工程水文學流域產(chǎn)匯流計算

工程水文學流域產(chǎn)匯流計算第1頁/共48頁第一節(jié)降雨徑流要素計算一、次洪徑流量計算一次洪水流量過程地面徑流表層流徑流地下徑流前期洪水未退完的部分水量非本次降雨補給的深層地下徑流本次洪水形成割除@COPYRIGHT揚大陳平第2頁/共48頁AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F深層地下徑流（基流）前期洪水未退完的部分本次降雨形成的徑流過程@COPYRIGHT揚大陳平第3頁/共48頁AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)深層地下徑流（基流）前期洪水未退完的部分本次降雨形成的徑流過程FC’D’C′D′D的面積與AEF大約相等，ABCDFA≈ABCC′D′FEA1、次洪徑流量的計算

黃色的面積（ABCDFA）：@COPYRIGHT揚大陳平第4頁/共48頁2、水源的劃分——斜線分割法地面徑流壤中流地下徑流直接徑流本次洪水的徑流過程

上面從洪水過程中割除了基流和前期洪水的退水部分，得到本次洪水的徑流過程。（1）退水天數(shù)分割@COPYRIGHT揚大陳平第5頁/共48頁Bt(h)Q(m3/s)本次降雨形成的徑流過程直接徑流地下徑流N天深層地下徑流（基流）ACD0@COPYRIGHT揚大陳平第6頁/共48頁（2）退水曲線分割t(h)Q(m3/s)01）流域退水曲線的制作取眾多退水曲線的下包線采用透明坐標紙@COPYRIGHT揚大陳平第7頁/共48頁Bt(h)Q(m3/s)本次降雨形成的徑流過程直接徑流地下徑流深層地下徑流（基流）ACD0@COPYRIGHT揚大陳平第8頁/共48頁二、前期影響雨量（Pa）1、定義：降雨開始時，流域土壤的干濕程度（即土壤的含水量大?。?，即前期影響雨量Pa。

3、作用：是影響降雨形成徑流過程的一個主要因素。降雨開始前，土壤中的水份越多，下滲進土壤中的水分就少，產(chǎn)流量就越大。

2、表示：前期影響雨量（Pa），單位：mm。土壤包氣帶土壤孔隙含水Pa@COPYRIGHT揚大陳平第9頁/共48頁4、前期影響雨量Pa的計算（2）如果第t日內(nèi)有降雨Pt，但未產(chǎn)流，則：（3）如果第t日內(nèi)有降雨Pt并產(chǎn)生徑流Rt，則：注意：Pa≤Im，若計算出Pa>Im，則取Pa=Im。（1）如果第t日內(nèi)無降雨，則：

K——土壤含水量消退系數(shù)@COPYRIGHT揚大陳平第10頁/共48頁（1）流域最大蓄水量Im——流域蓄水容量濕潤地區(qū)：Im=80~120mm。

5、流域最大蓄水量Im和消退系數(shù)K（2）起始Pa值確定連續(xù)多日無雨時，Pa=0;連續(xù)多日大雨后，Pa=Im@COPYRIGHT揚大陳平第11頁/共48頁（2）消退系數(shù)K故又

求得：一般與氣象條件有密切關系。假定t日E與Pa成直線關系，如圖。EPa0ImPa,tEtEm（3）Pa計算示意@COPYRIGHT揚大陳平第12頁/共48頁K6=1-5.6/100=0.944Pa=0.944*(100+14.7)=108.3>WM(100)Pa=0.944*100=94.4K7=1-6.8/100=0.932Pa=0.932*89.1=83.0Pa=0.932*83.0=77.4Pa=0.932*(77.4+20.2=90.9@COPYRIGHT揚大陳平第13頁/共48頁第二節(jié)產(chǎn)流計算一、產(chǎn)流模型1、蓄滿產(chǎn)流：濕潤地區(qū)，雨量充沛，地下水位較高，植被較好，包氣帶較薄，土壤缺水很容易被一次降水所充滿，多余降水產(chǎn)生徑流的產(chǎn)流模式。土壤包氣帶PaIm前期影響雨量缺水量數(shù)學模型：R=P-（Im-Pa）@COPYRIGHT揚大陳平第14頁/共48頁

在干旱半干旱地區(qū)，地下水埋藏很深，流域的包氣帶很厚，缺水量大。不可能蓄滿。

2、超滲產(chǎn)流：只有當降雨強度大于下滲強度時才產(chǎn)生地面徑流，這種產(chǎn)流方式稱為超滲產(chǎn)流。產(chǎn)流情況：當

當

當@COPYRIGHT揚大陳平第15頁/共48頁初滲階段，降雨全部損失，不產(chǎn)流。i0<f,i0

初損。不穩(wěn)定下滲階段，i>f，產(chǎn)流Ri<f，下滲損失穩(wěn)定下滲階段，i<f，后損R時段降雨強度i第16頁/共48頁二、降雨徑流相關圖

流域的面平均雨量P

相應產(chǎn)生的徑流量R

降雨前的前期影響雨量Pa建立相關圖每場降雨過程，都可求得：幾十場歷史降雨過程，都可求得幾十個（P，R，Pa）@COPYRIGHT揚大陳平第17頁/共48頁1、簡易降雨徑流相關圖（P+Pa～R關系）Im@COPYRIGHT揚大陳平第18頁/共48頁降雨相關圖的規(guī)律：1）P相同，Pa越大，損失越??；R越大，故Pa等值線的數(shù)值自左向右增大。2、降雨徑流相關圖（P～Pa～R三參數(shù)相關）2）Pa相同時，P越大，損失相對于P越小，徑流系數(shù)越大，P～R線的坡度隨P的增大而減緩，但不應小于45°。Pa增大

在我國濕潤和半濕潤地區(qū)最常用的是P～Pa～R

相關圖第19頁/共48頁兩時段降雨：P1=49mmP2=81mm降雨開始時：Pa=60mm由P1=49mm,查得R1=20.0mm。（49mm)由P1+P2=130mm,查得R1+R2=80.0mm。(130mm)則第二時段凈雨為R2=80-20=60mm3、降雨徑流相關圖的查用R1R2@COPYRIGHT揚大陳平第20頁/共48頁查圖方法：同一場暴雨要累加著查，查出的值累減。降雨開始時：Pa=60mm兩時段降雨：P1=49mmP2=81mm109180R1R2PaP1P2@COPYRIGHT揚大陳平第21頁/共48頁

采用流域穩(wěn)定下滲率fc劃分：

fc以上形成地面徑流，fc以下形成地下徑流。三、徑流（凈雨）的劃分

采用P~R相關圖求的是總徑流R，包括地面徑流RS和地下徑流Rg，需要劃分開，以便分別進行匯流計算。@COPYRIGHT揚大陳平第22頁/共48頁若：否則，

時

段

6：00-10：00

10：00-14：0014：00-18：0018：00-22：00降

雨（mm）835248凈

雨（mm）328206地下徑流（凈雨）Rg（mm）3444地面徑流（凈雨）Rs（mm）024162

例如：流域fc=1mm/h，已知降雨過程如下表，Pa=34mm，求凈雨過程，并進行凈雨分割。

@COPYRIGHT揚大陳平第23頁/共48頁第三節(jié)流域匯流計算方法之一——等流時線法

降落在流域上的雨水，從流域各處向流域出口斷面匯集的過程，稱為流域匯流。流域匯流坡面匯流河網(wǎng)匯流地面徑流壤中流地下徑流直接徑流匯流（地面徑流）@COPYRIGHT揚大陳平第24頁/共48頁一、幾個概念

1、匯流時間τ：流域各點的地面凈雨流達出口斷面所經(jīng)歷的時間。

2、流域最大匯流時間流域上最遠點的凈雨流到出口的歷時。

3、等流時線：流域上匯流時間相等點的連線。

4、等流時面積f：相鄰兩條等流時線之間的面積。

第25頁/共48頁二、等流時線法匯流計算

1、一個時段凈雨

第26頁/共48頁2、兩個時段凈雨

第27頁/共48頁3、三個時段凈雨

第28頁/共48頁4、具體計算方法見下表：時間凈雨出流出流出流。。。出口處地面徑流過程Q

1

。。。2

。。。3。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

@COPYRIGHT揚大陳平第29頁/共48頁時間地面凈雨（mm）等流面積（km2）部分徑流（m3/s）總徑流（m3/s）=5=8=1085500118102.302.3141054.63.708.3172.37.44.614.32003.79.212.904.64.600等流時線法匯流計算算例：第30頁/共48頁三、凈雨歷時與流域匯流時間對Q（t）（1）當>時，全部流域面積與部分凈雨造峰。

（2）當=時，全部流域面上的全部凈雨造峰。

（3）當<時，部分面積上的全部凈雨造峰。

四、等流時線法缺點

（1）降雨分布不均勻問題未考慮；

（2）流速變化問題；

（3）河槽調(diào)蓄問題。@COPYRIGHT揚大陳平第31頁/共48頁第四節(jié)流域匯流計算方法之二——單位線法一、基本概念1932年美國，謝爾曼提出。

1、單位線（UH,unithydrology）：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

地面徑流過程線。單位凈雨深：10mm時間h10mm流量m3/s△t2、表示q~t圖表@COPYRIGHT揚大陳平第32頁/共48頁時段（3小時）12345678總計q(m3/s)01225181384080單位線表格表示：

檢驗：二、單位線的基本假定1、倍比假定：如果單位時段內(nèi)，凈雨不是一個單位而是n個單位，則形成的流量過程是單位線的n倍。

@COPYRIGHT揚大陳平第33頁/共48頁時間h10mm流量m3/s△t時間h19.7mm流量m3/s△tQmQmQm×19.7/10Q×19.7/10Qk@COPYRIGHT揚大陳平第34頁/共48頁2、疊加假定：如果凈雨不是一個時段，而是m個時段,

則形成的流量過程是m個時段凈雨形成的部分流

量過程錯開時段疊加。

時間h10mm流量m3/s△tQm10mm時間h流量m3/s△tQm△t△t@COPYRIGHT揚大陳平第35頁/共48頁上述假定就是把流域視為線性匯流系統(tǒng)。三、單位線的應用時間h流量m3/sQ1Q2Q3Q1+Q2+Q20000第36頁/共48頁

時段單位線（m3/s）Rs（mm）部分徑流（m3/s）總地面徑流（m3/s）=5=10=81050

0281040

43208108018412

6206.432.456

312163162

169.616.670

024.86.8

01.61.6

00列表計算非常簡單：倍比假定疊加假定第37頁/共48頁四、單位線存在的問題及處理方法

1、洪水大小的影響大洪水，流速大，匯流較快，單位線尖瘦，峰高且峰現(xiàn)時間早。小洪水則相反。

注意點：（1）單位線時段長必須與凈雨時段長一致。

如果不一致，要對單位線進行時段轉(zhuǎn)換。單線時段轉(zhuǎn)換方法見書本，不作介紹。

處理方法：

制作大小不同洪水的單位線，供選用。

@COPYRIGHT揚大陳平第38頁/共48頁2、暴雨中心位置的影響

單位線假定降雨在流域內(nèi)分布均勻。實際上降雨分布是不均勻的。暴雨中心在上游的洪水，匯流路徑長，受流域調(diào)蓄作用也大，洪水過程較平緩，單位線也平緩，峰低且峰現(xiàn)時間偏后。若暴雨中心在下游則相反。處理方法：制作不同暴雨中心洪水的單位線，供選用。@COPYRIGHT揚大陳平第39頁/共48頁第五節(jié)洪水過程線計算地面凈雨Rs（t）凈雨過程R（t）暴雨P（t）地下凈雨Rg（t）

地面徑流Qs（t）地下徑流Qg（t）洪水過程Q（t）P~R相關圖凈雨分割等流時線法或單位線法簡化三角形法相加下面介紹@COPYRIGHT揚大陳平第40頁/共48頁一、地下徑流過程計算方法：簡化三角形法@COPYRIGHT揚大陳平第41頁/共48頁（1）求W下

（三角形面積）（3）取

（2）地下凈雨量

（4）求得：

從而得到：

@COPYRIGHT揚大陳平第42頁/共48頁二、洪水過程不是簡單的加，如何加？時段（4h）1234降雨（mm）8361610凈雨（mm）332148例如：某流域，fc=1mm/h。某次降雨的Pa=65mm。

該次降雨過程見下表，求該次降雨形成的洪水過程。Rg（t）（mm）3444Rs（t）（mm）028104@COPY