壤中流和地下流域上地表徑流、壤中流和地下徑流如何匯集為出口斷面流量過程。徑流如何匯集為出口斷面流量過程。n流域匯流包括坡地匯流、河網(wǎng)匯流。在坡地匯流流域匯流包括坡地匯流、河網(wǎng)匯流。在坡地匯流階段，不同水源由于調(diào)蓄作用不同匯流速度相差階段，不同水源由于調(diào)蓄作用不同匯流速度相差很大。地下徑流取決于很大。地下徑流取決于坡地匯流坡

2、地匯流階段，地表徑流階段，地表徑流主要取決于主要取決于河網(wǎng)匯流河網(wǎng)匯流階段。階段。n對(duì)于較大的流域，降雨及下墊面特性不均勻需要對(duì)于較大的流域，降雨及下墊面特性不均勻需要?jiǎng)澐謫卧钥紤]其間的不均勻性。劃分單元以考慮其間的不均勻性。n流域匯流方法有系統(tǒng)分析的黑箱模型（如單位線流域匯流方法有系統(tǒng)分析的黑箱模型（如單位線法）和概念性模型（如等流時(shí)線法）。法）和概念性模型（如等流時(shí)線法）。 第第1 1節(jié)節(jié) 概論概論坡面匯流坡面匯流河網(wǎng)匯流河網(wǎng)匯流流域匯流過程流域匯流過程流域出口流域出口1 1、流域匯流、流域匯流n分階段分階段（1 1）坡地匯流：不同水源）坡地匯流：不同水源 （2 2）河道匯流：無不同水源

3、）河道匯流：無不同水源n各階段水流的調(diào)蓄特點(diǎn)：各階段水流的調(diào)蓄特點(diǎn)：（1 1）地面徑流：坡面調(diào)蓄作用小，河道調(diào)蓄作用大）地面徑流：坡面調(diào)蓄作用小，河道調(diào)蓄作用大 （2 2）地下徑流：坡面調(diào)蓄作用大，河道調(diào)蓄作用?。┑叵聫搅鳎浩旅嬲{(diào)蓄作用大，河道調(diào)蓄作用小 n本章任務(wù)：本章任務(wù)：主要研究主要研究 R R（徑流深）（徑流深）I I（河道入流過程）（河道入流過程）地面徑流地面徑流壤中流：介于兩者之間。壤中流：介于兩者之間。匯流速度較快匯流速度較快流程短流程短匯流歷時(shí)短匯流歷時(shí)短地下徑流地下徑流匯流速度慢匯流速度慢流程最長流程最長匯流歷時(shí)最長匯流歷時(shí)最長坡地匯流階段：坡地匯流階段：各種水源受河槽水力條

4、件的制約作用是相同的；各種水源受河槽水力條件的制約作用是相同的；因注入河網(wǎng)的地點(diǎn)不同，流經(jīng)河網(wǎng)所受的調(diào)蓄作用不同。因注入河網(wǎng)的地點(diǎn)不同，流經(jīng)河網(wǎng)所受的調(diào)蓄作用不同。河網(wǎng)匯流階段：河網(wǎng)匯流階段：地面徑流地面徑流壤中流壤中流地下徑流地下徑流快速壤中流快速壤中流慢速壤中流慢速壤中流直接徑流直接徑流(地面徑流地面徑流)地下徑流地下徑流匯匯流流計(jì)計(jì)算算河網(wǎng)匯流計(jì)算坡地匯流計(jì)算地面徑流匯流計(jì)算地下徑流匯流計(jì)算單位線瞬時(shí)單位線地貌單位線等流時(shí)線線性水庫2 2、影響、影響RIRI的因素的因素n氣候因素氣候因素i(雨強(qiáng)雨強(qiáng))引起水源比例不同引起水源比例不同P（降雨）的空間分布（降雨）的空間分布 影響流域的調(diào)蓄作

5、用影響流域的調(diào)蓄作用n地形因素地形因素坡度大坡度大調(diào)蓄作用??；坡長調(diào)蓄作用?。黄麻LL長長調(diào)蓄作用大調(diào)蓄作用大流域形狀（狹長形、扇形、半圓形）流域形狀（狹長形、扇形、半圓形） 調(diào)蓄作用調(diào)蓄作用n下墊面結(jié)構(gòu)下墊面結(jié)構(gòu)土壤孔隙度大土壤孔隙度大調(diào)蓄作用大調(diào)蓄作用大n溝網(wǎng)密度溝網(wǎng)密度溝網(wǎng)密度大溝網(wǎng)密度大調(diào)蓄作用小調(diào)蓄作用小3 3、預(yù)報(bào)方案特點(diǎn)、預(yù)報(bào)方案特點(diǎn)n河道洪水預(yù)報(bào)，施工預(yù)報(bào)河道洪水預(yù)報(bào)，施工預(yù)報(bào)重點(diǎn)預(yù)報(bào)洪峰流量和洪峰發(fā)生時(shí)間重點(diǎn)預(yù)報(bào)洪峰流量和洪峰發(fā)生時(shí)間n水庫、洪水分洪區(qū)預(yù)報(bào)水庫、洪水分洪區(qū)預(yù)報(bào)防洪、興利防洪、興利Qt 預(yù)報(bào)調(diào)度預(yù)報(bào)調(diào)度預(yù)報(bào)精度要求比前面高預(yù)報(bào)精度要求比前面高n城市洪水預(yù)報(bào)城市洪水

6、預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)Qt、淹沒區(qū)域、水深等、淹沒區(qū)域、水深等預(yù)報(bào)精度要求最高預(yù)報(bào)精度要求最高4 4、FcFc的變化規(guī)律及計(jì)算模型的變化規(guī)律及計(jì)算模型nFcFc的變化現(xiàn)象：的變化現(xiàn)象：（1 1） Fc=fFc=f（充分供水）（充分供水）（2 2）地下水比例小的流域）地下水比例小的流域（3 3）地下水比例大的流域）地下水比例大的流域n變化的原因變化的原因（1 1） FcFc在流域上的空間變化在流域上的空間變化（2 2） FcFc隨隨R R變化的原因變化的原因全流域達(dá)到穩(wěn)滲：供水充分全流域達(dá)到穩(wěn)滲：供水充分全流域達(dá)到穩(wěn)滲前：全流域達(dá)到穩(wěn)滲前：R R （全流域穩(wěn)滲面積小，下（全流域穩(wěn)滲面積小，下滲量小），滲量

7、?。?，F(xiàn)a Fa （實(shí)際下滲量?。粗▽?shí)際下滲量?。?，反之R R ，F(xiàn)a Fa 地下水比例小的流域容易達(dá)到穩(wěn)滲地下水比例小的流域容易達(dá)到穩(wěn)滲nFcFc計(jì)算的改進(jìn)計(jì)算的改進(jìn)（1 1）建立）建立RC- FcRC- Fc的關(guān)系的關(guān)系（2 2）確定）確定FcFc的流域分布曲線類型的流域分布曲線類型 確定確定FcFc的分布函數(shù)的分布函數(shù) FaFa的計(jì)算的計(jì)算n分水源計(jì)算分水源計(jì)算RS=RS=RS=R-FaRS=R-Fa；RG=FaRG=FaR-Fa PR= FcR-Fa PR= Fc0 PR Fc0 PR Fc第第2 2節(jié)節(jié) 單位線法單位線法 n在給定的流域上，單位時(shí)段內(nèi)時(shí)空分布均勻的在給定的流域上

8、，單位時(shí)段內(nèi)時(shí)空分布均勻的一次降雨產(chǎn)生的單位凈雨量在流域出口斷面所一次降雨產(chǎn)生的單位凈雨量在流域出口斷面所形成的地面直接徑流過程線，稱為單位線。形成的地面直接徑流過程線，稱為單位線。n根據(jù)水文資料分析的地面（直接）徑流單位線，根據(jù)水文資料分析的地面（直接）徑流單位線，即即L.K.L.K.謝爾曼單位線，簡明易用，效果較好，謝爾曼單位線，簡明易用，效果較好，在水文預(yù)報(bào)和水文計(jì)算中常被采用，同時(shí)它的在水文預(yù)報(bào)和水文計(jì)算中常被采用，同時(shí)它的基本概念和假定，對(duì)地下徑流單位線，坡地單基本概念和假定，對(duì)地下徑流單位線，坡地單位線和河網(wǎng)單位線也基本上適用。位線和河網(wǎng)單位線也基本上適用。 n根據(jù)定義，說明給定流

9、域的地面（直接）徑流過程線根據(jù)定義，說明給定流域的地面（直接）徑流過程線形狀反映了該流域所有物理特征的影響，又在給定時(shí)形狀反映了該流域所有物理特征的影響，又在給定時(shí)段內(nèi)和流域面積上，一次降雨產(chǎn)生的凈雨量應(yīng)分布均段內(nèi)和流域面積上，一次降雨產(chǎn)生的凈雨量應(yīng)分布均勻，并且符合線性時(shí)不變的假定。勻，并且符合線性時(shí)不變的假定。 n單位凈雨量常取單位凈雨量常取10.0mm10.0mm。n單位時(shí)段長可任取。單位時(shí)段長可任取。 1h, 2h, 3h, . 1 1 單位線的定義和基本假定單位線的定義和基本假定 在給定流域上，在給定流域上，單位時(shí)段單位時(shí)段內(nèi)內(nèi)均勻分布均勻分布的的單位地面（直單位地面（直接）凈雨量接

10、）凈雨量，在流域出口斷面形成的流量過程線稱為，在流域出口斷面形成的流量過程線稱為單位單位線線，記為，記為UH(unit hydrograph)，表示為，表示為q t。mmFtq106 .3根據(jù)單位線定義有:式中，q 單位線縱高，m3s； 流域面積，km2; t 時(shí)段，h。 12345678910 11 12 13 14 15T (6h) q(m3/s)某河某站某河某站h h單位線（單位線（F Fkmkm2 2）mmFtq1034161586.36.3 某河某站某河某站h h單位線（單位線（F F kmkm2 2）時(shí)序(t =6h)q(m3/s)時(shí)序(t =6h)q(m3/s)0079.012.

11、086.0215.094.0335.0103.0441.0112.0525.0121.0615.0130圖 5 - 1 單位線三要素示意圖Tpqpt0qrT控制單位線形狀的指標(biāo)控制單位線形狀的指標(biāo): :單位線洪峰流量，洪峰單位線洪峰流量，洪峰滯時(shí)及單位線總歷時(shí)，常稱單位線三要素滯時(shí)及單位線總歷時(shí)，常稱單位線三要素 T TP P的確定：的確定：1)1)從單位凈雨形心到單位線洪峰的時(shí)距從單位凈雨形心到單位線洪峰的時(shí)距2)2)從單位凈雨開始時(shí)刻到單位線洪峰的時(shí)距從單位凈雨開始時(shí)刻到單位線洪峰的時(shí)距單位線的兩個(gè)假定單位線的兩個(gè)假定地面凈雨時(shí)段不是只有一個(gè)且單位時(shí)段內(nèi)地面凈雨不是正好是10mm,怎么辦?

12、倍比假定：倍比假定：如單位時(shí)段地面凈雨量是n個(gè)單位，則所形成過程線的流量為單位線流量的n倍，其歷時(shí)仍與單位線的歷時(shí)相同。疊加假定：疊加假定：如地面凈雨歷時(shí)是m個(gè)時(shí)段，則各時(shí)段地面凈雨所形成的徑流過程線之間互不干擾，出口斷面的流量等于各時(shí)段凈雨量所形成的流量之和。關(guān)于單位線法關(guān)于單位線法單位線是一個(gè)線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的三個(gè)特性是：單位線是一個(gè)線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的三個(gè)特性是：n1 1）單位時(shí)段內(nèi)凈雨量不同，所形成地面徑流過程線的）單位時(shí)段內(nèi)凈雨量不同，所形成地面徑流過程線的歷時(shí)（即底寬）不變；歷時(shí)（即底寬）不變；n2 2）倍比性；）倍比性；n3 3）疊加性。）疊加性。 根據(jù)三個(gè)特性，凈雨量根據(jù)三個(gè)

13、特性，凈雨量 ，出流，出流 與單位線縱標(biāo)值與單位線縱標(biāo)值q q之間的關(guān)系如下：之間的關(guān)系如下： 式中，式中，i=1i=1，2 2，3,m3,m為凈雨時(shí)段數(shù)為凈雨時(shí)段數(shù), , 以單位凈雨深以單位凈雨深的倍數(shù)計(jì)的倍數(shù)計(jì). . drdQdrm1i1iti , dt , dqrQ2 2、單位線的推求、單位線的推求 n單位線推求方法有分析法、圖解法、試錯(cuò)法、最小二乘法，還有單位線推求方法有分析法、圖解法、試錯(cuò)法、最小二乘法，還有W.M.W.M.賽德爾賽德爾(W.M.Snyder,1961)(W.M.Snyder,1961)迭代法和各種識(shí)別方法，這些都屬于迭代法和各種識(shí)別方法，這些都屬于“黑箱黑箱”方法。

14、方法。 n分析單位線要做的準(zhǔn)備：分析單位線要做的準(zhǔn)備：（1 1）從實(shí)測資料中選降雨、洪水過程：從實(shí)測資料中選降雨、洪水過程：實(shí)測降雨徑流資料時(shí)空分布實(shí)測降雨徑流資料時(shí)空分布均勻、歷時(shí)較短的降雨形成的單峰洪水資料，要求均勻、歷時(shí)較短的降雨形成的單峰洪水資料，要求洪水起漲流量小，洪水起漲流量小，過程線光滑。過程線光滑。（2 2）推算時(shí)段內(nèi)凈雨量過程：推算時(shí)段內(nèi)凈雨量過程：由流量過程線分割洪水、計(jì)算出直接徑由流量過程線分割洪水、計(jì)算出直接徑流量，若凈雨量不等于直接徑流量，則改正凈雨量計(jì)算。流量，若凈雨量不等于直接徑流量，則改正凈雨量計(jì)算。（3 3）確定合適的時(shí)段長確定合適的時(shí)段長 t t：不漏洪峰且

15、大強(qiáng)度降雨位于一個(gè)時(shí)段內(nèi)。不漏洪峰且大強(qiáng)度降雨位于一個(gè)時(shí)段內(nèi)。 注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：QdtRdPRd兩者誤差不能太大兩者誤差不能太大n t t的確定：的確定：峰形控制，峰形控制， t t取漲峰歷時(shí)的取漲峰歷時(shí)的1/31/41/31/4n時(shí)段劃分：時(shí)段劃分：（a)a)考慮洪峰，（考慮洪峰，（b b）時(shí)段內(nèi)雨強(qiáng)盡可能均）時(shí)段內(nèi)雨強(qiáng)盡可能均勻，不破壞主要產(chǎn)流雨的雨型勻，不破壞主要產(chǎn)流雨的雨型n修勻目的：修勻目的：避免當(dāng)產(chǎn)流時(shí)段太多時(shí)分析單位線太麻煩避免當(dāng)產(chǎn)流時(shí)段太多時(shí)分析單位線太麻煩n選擇一次在時(shí)空分布較均勻的短時(shí)段降雨所形成的孤獨(dú)選擇一次在時(shí)空分布較均勻的短時(shí)段降雨所形成的孤獨(dú)較大洪水。較大洪水。

16、n每次洪水可分析出一條單位線，流域單位線是多次洪水每次洪水可分析出一條單位線，流域單位線是多次洪水分別求出的單位線的綜合平均值。分別求出的單位線的綜合平均值。 n單位線應(yīng)用流域面積的大小，按流域自然地理特征和降單位線應(yīng)用流域面積的大小，按流域自然地理特征和降雨特征以及要求而定，一般不宜過大。在濕潤地區(qū)可以雨特征以及要求而定，一般不宜過大。在濕潤地區(qū)可以大一些。大一些。n在求出單位線之后，則要檢查單位線的徑流量是否為在求出單位線之后，則要檢查單位線的徑流量是否為10mm10mm，一般要求計(jì)算誤差小于或等于，一般要求計(jì)算誤差小于或等于0.1mm0.1mm。 1) 分析法 n 對(duì)對(duì) 2 2 3 3個(gè)

17、時(shí)段的凈雨量（特別是有一個(gè)時(shí)個(gè)時(shí)段的凈雨量（特別是有一個(gè)時(shí)段的凈雨量最大）形成的洪水，宜用分析法段的凈雨量最大）形成的洪水，宜用分析法推求單位線，推求單位線，n 由分析法求出的單位線可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值和由分析法求出的單位線可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值和跳動(dòng)，要進(jìn)行修勻。修勻時(shí)要注意保證洪量跳動(dòng)，要進(jìn)行修勻。修勻時(shí)要注意保證洪量為一個(gè)單位。為一個(gè)單位。 分析法分析法的原理是遞推求解。已知地面徑流過程的原理是遞推求解。已知地面徑流過程Qd,1,Qd,2,Qd,3，時(shí)段地面凈雨時(shí)段地面凈雨(表示為表示為10mm的倍數(shù)的倍數(shù))rd,1,rd,2,rd,3，則：，則：1 ,dm2i1iti ,dt ,dtrqrQq N

18、NO O 日日 時(shí)時(shí) 地地表表 徑徑流流 （m m3 3/ /s s） 地地面面 凈凈雨雨 （m mm m） 1 1 2 2 5 5 0 0 1 12 2 1 12 20 0 3 34 40 0 1 15 5. .0 0 5 5. .0 0 3 3 4 4 6 6 0 0 1 12 2 9 94 40 0 9 91 10 0 5 5 6 6 7 7 0 0 1 12 2 6 63 30 0 4 41 10 0 8 8 9 9 8 8 0 0 1 12 2 2 25 50 0 1 11 15 5 9 9 1 10 0 9 9 0 0 1 12 2 2 25 5 0 0 合合計(jì)計(jì) 3 37 74

19、40 0 2 20 0 單位線推求（單位線推求（F F = 8080km= 8080km2 2）)/(5601510)200105940()/(2001510)80105340()/(801510120333231smqsmqsmq/s)(m1870126 .38080106 .3103tFqmmFtq106.3單單位位線線 q q （m m3 3/ /s s） 8 80 0 2 20 00 0 5 56 60 0 4 42 20 0 2 28 80 0 1 18 80 0 1 10 06 6 4 42 2 2 2 0 0 1 18 87 70 0 1 ,13,22,3,31 ,12,2,21

20、 ,1 ,1/)(/)(/dddddddddrqrqrQqrqrQqrQq186/2.4576*2.03667-154問 題nQ-tQ-t不是單峰、退水呈鋸齒形不是單峰、退水呈鋸齒形n出現(xiàn)縱坐標(biāo)負(fù)值的不合理結(jié)果出現(xiàn)縱坐標(biāo)負(fù)值的不合理結(jié)果n修正：修正：（1 1）取波動(dòng)的平均線）取波動(dòng)的平均線（2 2）平均線光滑）平均線光滑（3 3）單位線仍是一個(gè)單位）單位線仍是一個(gè)單位n波動(dòng)原因：誤差的累積波動(dòng)原因：誤差的累積123456789 10 11 12 13 14 15T (6h) q(m3/s)單位線修勻單位線修勻2) 試錯(cuò)法n該法適宜于多時(shí)段凈雨過程并有一個(gè)時(shí)段凈雨該法適宜于多時(shí)段凈雨過程并有一個(gè)

21、時(shí)段凈雨量最大的情況。首先參考本流域中用分析法求量最大的情況。首先參考本流域中用分析法求出的單位線，作為第一次假定的單位線出的單位線，作為第一次假定的單位線 ，求，求出各時(shí)段凈雨產(chǎn)生的部分地面徑流過程，就得出各時(shí)段凈雨產(chǎn)生的部分地面徑流過程，就得到一條推流流量過程線。如推流流量過程線到一條推流流量過程線。如推流流量過程線 與實(shí)測流量過程線最接近，即為所求。否則將與實(shí)測流量過程線最接近，即為所求。否則將兩條單位線相應(yīng)的縱標(biāo)平均值，做為第二次假兩條單位線相應(yīng)的縱標(biāo)平均值，做為第二次假定的單位線。重復(fù)上述步驟，直至假定單位線定的單位線。重復(fù)上述步驟，直至假定單位線與試算的單位線基本相符為止。與試算的

22、單位線基本相符為止。 tqI1I2I3Q0tIQ(t)I q(t)I q(t)I q(t)+1231I q(t)3I q(t)qt假定的 q(t)試算的 q(t)圖 試算法分解多時(shí)段凈雨量形成的單位線5 - 3ItabcIabctIIII12341I2II3I4I2I3I41I圖 5 - 5 凈雨量分組示意圖之一圖 5 - 6 凈雨量分組示意圖之二I1IIIII23456I12I3II4I5I6I1I2I34I5II6多時(shí)段凈雨量所形成的大洪水，是我們預(yù)報(bào)的對(duì)象，常多時(shí)段凈雨量所形成的大洪水，是我們預(yù)報(bào)的對(duì)象，常常選擇它作分解單位線的依據(jù)。但是，用試錯(cuò)法分解也常選擇它作分解單位線的依據(jù)。但是，

23、用試錯(cuò)法分解也較困難，主要是假定單位線不容易擬定。除上例方法外，較困難，主要是假定單位線不容易擬定。除上例方法外，還可采用分組分析方法進(jìn)行擬定。還可采用分組分析方法進(jìn)行擬定。 單位線的應(yīng)用實(shí)例單位線的應(yīng)用實(shí)例 如已知時(shí)段凈雨量和單位線，即可求得流域出口斷面的流量過程。如已知時(shí)段凈雨量和單位線，即可求得流域出口斷面的流量過程。具體步驟是先將時(shí)段凈雨量乘單位線縱標(biāo)所得的部分流量過程疊具體步驟是先將時(shí)段凈雨量乘單位線縱標(biāo)所得的部分流量過程疊加，再加上前期洪水退水及基流，就得出口斷面的總流量過程加，再加上前期洪水退水及基流，就得出口斷面的總流量過程 014214214214214210002000推

24、算 流 量 過 程 線實(shí) 測 流 量 過 程 線時(shí) 間 t(h)日2日日日日3456圖 南 河 開 峰 峪 站 單 位 線 分 解 圖 （ 試 錯(cuò) 法 ）5 - 4單 位 線 圖時(shí) 段 t(6h)05510155001000試 錯(cuò) 單 位 線假 定 單 位 線單位線流量q(m /s)33流量Q(m /s)雨量P（mm)01020301.810.414.73.41.63 3）科林法）科林法n一種具有迭代法含義的試錯(cuò)計(jì)算法一種具有迭代法含義的試錯(cuò)計(jì)算法n假設(shè)一條假設(shè)一條UH1UH1，計(jì)算除最大時(shí)段凈雨量外，計(jì)算除最大時(shí)段凈雨量外的各時(shí)段凈雨量的出流量過程并疊加，的各時(shí)段凈雨量的出流量過程并疊加，再

25、與實(shí)測的出流量過程相減，得到再與實(shí)測的出流量過程相減，得到最大時(shí)段凈雨量的出流量過程最大時(shí)段凈雨量的出流量過程最大時(shí)段凈雨量的出流量過程的最大時(shí)段凈雨量的出流量過程的UH2UH2比較比較UH1UH1與與UH2UH2相符相符 UHUH假定假定UH1=UH1=（UH1+UH2UH1+UH2）/2/2，試，試算算n優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)進(jìn)行q-tq-t迭代修正，不須人為干迭代修正，不須人為干預(yù)，比較客觀預(yù)，比較客觀n缺點(diǎn)：不一定是最優(yōu)的，沒有最優(yōu)的準(zhǔn)則缺點(diǎn)：不一定是最優(yōu)的，沒有最優(yōu)的準(zhǔn)則4)4)、匯流曲線分析討論、匯流曲線分析討論n特點(diǎn)：由水文資料反推，特點(diǎn)：由水文資料反推，q-tq-t僅反映

26、了一次洪僅反映了一次洪水過程中影響徑流的一切因素水過程中影響徑流的一切因素nq-tq-t的變化原因的變化原因（1 1）綜合原因：氣候類因素變化）綜合原因：氣候類因素變化水力特水力特性變化性變化 流域調(diào)蓄作用變化流域調(diào)蓄作用變化 UHUH變化變化（2 2）雨強(qiáng)對(duì)）雨強(qiáng)對(duì)UHUH的影響的影響（3 3）P P的空間分布對(duì)的空間分布對(duì)UHUH的影響的影響（4 4）凈雨在面上集中程度對(duì)）凈雨在面上集中程度對(duì)UHUH的影響的影響（5 5）具體處理導(dǎo)致）具體處理導(dǎo)致UHUH的變化的變化3 3、單位線的綜合、單位線的綜合 n不同降雨不同降雨 不同的不同的UHUH流域匯流系流域匯流系統(tǒng)不定常統(tǒng)不定常 單位線無規(guī)

27、律可綜合單位線無規(guī)律可綜合n原因：受流域匯流過程時(shí)變非線性作用原因：受流域匯流過程時(shí)變非線性作用n綜合單位線：綜合單位線： （1 1）各次洪水的）各次洪水的UHUH變化不大，取其平均變化不大，取其平均值，且合理確定峰值和滯時(shí)，平均線的徑流深值，且合理確定峰值和滯時(shí)，平均線的徑流深等于等于10.0mm10.0mm。 （2 2）否則要分析影響）否則要分析影響UHUH變化的主要因素：變化的主要因素：主雨強(qiáng)度、暴雨中心位置等分別求平均單位線，主雨強(qiáng)度、暴雨中心位置等分別求平均單位線，建立分類單位線作為流域匯流模型。建立分類單位線作為流域匯流模型。暴雨暴雨中心中心4 4、單位線的時(shí)段轉(zhuǎn)換、單位線的時(shí)段轉(zhuǎn)

28、換 n問題的提出：問題的提出：應(yīng)用單位線時(shí)，往往因?qū)嶋H降雨歷時(shí)應(yīng)用單位線時(shí)，往往因?qū)嶋H降雨歷時(shí)和單位線的時(shí)段長不相符合而引起誤差。和單位線的時(shí)段長不相符合而引起誤差。例如實(shí)際降雨歷時(shí)短，所用的單位線時(shí)例如實(shí)際降雨歷時(shí)短，所用的單位線時(shí)段長，則推算的洪峰偏低，反之偏高。段長，則推算的洪峰偏低，反之偏高。解決的辦法是用解決的辦法是用S-S-過程線法將已知時(shí)段過程線法將已知時(shí)段單位線轉(zhuǎn)換為所需時(shí)段的單位線。單位線轉(zhuǎn)換為所需時(shí)段的單位線。 nS-S-過程線就是單位線各時(shí)段累積流量和過程線就是單位線各時(shí)段累積流量和時(shí)間的關(guān)系曲線。它由一系列單位線加時(shí)間的關(guān)系曲線。它由一系列單位線加在一起而構(gòu)成，每一條單

29、位線比前一條在一起而構(gòu)成，每一條單位線比前一條單位線滯后單位線滯后tt小時(shí)。因?yàn)闀r(shí)段凈雨量連小時(shí)。因?yàn)闀r(shí)段凈雨量連續(xù)不斷，則地面徑流量不斷累積，至某續(xù)不斷，則地面徑流量不斷累積，至某一時(shí)刻，全流域凈雨量參加匯流以后，一時(shí)刻，全流域凈雨量參加匯流以后，徑流量就成了不變的常數(shù)，其形狀如徑流量就成了不變的常數(shù)，其形狀如S S，如見圖如見圖4.3-94.3-9。見見7575表表3-53-5。n單位線時(shí)段轉(zhuǎn)換公式單位線時(shí)段轉(zhuǎn)換公式 式中式中 t t為待轉(zhuǎn)化的單位線的時(shí)段，為待轉(zhuǎn)化的單位線的時(shí)段，為原單位線的時(shí)段（也是為原單位線的時(shí)段（也是S(t)S(t)曲線的時(shí)曲線的時(shí)段）。段）。單位線時(shí)段轉(zhuǎn)換的范圍，

30、一般以不超過單位線時(shí)段轉(zhuǎn)換的范圍，一般以不超過原時(shí)段長的一倍為好。原時(shí)段長的一倍為好。 ) tt (S) t (Stt) t , t(q00t5、存在問題及改進(jìn)（誤差分析）存在問題及改進(jìn)（誤差分析） n單位線的基本假定，實(shí)質(zhì)上是將流域的徑流調(diào)節(jié)作用單位線的基本假定，實(shí)質(zhì)上是將流域的徑流調(diào)節(jié)作用視為線性系統(tǒng)，單位線不依洪水大小而變化，實(shí)際上視為線性系統(tǒng)，單位線不依洪水大小而變化，實(shí)際上各次洪水的單位線并不相同，有時(shí)差別還很大。主要各次洪水的單位線并不相同，有時(shí)差別還很大。主要原因：原因：n（1 1）單位線基本假定不完全正確）單位線基本假定不完全正確單位線關(guān)于倍比和迭加原則的線性假定，與實(shí)際單位線

31、關(guān)于倍比和迭加原則的線性假定，與實(shí)際情況不盡符合，因?yàn)閷?duì)單位線有明顯影響的河槽匯流情況不盡符合，因?yàn)閷?duì)單位線有明顯影響的河槽匯流速度隨洪水大小而變化。大洪水時(shí)，流速也大，洪峰速度隨洪水大小而變化。大洪水時(shí)，流速也大，洪峰出現(xiàn)時(shí)間提前，用它分解的單位線洪峰也相應(yīng)提前，出現(xiàn)時(shí)間提前，用它分解的單位線洪峰也相應(yīng)提前，而一般小洪水則相反。而一般小洪水則相反。實(shí)際工作中用洪水大小作指標(biāo)把單位線分類型實(shí)際工作中用洪水大小作指標(biāo)把單位線分類型, ,以考慮以考慮非線性變化。非線性變化。n（2 2）凈雨量在流域面上分布不均勻的影響）凈雨量在流域面上分布不均勻的影響影響凈雨量的因素很復(fù)雜，降雨分布均勻時(shí)，還影響凈

32、雨量的因素很復(fù)雜，降雨分布均勻時(shí)，還會(huì)受下墊面不同的影響，產(chǎn)生不均勻的凈雨量。凈雨會(huì)受下墊面不同的影響，產(chǎn)生不均勻的凈雨量。凈雨量在空間分布上不均勻，對(duì)單位線的影響顯著，量在空間分布上不均勻，對(duì)單位線的影響顯著，暴雨中心在上游時(shí)，流程長，調(diào)蓄影響大，洪峰低，暴雨中心在上游時(shí)，流程長，調(diào)蓄影響大，洪峰低，峰現(xiàn)時(shí)間遲后；峰現(xiàn)時(shí)間遲后；暴雨中暴雨中心在下游，流程短，調(diào)蓄影響小，峰高形尖，峰現(xiàn)提心在下游，流程短，調(diào)蓄影響小，峰高形尖，峰現(xiàn)提前。前。在大流在大流域或狹長流域，降雨、產(chǎn)流不均勻時(shí)，可按暴雨中心域或狹長流域，降雨、產(chǎn)流不均勻時(shí)，可按暴雨中心位置把單位線分型。位置把單位線分型。n（3 3） 關(guān)

33、于基流分割不均勻的影響關(guān)于基流分割不均勻的影響n同次洪水，用不同分割基流的方法所求單位線同次洪水，用不同分割基流的方法所求單位線不同。不同。如用相同的方法，分割基流的誤差對(duì)單位線洪如用相同的方法，分割基流的誤差對(duì)單位線洪峰產(chǎn)生同方向的影響，基流分割偏高或偏低，峰產(chǎn)生同方向的影響，基流分割偏高或偏低，求得單位線的洪峰也就偏高或偏低。求得單位線的洪峰也就偏高或偏低。024681000200030000(a)(b)Q5001000051015t10mm凈雨暴雨中心在下游中暴雨中心在 游暴雨中心在 游上時(shí)段 t(12)圖 長江三峽區(qū)間單位線按暴雨中心分類圖5-11(a=31720km ）2圖 洵河向家

34、坪站用不同方法分割基流對(duì)單位線的影響5-12(a) 分割基流(b) 求得的單位線S曲線法分割基流斜線法分割基流t(3h)用S曲線法分割基流求得的單位線用斜線法斜線法分割基流求得的單位線q(m /s)3單位線流量q(m /s)3n（4 4）關(guān)于凈雨量歷時(shí)不正確的影響）關(guān)于凈雨量歷時(shí)不正確的影響n單位線假定單位時(shí)段內(nèi)的凈雨量是均勻的。但當(dāng)有些小流域，只單位線假定單位時(shí)段內(nèi)的凈雨量是均勻的。但當(dāng)有些小流域，只有時(shí)段較長的雨量資料的單峰洪水，則分析的單位線的單位時(shí)段有時(shí)段較長的雨量資料的單峰洪水，則分析的單位線的單位時(shí)段長就可能偏大。這時(shí)我們制作長就可能偏大。這時(shí)我們制作S-S-過程線時(shí)，因?yàn)椴皇钦?/p>

35、錯(cuò)開一過程線時(shí)，因?yàn)椴皇钦缅e(cuò)開一個(gè)單位時(shí)間，就會(huì)造成凈雨量不連續(xù)或強(qiáng)度的不均勻，從而使累個(gè)單位時(shí)間，就會(huì)造成凈雨量不連續(xù)或強(qiáng)度的不均勻，從而使累積起來的積起來的S-S-過程線必然隨之發(fā)生波動(dòng)，不能保持在凈雨量連續(xù)且過程線必然隨之發(fā)生波動(dòng)，不能保持在凈雨量連續(xù)且強(qiáng)度均勻情況下所具有的特性。強(qiáng)度均勻情況下所具有的特性。實(shí)際工作中，從實(shí)際工作中，從S-S-過程線反過來分析正確的凈雨歷時(shí)，即先過程線反過來分析正確的凈雨歷時(shí)，即先將原型單位線假定不同的單位時(shí)段，推算出不同的將原型單位線假定不同的單位時(shí)段，推算出不同的S-S-過程線，在過程線，在一簇一簇 S-S-過程線中，以不出現(xiàn)周期的波動(dòng)（允許波動(dòng)大

36、約過程線中，以不出現(xiàn)周期的波動(dòng)（允許波動(dòng)大約5%5%）為）為原則，選擇縱高最小的一條，它的單位時(shí)段就是原型單位線的單原則，選擇縱高最小的一條，它的單位時(shí)段就是原型單位線的單位時(shí)段。位時(shí)段。 0816243240100200300400500流量q(m /s)3時(shí)段 t(2h)圖 浪河店不同時(shí)段的S-過程線5-14tr=小時(shí)的S-過程線小時(shí)的S-過程線rt=小時(shí)的S-過程線tr=2466 6、單位線的優(yōu)缺點(diǎn)、單位線的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：精度較高，能反映流域?qū)嶋H情況精度較高，能反映流域?qū)嶋H情況n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺乏物理基礎(chǔ)，難以綜合，無資料地區(qū)缺乏物理基礎(chǔ)，難以綜合，無資料地區(qū)不能用不能用第第3 3節(jié)

37、節(jié) 瞬時(shí)單位線法瞬時(shí)單位線法 n 1945 1945年年C.O.C.O.克拉克首先提出瞬時(shí)單位線（以下用克拉克首先提出瞬時(shí)單位線（以下用IUHIUH表示）概念，表示）概念，J.E.J.E.納什則于納什則于1957196019571960年進(jìn)一步發(fā)年進(jìn)一步發(fā)展和確定了這種概念，并提出了新的見解，得到廣泛展和確定了這種概念，并提出了新的見解，得到廣泛應(yīng)用。后來應(yīng)用。后來T.V.T.V.周周(Chow)(Chow)及其研究生又提出各種概念及其研究生又提出各種概念性模型。中國學(xué)者在河道流量演算中應(yīng)用這種概念和性模型。中國學(xué)者在河道流量演算中應(yīng)用這種概念和方法，推導(dǎo)了馬司京根法分段連續(xù)流量演算法的解析方

38、法，推導(dǎo)了馬司京根法分段連續(xù)流量演算法的解析解及遲滯瞬時(shí)單位線。在流域匯流預(yù)報(bào)中則對(duì)納什模解及遲滯瞬時(shí)單位線。在流域匯流預(yù)報(bào)中則對(duì)納什模型作了較深入的分析和應(yīng)用。型作了較深入的分析和應(yīng)用。IUHIUH和和L.K.L.K.謝爾曼單位線謝爾曼單位線的假定相同，故同樣適用倍比和迭加原理，以及卷積的假定相同，故同樣適用倍比和迭加原理，以及卷積分的數(shù)學(xué)表達(dá)式。分的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 n凈雨歷時(shí)無限小時(shí)的單位線就是瞬時(shí)單位線（凈雨歷時(shí)無限小時(shí)的單位線就是瞬時(shí)單位線（IUHIUH）。）。n可以從不同的經(jīng)驗(yàn)與理論途徑確定瞬時(shí)單位線。理論可以從不同的經(jīng)驗(yàn)與理論途徑確定瞬時(shí)單位線。理論方法較為精確，它建立單位線的概念模

39、型，以一定的方法較為精確，它建立單位線的概念模型，以一定的數(shù)學(xué)函數(shù)式表示數(shù)學(xué)函數(shù)式表示IUHIUH，n模型的基本構(gòu)件有線性水庫、線性河道等。納希模型的基本構(gòu)件有線性水庫、線性河道等。納希(J.E.Nash)(J.E.Nash)把流域模擬為把流域模擬為n n個(gè)相同的線性水庫，推導(dǎo)出個(gè)相同的線性水庫，推導(dǎo)出 式中式中K K為一個(gè)線性水庫的蓄泄系數(shù)，為一個(gè)線性水庫的蓄泄系數(shù)，為瞬時(shí)單位線。為瞬時(shí)單位線。 K/ t1ne)Kt()n(K1) t (u) t (u1 1、基本概念、公式推導(dǎo)、基本概念、公式推導(dǎo) n-1an32qtqtqt1tqn32aaa1a圖 J.E.納什模型示意圖5-15“線性水庫”

40、流量過程一個(gè)單位的瞬時(shí)入流通過水庫演算，就可以推導(dǎo)出瞬時(shí)一個(gè)單位的瞬時(shí)入流通過水庫演算，就可以推導(dǎo)出瞬時(shí)單位線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。設(shè)有凈雨量過程單位線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。設(shè)有凈雨量過程 相當(dāng)于入流量相當(dāng)于入流量 I(t)I(t)，第一個(gè)水庫的出流過程稱為，第一個(gè)水庫的出流過程稱為Q(t) Q(t) 。水庫入流量。水庫入流量與出流量之差是蓄水量的變率與出流量之差是蓄水量的變率 。 dtds /11）第1個(gè)水庫連續(xù)方程連續(xù)方程 概化的動(dòng)力方程概化的動(dòng)力方程 以以D D表示表示 dtddtdsQI11111QKS IDKQ11111）第2,n個(gè)水庫第一水庫出流量第一水庫出流量 即為第二水庫入流量即為第二水庫入流

41、量第二水庫的出流量以第二水庫的出流量以 表示表示 1Q2QIDKDKQDKQ21122111111經(jīng)過經(jīng)過n n個(gè)水庫調(diào)節(jié)，出口斷面出流過程為：個(gè)水庫調(diào)節(jié)，出口斷面出流過程為： IDKDKDKDKtQn11111111)(321相同的相同的“線性水庫線性水庫”，即假定，即假定 KKKKn21IKDtQn)1 (1)(應(yīng)用脈沖反應(yīng)原理，用應(yīng)用脈沖反應(yīng)原理，用 來代替來代替 )(tI)(t)()1 (1), 0(tKDtun通過拉普拉斯變換通過拉普拉斯變換 KtneKtnKtu1)()(1), 0(實(shí)際應(yīng)用中，需要將瞬時(shí)單位線轉(zhuǎn)化為時(shí)段單位實(shí)際應(yīng)用中，需要將瞬時(shí)單位線轉(zhuǎn)化為時(shí)段單位線（用線（用UH

42、UH表示）表示） (1) S(t)(1) S(t)曲線法曲線法: :持續(xù)單位凈雨所形成的流域直持續(xù)單位凈雨所形成的流域直接徑流過程線是接徑流過程線是S(t)S(t)曲線，曲線， 時(shí)段單位線為時(shí)段單位線為(2)(2)時(shí)段單位線法時(shí)段單位線法 ：由：由J.E.J.E.納什瞬時(shí)單位線方程納什瞬時(shí)單位線方程式直接導(dǎo)出時(shí)段單位線。式直接導(dǎo)出時(shí)段單位線。 dt) t (u) t (St0) tt (S) t (St1) t , t(q2 2、瞬時(shí)單位線的時(shí)段轉(zhuǎn)換、瞬時(shí)單位線的時(shí)段轉(zhuǎn)換 3 3、瞬時(shí)單位線的優(yōu)缺點(diǎn)、瞬時(shí)單位線的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：容易綜合，無資料地區(qū)可用容易綜合，無資料地區(qū)可用n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：

43、精度低精度低第第4 4節(jié)節(jié) 綜合單位線法綜合單位線法 n目的：綜合單位線法是將有實(shí)測水文資目的：綜合單位線法是將有實(shí)測水文資料流域的要素（或參數(shù)）與流域的某些料流域的要素（或參數(shù)）與流域的某些自然地理特征建立相關(guān)關(guān)系，以推求自自然地理特征建立相關(guān)關(guān)系，以推求自然地理相似地區(qū)無實(shí)測水文資料流域的然地理相似地區(qū)無實(shí)測水文資料流域的單位線，找出單位線，找出UHUH的區(qū)域規(guī)律。的區(qū)域規(guī)律。n根據(jù)流域自然地理特征進(jìn)行模擬，是一根據(jù)流域自然地理特征進(jìn)行模擬，是一種尋求單位線的地理規(guī)律的區(qū)域預(yù)報(bào)方種尋求單位線的地理規(guī)律的區(qū)域預(yù)報(bào)方法。法。 n綜合單位線的基本依據(jù)：在徑流匯流過綜合單位線的基本依據(jù)：在徑流匯流

44、過程中，地面徑流可以看做流域特征的函程中，地面徑流可以看做流域特征的函數(shù)，而單位線是從地面徑流與降雨特征數(shù)，而單位線是從地面徑流與降雨特征之間的關(guān)系分析出來的，所以尋求建立之間的關(guān)系分析出來的，所以尋求建立單位線要素（或參數(shù)）與流域特征之間單位線要素（或參數(shù)）與流域特征之間的因果關(guān)系是符合客觀規(guī)律的。的因果關(guān)系是符合客觀規(guī)律的。n在大流域或河段預(yù)報(bào)中，常借助綜合單在大流域或河段預(yù)報(bào)中，常借助綜合單位線法，解決無實(shí)測水文資料區(qū)間的預(yù)位線法，解決無實(shí)測水文資料區(qū)間的預(yù)報(bào)。報(bào)。 1 1、 影響因素分析影響因素分析n影響單位線的形狀或大小的主要因素有：影響單位線的形狀或大小的主要因素有：(1)(1)降

45、雨特征降雨特征對(duì)大流域主要是暴雨的時(shí)空對(duì)大流域主要是暴雨的時(shí)空分布，對(duì)小流域是降雨強(qiáng)度；分布，對(duì)小流域是降雨強(qiáng)度；(2)(2)流域特征流域特征流域面積、干流平均比降、流域面積、干流平均比降、流域坡面比降、流域平均河長流域坡面比降、流域平均河長L L、流域重心到、流域重心到出口斷面的距離及其平均比降等；出口斷面的距離及其平均比降等；(3)(3)地貌地質(zhì)特征地貌地質(zhì)特征流域的地形、植被、土流域的地形、植被、土壤、水文地質(zhì)條件等這類影響較難定量分析，壤、水文地質(zhì)條件等這類影響較難定量分析，實(shí)際工作中常按這些特征劃分水文區(qū)域，求出實(shí)際工作中常按這些特征劃分水文區(qū)域，求出區(qū)域綜合單位線。區(qū)域綜合單位線。

46、 2 2、單位線要素地區(qū)綜合原則、單位線要素地區(qū)綜合原則n綜合的區(qū)域應(yīng)以流域下墊面情況基本一致的水綜合的區(qū)域應(yīng)以流域下墊面情況基本一致的水文分區(qū)為基礎(chǔ)，分區(qū)的大小應(yīng)權(quán)衡雨洪特征及文分區(qū)為基礎(chǔ)，分區(qū)的大小應(yīng)權(quán)衡雨洪特征及區(qū)內(nèi)水文站網(wǎng)的多少綜合選定，應(yīng)有區(qū)內(nèi)水文站網(wǎng)的多少綜合選定，應(yīng)有1010 1515個(gè)個(gè)水文站及較大的雨洪資料。水文站及較大的雨洪資料。n瞬時(shí)單位線與時(shí)間無關(guān)，可直接用它的參數(shù)瞬時(shí)單位線與時(shí)間無關(guān)，可直接用它的參數(shù)n n，K K與影響因素尋求相關(guān)關(guān)系。在單位線要素綜與影響因素尋求相關(guān)關(guān)系。在單位線要素綜合前，首先應(yīng)消除時(shí)間要素?？刹捎霉潭▎挝缓锨?，首先應(yīng)消除時(shí)間要素?？刹捎霉潭▎挝?/p>

47、時(shí)段與單位線洪峰滯時(shí)之比，與流域特征建立時(shí)段與單位線洪峰滯時(shí)之比，與流域特征建立關(guān)系。關(guān)系。 3 3、 綜合單位線綜合單位線n1) 1) 綜合單位線的經(jīng)驗(yàn)公式綜合單位線的經(jīng)驗(yàn)公式n以單位線三要素以單位線三要素 、 、T T與流域特征建立關(guān)系。與流域特征建立關(guān)系。n2) 2) 綜合單位線形狀的確定綜合單位線形狀的確定n 綜合單位線只能推出單位線的三要素，綜合單位線只能推出單位線的三要素，其過程形狀可利用時(shí)段單位線要素和瞬時(shí)單位其過程形狀可利用時(shí)段單位線要素和瞬時(shí)單位線參數(shù)線參數(shù)n n，K K關(guān)系，把從流域特征推求的單位線關(guān)系，把從流域特征推求的單位線三要素計(jì)算出三要素計(jì)算出n n、K K，就可以

48、利用，就可以利用IUHIUH方程式求方程式求得整個(gè)單位線過程了。得整個(gè)單位線過程了。 pqpT4 4、 綜合瞬時(shí)單位線綜合瞬時(shí)單位線n納希單位線有兩個(gè)參數(shù)納希單位線有兩個(gè)參數(shù)n n、K K，綜合時(shí)可，綜合時(shí)可直接用參數(shù)與流域特征建立相關(guān)關(guān)系，直接用參數(shù)與流域特征建立相關(guān)關(guān)系，如某地區(qū)綜合關(guān)系為：如某地區(qū)綜合關(guān)系為： 135. 0200. 0SA795. 0n523. 0089. 0SA74.12K5 5、區(qū)域規(guī)律綜合討論、區(qū)域規(guī)律綜合討論n實(shí)用效果差實(shí)用效果差n原因原因：（：（1）氣候因素忽略氣候因素忽略 （2）線性假定與實(shí)際匯流情況）線性假定與實(shí)際匯流情況不符不符 （3）屬黑箱模型）屬黑箱模

49、型 （4）與流域下墊面特征值建立）與流域下墊面特征值建立綜合關(guān)系式時(shí)存在誤差綜合關(guān)系式時(shí)存在誤差第第5 5節(jié)節(jié) 等流時(shí)線法等流時(shí)線法 n 等流時(shí)線法著眼于出口斷面某流量是如何組等流時(shí)線法著眼于出口斷面某流量是如何組成。等流時(shí)線就是流域內(nèi)經(jīng)過一定匯流時(shí)間能成。等流時(shí)線就是流域內(nèi)經(jīng)過一定匯流時(shí)間能夠同時(shí)到達(dá)出口斷面的水質(zhì)點(diǎn)在流域所處位置夠同時(shí)到達(dá)出口斷面的水質(zhì)點(diǎn)在流域所處位置的連線。的連線。n相鄰兩等流時(shí)線間的流域面積則構(gòu)成等流時(shí)面相鄰兩等流時(shí)線間的流域面積則構(gòu)成等流時(shí)面積。積。n流時(shí)線法的要點(diǎn)是確定匯流速度流時(shí)線法的要點(diǎn)是確定匯流速度C C，按，按C C沿河網(wǎng)沿河網(wǎng)繪流時(shí)線并求出時(shí)間繪流時(shí)線并求

50、出時(shí)間 面積曲線。面積曲線。C C可根據(jù)流域可根據(jù)流域上水文站的實(shí)測資料求得。上水文站的實(shí)測資料求得。n有了有了C C，取時(shí)段長，取時(shí)段長 t t，令等流時(shí)線間距，令等流時(shí)線間距= = t t，則，則兩條等流時(shí)線間距兩條等流時(shí)線間距 L=L=C C。據(jù)此，可得時(shí)間。據(jù)此，可得時(shí)間 面積面積曲線曲線 A=f(A=f( ) )。 流量計(jì)算式為流量計(jì)算式為 i=1i=1、2 2、3 3、.n.n，為以，為以 L L劃分河網(wǎng)的等流時(shí)線劃分河網(wǎng)的等流時(shí)線時(shí)段數(shù)，從河口向上計(jì)算。時(shí)段數(shù)，從河口向上計(jì)算。采用等流時(shí)線法計(jì)算的匯流過程往往存在的系統(tǒng)采用等流時(shí)線法計(jì)算的匯流過程往往存在的系統(tǒng)偏差，這是由于沒有考

51、慮流域河槽調(diào)蓄作用?？善睿@是由于沒有考慮流域河槽調(diào)蓄作用。可以增加一個(gè)線性水庫，另外還有其它的改進(jìn)方法。以增加一個(gè)線性水庫，另外還有其它的改進(jìn)方法。 n1ii1it , dttArQPg. 121討討 論論n等流時(shí)線法與單位線法的區(qū)別等流時(shí)線法與單位線法的區(qū)別n等流時(shí)線法的前提等流時(shí)線法的前提（1 1）流域各處流速不隨）流域各處流速不隨t t變化變化（2 2）時(shí)段內(nèi)小單元上）時(shí)段內(nèi)小單元上P-RP-R經(jīng)匯流歷時(shí)經(jīng)匯流歷時(shí) 后，同后，同時(shí)到達(dá)出口斷面，波形到出口斷面無坦化變形時(shí)到達(dá)出口斷面，波形到出口斷面無坦化變形n優(yōu)點(diǎn)：屬概念性模型的范圍，能考慮降雨的時(shí)優(yōu)點(diǎn)：屬概念性模型的范圍，能考慮降雨

52、的時(shí)空變化空變化n缺點(diǎn)：沒有考慮流域調(diào)蓄作用缺點(diǎn)：沒有考慮流域調(diào)蓄作用克拉克法 n克拉克法認(rèn)為天然河道對(duì)洪水有推移和坦化兩克拉克法認(rèn)為天然河道對(duì)洪水有推移和坦化兩種影響（作用）。前者是洪水波向前推移而形種影響（作用）。前者是洪水波向前推移而形狀不變，后者則反映洪峰展平和延長，而這兩狀不變，后者則反映洪峰展平和延長，而這兩種影響可分別處理，即用面積種影響可分別處理，即用面積流時(shí)曲線來代流時(shí)曲線來代表流域的推移影響，用馬司京根法演算來考慮表流域的推移影響，用馬司京根法演算來考慮水庫式的調(diào)蓄影響，改正為流域瞬時(shí)單位線。水庫式的調(diào)蓄影響，改正為流域瞬時(shí)單位線。n克拉克法證實(shí)了單位線觀念和洪水演算觀念的

53、克拉克法證實(shí)了單位線觀念和洪水演算觀念的關(guān)系，并且把流域形狀和單位線形狀合理的結(jié)關(guān)系，并且把流域形狀和單位線形狀合理的結(jié)合起來。合起來。 IQtcfttEmt雨止時(shí)間基流圖 C 。O 。克拉克確定tm示意圖5-34Pg. 122n克拉克法水庫式調(diào)蓄影響，是用克拉克法水庫式調(diào)蓄影響，是用x=0 x=0的馬司京根的馬司京根法來演算面積法來演算面積- -流時(shí)曲線各個(gè)部分，其蓄量參數(shù)流時(shí)曲線各個(gè)部分，其蓄量參數(shù)K K則是出流過程線第一反曲點(diǎn)處的流量除以該點(diǎn)小則是出流過程線第一反曲點(diǎn)處的流量除以該點(diǎn)小時(shí)流量變率：時(shí)流量變率： dtdQQK/演算公式為：演算公式為： 121022QCICQtKtCC5 .

54、 05 . 010tKtKC5 . 05 . 02n基本思想：流域調(diào)蓄作用基本思想：流域調(diào)蓄作用n調(diào)蓄作用：調(diào)蓄作用：nClarkClark方法：方法：（1 1）獲得等流時(shí)曲線）獲得等流時(shí)曲線（2 2）求線性水庫參數(shù)）求線性水庫參數(shù)n評(píng)價(jià)：評(píng)價(jià)：（1 1）優(yōu)點(diǎn)：同時(shí)考慮了平移和調(diào)蓄作用）優(yōu)點(diǎn)：同時(shí)考慮了平移和調(diào)蓄作用（2 2）缺點(diǎn)：未考慮不同塊單元面積調(diào)節(jié)作用）缺點(diǎn)：未考慮不同塊單元面積調(diào)節(jié)作用的差異的差異平移平移坦化變形坦化變形平移線性水庫RdQd（串并聯(lián)）（串并聯(lián)）（分階段匯流）（分階段匯流）第第6 6節(jié)節(jié) 地下徑流匯流計(jì)算地下徑流匯流計(jì)算 n水文上實(shí)用的方法是從地下水水量平衡水文上實(shí)用的

55、方法是從地下水水量平衡出發(fā)建立的線性水庫演算法。由于地下出發(fā)建立的線性水庫演算法。由于地下水的水面比降平緩，可以認(rèn)為漲落蓄泄水的水面比降平緩，可以認(rèn)為漲落蓄泄關(guān)系一致，則可將線性水庫的演算方法關(guān)系一致，則可將線性水庫的演算方法應(yīng)用于地下水蓄泄全過程。水量平衡與應(yīng)用于地下水蓄泄全過程。水量平衡與蓄泄關(guān)系為蓄泄關(guān)系為 dtdWEQIKQW 基于上面兩式的地下水匯流計(jì)算有馬斯京根法：基于上面兩式的地下水匯流計(jì)算有馬斯京根法：x=0 x=0，演算系數(shù)如下演算系數(shù)如下 和出流系數(shù)法：和出流系數(shù)法： 式中，地下水出流式中，地下水出流Q Q為時(shí)段均值，地下水蓄量為時(shí)段均值，地下水蓄量W W為時(shí)段為時(shí)段初值，

56、初值， 為時(shí)段出流系數(shù)，為時(shí)段出流系數(shù)， =1- =1- ， 為消退系數(shù)，為消退系數(shù)，可以根據(jù)實(shí)測的退水流量資料求得?？梢愿鶕?jù)實(shí)測的退水流量資料求得。 ) t5 . 0K/(t5 . 0CC10) t5 . 0K/() t5 . 0K(C2pWKQ pKrKpKrKPg. 125C0( )C0=0.01C0=0.005+第第7 7節(jié)節(jié) 滯后演算法滯后演算法 n在流域水文模型（如新安江模型）中，把流域匯流分在流域水文模型（如新安江模型）中，把流域匯流分為坡地與河網(wǎng)匯流，前者用線性水庫，后者采用滯后為坡地與河網(wǎng)匯流，前者用線性水庫，后者采用滯后演算法，其水量平衡與槽蓄方程為演算法，其水量平衡與槽蓄

57、方程為 可以推導(dǎo)出：可以推導(dǎo)出： 式中式中 為滯后時(shí)間參數(shù)，為滯后時(shí)間參數(shù)， 是無因次參數(shù)。是無因次參數(shù)。 dtdWQ)t ( IKQW 2) tt ( I)t ( I)C1 () tt (QC) t (QsssC第第8 8節(jié)節(jié) 流域匯流預(yù)報(bào)的概念流域匯流預(yù)報(bào)的概念 n坡地匯流和河網(wǎng)匯流的不同特點(diǎn)坡地匯流和河網(wǎng)匯流的不同特點(diǎn)：流態(tài)不同，蒸發(fā)和下滲的影響不同，匯流速度有快慢，流態(tài)不同，蒸發(fā)和下滲的影響不同，匯流速度有快慢，調(diào)蓄作用有大小，坦化程度有強(qiáng)弱，非線性程度有差調(diào)蓄作用有大小，坦化程度有強(qiáng)弱，非線性程度有差別，故兩者分析的方法有不同。別，故兩者分析的方法有不同。都可用圣都可用圣維南方程組來

58、描述。只是在坡地匯流維南方程組來描述。只是在坡地匯流中，由于不能忽略單位坡面的旁側(cè)入流率，故求解更中，由于不能忽略單位坡面的旁側(cè)入流率，故求解更為困難。為困難。水文預(yù)報(bào)所需要的是由降雨所產(chǎn)生的出口斷面的水文預(yù)報(bào)所需要的是由降雨所產(chǎn)生的出口斷面的出流過程，并不強(qiáng)求掌握水流在流域空間上隨時(shí)程變出流過程，并不強(qiáng)求掌握水流在流域空間上隨時(shí)程變化發(fā)展的全部過程。流域匯流預(yù)報(bào)主要是研究流域洪化發(fā)展的全部過程。流域匯流預(yù)報(bào)主要是研究流域洪水波的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。水波的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 n流域上洪水波的基本特點(diǎn)：流域上洪水波的基本特點(diǎn)：波流量的補(bǔ)給來自流域面，波流量的補(bǔ)給來自流域面，是面源補(bǔ)給，它的生成與運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生。在運(yùn)

59、動(dòng)中沿程是面源補(bǔ)給，它的生成與運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生。在運(yùn)動(dòng)中沿程流量不斷增大，同時(shí)又發(fā)生坦化變形。流量不斷增大，同時(shí)又發(fā)生坦化變形。 n水流在向出口斷面匯流過程中具有的主要特點(diǎn)水流在向出口斷面匯流過程中具有的主要特點(diǎn)：n1 1） 各產(chǎn)流點(diǎn)的水體向河網(wǎng)的補(bǔ)給是不同步和不均勻的；各產(chǎn)流點(diǎn)的水體向河網(wǎng)的補(bǔ)給是不同步和不均勻的；n2 2） 各點(diǎn)水體離出口斷面有遠(yuǎn)近之分，其到出口斷面的各點(diǎn)水體離出口斷面有遠(yuǎn)近之分，其到出口斷面的傳播時(shí)間不同；傳播時(shí)間不同；n3 3） 各點(diǎn)水流沿程匯流中所受的河網(wǎng)調(diào)蓄作用不同；各點(diǎn)水流沿程匯流中所受的河網(wǎng)調(diào)蓄作用不同；n4 4） 流域匯流是高阻尼系統(tǒng)，具有高度衰減性。流域匯流是高

60、阻尼系統(tǒng)，具有高度衰減性。流域匯流預(yù)報(bào)常采用水文學(xué)的途徑來模擬，直接求流域匯流預(yù)報(bào)常采用水文學(xué)的途徑來模擬，直接求得出口斷面的流域匯流曲線。得出口斷面的流域匯流曲線。流域匯流的系統(tǒng)概念和分析方法流域匯流的系統(tǒng)概念和分析方法 n近年來系統(tǒng)分析技術(shù)的發(fā)展，在水文學(xué)中形成了一個(gè)新學(xué)科近年來系統(tǒng)分析技術(shù)的發(fā)展，在水文學(xué)中形成了一個(gè)新學(xué)科系統(tǒng)水文學(xué)系統(tǒng)水文學(xué)。n在研究流域匯流時(shí)，常概化為在研究流域匯流時(shí)，常概化為一維線性時(shí)不變集總系統(tǒng)一維線性時(shí)不變集總系統(tǒng)假定它假定它的參數(shù)不隨時(shí)間變化，降雨、產(chǎn)流的空間分布均勻，滿足倍比與的參數(shù)不隨時(shí)間變化，降雨、產(chǎn)流的空間分布均勻，滿足倍比與迭加的原則，把凈雨量過程做