工程水文學(xué)第四章(1)

1、第四章流域產(chǎn)匯流分析整理ppt第二章對(duì)徑流的形成過(guò)程作了定性的描述，本章從定量的角度闡述降雨形成徑流的原理和計(jì)算方法，它是以后學(xué)習(xí)由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水、降雨徑流預(yù)報(bào)等內(nèi)容的基礎(chǔ)。降雨P(guān)(t)蒸發(fā)E(t)產(chǎn)流計(jì)算凈雨R(t)匯流計(jì)算流域出口斷面徑流過(guò)程Q(t)數(shù)量上相等整理ppt第一節(jié) 概述一. 流域產(chǎn)匯流計(jì)算基本內(nèi)容 由流域降雨推求流域出口的河川徑流，大體上分為兩個(gè)步驟： 產(chǎn)流計(jì)算：降雨扣除截留、填洼、下滲、蒸發(fā)等損失之后，轉(zhuǎn)化為凈雨的計(jì)算稱為產(chǎn)流計(jì)算。 匯流計(jì)算：凈雨沿著匯入地面和地下河網(wǎng)，并經(jīng)河網(wǎng)匯流形成流域出口的徑流過(guò)程的計(jì)算稱之為匯流計(jì)算。整理ppt二. 流域產(chǎn)匯流計(jì)算基本流程和思路

2、 產(chǎn)流與匯流之間的聯(lián)系可簡(jiǎn)明地表示成圖4.1所示的流程圖。 圖4.1基本思路:先從實(shí)際降雨徑流資料出發(fā)，分析產(chǎn)流或匯流的規(guī)律；然后，用于設(shè)計(jì)條件時(shí)，則可由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，用于預(yù)報(bào)時(shí)，則由實(shí)際暴雨預(yù)報(bào)洪水。 整理ppt第二節(jié) 降雨徑流要素計(jì)算一、流域降雨分析（一）單站降雨特性分析（點(diǎn)降雨特性） 點(diǎn)降水量（point rainfall） 由于雨量觀測(cè)站觀測(cè)到的降雨量?jī)H代表其周?chē)?小范圍內(nèi)的降水量，故稱為點(diǎn)降水量。 整理ppt 點(diǎn)降雨量用以下幾個(gè)特征值描述： 降雨量（Rainfall volume ）為一定時(shí)段內(nèi)降落到地面上的總雨(mm=mm3/mm2)； 降雨歷時(shí)（Rainfall volu

3、me）一次降雨所經(jīng)歷的時(shí)間(day或h)； 降雨強(qiáng)度（Rainfall intensity)為單位時(shí)間內(nèi)的降雨量(mm/min或mm/h)；整理ppt 降雨面積（(Rainfall area)指降雨籠罩的水平面上的面積，其反映雨區(qū)的大??； 降雨中心（Rainfall center)指降雨面積上降雨量最為集中且范圍較小的局部地(區(qū))點(diǎn)。整理ppt降雨量在時(shí)間上的變化特性的圖形表示 降雨強(qiáng)度過(guò)程線（Rainfall process）表示降雨強(qiáng)度隨時(shí)間的變化過(guò)程，表示方法如下： 降雨強(qiáng)度過(guò)程線（降雨量過(guò)程線） 注：其縱坐標(biāo)（左）為時(shí)段內(nèi)降雨量（實(shí)際為降雨強(qiáng)度）， 橫坐標(biāo)為時(shí)序，通常以直方圖或曲線表示

4、。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t（h）整理ppt累積降雨過(guò)程線(Accumulation rainfall mass curve)注：其橫坐標(biāo)為時(shí)序；縱坐標(biāo)為降雨開(kāi)始到各時(shí)刻的降雨量的累積值。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t（h）整理ppt 降水強(qiáng)度歷時(shí)曲線：(Rainfall intensity-duration curve)說(shuō)明： 根據(jù)一場(chǎng)降雨過(guò)程的記錄統(tǒng)計(jì)其不 同歷時(shí)內(nèi)最大平均 降雨強(qiáng)度，以其為 縱坐標(biāo)，以歷時(shí)為 橫坐標(biāo)，由大至小繪成的變化曲線。它的變化規(guī)律是雨強(qiáng)與歷時(shí)長(zhǎng)短成反比。時(shí)間（h）降雨強(qiáng)度過(guò)程

5、線整理ppt（二）流域降雨量的計(jì)算面平均降水量 (Areal mean Rainfall)實(shí)際生產(chǎn)上水文工作多以流域作為研究對(duì)象，面降雨量多指流域平均雨量 ，通常稱為面平均雨量。一般由已知的各點(diǎn)雨量來(lái)推求面雨量。由點(diǎn)雨量估算面雨量的常用方法： 整理ppt流域平均雨量計(jì)算：1. 算術(shù)平均法條件：流域內(nèi)雨量站分布較均勻、地形起伏變化不大。整理ppt2. 垂直平分法（泰森多邊形法）條件：流域雨量站分布不太均勻，為了更好地反映各站在計(jì)算流域平均雨量中的作用。假設(shè)：流域各處的雨量可由與其距離最近的雨量站代表。整理ppt3. 等雨量線法條件：當(dāng)流域地形變化較大，而雨量站分布較密，能結(jié)合地形變化繪制等雨量線

6、時(shí)。 該方法能考慮流域地形的變化繪制等雨量線，比較好地反映了降雨在流域上的變化，精度較高。 但是繪制等雨量線需要較多站點(diǎn)的資料，且每次都要重繪，工作量大。整理ppt整理ppt等值線法的優(yōu)點(diǎn)：求流域平均降水量精度較高，適合于地形變化顯著的流域；能反映出降雨量在空間的實(shí)際分布情況。 等直線法的不足：繪制等雨量線需較多站點(diǎn)雨量資料；不同時(shí)段的等值線圖需重繪，工作量大。整理ppt二、徑流量計(jì)算一次洪水流量過(guò)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(bǔ)給的深層地下徑流本次洪水形成割除整理pptAEGBCHIDt(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

7、的徑流過(guò)程整理ppt（一）降雨場(chǎng)次劃分降雨場(chǎng)次的劃分一定要與洪水場(chǎng)次的劃分相對(duì)應(yīng)。如圖4.10所示，當(dāng)把洪水劃分為兩次時(shí)，暴雨也要相應(yīng)地劃分為兩次，且兩兩對(duì)應(yīng)，前次暴雨對(duì)應(yīng)前面的洪水，后次暴雨對(duì)應(yīng)后面的洪水，切不可混淆。整理ppt圖4.10整理ppt（二）洪水場(chǎng)次劃分及徑流過(guò)程線分析1.洪水場(chǎng)次劃分洪水場(chǎng)次劃分是指，將非本次降雨產(chǎn)生形成的徑流分割出去。如圖4.10，多數(shù)情況下，與本次降雨所對(duì)應(yīng)的徑流過(guò)程，不僅包括本次降雨形成的地面、地下徑流，而且還包括前期降雨的地下徑流。整理ppt2.徑流過(guò)程線的分析2.徑流過(guò)程線的分析整理ppt整理ppt整理ppt整理pptAEGBCHIDt(h)Q(m3/

8、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(guò)程FCDCDD的面積與AEF大約相等，ABCDFAABCCDFEA(三)、徑流量的計(jì)算 黃色的面積（ABCDFA）：整理ppt黃色的面積（ABCDFA）：整理ppt方法一：水平線分割法:適用情況：對(duì)地下徑流小，洪水歷時(shí)短的流域 ac地面地下徑流分割線（四）水源劃分整理ppt方法二：斜線分割法地下徑流比重大，洪水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的流域方法三：經(jīng)驗(yàn)公式N洪峰流量時(shí)刻到直 接徑流終止點(diǎn)的時(shí)間F流域面積整理ppt三、土壤含水量（一）流域土壤含水量計(jì)算Wt+1=Wt+Pt-Et-Rt (0Wt+1 Wm)Wt+1-第t+1時(shí)段初土壤含水量Wt-第

9、t時(shí)段初土壤含水量Pt-第t時(shí)段降雨量Et-第t時(shí)段蒸發(fā)量Rt-第t時(shí)段產(chǎn)流量Wm-流域最大蓄水容量整理ppt流域最大蓄水量Wm流域蓄水容量 是田間持水量與調(diào)萎系數(shù)的差值流域?qū)嶋H蓄水量在0WM之間變化。整理ppt（二）流域蒸發(fā)量計(jì)算模式有3種：1、一層蒸發(fā)模式。假定流域土層為一層，蒸發(fā)量與土壤含水量成正比。E/W=Em/Wm2、二層蒸發(fā)模式。假定土層分兩層，降雨量先補(bǔ)充上層土壤含水量，當(dāng)上層達(dá)到WUm后再補(bǔ)充下層含水量；蒸發(fā)則先消耗上層土壤含水量，蒸發(fā)完上層后再消耗下層含水量，并且上層蒸發(fā)EU按蒸發(fā)能力Em蒸發(fā)，下層蒸發(fā)EL與下層土壤含水量成正比。整理ppt Em WUEmEU= WU WUW

10、m，則取Pa=Wm。（1）如果第t日內(nèi)無(wú)降雨，則： K土壤含水量消退系數(shù) 整理ppt（1）流域最大蓄水量Wm流域蓄水容量濕潤(rùn)地區(qū)：Wm=80120mm 。 5、流域最大蓄水量Wm和消退系數(shù)K（2）起始Pa值確定連續(xù)多日無(wú)雨時(shí)，Pa=0;連續(xù)多日大雨后，Pa=ImCOPY RIGHT 揚(yáng)大陳平整理ppt（2）消退系數(shù)K故 又 求得：一般與氣象條件有密切關(guān)系。假定t日E與Pa成直線關(guān)系，即采用一層蒸發(fā)模式，如圖。EPa0ImPa,tEtEm（3）Pa計(jì)算示意COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平整理pptK6=1-5.6/100=0.944Pa=0.944*(100+14.7) =108.3WM(100)

11、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 =90.9COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平整理ppt 第三節(jié) 蓄滿產(chǎn)流的計(jì)算 蓄滿產(chǎn)流以滿足包氣帶缺水量為產(chǎn)流控制條件。 就流域中某點(diǎn)而言，蓄滿前的降雨不產(chǎn)流，凈雨量為零；蓄滿后才產(chǎn)流，產(chǎn)流量（總凈雨量）可以很簡(jiǎn)單地用下面的水量平衡方程計(jì)算： 由于流域上不同的點(diǎn)，蓄滿有早有晚，產(chǎn)流有先有后，所以還要考慮降雨開(kāi)始時(shí)流域的蓄水分布情況（即流域蓄水容量分布曲線），求得各點(diǎn)缺水量在流域上的分布，與上式合解，得流域的凈雨深

12、R。整理ppt一、降雨徑流相關(guān)圖法每場(chǎng)降雨過(guò)程流域的面平均雨量 相應(yīng)產(chǎn)生的徑流量 影響徑流形成的主要因素相關(guān)分析，建立相關(guān)圖Pa、W0、降雨歷時(shí)等整理ppt1）隨著降雨量的增加，產(chǎn)流面積也隨之增加。2）產(chǎn)流面積的變化與降雨強(qiáng)度無(wú)關(guān)。降雨強(qiáng)度只影響徑流的分配，而不影響總徑流量。整理ppt 在我國(guó)濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)最常用的是PPaR三變量相關(guān)圖兩時(shí)段降雨： P1=49mm P2=81mm降雨開(kāi)始時(shí)： 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(shí)段凈雨為R2=80-20=60mm整理ppt降雨相

13、關(guān)圖的規(guī)律：1）P相同，Pa越大，損失越小，R越大，故Pa等值線的數(shù)值自左向右增大。2）Pa相同時(shí)，P越大，損失相對(duì)于P越小，徑流系數(shù)越大，PR線的坡度隨P的增大而減緩，但不應(yīng)小于45。整理ppt降雨徑流相關(guān)圖也可簡(jiǎn)化為P + Pa R 關(guān)系整理ppt二、蓄滿產(chǎn)流模型整理ppt 二.整理ppt整理ppt整理ppt整理pptbafeg整理ppt整理ppt則有：整理ppt整理ppt流域蓄水曲線用B次拋物線表示后：流域蓄水容量WM為：前次降雨a由下式求出：起始蓄水量W0（1）（2）將（1）式代入(2)式整理得整理ppt當(dāng) 時(shí)，局部產(chǎn)流量當(dāng) 時(shí)，（3）（4）整理ppt整理ppt流域蒸散發(fā)量的確定一層模

14、型： 假定流域蒸散發(fā)量與流域蓄水量成正比，則有：時(shí)段內(nèi)流域的蒸散發(fā)能力整理ppt含水量W整理ppt三層蒸散發(fā)量計(jì)算公式含水量W Wdm深層 當(dāng) 即 整理ppt 當(dāng) 即 當(dāng) 當(dāng) 整理ppt整理ppt整理ppt三、地面地下徑流的劃分Partition of total runoff分析：總徑流量R的劃分指區(qū)分地表徑流Rs和地下徑流Rg。在蓄滿產(chǎn)流的模式中，只有當(dāng)產(chǎn)流面積上的土層的含水量達(dá)田間持水量Wm時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生徑流量R。由于此時(shí)土層的含水量很高，故可認(rèn)為入滲率達(dá)到穩(wěn)定入滲率fc ，因此，進(jìn)入土層的降雨以穩(wěn)定入滲率fc 的速度形成地下徑流。 可見(jiàn)，地下徑流量取決于產(chǎn)流面積大小(=f /F )、降雨

15、強(qiáng)度i 與穩(wěn)定入滲率fc 的相對(duì)關(guān)系。整理ppt整理ppt地面徑流整理ppt (1) (2)整理ppt推求流域的穩(wěn)定下滲率 若已知流域一場(chǎng)降雨各時(shí)段t的徑流R和地下徑流Rg，則可由（2）式推求該場(chǎng)雨的穩(wěn)定下滲率fc，常用試算的方法求出。 試算方法為：假定一個(gè)fc帶入（2）式，計(jì)算出一個(gè)Rg，與給定Rg值比較。 實(shí)際工作中，常會(huì)遇到各場(chǎng)洪水的fc 變化較大，這主要是流域降雨很不均勻和出現(xiàn)時(shí)間不一致造成的。 整理ppt作業(yè)中的問(wèn)題1整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt作業(yè)中的問(wèn)題2整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt1、徑流量和徑流深本質(zhì)上是一樣的，都是指一定量的水體。只是表達(dá)形式不一樣，

16、一個(gè)是體積，一個(gè)是面積。2、把姓名、班級(jí)、學(xué)號(hào)寫(xiě)在作業(yè)的第一行。整理ppt第四節(jié) 超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流量計(jì)算（一）概述 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，降雨過(guò)程中的下滲的水量不易使整個(gè)包氣帶達(dá)到田間持水量，所以不產(chǎn)生地下徑流，并且只有當(dāng)降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度時(shí)才產(chǎn)生地面徑流，這種產(chǎn)流方式稱為超滲產(chǎn)流。關(guān)鍵是確定流域下滲的變化規(guī)律。整理ppt整理ppt 用實(shí)測(cè)的雨強(qiáng)過(guò)程it,扣除下滲過(guò)程fp他，即可得產(chǎn)流量過(guò)程Rt。見(jiàn)下圖。 一、下滲曲線法整理ppt初滲階段，降雨全部損失，不產(chǎn)流。i0f，產(chǎn)流Rif，下滲損失 后損整理ppt由水量平衡原理得： I0初損；t0初損歷時(shí)； ts

17、產(chǎn)流歷時(shí)； 后損中的非超滲雨。整理ppt二.初損后損法計(jì)算地面凈雨過(guò)程（一）基本原理將下滲損失過(guò)程簡(jiǎn)化為初損和后損兩個(gè)階段初損：產(chǎn)流前降雨量全部損失I0（if），包括植物截流、填 洼等，歷時(shí)t0后損：產(chǎn)流后的損失， 為平均下滲能力。 產(chǎn)流歷時(shí) tR內(nèi)if，取f = ，地面凈雨強(qiáng)度為I- ，產(chǎn)生地面凈雨深Rs if ，Rs=0，按i下滲整理ppt（二）超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流量計(jì)算初損后損法1. 降雨初期到出現(xiàn)超滲產(chǎn)流，這一階段稱為初損階段，歷時(shí)為t0。降雨全部損失I0。2.產(chǎn)流以后的降雨期為后損階段，損失減小。損失按f來(lái)計(jì)算。 ftR + P平均下滲能力ft0t0trtI0PftR整理ppt a) 初損

18、量I0的確定： 對(duì)于小流域，徑流過(guò)程的起漲點(diǎn)以前的累積雨量可以作為初損的近似值。 對(duì)于大流域則要考慮流域內(nèi)各雨量站至流域出口斷面匯流時(shí)間不同的問(wèn)題。分別確定各自的產(chǎn)流開(kāi)始時(shí)刻，再確定初損。平均下滲能力ft0t0trtI0PftR整理ppt整理pptc) 平均后損率f 一次降雨形成的徑流深R: 因此：平均下滲能力ft0t0trtI0PftR整理pptd).建立 相關(guān)圖法整理ppt整理ppt整理ppt流域產(chǎn)流總結(jié)產(chǎn)流（runoff generation）是指降雨量扣除損失形成凈雨的過(guò)程。降雨損失包括植物截留、下滲、填洼與蒸發(fā)，其中以下滲為主。產(chǎn)流量是指降雨形成徑流的那部分水量，以mm計(jì)。在數(shù)量上與凈雨量相等。整理ppt產(chǎn)流的兩種形式 1）蓄滿產(chǎn)流：在南方濕潤(rùn)地區(qū)或北方多雨季節(jié)，