第3章-01-02-流域匯流

第3章流域匯流計算流域上各點的凈雨，經(jīng)過坡面匯入河網(wǎng)，再由河網(wǎng)流達出口斷面，總稱匯流。從坡面和土壤表層匯入河網(wǎng)的，稱為坡面匯流，其歷時較短，一般只有幾十分鐘至幾小時；經(jīng)由地下途徑注入河網(wǎng)的，稱為地下匯流，歷時可長達幾天或幾十天。流域匯流計算坡面匯流河網(wǎng)匯流流域匯流過程流域出口地面徑流壤中流地下徑流快速壤中流慢速壤中流直接徑流(地面徑流)地下徑流匯流計算河網(wǎng)匯流計算坡地匯流計算地面徑流匯流計算地下徑流匯流計算單位線法瞬時單位線地貌單位線等流時線線性水庫法§1等流時線法

1.等流時線法的基本概念匯流時間：凈雨從流域上某點流至出口斷面所經(jīng)歷的時間，用τ來表示。

流域最大匯流時間：從流域最遠點流至出口斷面所經(jīng)歷的時間，或稱流域匯流時間，用τm表示。一、等流時線法

等流時線是在流域上勾繪的一組等值線，每條等值線上各點的水質(zhì)點，將同時到達出流斷面。兩條等流時線間的面積稱為等流時面積，按順序用f１、f２、f３…

表示，匯流時間分別等于t1＝Δt、t2＝2Δt、t3＝3Δt

…?！?等流時線法Δtf1f2f3f4f5某流域等流時線2Δt5Δt4Δt3Δt流域匯流計算8圖中虛線1、2、3、4為等流時線出流斷面在第i時段出流量是由第一塊面積f１上的本時段凈雨，第二塊面積f２上一時段凈雨……等所合成的:式中，ri－第i時段地面凈雨強度。流域出口斷面流量的計算流域匯流計算Δtf1f2f3f4f5某流域等流時線2Δt5Δt4Δt3Δt流域匯流計算流域匯流計算流域出口斷面流量的計算系數(shù)推導(dǎo)→公式：時序(△t=3h)地面凈雨rs(mm)等流時面積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時序(△t=3h)地面凈雨rs(mm)等流時面積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】

等流時線法將流域內(nèi)降雨的空間分布和流域形態(tài)同流域出口斷面流量組成聯(lián)系起來，有利于對降雨空間分布不均的處理。運用等流時線的匯流原理，可由設(shè)計凈雨推求設(shè)計洪水過程線?！?等流時線法但在實際情況下，推求出的洪水過程線與實際情況有較大出入?！?等流時線法按照等流時線的假定，同一等流時線上水量同時到達出流斷面，但由于各干、支流之間的干擾，漫灘影響，斷面流速分布不均等原因，使這種假定不符合實際，而是高速質(zhì)點先到，低速質(zhì)點后到，又按假定，各等流時面積之間沒有水流交換，只有先后次序之別，實際上是快速和慢速質(zhì)質(zhì)點互相混雜，嚴(yán)格的面積出流次序是沒有的。這就是等流時線未考慮河槽的調(diào)蓄問題。因此，等流時線方法只宜用于小流域，因為河槽調(diào)蓄作用小。

【問題】二、單位線法（1）基本概念

單位線是流域上單位時段內(nèi)均勻分布的單位凈雨所形成的流域出口斷面流量過程線q～t?！?單位線法單位線：單位時段內(nèi)、分布均勻的單位地面凈雨，在流域出口斷面形成的地面徑流過程。

根據(jù)單位線定義有

式中，q

－單位線縱高，m3／s；

Ｆ－流域面積，km2;

Δt－時段，h。流域匯流計算T(6h)

q(m3/s)某河某站６h單位線（F＝３４１km2）流域匯流計算某河某站６h單位線（F＝３４１km2）流域匯流計算單位線使用時的兩個假定:

疊加假定：如凈雨歷時是m個時段，則各時段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段凈雨量所形成的流量之和。流域匯流計算

倍比假定：如單位時段凈雨量是n個單位，則所形成過程線的流量為單位線流量的n倍，其歷時仍與單位線的歷時相同。根據(jù)單位線的定義，只要流域上凈雨分布均勻，不論強度如何變化，均可用單位線推求地面徑流過程線。（2）單位線應(yīng)用流域匯流計算單位線推流——①分別求各時段的徑流時段1時段2時段3單位線4.5流域匯流計算++=單位線推流——②各時段徑流求和時段1時段2時段3單位線總徑流推求單位線必須根據(jù)出流斷面實測流量過程線來分析。由于地面徑流與地下徑流匯流特性不同，應(yīng)分離后分別分析各自的單位線。（3）分析推求單位線流域匯流計算時空分布均勻單峰洪水降雨歷時較短選擇凈雨過程h(t)地面徑流過程Q(t)q(t)推求流域上如恰有一個時段地表凈雨所形成的流量過程線，只要將地面徑流過程線縱標(biāo)值，除以凈雨量的單位數(shù)就可得出單位線。實際水文資料中，需要從多時段凈雨的洪水資料分析出單位線。常用的方法有分析法與試錯法。流域匯流計算（3）分析推求單位線

分析法的原理是的遞推求解。已知地面徑流過程Q1,Q2,Q3…，時段凈雨h1,h2,h3…，則：流域匯流計算【例】單位線推求（F=8080km2）4.5流域匯流計算（3）分析推求單位線—分析法分析法的缺點在于誤差傳，使分析的單位線值有時偏大，有時偏小而呈鋸齒形，必須加以修勻。修勻得到的單位線的徑流量也應(yīng)為１0mm。流域匯流計算分析法只適用于二、三個時段凈雨。T(6h)

q(m3/s)單位線修勻流域匯流計算

三個時段以上的凈雨可采用試算法。試算法是假定一條單位線。計算出流量過程，再與實測過程比較，如不相符，改正單位線后再試，直到兩者相符。流域匯流計算試算法比較麻煩，宜在計算機上實行。

4、單位線的時段轉(zhuǎn)換

實際采用的降雨時段如果與現(xiàn)有單位線的時段不同，就需將單位線的時段加以轉(zhuǎn)換。

q(m3/s)t(h)3小時單位線6小時單位線9小時單位線流域匯流計算假定時段單位凈雨連續(xù)不斷，則流域出口斷面的流量過程線稱為S曲線。用單位線連續(xù)推流即可求得Ｓ曲線。流域匯流計算+++=P91流域匯流計算t(h)

W(km2)S曲線101010101010101010101010101010h

Ｓ曲線就是單位線的累積曲線，可由單位線縱標(biāo)值逐時段累加而得

反之，單位線縱標(biāo)值可由Ｓ曲線錯開Δt

相減得出流域匯流計算

S(m3/s)t(h)不同時段S曲線6小時S曲線3小時S曲線9小時S曲線流域匯流計算時段越長,S曲線越低.Why？不同時段凈雨均為10mm，時間越長，凈雨強度越小，在相同時間長度中累積降雨越少.不同時段單位線的S曲線滿足：可以推得因為流域匯流計算S曲線與時段長成反比

例:已知某流域６h單位線（第１、２欄），要求轉(zhuǎn)換為３h和９h單位線。先求得６h單位線的累積曲線Ｓ（t）見表第（３）欄。再根據(jù)公式求得３h單位線（第5欄）和９h單位線（第７欄）?！纠繂挝痪€存在的問題及處理方法單位線基本反映了流域各因素對匯流的影響，如匯流速度、河網(wǎng)調(diào)節(jié)等作用，但還沒有很好地反映凈雨強度和暴雨中心位置不同的影響一般雨強大，洪水大，匯流速度快，由此類洪水分析得出的時段單位線洪峰較高，峰現(xiàn)時間較早；反之，時段單位線的洪峰較低，峰現(xiàn)時間滯后。

可以針對不同量級的洪水采用不同的單位線。暴雨中心位置不同的影響與處理方法如圖，暴雨中心位置不同其單位線將不同，雨心在上游，凈雨向出口的匯流中，與雨心在下游相比，匯流時間較長，受到河槽的調(diào)節(jié)作用更大，所以，單位線峰相對較低、峰現(xiàn)時間較晚。

應(yīng)分析不同雨心位置的單位線，預(yù)報或設(shè)計時，根據(jù)雨心位置選相應(yīng)的單位線。分析表明，地下水的貯水結(jié)構(gòu)可視為一個線性水庫，即地下水庫的蓄量W

與其出流量Qg

的關(guān)系為線性函數(shù),下滲的凈雨量為入流量，經(jīng)地下水庫出流量就是流域出口斷面的地下徑流出流量。

1、計算方法及原理§3地下徑流匯流計算地下水庫蓄泄方程與地下水庫的水量平衡方程：

式中，Ig—地下水庫的入流量；

WgQg—地下水庫的蓄水量與出流量；

Kg—地下水庫的蓄泄系數(shù)?！?地下徑流匯流計算寫成有限差形式：解得：

逐時段計算可求出地下徑流的出流過程?！?地下徑流匯流計算其中，hg—時段內(nèi)地下凈雨量，mm；

F—流域面積，km2；

Δt—時段長度，h

Kg—地下水庫的蓄泄系數(shù)§3地下徑流匯流計算

【例】某流域集水面積F＝5290km2，由多次退水過程分析得Kg

=228h。1985年4月該流域發(fā)生一場洪水，起漲流量50m3/s，計算時段Δt=6h。該次暴雨產(chǎn)生的地下凈雨過程Rg如表。計算該次洪水地下徑流的出流過程。

流域匯流計算將F＝5290km2，Kg=228h，Δt=6h

代入式得:即：流域匯流計算月日時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…

……

某流域地下徑流過程計算

計算公式：