工程水文學(xué)-第四章

1工程水文學(xué)上海大學(xué)土木系：武亞軍公共信箱：shugcswx@126.com密碼：shugcswx2課程介紹工程水文學(xué)為選修課,2個(gè)學(xué)分共10次課,20課時(shí)成績(jī)包括平時(shí)作業(yè)與期末考試,比例3:7期末考試為閉卷,最后一堂課考試(11月7日11、12節(jié))。3第四章流域產(chǎn)匯流計(jì)算降雨徑流要素計(jì)算流域產(chǎn)流分析產(chǎn)流計(jì)算流域匯流計(jì)算44.1概要前面我們已經(jīng)對(duì)徑流形成作了定性的描述，本章將從定量的角度闡述降雨形成徑流的原理和計(jì)算方法。產(chǎn)流過(guò)程：降雨形成凈雨的過(guò)程匯流過(guò)程：凈雨沿地面和地下匯入河網(wǎng)，并經(jīng)河網(wǎng)匯集形成流域出口斷面的徑流過(guò)程。5徑流形成的定性分析6分析內(nèi)容徑流主要包括三部分：地面徑流、表層流徑流、淺層和深層地下徑流。深層地下徑流：數(shù)量少、穩(wěn)定、非本次降雨形成，計(jì)算不包括。計(jì)算內(nèi)容主要包括：地面徑流、表層流徑流和淺層地下徑流。74.2降雨徑流要素計(jì)算流域產(chǎn)匯流計(jì)算一般需要對(duì)實(shí)測(cè)暴雨、徑流和蒸發(fā)等資料做一定的整理分析，以便在定量上研究它們之間的因果關(guān)系和規(guī)律。主要要素如下：流域降雨量徑流量計(jì)算土壤含水量84.2.1流域降雨分析降雨包括降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、降雨過(guò)程、降雨分布、籠罩面積及暴雨中心位置等。降雨量指一次降雨的總量，它指某個(gè)雨量站的降雨量；對(duì)流域而言指流域的面平均降雨量。9流域降雨特性分析流域降雨特性是指降雨量在時(shí)間上的變化過(guò)程和空間上的分布情況。流域降雨特性的表示方法：流域平均降雨量、時(shí)~面~深關(guān)系曲線和點(diǎn)~面關(guān)系曲線流域平均降雨量時(shí)~面~深關(guān)系曲線點(diǎn)~面關(guān)系曲線10流域平均降雨量的計(jì)算算術(shù)平均法當(dāng)流域內(nèi)雨量站分布較均勻、地形起伏不大時(shí)，可根據(jù)各站同時(shí)段觀測(cè)的降雨量用算術(shù)平均法推求。公式11平均降雨量的計(jì)算垂直平分法(泰森多邊線法)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。12平均降雨量的計(jì)算等雨量線法條件：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。13等雨量線法當(dāng)流域內(nèi)雨量站分布較密時(shí)，可根據(jù)各雨量站同時(shí)段觀測(cè)的雨量繪制等雨量線圖，然后用等雨量線圖推算流域平均降雨量。fi:相鄰兩條等雨量間的面積，km2Pi:相應(yīng)于fi上的平均雨深，一般采用相鄰兩條等雨量線的平均值，mm14等雨量線法圖示15單站降雨的特性分析降雨強(qiáng)度過(guò)程線降雨強(qiáng)度隨時(shí)間的變化過(guò)程線。降雨量累積曲線自降雨開(kāi)始起至各時(shí)刻降雨量的累積值P隨時(shí)間的變化過(guò)程線。降雨強(qiáng)度~歷時(shí)曲線最大平均雨強(qiáng)與歷時(shí)的關(guān)系曲線。16三過(guò)程線1:時(shí)段平均雨強(qiáng)i與時(shí)間的柱狀曲線.2:時(shí)間段足夠小時(shí)，變?yōu)樗矔r(shí)雨強(qiáng)過(guò)程線.3:累積曲線為降雨強(qiáng)度過(guò)程線對(duì)時(shí)間的積分曲線，稱為降雨量累積曲線.17降雨量累積曲線曲線上任意一點(diǎn)的坡度就是該時(shí)刻的瞬時(shí)降雨強(qiáng)度i。圖中1線曲線上任一時(shí)段的平均坡度就是該時(shí)段的平均降雨強(qiáng)度。圖中2線累積曲線為降雨強(qiáng)度過(guò)程線對(duì)時(shí)間的積分曲線。圖中3線184.2.2徑流量產(chǎn)流過(guò)程中：一次洪水流量過(guò)程不僅包括本次洪水所形成的地面徑流、表層流徑流和地下徑流外，往往還包括前期洪水尚未退完的部分水量及非本次降雨補(bǔ)給的深層地下徑流。因此本次徑流計(jì)算時(shí)需要將后兩項(xiàng)分割出去。匯流過(guò)程中：不同水源水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同，需劃分洪水流量過(guò)程中的不同水源。19徑流過(guò)程分析以流域出口斷面洪水過(guò)程為例20流量過(guò)程線分析HIABCC’DQ(m3)t(h)EGFD’1.A點(diǎn)為洪水起漲時(shí)刻2.AE:上一次洪水尚未退完的淺層地下徑流3.EG:深層地下徑流4.如果A點(diǎn)之前沒(méi)有降雨，則上次洪水沒(méi)退完的淺層地下徑流將從A點(diǎn)沿虛線至F點(diǎn)退盡，故AEF非本次降雨形成。5.本次降雨形成的徑流為ABCDFA21流量過(guò)程線分割示意圖HIABCC’DQ(m3)t(h)EGFD’A點(diǎn)為洪水起漲時(shí)刻AE:上一次洪水尚未退完的淺層地下徑流EG:深層地下徑流AEF：上次洪水消退ABCDFA：本次降雨形成徑流過(guò)程，徑流量為陰影部分。22流量過(guò)程的分割兩項(xiàng)工作:其一是將非本次降雨形成的徑流分割去，求出本次洪水的徑流源；其二由于不同水源的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同，需將本次洪水徑流總量劃分為不同的水源。包括地面徑流、表層流徑流和地下徑流。23徑流劃分徑流地面徑流表層流徑流(壤中流)地下徑流直接徑流仍稱地面徑流淺層地下徑流深層地下徑流(基流)24不同水源的退水規(guī)律地面徑流：消退快，先退盡；表層流徑流：消退較快，比地面徑流快；淺層地下徑流：消退較慢，后退盡；深層地下徑流：流量小且穩(wěn)定。25退水曲線退水曲線指流域蓄水量的消退過(guò)程線。用途其一為分割流量過(guò)程線；其二為劃分不同水源。特點(diǎn)一般來(lái)說(shuō)某一流域的地下徑流退水過(guò)程比較穩(wěn)定。作法可以通過(guò)多次實(shí)測(cè)洪水過(guò)程的退水部分，繪在透明紙上，然后沿時(shí)間軸平移，使它們尾部重合，最后作光滑的下包線，就是流域地下水退水曲線。26退水曲線公式Q(t):t時(shí)刻的流量；Q(0):t=0時(shí)的流量；Kg:地下水退水參數(shù)或地下水蓄水常數(shù).Kg越大表示地下水退水越慢，反之越快，其值可以通過(guò)退水曲線確定(該值比較穩(wěn)定)27徑流量計(jì)算本次降雨形成的徑流量實(shí)測(cè)流量過(guò)程線割去非本次降雨形成的徑流后的徑流量計(jì)算公式R:次洪徑流深,mm;

Q:每隔一個(gè)△t的流量值,m3/s;△t:計(jì)算時(shí)段,h;

F:流域面積,km2;

3.6:單位換算系數(shù)28徑流量計(jì)算2在退水規(guī)律比較一致的流域，可在CD段上找到與A點(diǎn)流量相等的C’點(diǎn)，AEF的面積與C’D’D的面積近似相等，因此，ABCC’DD’FA=ABCC’D’EA29水源的劃分劃分內(nèi)容直接徑流和地下徑流方法斜線分割法：流量過(guò)程線與退水曲線的分離點(diǎn)為B點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)公式法：洪峰流量出現(xiàn)時(shí)刻至直接徑流終止點(diǎn)的時(shí)距N(日數(shù))AB線以上直接徑流AB線以下為地下徑流304.2.3土壤含水量含水量是影響徑流形成的一個(gè)重要因素降雨開(kāi)始時(shí)，流域內(nèi)包氣帶中的土壤含水量的大小(土壤的干濕程度)是影響降雨形成的一個(gè)重要因素。同等條件下，土壤含水量大則產(chǎn)生的徑流量大，反之則小。土壤含水量較難確定，通常是采用間接方法表示。表示流域土壤含水量的方法其一為前期影響雨量Pa其二為流域的蓄水量W31流域土壤含水量計(jì)算流域土壤含水量一般是根據(jù)流域前期降雨、蒸發(fā)及徑流過(guò)程，依據(jù)水量平衡原理遞推公式推求。Wt+1=Wt+Pt-Et-RtWt第t時(shí)段初始時(shí)刻的土壤含水量，Pt為第t時(shí)段降雨量Et為第t時(shí)段蒸發(fā)量Rt為第t時(shí)段徑流量32

流域蓄水容量流域含水量的上限為流域蓄水容量Wm。流域含水量值為0<W<Wm初始時(shí)刻及相應(yīng)的含水量確定方法：選擇前期流域出現(xiàn)大暴雨的次日作為起始日，相應(yīng)值為Wm。選擇流域長(zhǎng)時(shí)間干旱期作為起始日，相應(yīng)值為0可以提前較長(zhǎng)時(shí)間為作為起始日，假定一個(gè)土壤含水量作為初值(如一半)。33流域蒸發(fā)量流域蒸發(fā)量的大小主要決定于氣象要素及土壤濕度，可以用流域蒸發(fā)能力和土壤含水量來(lái)表征。流域蒸發(fā)能力Em是在當(dāng)日氣象條件下流域蒸發(fā)量的上限，很難通過(guò)觀測(cè)測(cè)得，只能根據(jù)水面蒸發(fā)量來(lái)折算。Em=βE0E0水面蒸發(fā)觀測(cè)值，β為折算系數(shù)流域蒸發(fā)量計(jì)算模型程序計(jì)算343637383940前期影響雨量Pa很多情況下，直接求土壤含水量比較困難，往往采用前期影響雨量Pa來(lái)替代土壤含水量。假設(shè)流域內(nèi)前后兩天無(wú)雨P(guān)a,t+1=KPa,tPa,t:第t日的前期影響雨量,mm;Pa,t+1:第t+1日的前期影響雨量,mm;K:土壤含水量的日消退系數(shù)或折減系數(shù).41其他情況如果第t日內(nèi)有降雨P(guān)tPa,t+1=K(Pa,t+Pt)如果第t日內(nèi)有降雨P(guān)t并產(chǎn)生徑流RtPa,t+1=K(Pa,t+Pt-Rt)

實(shí)際中Rt不易求得，一般不計(jì)，而仍按前式計(jì)算，如果所求值大于流域蓄水容量Wm，則取Wm為該日的Pa值。42消退系數(shù)K消退系數(shù)K綜合反映流域蓄水量因流域蒸散發(fā)而減少的特性，可以直接用水文氣象資料分析確定。流域蒸散發(fā)決定于：流域的蒸散發(fā)能力；土壤含水量。采用一層模式，假定流域蒸散發(fā)量E與流域蓄水量W成正比：

E:蒸散發(fā)量;EM最大蒸散發(fā)量

W:蓄水量;WM最大蓄水量43消退系數(shù)若第t日無(wú)雨，該日的流域前期影響雨量的減少全部轉(zhuǎn)化為流域蒸散發(fā)

Et=Pa,t-Pa,t+1=(1–K)Pa,t以第t日為對(duì)象，該日為無(wú)雨(Pa,t=Wt)，則有K=1-Em/Wm44幾點(diǎn)說(shuō)明Pa值不應(yīng)大于流域最大蓄水量Wm，所以當(dāng)計(jì)算出的Pa值大于Wm時(shí)，取WM作為該日的Pa值。Pa計(jì)算前需事先確定其起算值，一般前期較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)雨，可令Pa=0；在一場(chǎng)大雨或連續(xù)幾次大雨后，土壤含水量已近最大，此時(shí)Pa=Wm。45例題-求前期影響雨量Pa某流域經(jīng)分析Wm=100mm，6、7月份平均Em分別為5.6mm/d和6.8mm/d，試計(jì)算下表中6月25日~7月5日的逐日Pa值。計(jì)算公式一：K=1-Em/Wm計(jì)算公式二：Pa,t+1=K(Pa,t+Pt)46算例Pa計(jì)算表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=90.9474.3流域產(chǎn)流方式討論產(chǎn)流的實(shí)質(zhì)指流域中各種徑流成分的生成過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是水分在下墊面垂直運(yùn)行中，在各種因素綜合作用下的發(fā)展過(guò)程，也是流域下墊面(包括地面和包氣帶)對(duì)降雨的再分配過(guò)程。徑流特征不同的下墊層條件不同的產(chǎn)流機(jī)制影響整個(gè)產(chǎn)流過(guò)程發(fā)展呈現(xiàn)不同的徑流特征48包氣帶對(duì)降雨的再分配作用再分配作用的前提包氣帶中土壤為有孔介質(zhì)，具有吸收、儲(chǔ)存和輸送水分的功能，使得包氣帶對(duì)降雨起著調(diào)節(jié)和再分配作用。這種作用與土壤性質(zhì)、水分帶的分布特性、水分的變換及變化狀況有密切關(guān)系。再分配作用表現(xiàn)在兩方面包氣帶地面對(duì)降雨的再分配作用包氣帶土層對(duì)下滲水量的再分配作用49包氣帶地面對(duì)降雨的再分配作用以單元土柱為例由下滲能力fp與降雨強(qiáng)度i控制i>fp時(shí),實(shí)際下滲率為fp,其余形成地面徑流(i-fp)i<=fp時(shí),實(shí)際下滲率為i,全部滲下土中。50降水劃分對(duì)一場(chǎng)總降雨量為P的降雨來(lái)說(shuō)，雨強(qiáng)時(shí)大時(shí)小，有時(shí)i>fp，有時(shí)i<=fp包氣帶地面將降雨劃分為下滲水量I和地面徑流水量RS。下滲水量I：形成的地面徑流RS:水量平衡原理:51包氣帶土層對(duì)下滲水量的

再分配作用下滲到包氣帶土層的水量I

包括：

1.先被土壤吸收成為含水量增量；

2.蒸散發(fā)E

逸出地面，返回大氣。討論重點(diǎn):其余下滲部分52其余下滲量I

的討論包氣帶蓄水容量包氣帶達(dá)到田間持水量時(shí)的蓄水量，記為W’m起始蓄水量降雨開(kāi)始時(shí)包氣帶的起始蓄水量，記為W’0包氣帶缺水量包氣帶蓄水容量–起始蓄水量：W’m-

W’0當(dāng)I-E≥W’m-

W’0時(shí)表示降雨結(jié)束時(shí)包氣帶達(dá)到田間持水量，下滲水量中的[I–E-(W’m-

W’0)]部分成為重力水RG(包括表層流徑流和地下徑流)RG=I–E-(W’m-W’0)即：I=E+(W’m-W’0)+RG53其余下滲量2當(dāng)I–E<W’m-

W’0時(shí)表示降雨結(jié)束時(shí)包氣帶的蓄水量W’e未達(dá)到田間含水量，下滲水量I–E全部被包氣帶土壤吸收，成為包氣帶蓄水量的增量I=E+(W’e-W’0)

不產(chǎn)生RG，即不產(chǎn)生表層流徑流與地下徑流。54包氣帶是否產(chǎn)生重力水?因此，包氣帶是否產(chǎn)生重力水，一般由包氣帶蓄水容量W’m決定如果I–E-

W’0>

W’m

，則形成自由重力水RG如果I–E-

W’0<=

W’m，則不形成重力水。55蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流由前面公式可得：有重力水的包氣帶的水量平衡方程：P=E+(W’m-W’0)+RS+RG無(wú)重力水的包氣帶的水量平衡方程：P=E+(W’e-W’0)+RS56兩種基本產(chǎn)流方式的提出蓄滿產(chǎn)流當(dāng)包氣帶達(dá)到田間持水量，產(chǎn)生了地面徑流RS和重力水RG產(chǎn)流。P=E+(W’m-W’0)+RS+RG超滲產(chǎn)流當(dāng)包氣帶未達(dá)到田間持水量，沒(méi)產(chǎn)生重力水RG，但是雨強(qiáng)超過(guò)下滲能力產(chǎn)流。

P=E+(W’e-W’0)+RS年降雨量大的區(qū)域、缺水量小，一般很容易在一次降過(guò)程中得到滿足，以蓄滿產(chǎn)流為主缺水量大，降雨幾乎無(wú)法滿足，但可能出現(xiàn)局部高強(qiáng)度短歷時(shí)的暴雨，以超滲產(chǎn)流為主57我國(guó)產(chǎn)流分布區(qū)域江淮流域及其以南地區(qū)，年降雨量在800mm以上，植被良好，包氣帶常年潮濕，以蓄滿產(chǎn)流為主。我國(guó)干旱地區(qū)，如陜北的黃土高原地區(qū)，雨量稀少，年降雨量不足200mm，包氣帶缺水量大，幾乎不可能在一次降雨過(guò)程中得到滿足，相反可能出現(xiàn)短歷的暴雨，以超滲產(chǎn)流為主。58作業(yè)產(chǎn)流過(guò)程和匯流過(guò)程各指什么過(guò)程？徑流量計(jì)算內(nèi)容包括什么？流量過(guò)程分割有哪兩項(xiàng)工作？簡(jiǎn)述三種不同水源的退水規(guī)律。什么是退水曲線？它有什么作用？直接徑流包括什么？什么是蓄滿產(chǎn)流？什么是超滲產(chǎn)流？594.4產(chǎn)流計(jì)算降雨徑流相關(guān)法蓄滿產(chǎn)流的產(chǎn)流量計(jì)算超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流量計(jì)算604.4.1降雨徑流相關(guān)法降雨徑流相關(guān)法是在成因分析與統(tǒng)計(jì)相關(guān)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，用每場(chǎng)降雨過(guò)程流域的面平均雨量(P)和產(chǎn)生的相應(yīng)的徑流量(R)，以及影響徑流形成的主要因素建立起來(lái)的一種定量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。61P~W0~R關(guān)系圖蓄滿產(chǎn)流模型：由趙人俊等人提出，他們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)暴雨徑流關(guān)系的研究，提出了蓄滿產(chǎn)流模型，并建立了P~W0~R關(guān)系。對(duì)象是濕潤(rùn)地區(qū)。采用P~W0~R關(guān)系可以計(jì)算凈雨過(guò)程即產(chǎn)流過(guò)程還可以同時(shí)用于確定穩(wěn)定下滲率和劃分地面、地下凈雨。已成為濕潤(rùn)地區(qū)產(chǎn)流計(jì)算的一種重要方法62降雨徑流關(guān)系為蓄滿產(chǎn)流的一種計(jì)算方式由流域蓄水容量曲線，求出降雨-徑流關(guān)系.降雨-徑流關(guān)系與初始蓄水量有關(guān).P~W0~R曲線.63P~W0~R相關(guān)圖我國(guó)濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)最常用徑流相關(guān)計(jì)算法以次降雨量P為縱坐標(biāo)，以相應(yīng)的次洪徑流深R為橫坐標(biāo)，對(duì)于不同的前期影響雨量Pa(W0)建立相應(yīng)的降雨徑流相關(guān)圖。該方法必須在大量足夠多的實(shí)測(cè)資料基礎(chǔ)上才能建立起來(lái)。預(yù)測(cè)沒(méi)有實(shí)測(cè)資料的區(qū)域，可利用地形、土壤、植被、氣候等條件相似的鄰近地區(qū)的降雨徑流相關(guān)圖來(lái)估算。64簡(jiǎn)化計(jì)算降雨相關(guān)圖也可以簡(jiǎn)化為R=f(P+W0)橫坐標(biāo)為徑流量R，縱坐標(biāo)為降雨量和前期影響雨量之和P+W0。作法、用法與前面一致。當(dāng)流域徑流資料不充分或分析困難時(shí)，可以采用前期影響雨量Pa代替W0編制流域降雨徑流相關(guān)圖。654.4.2蓄滿產(chǎn)流模型未蓄滿：包氣帶土壤含水量達(dá)到田間含水量之前不產(chǎn)流，此前的降雨全部被土壤吸收，補(bǔ)充包氣帶缺水量。蓄滿：包氣帶土壤含水量達(dá)到田間含水量，開(kāi)始產(chǎn)流，此后的降雨扣除雨期蒸發(fā)后全部形成凈雨。66蓄滿產(chǎn)流的特征穩(wěn)定下滲率：因?yàn)橹挥行顫M的地方才能產(chǎn)流，產(chǎn)流期的下滲率為穩(wěn)定下滲率fc。下滲的雨量形成地下徑流RG超滲的雨量形成地面徑流RS67蓄滿產(chǎn)流的產(chǎn)流量計(jì)算蓄滿產(chǎn)流以滿足包氣帶缺水量為產(chǎn)流控制條件。計(jì)算蓄滿產(chǎn)流量主要是確定蓄水容量曲線。確定方法是由實(shí)測(cè)降雨徑流資料選配線型來(lái)間接確定。68蓄滿產(chǎn)流蓄水容量曲線W’m:流域內(nèi)各點(diǎn)包氣帶蓄水容量(各點(diǎn)不同)a：大于某一W’m值各點(diǎn)的面積之和FR與全流域面積F之比值。W’m~a關(guān)系曲線即為流域蓄水容量面積分布曲線(簡(jiǎn)稱流域蓄水容量曲線)W’mm為整個(gè)流域中最大點(diǎn)的蓄水容量。按照蓄滿產(chǎn)流的概念，當(dāng)包氣帶達(dá)到田間持水量即可產(chǎn)流，故a為產(chǎn)流面積(以相對(duì)數(shù)值表示)69流域蓄水容量曲線選型由于流域蓄水容量在流域內(nèi)的實(shí)際分布是很復(fù)雜的，直接測(cè)定很難建立。一般是通過(guò)實(shí)測(cè)的降雨徑流資料來(lái)選配線型，間接確定蓄水容量曲線。70B次拋物線多數(shù)地區(qū)證明可以用B次拋物線(單增曲線)來(lái)表示蓄水容量曲線B反映流域中蓄水容量的不均勻性，取決于流域的地形地質(zhì)土壤狀況，B=0.2~0.4W’mm則流域內(nèi)最大的點(diǎn)蓄水容量71蓄水容量與A值通過(guò)積分求出流域蓄水容量Wm當(dāng)起始流域蓄水量為W0時(shí),對(duì)應(yīng)的A72產(chǎn)流量計(jì)算蓄水容量曲線上的徑流量:圖中陰影部分面積gdah為產(chǎn)流量面積dfba為損失量73產(chǎn)流量計(jì)算公式當(dāng)A+P-E<W‘mm時(shí)：(部分產(chǎn)流)當(dāng)A+P-E>W‘mm時(shí)：(全面產(chǎn)流)74PP-EA0aWm產(chǎn)流計(jì)算圖示W(wǎng)0RDW75水源劃分總徑流量包括地面徑流和地下徑流R=RS+RG如何劃分？76地面徑流和地下徑流按照蓄滿產(chǎn)流概念，土壤含水量達(dá)到蓄水容量的面積稱為產(chǎn)流面積。按兩水源分析：徑流中的一部分按穩(wěn)定下滲率下滲，形成地下徑流；超過(guò)穩(wěn)定下滲率的部分為地面徑流。關(guān)鍵在于推求穩(wěn)定下滲率fc。77產(chǎn)流面積根據(jù)流域時(shí)段降雨量P及所產(chǎn)生的凈雨量h，可以得出產(chǎn)流面積比：根據(jù)穩(wěn)定下滲率和產(chǎn)流面積比，就可以將各時(shí)段凈雨h劃分為地面凈雨hs和地下凈雨hg兩部分：78地下凈雨79穩(wěn)定下滲率fc流域穩(wěn)定下滲率可以取雨后流域蓄滿的降雨徑流資料分析推求。見(jiàn)例題。P82，4-2。80超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流量計(jì)算區(qū)域：干旱和半干旱地區(qū)。包氣帶厚，缺水量大，不易滿足田間持水量要求。一般不產(chǎn)生地下徑流。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。事先確定流域下滲變化規(guī)律。81下滲能力曲線從完全干燥開(kāi)始，在充分供水條件下的土壤下滲能力過(guò)程?？梢苑譃槌鯘B、不穩(wěn)定下滲和穩(wěn)定下滲三個(gè)階段。對(duì)應(yīng)之前的滲潤(rùn)、滲漏和滲透三個(gè)階段。最后趨于穩(wěn)定，稱為穩(wěn)定下滲率。82流域下滲曲線t0:初滲階段

下滲量I0td:不穩(wěn)定下滲下滲量Idtc:穩(wěn)定下滲

下滲量fc.tc83下滲曲線法雨強(qiáng)超過(guò)下滲能力即發(fā)生超滲產(chǎn)流產(chǎn)流過(guò)程即是雨強(qiáng)過(guò)程i(t)~t扣除下滲過(guò)程fp(t)~t。即得圖中陰影部分R(t)~t。通過(guò)下滲曲線和強(qiáng)度曲線來(lái)計(jì)算產(chǎn)流過(guò)程的方法，稱為下滲曲線法。84推求下滲曲線方法：采用損失累積曲線Fp(t)~tFp(t)為t時(shí)刻累積下滲水量，即累積損失累,這部分水量完全被包氣帶所吸收，即Fp(t)也就是該時(shí)刻流域的土壤含水量W0.關(guān)系:下滲曲線與損失累積曲線為導(dǎo)數(shù)與積分的關(guān)系fp(t)=Fp(t)’aab85f~W曲線W即為Fp。f~W反映了土壤含水量變化對(duì)下滲強(qiáng)度影響86下滲曲線與累積曲線根據(jù)歷年降雨徑流資料可以得出Fp(t)~t的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，擬合為經(jīng)驗(yàn)曲線后進(jìn)行微分即為下滲曲線。87超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流量計(jì)算兩種方法：應(yīng)用fp~t和fp~W關(guān)系推求初損后損法88應(yīng)用fp~t和fp~W關(guān)系推求可以將fp~t和Fp~t轉(zhuǎn)換為fp~Fp的形式實(shí)際上Fp就是該時(shí)刻的土壤含水量W，即fp~Fp等同于fp~W該曲線反映了流域土壤含水量對(duì)下滲容量的影響89推求(i0<=f0)已知本次降雨起始下滲率f0、土壤含水量W0和降雨強(qiáng)度i0。當(dāng)i0<=f0，不產(chǎn)流，下滲水量I0=i0Dt，時(shí)段末流域土壤含水量W1=W0+I0當(dāng)i0>f0，產(chǎn)流。90推求(i0>f0)hk91算例某流域一場(chǎng)降雨過(guò)程總降雨量為81mm,各時(shí)段降雨量見(jiàn)表，降雨開(kāi)始時(shí)前期影響雨量為W0=51.4mm，并已知流域的fp~t、fp~W關(guān)系曲線，推求產(chǎn)流量。92算例已知條件：圖中粉色。93初損后損法采用下滲曲線法進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算，必須知道計(jì)算區(qū)域的下滲能力曲線，這需要很多徑流資料或通過(guò)實(shí)地試驗(yàn)才能獲得，在實(shí)際工作中往往很難實(shí)現(xiàn)。初損后損法是下滲曲線的一種簡(jiǎn)化，它把實(shí)際的下滲過(guò)程簡(jiǎn)化為初損和后損兩個(gè)階段。產(chǎn)流以前的總損失為初損，用流域平均水深I(lǐng)0表示。產(chǎn)流以后的總損失為后損，用平均后損率f表示。94初損后損法是下滲曲線法的一種簡(jiǎn)化方法，它將實(shí)際的下滲過(guò)程簡(jiǎn)化為初損和后損兩個(gè)階段。初損I0：產(chǎn)流以前的總損失水量后損f：流域產(chǎn)流以后下滲的水量，用平均后損率表示。①產(chǎn)流歷時(shí)

tR內(nèi)i﹥f，取f=，地面凈雨強(qiáng)度為i-②t’歷時(shí)內(nèi)，i≦f，Rs=095初滲階段，降雨全部損失，不產(chǎn)流。i<f,I0

初損。i>f，產(chǎn)流Ri>f，后損ftRi<f,后損

P’96初損量I0的確定對(duì)于小流域，可以把出口斷面的起漲點(diǎn)大體作為產(chǎn)流開(kāi)始時(shí)刻，起漲點(diǎn)之前雨量的累積值為初損量I0。對(duì)于大流域，分流域各處至出口斷面的匯流時(shí)間差別較大，可根據(jù)雨量站位置分析匯流時(shí)間并定出產(chǎn)流開(kāi)始時(shí)刻，取各雨量站產(chǎn)流開(kāi)始之前累積雨量的平均值，作為該次降站的初損I0

。97W0~I0不同初損平均雨強(qiáng)i0W0I06.05.04.03.02.01.00.5010203030

2010初損期平均雨強(qiáng)i098初損曲線(實(shí)測(cè)資料)各場(chǎng)洪水的I0與相應(yīng)的流域起始蓄水量W0，在不同平均雨強(qiáng)i0時(shí)的關(guān)系。(圖4-17)W0~i0~I0關(guān)系曲線另外由于受季節(jié)的影響，也可以建立以月份為參數(shù)和初損相關(guān)圖。(圖4-18)W0I06.05.04.03.02.01.00.5010203030

2010初損期平均雨強(qiáng)i099平均后損率f的確定一次降雨形成的徑流深R為R=P-I0-f*tR-P’平均后損率(平均下滲率)f=(P–R-I0-P’)/tRP:次降雨量mmP’:后期不產(chǎn)流的雨量mmtR:超滲歷時(shí)，即產(chǎn)流歷時(shí)，ht、t0、t’：降雨總歷時(shí)、初損歷時(shí)和后期不產(chǎn)流降雨歷時(shí)，htR=t-t0-t’100后損關(guān)系曲線在一次降雨過(guò)程中，由于后損是初損的延續(xù)，初損量越大，土壤含水量越大，則后損能力越低，f就越小。所以平均后損率不僅與流域起始土壤含水量W0有關(guān)，而且與初期降雨特性(可用初損期平均雨強(qiáng)i0表示)有關(guān)。可以根據(jù)實(shí)測(cè)雨洪資料，分析建立f~tR~i0的關(guān)系。101產(chǎn)流量計(jì)算在初損W0~i0~I0和后損f~i0~rR關(guān)系曲線基礎(chǔ)上，根據(jù)已知的降雨過(guò)程就可推求產(chǎn)流量過(guò)程。算例102算例已知條件：降雨過(guò)程、初始含水量W0及兩個(gè)圖。103初損后損例題W0I06.05.04.03.02.01.00.5010203030

2010初損期平均雨強(qiáng)i0104初損后損算例-初損量I0設(shè)t0=2h，則I0=2.5+3.8=6.3mm，i0=6.3/2=3.15mm/h，由W0=18.1mm，i0=3.15mm/h，查圖得I0’=13.5mm，I0≠I(mǎi)0’再設(shè)t0=3h，則I0=2.5+3.8+4.6=10.9mm,i0=10.9/3=3.63mm/h，由W0=18.1mm，i0=3.63mm/h，查圖得i0’=10.9mm，故初損量為10.9mm。105初損后損算例-平均后損率f從第4個(gè)時(shí)段開(kāi)始產(chǎn)流，設(shè)產(chǎn)流歷時(shí)為tR=4h，由i0=3.63mm/h，查圖可知f=1.75mm/h，查表中降雨過(guò)程，第8時(shí)段i=3.1mm/h，還可以產(chǎn)流，重新設(shè)tR=5h，由i0=3.63mm/h，查圖可知f=1.3mm/h。不產(chǎn)流，符合條件。其各時(shí)段產(chǎn)流量R