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第 三 章 陆 地 表 面 水 的组 成 与 运 动第 一 节 陆 地 表 面 水 的 组 成 与 结 构第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第 三 节 河 流 的 水 情第 四 节 湖 水 的 运 动 与 调 蓄第 五 节 径 流 向 海 汇 集 及 其 效 应 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流一 、 流 域 产 流 理 论二 、 流 域 汇 流 分 析三 、 流 域 产 、 汇 流 计 算四 、 流 域 产 汇 流 模 型 及 其 发 展 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动一 、 流 域 产 流 理 论产 流 过 程 是 指 流 域 中 各 种 径 流 成 分 的 生 成 过 程 ，也 是 流 域 下 垫 面 对 降 雨 的 再 分 配 过 程 。 产 流 机 制 产 流 方 式 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动（ 一 ） 产 流 机 制水 在 沿 土 层 的 垂 向 运 行 中 ， 供 水 与 下 渗 矛 盾 在 一定 介 质 条 件 下 的 发 展 机 理 和 过 程 ， 称 为 产 流 机 制 。l 超 渗 地 面 径 流l 壤 中 径 流l 地 下 径 流l 饱 和 地 面 径 流 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动1.超 渗 地 面 径 流 的 产 流 机 制l 指 供 水 与 下 渗 矛 盾 发 生 在 包 气 带 上 界 面 （ 地面 ） 的 产 流 机 制 。 tt dtt nts fdtdtsedtdtiidttR 00000)(产 流 的 必 要 条 件 降 水产 生 的 充 分 条 件 满 足 植 物 截 留 、 蒸 发 、 填 洼 和 下 渗的 损 失 )()()( tftirsdt tdR s 当 i f 时 ， 才 能 产 生 地 面 径 流 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2.壤 中 径 流 的 产 流 机 制l 发 生 于 非 均 质 或 层 次 性 土 壤 中 的 透 水 层与 相 对 不 透 水 层 界 面 上l 水 量 平 衡 方 程 为 ： t sst Bt A dtrdtfdtfWtW 000)0()( BAss ffr Link 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动弱透水层易透水层包气带饱和带 ifAfB rss 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动壤 中 径 流 的 产 流 条 件p 前 提 条 件 ： 有 比 上 层 下 渗 能 力 小 的 界 面 （ 产 流 界面 ） ；p 必 要 条 件 ： 上 层 有 下 渗 水 ；p 充 分 条 件 ：（ 1） 供 水 强 度 要 大 于 下 渗 强 度 （ fA fB） 与 降 雨 强 度 没 有 直 接 关 系（ 2） 产 生 临 时 饱 和 带 ， 有 产 生 侧 向 流 动 的 动 力 条 件 ，即 坡 度 及 水 流 归 槽 条 件 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动3.地 下 径 流 的 产 流 机 制l包 气 带 较 薄 、地 下 水 位 较 高 包气带饱和带 fwfc rg)( )( 000 非 均 质 土 壤 均 质 土 壤sscg cg t gt ct rfr fr dtrdtfWW 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动产 流 条 件p产 流 界 面 为 包 气 带 的 下 界 面p必 要 条 件 ： 上 层 有 下 渗 水 ；p充 分 条 件 ：（ 1） 供 水 强 度 要 大 于 下 渗 强 度 （ fw fc） ； 与 降 雨 强 度 没 有 直 接 关 系（ 2） 包 气 带 下 缘 产 生 临 时 饱 和 带 ， 还 要 具 有 产 生 侧 向流 动 的 动 力 条 件 ， 即 坡 度 及 水 流 归 槽 条 件 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4.饱 和 地 面 径 流 产 流 机 制l 表 层 土 壤 具 有 较 强 透 水 性 情 况 下 的 地 面 产 流 机制 。l 饱 和 地 面 径 流 生 成 的 重 要 特 征 是 ： 包 气 带 上 层 全 层 饱 和 水 量 平 衡 方 程 为 ： )( )0()( 0000Bsssat t satt sst Btfrir dtrdtrdtfidtWtW Link 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动产 流 条 件 有 供 水 界 面 （ 弱 透 水 层 的 上 界 面 ） 供 水 强 度 大于 下 渗 强 度 形 成 饱 和 积 水 带 ， 饱 和 带 必 须 达 到 上 层土 层 的 全 部 饱 和 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动小 结 ： 产 流 机 制 的 共 同 规 律 （ 1） 首 要 条 件 是 要 有 供 水 ， 对 地 面 径 流 是 降 水 ， 对 其它 径 流 则 是 由 上 而 下 的 下 渗 水 流 。 要 有 足 够 的 大 于 下 渗 率 的 供 水 强 度p 超 渗 地 面 径 流 ， 降 雨 强 度 大 于 上 层 土 壤 下 渗 率p 饱 和 地 面 径 流 ， 降 雨 强 度 大 于 下 层 土 壤 下 渗 率p 壤 中 径 流 ， 则 上 层 土 壤 下 渗 率 大 于 下 层 土 壤 的 下 渗 率p 对 地 下 径 流 ， 则 要 稳 定 下 渗 率 大 于 地 下 水 的 下 渗 率 壤 中 流 和 地 下 径 流 需 要 在 界 面 上 产 生 临 时 饱 和 带 ；饱 和 地 面 径 流 必 须 达 到 表 层 全 层 饱 和 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动小 结 ： 产 流 机 制 的 共 同 规 律 （ 1） 都 要 有 侧 向 运 行 的 动 力 ， 如 水 力 坡 度 、水 流 归 槽 的 条 件 等 。 都 是 发 生 在 包 气 带 的 某 些 界 面 上p包 气 带 上 界 面 产 生 超 渗 地 面 径 流p中 界 面 产 生 壤 中 流 和 饱 和 地 面 径 流p下 界 面 产 生 地 下 径 流 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动饱 和 地 面 径 流 产 流 机 制包气带 fAfB rssrsat相 对 弱 透 水 层 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动（ 二 ） 流 域 产 流 方 式p产 流 方 式 ： 一 个 流 域 多 种 产 流 机 制 的 组合 。p三 种 产 流 方 式 ：p超 渗 产 流 方 式p饱 和 产 流 （ 蓄 满 产 流 ） 方 式p超 渗 与 饱 和 产 流 交 替 型 方 式 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动1.超 渗 产 流 方 式l 遵 循 超 渗 地 面 径 流 产 流 机 制l 主 要 发 生 在 地 下 水 埋 藏 深 、 包 气 带 厚 度 大 、 土 壤透 水 性 差 、 植 被 也 较 差 的 丘 陵 区 或 干 旱 地 区 。l 超 渗 产 流 最 基 本 的 特 点 是 ： 降 雨 强 度 大 于 下 渗 强 度 时 才 产 生 地 面 径 流 ； 径 流 量 与 产 流 面 积 并 不 是 随 降 雨 的 继 续 而 增 长 ， 而 是 有增 有 减 ； 径 流 量 与 产 流 面 积 主 要 与 降 雨 强 度 与 下 渗 能 力 有 关 。 ts dtfiR 0 )( 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2.饱 和 产 流 （ 蓄 满 产 流 ） 方 式饱 和 产 流 方 式 又 可 有 三 种 情 况 ：p 包 含 饱 和 地 面 径 流 、 壤 中 径 流 及 地 下 径 流p 包 含 饱 和 地 面 径 流 与 壤 中 径 流p 包 含 饱 和 地 面 径 流 与 地 下 径 流 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2.饱 和 产 流 （ 蓄 满 产 流 ） 方 式饱 和 产 流 方 式 共 同 性 ：（ 1） 多 发 生 在 包 气 带 较 薄 、 植 被 较 好 、 土壤 透 水 性 强 、 下 渗 强 度 大 的 地 区 。（ 2） 产 流 条 件 ： P（ Wm - W0） 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2.饱 和 产 流 （ 蓄 满 产 流 ） 方 式饱 和 产 流 量 ：R=Ri=Rsat+ Rss+Rg=P-（ Wm-W0）p稳 定 下 渗 的 水 量 fC 产 生 地 下 径 流p降 雨 强 度 超 过 稳 定 下 渗 率 部 分 的 水 量 产 生地 面 径 流 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动饱 和 产 流 的 主 要 特 点 对 同 一 降 水 量 ， 包 气 带 起 始 蓄 水 量 大 ， 则 产 流量 也 大 ， 反 之 产 流 量 也 小 ； 先 满 足 包 气 带 最 大 蓄 水 容 量 的 地 方 先 产 流 ， 随着 降 雨 的 继 续 ， 产 流 面 积 不 断 增 大 ， 产 流 量 也 相应 增 大 ； 当 未 满 足 流 域 的 最 大 蓄 水 容 量 以 前 ， dR/dP 1，满 足 以 后 dR/dP=1 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动超 渗 产 流 与 饱 和 产 流 的 区 别超 渗 产 流 饱 和 产 流产 流 条 件 决 定 于 降 雨 强 度 ,而 与 降 雨 量 大 小关 系 不 大 决 定 于 降 雨 量 的 大小 ， 与 降 雨 强 度 无关主 要 区 域 干 旱 地 区 湿 润 地 区区 域 特 征 地 下 水 埋 藏 深 、包 气 带 厚 度 大 、土 壤 透 水 性 差 、植 被 较 差 包 气 带 较 薄 、 植被 较 好 、 土 壤 透水 性 强 、 下 渗 强度 大 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动3.超 渗 与 饱 和 产 流 交 替 型 方 式l 由 于 供 水 及 下 垫 面 水 分 情 况 的 改 变 等 因 素而 导 致 产 流 机 制 及 产 流 方 式 发 生 改 变 的 现象 。l 主 要 发 生 在 包 气 带 厚 度 约 24 米 左 右 ， 土壤 透 水 性 中 等 ， 年 内 及 多 年 降 水 量 很 不 均匀 ， 且 地 下 水 位 变 幅 较 大 的 地 区 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4.我 国 一 些 地 区 的 产 流 方 式n 淮 河 以 南 地 区 ， 以 饱 和 地 面 产 流 类 型 为 主 。n 东 北 地 区 ， 以 饱 和 地 面 产 流 为 主 。n 西 北 地 区 ， 多 具 有 超 渗 地 面 产 流 型 特 征 。n 华 北 、 东 北 的 西 南 部 ， 超 渗 地 面 产 流 居 多 。n 滨 海 平 原 ， 超 渗 与 饱 和 产 流 交 替 型 。n 淮 北 地 区 ， 呈 超 渗 、 饱 和 产 流 交 替 型 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动二 、 流 域 汇 流 分 析（ 一 ） 流 域 汇 流 过 程 与 汇 流 时 间流 域 汇 流 过 程 流 域 上 各 处 产 生 的 各 种 成 分 的 径 流 ，经 坡 地 到 溪 沟 、 河 系 ， 直 到 流 域 出 口 的 过 程 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动不 同 水 源 在 出 口 断 面 洪 水 过 程 线 退 水 段 上 的 终 止 时 刻tQ 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动tQI k -v1（ Q）v1（ I） 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动l 最 大 汇 流 时 间 ： 指 流 域 中 路 径 最 长 的 水 质 点流 到 出 口 断 面 的 时 间 。l 流 域 滞 时 ： 指 流 域 出 口 断 面 洪 水 过 程 线 的 形心 出 现 的 时 间 与 净 雨 过 程 的 形 心 出 现 时 间 的间 隔 ， 即 滞 后 的 时 间 。k = v1（ Q） - v1（ I）l 流 域 平 均 汇 流 时 间 VLmm / VL / 0 Link 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动（ 二 ） 流 域 汇 流 系 统 分 析流 域 调 蓄 过 程I（ t） Q（ t）Q（ t） I（ t） 为系统算子，表示系统输入和输出之间的运算关系，它取决于流域的调蓄作用。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动1、 流 域 调 蓄 作 用 tQ （ t）I（ t） 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2、 流 域 汇 流 系 统 的 类 型l 线 性 流 域 汇 流 系 统p线 性 时 不 变 流 域 汇 流 系 统 ： 系 统 算 子 中 所 包含 的 参 数 均 为 常 数 ；p线 性 时 变 流 域 汇 流 系 统 ： 系 统 算 子 中 所 包 含的 参 数 至 少 有 一 个 随 时 间 而 变 化 。l 非 线 性 流 域 汇 流 系 统 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动p 线 性 流 域 汇 流 系 统 ： 一 个 流 域 汇 流 系 统 ， 如 果既 满 足 叠 加 性 ， 又 满 足 均 匀 性 ； 否 则 称 为 非 线性 流 域 汇 流 系 统 。 ni ini i tItI 11 )()(均 匀 性 （ 倍 比 性 ） ：叠 加 性 ： )()( tIntnI 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动tQ （ t）I（ t）tI 1（ t）I2（ t）I 3（ t） I 4（ t） I 5（ t） 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动（ 三 ） 流 域 汇 流 的 影 响 因 素1.降 水 特 性 暴 雨 中 心 的 空 间 分 布 及 其 移 动 方 向 的 影 响 降 水 强 度2.流 域 的 地 形 坡 度3.流 域 形 状4.水 力 条 件 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动三 、 流 域 产 、 汇 流 计 算1.下 渗 曲 线 法2.径 流 系 数 法3.降 雨 径 流 关 系 法4.等 流 时 线 法5.单 位 线 法产流计算汇流计算 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动1.下 渗 曲 线 法tfP（ t）i i（ t）fa（ t） 当 i f 时 ， Rs =i t-f t当 i f 时 ， Rs =0则 次 洪 水 径 流 量 为 ： ni niss tftiRR )( 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2.径 流 系 数 法l径 流 系 数 = R/PR P怎 样 得 到 径 流 系 数 呢 ？1.通 过 本 流 域 的 降 水 和 径 流 统 计 资 料 计 算 。2.借 用 相 邻 流 域 的 径 流 系 数 。3.使 用 等 值 线 图 查 算 流 域 形 心 处 的 值 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动降 雨 径 流 关 系 曲 线3.降 雨 径 流 关 系 法 RPP W 1.00 Wm W0=WmW0=0流 域 蓄 水 容 量 面 积 曲 线 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4.等 流 时 线 法1） 等 流 时 线 的 基 本 概 念等 流 时 线 ： 把 流 域 内 汇 流 时 间 相 等 的 各 点 连 接 成 的 线 。等 流 时 面 积 ： 相 邻 两 条 等 流 时 线 间 的 面 积 。 在 上 同时 产 生 的 径 流 ， 在 同 一 时 段 t 内 到 达 出 口 断 面 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4.等 流 时 线 法2） 等 流 时 线 的 绘 制 步 骤 ：1 选 定 汇 流 时 段 。 一 般 取 = t（ 降雨 时 段 ） 。2 求 出 流 域 平 均 汇 流 速 度 v。 较 大 的 河 流 流 域 ， v取 河 槽 的 平 均 流 速 （ 谢才 公 式 ） 小 流 域 ， v (l 1 l2 )/(1 2) 。2321RmIv 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4.等 流 时 线 法3 以 s = v 为 相 邻 等 流 时 线 的 间 距 ， 自流 域 出 口 逐 条 向 上 游 绘 等 流 时 线 。4 以 为 横 坐 标 ， 以 i 为 纵 坐 标 ， 绘 等 流时 面 积 分 配 曲 线 =f（ ） 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4.等 流 时 线 法 若取 = 1，则/=f()即为汇流曲线。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4.等 流 时 线 法3） 出 口 流 量 过 程 的 计 算4） 等 流 时 线 法 存 在 的 问 题1 实 际 流 域 的 汇 流 速 度 是 变 化 的 ， 等 流 时 线 也 应 是 变的 ， 但 绘 制 等 流 时 线 时 ， 采 用 流 域 平 均 汇 流 速 度 ， 等流 时 线 固 定 不 变 ， 不 符 合 实 际 情 况 。2 降 落 在 同 一 等 流 时 面 积 上 的 净 雨 量 ， 在 同 一 时 段 内全 部 流 出 ， 没 有 考 虑 河 槽 的 调 蓄 作 用 ， 故 推 得 的 流 量过 程 线 偏 尖 瘦 ， 洪 峰 流 量 偏 大 。3 假 定 流 域 内 降 雨 分 布 均 匀 ， 每 个 单 位 时 段 降 雨 强 度大 致 不 变 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 4 5 2 3 1 h3h2h1净 雨时 段 t 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动tQ 流 量 过 程 线 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动s 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动5.单 位 线 法 （ 舒 尔 曼 单 位 线 ）1） 单 位 线 的 概 念 与 假 定p单 位 线 是 指 单 位 时 段 内 ， 均 匀 分 布 的 单 位净 雨 量 在 流 域 出 口 断 面 形 成 的 地 面 径 流 过程 线 。 利 用 单 位 线 来 推 求 洪 水 汇 流 过 程 线 ，称 单 位 线 法 。 单 位 净 雨 深 一 般 取 10 mm 单 位 时 段 依 流 域 性 质 不 同 ， 取 3、 6、 12、 24 小 时 等 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动5.单 位 线 法 （ 舒 尔 曼 单 位 线 ）p 两 条 假 定 ：1 倍 比 定 律 假 定 ： 如 果 单 位 时 段 的 净 雨 深 不 是 一个 单 位 ， 而 是 n 个 单 位 ， 则 它 所 形 成 的 地 面 径 流过 程 线 的 流 量 值 为 单 位 线 流 量 的 n 倍 ， 其 历 时 仍与 单 位 线 的 历 时 相 同 。2 叠 加 法 则 假 定 ： 如 果 净 雨 历 时 不 是 一 个 时 段 而是 m 个 时 段 ， 则 各 时 段 净 雨 所 形 成 的 径 流 过 程线 之 间 互 不 干 扰 ， 出 口 断 面 的 流 量 等 于 各 时 段 净雨 量 所 形 成 的 流 量 之 和 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动tQ （ t）I（ t）th 1h2h 3 h 4 h 5 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2） 单 位 线 的 分 析 与 推 求p 步 骤 ：1 选 择 历 时 较 短 的 暴 雨 ， 产 生 明 显 孤 立 的 洪 峰作 为 分 析 对 象 ；2 求 出 本 次 暴 雨 各 时 段 的 流 域 平 均 雨 量 ， 扣 除损 失 ， 得 出 各 时 段 的 净 雨 深 hi， 净 雨 时 段 t。3 由 实 测 流 量 过 程 线 上 分 割 地 下 径 流 及 计 算 地面 径 流 深 y， 使 净 雨 深 等 于 地 面 径 流 深 ， 即hi=y。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2） 单 位 线 的 分 析 与 推 求4 用 地 面 径 流 过 程 线 各 时 段 纵 坐 标 值 ， 除以 净 雨 量 的 单 位 数 （ 10 毫 米 ） 就 可 得 出 单位 线 。p需 进 行 验 算 和 修 正 ， 直 到 最 后 由 单 位 线 推 出的 流 量 过 程 符 合 实 际 为 止 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动分 析 法 的 原 理设 地 面 径 流 过 程 为 Q1， Q2， Q3， ， 单 位 线 的 纵坐 标 为 q1， q2， q3， ， 时 段 净 雨 量 为 h1， h2，h3， 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动3） 单 位 线 推 求 流 量 过 程 示 例 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动4） 单 位 线 存 在 的 问 题 首 先 ， 单 位 线 的 倍 比 和 叠 加 线 性 假 定 不 能 完 全 符 合 实 际 ，由 各 次 大 洪 水 分 析 得 到 的 单 位 线 并 不 完 全 相 同 。 其 次 ， 净 雨 量 在 流 域 上 的 分 布 也 不 完 全 是 均 匀 的 ， 暴 雨中 心 分 布 与 移 动 方 向 不 同 可 使 流 量 过 程 线 峰 值 与 峰 型 均发 生 变 化 。 再 者 ， 采 用 不 同 的 时 段 计 算 ， 得 到 的 单 位 线 不 同 ， 且 单位 时 段 内 净 雨 过 程 均 匀 的 假 设 不 符 合 实 际 。 此 外 ， 地 下 水 的 多 少 也 影 响 单 位 线 ， 地 面 径 流 比 重 大 的洪 水 ， 单 位 线 尖 瘦 ， 洪 峰 提 前 ， 地 下 水 径 流 比 重 大 则 单位 线 平 缓 ， 洪 峰 滞 后 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动6.瞬 时 单 位 线1） 瞬 时 单 位 线 的 基 本 概 念l 1957年 ， J.E. 纳 希 设 想 流 域 的 汇 流 作 用 可 由 串 联 的n个 相 同 的 线 性 水 库 的 调 蓄 作 用 来 代 替 。 流 域 出 口 断 面的 流 量 过 程 是 流 域 净 雨 经 过 这 些 水 库 调 蓄 后 的 出 流 。根 据 这 个 设 想 ， 可 导 出 瞬 时 单 位 线 的 数 学 方 程 ： 式 中 ， n为 线 性 水 库 的 个 数 或 调 节 次 数 ； K为 线 性 水库 的 调 蓄 系 数 ， 具 有 时 间 的 单 位 。 Kn eKtnKtu 11)()!1( 1),0( 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动J.E.纳 希 的 流 域 汇 流 模 型 示 意 图 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动参 数 n、 K对 瞬 时 单 位 线 形 状 的 影 响 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动由 瞬 时 单 位 线 转 换 为 时 段 单 位 线l 将 瞬 时 单 位 线 转 换 为 时 段 单 位 线 才 能 使 用 。 时 段 的转 换 仍 采 用 S曲 线 ,按 S曲 线 的 定 义 ,有 l 当 n、 K已 知 ,以 不 同 的 t代 入 上 式 积 分 ,就 可 得 到 S曲线 。 将 以 t=0为 起 点 的 S(t)曲 线 向 后 平 移 一 个 t时 段 ,即可 得 S(t-t)曲 线 ,两 条 S曲 线 的 纵 坐 标 差 : u(t,t)=S(t)-S(t-t) l 即 为 时 段 为 t的 无 因 次 时 段 单 位 线 。 它 代 表 t内 流域 上 净 雨 强 度 为 1产 生 的 水 量 (t 1)在 出 口 断 面 形 成 的流 量 过 程 线 。 )()()!1( 1),0()( /0 110 KtdeKtnKdttutS Kt Knt 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动由 瞬 时 单 位 线 转 换 为 时 段 单 位 线l 将 无 因 次 单 位 线 换 算 成 时 段 为 t,净 雨 为10mm的 时 段 单 位 线 为 ：l 式 中 ， q(t,t)为 单 位 线 的 纵 坐 标 ， m3/s； t为 净 雨 时 段 ， h； F为 流 域 面 积 ， km2。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动四 、 流 域 产 汇 流 模 型 及 其 发 展50 年 代 以 来 ， 在 电 子 计 算 机 大 量 引 进 水 文 领 域 以 后 ， 开 始采 用 数 学 、 物 理 方 法 来 模 拟 径 流 形 成 过 程 ， 作 出 产 汇 流的 定 量 计 算 ， 在 水 文 计 算 和 水 文 预 报 等 方 面 发 挥 了 很 好的 作 用 。美国流量综合与水库调节模型（SSARR，1958）斯坦福模型（Stanford，19591966）萨克拉门托模型（Sacramento）美国农业部水文研究室模型（USDAHL，1970） 日本的水箱模型（Tank）英国水文研究所的SHE 模型新安江模型集 总 式 水 文 模 型 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动1.斯 坦 福 模 型l 1966 年 由 美 国 斯 坦 福 大 学 N.H. 克 劳 福 特 （ N.H. Crawford） 和 R.K.林 斯 雷 （ R.K. Linsley） 提 出l 以 流 域 水 量 平 衡 为 基 础 ， 确 定 性 流 域 水 文 模 型 模 型 的 输 入 实 测 的 时 段 降 雨 量 和 时 段 蒸 发 能 力 输 出 逐 时 段 流 量 、 逐 日 平 均 流 量 和 逐 日 实 际 蒸 发 量 。输 出 中 河 川 径 流 的 组 成 有 ： 不 透 水 面 积 上 的 直 接 径流 ； 坡 面 漫 流 ； 壤 中 流 ； 浅 层 地 下 径 流 。 融 雪 蓄 积 有 专 门 子 程 序 见 教 材 108页 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2.三 水 源 新 安 江 模 型p 新 安 江 模 型 是 分 散 性 模 型 ， 把 全 流 域 按 网 格 分块 (或 其 他 方 法 ， 如 以 一 个 雨 量 站 为 中 心 按 泰 森多 边 形 法 划 一 块 )， 每 一 块 称 为 单 元 流 域 。p 对 每 个 单 元 流 域 作 产 汇 流 计 算 得 出 单 元 流 域 的出 口 流 量 过 程 。p 再 进 行 出 口 以 下 的 河 道 洪 水 演 算 ， 求 得 流 域 出 口的 流 量 过 程 。p 把 每 个 单 元 流 域 的 出 流 过 程 相 加 ， 求 出 流 域 出 口的 总 出 流 过 程 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动河 网总 入 流 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动3、 分 布 式 水 文 模 型l 20世 纪 70年 代 ， 国 外 就 开 始 了 分 布 式 水 文 模 型 的研 究 ， 1969年 Freeze和 Harlan发 表 一 个 具 有 物理 基 础 数 值 模 拟 的 水 文 响 应 模 型 的 蓝 图 。 目 前代 表 性 的 模 型 有 ： SHE模 型 、 IHDM模 型 、SWAT模 型 （ Soil and Water Assessment Tool） 等 。l 分 布 式 水 文 模 型 系 统 的 模 块 ：（ 1） 自 然 水 循 环 子 过 程 模 块（ 2） 人 工 侧 支 循 环 子 过 程 模 块（ 3） G IS模 块（ 4） 数 据 库 模 块（ 5） 方 案 模 块 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动格网分布式体系 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动l 利 用 GIS在 数 据 管 理 、 空 间 分 析 及 可 视 性 方 面 的功 能 。 而 数 字 高 程 模 型 （ DEM） 是 构 成 GIS的 基础 数 据 。 通 过 DEM可 提 取 大 量 的 陆 地 表 面 形 态 信 息 ，这 些 信 息 包 含 流 域 网 格 单 元 的 坡 度 、 坡 向 以 及 单元 之 间 的 关 系 等 。 同 时 根 据 一 定 的 算 法 可 以 确 定出 地 表 水 流 路 径 、 河 流 网 络 和 流 域 的 边 界 。 在DEM所 划 分 的 流 域 单 元 上 建 立 水 文 模 型 ， 模 拟流 域 单 元 内 土 壤 植 被 大 气 （ SVAT） 系 统 中水 的 运 动 ， 并 进 行 地 表 水 和 地 下 水 的 演 算 。l 分 布 式 水 文 模 型 的 特 色 ： 具 有 物 理 基 础 ， 描 述水 文 循 环 的 时 空 变 化 过 程 。 由 于 其 分 布 式 特 点 ，能 够 与 大 气 环 流 模 式 （ GCM） 嵌 套 ， 研 究 自 然变 化 和 气 候 变 化 对 水 文 循 环 的 影 响 。 能 及 时 地模 拟 出 人 类 活 动 或 下 垫 面 因 素 的 变 化 对 流 域 水 文循 环 过 程 的 影 响 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动基 于 GIS的 大 尺 度 水 文 模 型 全 国 径 流 模 拟 系 统 框图 （ 刘 志 雨 等 ， 2003） 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动2000年 黑 河 流 域 中 上 游 地 区 水 循 环 要 素 及 显 热 通 量 的 空 间 分 异 （ 贾 仰 文 等， 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院 ， 2005） 图 1 黑 河 流 域 上 中 游 地 区 水 系 及 主 要 水 文 气 象 测 站贾 仰 文 等 ， 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院 ， 2005 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动分布式水文模型与水问题的总体解决方 案 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 1. 某 流 域 的 等 流 时 线 如 图 所 示 ， 各 等 流 时 面 积 1， 2， 3分 别为 41km2、 72 km2、 65 km2其 上 一 次 降 雨 ， 它 在 各 等 流 时 面积 上 各 时 段 的 地 面 净 雨 如 表 所 示 。 其 中 时 段 t=2h， 与 单 元 汇流 时 间 相 等 。 试 求 第 3时 段 末 流 域 出 口 的 地 面 径 流 量 及 该 次降 雨 的 地 面 径 流 总 历 时 各 为 多 少 ？ 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动 2.如 图 为 某 流 域 按 蓄 满 产 流 模 型 建 立 的 降 雨 径 流 相关 图 ， 已 知 该 流 域 一 次 降 雨 如 表 ， 6月 12日 8时 流 域前 期 影 响 雨 量 Pa=60mm,试 求 该 次 降 雨 的 产 流 的 净雨 过 程 。 第三章 陆地表面水的组成与运动第 二 节 流 域 产 流 与 汇 流第三章 陆地表面水的组成与运动3、 某 流 域 面 积 F 108km2,已 知 S（ t） 曲 线 如 表 所列 ， 推 求 单 位 时 段 t=3h， 单 位 净 雨 深 为 10mm的 单 位 线 q（ t） 。