第四章-流域产流与汇流计算课件

研究内容:从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法，包括流域的产流计算和汇流计算。产流计算主要研法，包括流域的产流计算和汇流计算。产流计算主要研究流域上降雨扣除植物截留、下渗、填洼等损失，转化究流域上降雨扣除植物截留、下渗、填洼等损失，转化为净雨过程的计算方法。汇流计算主要研究净雨沿地面为净雨过程的计算方法。汇流计算主要研究净雨沿地面和地下汇入河网，并经河网汇集形成流域出口断面径流和地下汇入河网，并经河网汇集形成流域出口断面径流过程的计算方法。过程的计算方法。研究目的:研究的流域产汇流计算是工程水文学中最研究的流域产汇流计算是工程水文学中最基本的概念和方法之一，是以后学习由暴雨资料推求设基本的概念和方法之一，是以后学习由暴雨资料推求设计洪水，降雨径流预报等内容的基础。计洪水，降雨径流预报等内容的基础。研究内容:从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法，包括14.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 基本资料的整理与分析基本资料的整理与分析 4.3 4.3 前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算 4.4 4.4 降雨径流相关图法推求净雨降雨径流相关图法推求净雨 4.5 4.5 初损后损法计算地面净雨过程初损后损法计算地面净雨过程4.6 4.6 流域汇流分析流域汇流分析4.7 4.7 单位线法推求流域出口洪水过程单位线法推求流域出口洪水过程4.1概述目录24.1概述概述内容提要：1.1.由降雨过程推求径流过程的基本内容由降雨过程推求径流过程的基本内容与流程；与流程；2.2.流域产汇流计算的基本思路流域产汇流计算的基本思路学习要求：掌握由降雨过程推求径流过程的主要环节掌握由降雨过程推求径流过程的主要环节与基本思路与基本思路4.1概述内容提要：3一、流域产汇流计算基本内容与流程一、流域产汇流计算基本内容与流程由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为两个步骤：两个步骤：两个步骤：两个步骤：产流计算产流计算产流计算产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，剩下的部分称为净雨，它在数量上等于它损失之后，剩下的部分称为净雨，它在数量上等于它损失之后，剩下的部分称为净雨，它在数量上等于它损失之后，剩下的部分称为净雨，它在数量上等于它所形成的径流深。在我国常称净雨量为产流量，降雨所形成的径流深。在我国常称净雨量为产流量，降雨所形成的径流深。在我国常称净雨量为产流量，降雨所形成的径流深。在我国常称净雨量为产流量，降雨转化为净雨的过程为转化为净雨的过程为转化为净雨的过程为转化为净雨的过程为产流过程产流过程产流过程产流过程，关于净雨的计算称之，关于净雨的计算称之，关于净雨的计算称之，关于净雨的计算称之为为为为产流计算产流计算产流计算产流计算。汇流计算汇流计算汇流计算汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流域汇流经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流域汇流经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流域汇流经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流域汇流过程的计算称之为汇流计算。过程的计算称之为汇流计算。过程的计算称之为汇流计算。过程的计算称之为汇流计算。一、流域产汇流计算基本内容与流程由流域降雨推求4二、流域产汇流计算的基本思路二、流域产汇流计算的基本思路流域流域产汇流计算方法产汇流计算方法的内容十分丰富，这里仅介绍的内容十分丰富，这里仅介绍目前使用比较普遍和比较成熟的计算原理及其计算方目前使用比较普遍和比较成熟的计算原理及其计算方法。产流计算的方法有法。产流计算的方法有降雨径流相关图法、流域蓄水降雨径流相关图法、流域蓄水容量曲线法容量曲线法和和初损后损法初损后损法等；汇流计算方法的重点是等；汇流计算方法的重点是时段单位线法时段单位线法和和瞬时单位线法瞬时单位线法。无论产流计算还是汇流计算，基本思路都是，先从无论产流计算还是汇流计算，基本思路都是，先从实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后，用于设计条件时，则可由设计暴雨推求后，用于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水设计洪水，用于预报时，则由实际暴雨用于预报时，则由实际暴雨预报洪水预报洪水。二、流域产汇流计算的基本思路5降雨降雨P(t)蒸发蒸发E(t)产流计算产流计算净雨净雨R(t)汇流计算汇流计算流域出口断面流域出口断面径流过程径流过程Q(t)数量上相等数量上相等由降雨过程推求径流过程流程图由降雨过程推求径流过程流程图降雨P(t)产流计算净雨R(t)汇流计算流域出口断面数量上相64.2基本资料的整理与分析基本资料的整理与分析 内容提要内容提要流域产汇流计算一般需要先对实测暴雨、径流流域产汇流计算一般需要先对实测暴雨、径流和蒸发等资料做一定的整理分析，以便在定量上研和蒸发等资料做一定的整理分析，以便在定量上研究它们之间的因果关系和规律。本节介绍这些要素究它们之间的因果关系和规律。本节介绍这些要素的分析计算方法。的分析计算方法。学习要求学习要求掌握一次实测降雨洪水的总径流深、地面径流掌握一次实测降雨洪水的总径流深、地面径流深和地下径流深以及流域蒸散发量的计算方法。深和地下径流深以及流域蒸散发量的计算方法。4.2基本资料的整理与分析内容提要7一、降雨资料的整理1 1、降雨时程变化的计算、降雨时程变化的计算（1 1）雨强过程线：雨强过程线：如图中的如图中的1 1线，表示各时段的降雨强度随时间的变化。线，表示各时段的降雨强度随时间的变化。（2 2）瞬时雨强过程线）瞬时雨强过程线 图中图中3 3线。线。（3 3）累积降雨过程线：如图中的）累积降雨过程线：如图中的2 2线，是各时段雨量沿时间的线，是各时段雨量沿时间的累积值，也是雨强过程线的积分。显然，线上任一点的坡度累积值，也是雨强过程线的积分。显然，线上任一点的坡度为雨强，即为雨强，即 降雨量累积曲线降雨量累积曲线3一、降雨资料的整理38（4 4）降雨强度历时曲线）降雨强度历时曲线 用降雨强度过程线可以分析绘制降雨强度历时用降雨强度过程线可以分析绘制降雨强度历时曲线。统计降雨强度过程线中各种历时的最大平均雨曲线。统计降雨强度过程线中各种历时的最大平均雨强，以最大平均雨强为纵坐标，相应历时为横坐标即强，以最大平均雨强为纵坐标，相应历时为横坐标即可点绘出降雨强度历时曲线。可点绘出降雨强度历时曲线。降雨强度历时曲线是一条下降曲线，说明最大降雨强度历时曲线是一条下降曲线，说明最大平均降雨强度随历时增长而减小。平均降雨强度随历时增长而减小。（4）降雨强度历时曲线92 2、流域降雨特性分析、流域降雨特性分析（1 1）流域平均雨量计算：）流域平均雨量计算：1 1）算术平均法算术平均法 条件：条件：流域内雨量站分布较均匀、地形起伏变化不大。流域内雨量站分布较均匀、地形起伏变化不大。2 2）垂直平分法（泰森多边形法）垂直平分法（泰森多边形法）条件：条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站在计算流域平均雨量中的作用。在计算流域平均雨量中的作用。假设：假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。2、流域降雨特性分析103 3）等雨量线法）等雨量线法 条件：条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较当流域地形变化较大，而雨量站分布较密，能结合地形变化绘制等雨量线时。密，能结合地形变化绘制等雨量线时。该方法能考虑流域地形的变化绘制等雨量线，该方法能考虑流域地形的变化绘制等雨量线，比较好地反映了降雨在流域上的变化，精度较高。比较好地反映了降雨在流域上的变化，精度较高。但是绘制等雨量线需要较多站点的资料，且但是绘制等雨量线需要较多站点的资料，且每次都要重绘，工作量大。每次都要重绘，工作量大。3）等雨量线法11（2 2）时面深关系曲线）时面深关系曲线 先绘制一场暴雨不同历时的等雨量线图，先绘制一场暴雨不同历时的等雨量线图，如历时如历时12h12h、24h24h、48h48h，再从各种历时等雨量线，再从各种历时等雨量线图上的暴雨中心开始，依次向外量取每条等雨图上的暴雨中心开始，依次向外量取每条等雨量线包围的面积并求出各面积上的平均雨深，量线包围的面积并求出各面积上的平均雨深，即可绘制面平均雨深面积历时曲线。即可绘制面平均雨深面积历时曲线。（3 3）点面关系）点面关系 1 1）定点定面关系。）定点定面关系。2 2）动点动面关系。）动点动面关系。（2）时面深关系曲线12二、径流资料的整理与计算n1 1洪水场次划分及次洪水总径流深洪水场次划分及次洪水总径流深W W的计算的计算图图4-2-1次降雨径流分割及总径流量计算示意图次降雨径流分割及总径流量计算示意图二、径流资料的整理与计算1洪水场次划分及次洪水总径流深W13说明：说明：但必须注意的是，降雨场次的划但必须注意的是，降雨场次的划分一定要与洪水场次的划分相对应，如图所分一定要与洪水场次的划分相对应，如图所示。当把洪水划分为两次时，暴雨也要相应示。当把洪水划分为两次时，暴雨也要相应地划分为两次，且两两对应，前次暴雨地划分为两次，且两两对应，前次暴雨对对应前面的洪水应前面的洪水，后次暴雨，后次暴雨对应后面的洪对应后面的洪水水，切不可混淆。，切不可混淆。142 2流域地下径流标准退水曲线流域地下径流标准退水曲线 流量过程线上的流量过程线上的a a点或点或aa点是否为流域地下退水流点是否为流域地下退水流量，可由流域地下径流标准退水曲线来确定。图量，可由流域地下径流标准退水曲线来确定。图4-2-4-2-2 2中的下包线中的下包线QgQgt t，即为流域地下径流标准退水曲线，即为流域地下径流标准退水曲线，其其绘制方法步骤绘制方法步骤是是 以相同的比例尺，在方格纸上绘出各场洪水的退以相同的比例尺，在方格纸上绘出各场洪水的退水流量过程线；水流量过程线；用一张透明纸描绘出最低的退水过程线；用一张透明纸描绘出最低的退水过程线；将此曲线移到另一场洪水的次低的退水段，在将此曲线移到另一场洪水的次低的退水段，在保持时间坐标重合的条件下左右移动透明纸，使方格保持时间坐标重合的条件下左右移动透明纸，使方格纸上的退水过程线在后部与透明纸上的退水过程线相纸上的退水过程线在后部与透明纸上的退水过程线相重合，并把它也描绘在透明纸上；重合，并把它也描绘在透明纸上；如此逐一描绘各场洪水的退水流量过程线，就如此逐一描绘各场洪水的退水流量过程线，就构成构成QgQgt t线。线。2流域地下径流标准退水曲线流量过程线上的a点或a15图7-2-2 古田溪达才站退水曲线（图中数字为洪号）图图4-2-2古田溪达才站退水曲线（图中数字为洪号）古田溪达才站退水曲线（图中数字为洪号）图7-2-2古田溪达才站退水曲线（图中数字为洪号）图416n3 3地面地下径流分割及计算地面地下径流分割及计算地面地下径流分割地面地下径流分割为分别研究地面径流和地下径流的产汇流规律，需为分别研究地面径流和地下径流的产汇流规律，需将总径流中进行地下径流（基流）分割。常用的有两种将总径流中进行地下径流（基流）分割。常用的有两种方法：方法：水平线分割法水平线分割法：从实测流量过程线的起涨点从实测流量过程线的起涨点a作一作一水平线交过程线的退水段于水平线交过程线的退水段于c点，则水平线点，则水平线ac就认为是就认为是该次洪水的地面地下径流分割线。该次洪水的地面地下径流分割线。斜线分割法：斜线分割法：从实测流量过程线的起涨点从实测流量过程线的起涨点a到地面到地面径流终止点径流终止点c连一斜线连一斜线ac，即为地面地下径流分割线。，即为地面地下径流分割线。水平线分割法简便易行，对地下径流小，洪水历时短的流域较为水平线分割法简便易行，对地下径流小，洪水历时短的流域较为适合；而对地下径流比重大、洪水连续时间长的流域，则会造成适合；而对地下径流比重大、洪水连续时间长的流域，则会造成比较大的误差，此时改用斜线分割法较为合理。比较大的误差，此时改用斜线分割法较为合理。3地面地下径流分割及计算17图图4-2-3水平线分割法示意图水平线分割法示意图图图4-2-4斜线分割法示意图斜线分割法示意图图4-2-4斜线分割法示意图18地面、地下径流深的计算地面、地下径流深的计算地面、地下径流分割后，分割线上面的部分地面、地下径流分割后，分割线上面的部分即地面径流即地面径流W WS S，下面的部分即地下径流，下面的部分即地下径流W Wg g，分别，分别除以流域面积除以流域面积F F即可得到其地面径流深即可得到其地面径流深R RS S、地下、地下径流深径流深R Rg g。地面、地下径流深的计算地面、地下径流19三、蒸发资料的整理蒸散发直接影响流域土壤蓄水量的大小，从而又影蒸散发直接影响流域土壤蓄水量的大小，从而又影响径流量的大小，一般由实测水面蒸发资料计算响径流量的大小，一般由实测水面蒸发资料计算 流域蒸散发量流域蒸散发量E Et t基本上与土壤蓄水量基本上与土壤蓄水量W Wt t成正比成正比 Wt第第t日的土壤蓄水量；日的土壤蓄水量；Wm流域蓄水容量（田间持流域蓄水容量（田间持水量）水量）Emt为第为第t日的蒸散发能力；日的蒸散发能力；Et第第t日的流域蒸发量：日的流域蒸发量：水面蒸发器观测值，水面蒸发器观测值，流域蒸发折算系数流域蒸发折算系数三、蒸发资料的整理蒸散发直接影响流域土壤蓄水20【思考题】【思考题】1.某流域的一场洪水中，地面径流的消退速度与地下径流的相比某流域的一场洪水中，地面径流的消退速度与地下径流的相比a、前者小于后者、前者小于后者b、前者大于后者、前者大于后者c、前者小于等于后者、前者小于等于后者d、二者相等、二者相等2.一次暴雨的降雨强度过程线下的面积表示该次暴雨的一次暴雨的降雨强度过程线下的面积表示该次暴雨的a、平均降雨强度、平均降雨强度b、降雨总量、降雨总量c、净雨总量、净雨总量d、径流总量、径流总量3.一次洪水地面径流过程线下的面积表示一次洪水地面径流过程线下的面积表示a、平均地面径流流量、平均地面径流流量b、地面径流深、地面径流深c、地面径流总量、地面径流总量d、地面径流模数、地面径流模数4.某流域一次暴雨洪水的地面净雨与地面径流深的关系是某流域一次暴雨洪水的地面净雨与地面径流深的关系是a、前者大于后者、前者大于后者b、前者小于后者、前者小于后者c、前者等于后者、前者等于后者d、二者可能相等或不等、二者可能相等或不等(b)(b)(c)（c）【思考题】(b)(b)(c)（c）214.3前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算内容提要：降雨开始时流域是干旱还是湿润，对此次降雨产降雨开始时流域是干旱还是湿润，对此次降雨产生径流的多少影响极大，流域的干湿程度常用流域蓄生径流的多少影响极大，流域的干湿程度常用流域蓄水量水量W W或其前期影响雨量或其前期影响雨量Pa Pa 表示，本节介绍表示，本节介绍W W和和Pa Pa 的的分析计算方法。分析计算方法。学习要求：掌握降雨前期流域蓄水量或流域前期影响雨量的掌握降雨前期流域蓄水量或流域前期影响雨量的计算方法。计算方法。4.3前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算内容提要：22一、前期流域蓄水量W的计算 流域蓄水量流域蓄水量主要是指，在流域降雨能够影响主要是指，在流域降雨能够影响的土层内土壤含蓄的吸着水、薄膜水和悬着毛管的土层内土壤含蓄的吸着水、薄膜水和悬着毛管水，不包括重力水，是土壤能够保持而不在重力水，不包括重力水，是土壤能够保持而不在重力作用下流走的水分。在土壤蓄水量的计算中，往作用下流走的水分。在土壤蓄水量的计算中，往往取土壤蓄水量的最小值（相当于凋萎系数）为往取土壤蓄水量的最小值（相当于凋萎系数）为计算零点，称田间持水量与最小蓄水量的差值为计算零点，称田间持水量与最小蓄水量的差值为土壤蓄水容量。土壤实际蓄水量在零与蓄水容量土壤蓄水容量。土壤实际蓄水量在零与蓄水容量之间变化。流域上各地点的蓄水容量是不同的，之间变化。流域上各地点的蓄水容量是不同的，可从零变化到点最大蓄水容量，其流域平均值以可从零变化到点最大蓄水容量，其流域平均值以WmWm表示，称表示，称流域蓄水容量流域蓄水容量。一、前期流域蓄水量W的计算流域蓄水量主要是指，231 1流域蓄水容量流域蓄水容量WmWm的计算的计算WmWm是流域综合平均指标，一般用实测雨洪资料分是流域综合平均指标，一般用实测雨洪资料分析确定。选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产析确定。选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产流的雨洪资料，计算流域平均降雨量流的雨洪资料，计算流域平均降雨量P P及产流量及产流量R R。因。因久旱无雨，可认为降雨开始时流域蓄水量久旱无雨，可认为降雨开始时流域蓄水量W=0W=0。所以：。所以：Wm=P-R-E Wm=P-R-E 一个流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力的一个流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力的基本特征，我国大部分地区的经验表明，一般为基本特征，我国大部分地区的经验表明，一般为8080120mm120mm，例如：广东，例如：广东9595100mm100mm，福建，福建100100130mm130mm，湖，湖北北7070110mm110mm，陕西，陕西5555100mm100mm，黑龙江，黑龙江140mm140mm等等。等等。流域的实际蓄水量流域的实际蓄水量W W在在0 0WmWm之间变化。之间变化。1流域蓄水容量Wm的计算242 2流域蓄水量流域蓄水量W W的计算的计算实际上，一般都没有实测的流域土壤蓄水量资料，实际上，一般都没有实测的流域土壤蓄水量资料，必须通过间接计算来推求前期流域蓄水量必须通过间接计算来推求前期流域蓄水量W W。利用流。利用流域影响土层的水量平衡方程来推求，其计算式为域影响土层的水量平衡方程来推求，其计算式为 W Wt+1t+1=W=Wt t+P+Pt t-R-Rp p，t t-E-Et t 由由P P、R R和和EWEW资料，按上式逐日连续计算，便可求资料，按上式逐日连续计算，便可求得各日的流域蓄水量。该方法，概念明确，成果精度得各日的流域蓄水量。该方法，概念明确，成果精度较高，但计算工作量大，多用于水文预报。较高，但计算工作量大，多用于水文预报。2流域蓄水量W的计算25 【例例4-3-14-3-1】表表4-3-14-3-1为为某某流流域域前前期期流流域域蓄蓄水水量量计计算算表表。该该表表中中 k kw，t=1.0=1.0，5 5月月份份取取为为常常数数。按按实实测测的的降降雨雨和和计计算算的的E Et t，由由降雨总径流相交图查得降雨总径流相交图查得Rp.t 。表表4-3-1 4-3-1 前期流域蓄水量前期流域蓄水量计算示例（算示例（单位：位：mmmm）月月.日日PtEm.tEtRp.tWt备注注(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)5.1418.93W Wm m=120mm=120mmK Kw w，t t=1.0=1.0W Wt t为一日开始一日开始时蓄水量蓄水量(mm)5(mm)5月月1414日开始日开始时18.93mm18.93mm，是由前面，是由前面计算得到的算得到的15161718192021221.551.321.191.221.331.752.551.162.3917.3816.0617.8020.6529.1141.3638.8189.700034.210.315.1063.256.89.89.18.98.27.77.27.43.63.2000.070.130.511.10011.1526.73【例4-3-1】表4-3-1为某流域前期流域蓄水量计26二、前期影响雨量Pa的计算二、前期影响雨量Pa的计算27 【例【例4-3-24-3-2】某流域某流域W Wm m=100mm=100mm，6 6月份月份E Em m5.6mm/d,75.6mm/d,7月份月份E Em m 6.8mm/d6.8mm/d。推求。推求7 7月月2 2日日3 3日的日的P P和雨前和雨前P Pa a值。值。tP(mm)KPa(mm)计算说明计算说明6.2560.36月月25日日26日总雨量很大，日总雨量很大，6月月27日日Pa达达Wm6.2678.86.2714.76.286.296.307.17.220.27.321.97.42.2K K6 6=1=15.6/100=0.944 5.6/100=0.944 K K7 7=1=16.8/100=0.9326.8/100=0.932表表4-3-2 Pa4-3-2 Pa计算示例计算示例10094.489.184.178.4Pa=0.944100=94.4Pa=0.94494.5=89.1Pa=0.94489.1=84.1Pa=0.93284.1=78.4Pa=0.944(10014.7)=108.3取取100P=20.221.9=42.1mmPa=78.4mm0.9440.9440.9440.9440.9440.9440.9320.9320.9320.932100【例4-3-2】某流域Wm=100mm，6月份Em28三、消退系数K 消退系数综合反映流域蓄水量因流域蒸散发消退系数综合反映流域蓄水量因流域蒸散发而减少的特性。而减少的特性。流域蒸散发取决于：流域蒸散发取决于：1 1）流域蒸散发能力）流域蒸散发能力EMEM；2 2）流域供水条件，即流域蓄水量）流域供水条件，即流域蓄水量W W、WMWM；第第t t日的流域蒸发量：日的流域蒸发量：三、消退系数K消退系数综合反映流域蓄水量因流域蒸29 若第若第t t日无雨，则该日流域前期影响雨量的日无雨，则该日流域前期影响雨量的减少全部转化为流域蒸散发，故：减少全部转化为流域蒸散发，故：又：又：代入：代入：得：得：EM为流域蒸发能力，为流域蒸发能力，可用可用E601观测器观测的观测器观测的水面蒸发值作为近似值水面蒸发值作为近似值若第t日无雨，则该日流域前期影响雨量的减少全部转30四、几个应注意的问题(1)(1)最大值限制问题最大值限制问题 当计算出的当计算出的PaPa值大于值大于WMWM时，取时，取WMWM作为该日的作为该日的PaPa值。值。（2 2）PaPa起始值的确定起始值的确定 一般前期较长一段时间无雨，土壤已很干燥，一般前期较长一段时间无雨，土壤已很干燥，可令可令Pa=0Pa=0；而在一场大雨或连续几次大雨之后，；而在一场大雨或连续几次大雨之后，土壤含水量已近最大，此时可取土壤含水量已近最大，此时可取Pa=WMPa=WM，依次为起，依次为起点往后计算。点往后计算。（3 3）流域日蒸发能力）流域日蒸发能力EM EM 可用可用E601E601型蒸发器观测的水面蒸发值作为近似型蒸发器观测的水面蒸发值作为近似值。一般按晴天和雨天或按月份分别选取相应的值。一般按晴天和雨天或按月份分别选取相应的约平均值。约平均值。四、几个应注意的问题314.4降雨径流相关图法推求净雨降雨径流相关图法推求净雨l内容提要内容提要由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响雨量，由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的相关图，这些按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的相关图，这些相关图反映了流域的产流规律。应用此相关图可以由降雨计相关图反映了流域的产流规律。应用此相关图可以由降雨计算出相应的产流量。这种图一类是没有固定的数学模型，称算出相应的产流量。这种图一类是没有固定的数学模型，称之为经验的降雨径流相关图：另一类是根据蓄满产流数学模之为经验的降雨径流相关图：另一类是根据蓄满产流数学模型，建立的总径流深的相关图及相应的地面地下净雨计算方型，建立的总径流深的相关图及相应的地面地下净雨计算方法。法。l学习要求学习要求掌握经验的降雨径流相关图的制作和应用，应用蓄满产掌握经验的降雨径流相关图的制作和应用，应用蓄满产流模型与地面地下净雨计算方法进行产流分析计算。流模型与地面地下净雨计算方法进行产流分析计算。4.4降雨径流相关图法推求净雨内容提要32思路：思路：根据实测降雨、径流资料建立降雨径流关系相关根据实测降雨、径流资料建立降雨径流关系相关图（经验的、蓄满产流理论的）图（经验的、蓄满产流理论的）预报净雨过程或推求设预报净雨过程或推求设计净雨过程计净雨过程一、降雨径流经验相关图法v 由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间响雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的相关图，这些相关图反映了流域的产流规律。应用的相关图，这些相关图反映了流域的产流规律。应用此相关图可以由降雨计算出相应的产流量。此相关图可以由降雨计算出相应的产流量。v 随着各流域的条件不同，相关图中考虑的影响因随着各流域的条件不同，相关图中考虑的影响因素的多少有很大差别素的多少有很大差别 思路：根据实测降雨、径流资料建立降雨径流关系相关图（经验的、33n1 1、P PPa Pa R(Rs)R(Rs)三变量相关图法三变量相关图法降雨径流经验相关图法的制作降雨径流经验相关图法的制作以次降雨量以次降雨量P P为纵坐标，以相应的径流深为纵坐标，以相应的径流深R(Rs)R(Rs)为横坐为横坐标，可按对应的标，可按对应的P P、R(Rs)R(Rs)在图上绘一个点，并把它的在图上绘一个点，并把它的PaPa值注在点旁，然后按点群分布的趋势，照顾大多数点子，值注在点旁，然后按点群分布的趋势，照顾大多数点子，绘出以绘出以PaPa为参数的等值线，既为为参数的等值线，既为P PPa Pa R(Rs)R(Rs)三变量三变量相关图法。相关图法。34图图4-4-1某流域三变量降雨径流相关图某流域三变量降雨径流相关图图4-4-1某流域三变量降雨径流相关图35（2）该图应符合下列规律：）该图应符合下列规律：P P相同时，相同时，Pa Pa 越大，损失愈小，越大，损失愈小，R(Rs)R(Rs)愈大，故愈大，故PaPa等值线的数值是自左至右增大的；等值线的数值是自左至右增大的；Pa Pa相同时，相同时，P P愈大，损失相对于愈大，损失相对于P P愈小，愈小，d d R(Rs)R(Rs)dPdP愈大，愈大，P PR(Rs)R(Rs)线的坡度随线的坡度随P P的增大而减缓，的增大而减缓，P PRsRs也不应小于也不应小于45450 0，P PR R可以为可以为45450 0。（2）该图应符合下列规律：P相同时，Pa越大，36（3）降雨径流经验相关图法的应用）降雨径流经验相关图法的应用根据降雨过程及降雨开始时的根据降雨过程及降雨开始时的Pa Pa，首先累计各时段，首先累计各时段的降雨过程，在图上查出累计的净雨过程，然后将累计的降雨过程，在图上查出累计的净雨过程，然后将累计的净雨过程，两两相减，得到各时段的降雨所对应的时的净雨过程，两两相减，得到各时段的降雨所对应的时段净雨。若降雨开始时的段净雨。若降雨开始时的Pa Pa 不在某一条等值线上，则不在某一条等值线上，则用内插法查算。用内插法查算。（3）降雨径流经验相关图法的应用根据降雨过程及降雨37推求净雨过程推求净雨过程书上书上现以图现以图4-4-14-4-1为例说明其计算方法。假设在为例说明其计算方法。假设在图图4-4-14-4-1的流域上有一次降雨，的流域上有一次降雨，PaPa=60.0=60.0mmmm t t（t=t=3.03.0h h）1 12 2时段雨量时段雨量P Pi i()49498181累积雨量累积雨量P P()4949130130累积净雨累积净雨R Rs s()20208080时段净雨时段净雨R Rs,is,i()20206060推求净雨过程书上现以图4-4-1为例说明其计算382 2、P+PaP+PaR(Rs)R(Rs)相关相关图法图法当遇到降雨径流资当遇到降雨径流资料的相关点较少时，料的相关点较少时，可采用绘制简化的可采用绘制简化的降雨径流相关图降雨径流相关图P PP PR(Rs)R(Rs)，如图，如图4-4-4-24-2所示。所示。图图4-4-2简化的降雨径流相关图简化的降雨径流相关图P+PaR(Rs)2、P+PaR(Rs)相关图法图4-4-2简化的降雨393 3、多变量降雨径流相关图、多变量降雨径流相关图n以以W W或或Pa Pa 为参数的三变量相关图，一般只适用于我国湿润地区，为参数的三变量相关图，一般只适用于我国湿润地区，对于干旱、半干旱地区，除考虑风外，还要考虑降雨历时等更多对于干旱、半干旱地区，除考虑风外，还要考虑降雨历时等更多变量的相关图。图变量的相关图。图4-4-34-4-3为为P PPaPaT TRsRs相关图。相关图。图图4-4-3某流域某流域PPaTRs相关图相关图3、多变量降雨径流相关图以W或Pa为参数的三变量40二、蓄满产流模型法 1 1、蓄满产流基本概念和计算原理、蓄满产流基本概念和计算原理 在湿润和半湿润地区，雨量充沛、地下水位较高，在湿润和半湿润地区，雨量充沛、地下水位较高，包气带较薄，土壤缺水量不大，易于为降雨所满足，包气带较薄，土壤缺水量不大，易于为降雨所满足，达到田间持水量（即蓄水量达到达到田间持水量（即蓄水量达到WmWm），称蓄满。蓄满），称蓄满。蓄满前，降雨全部用于补足土壤缺水，不产流；蓄满后的前，降雨全部用于补足土壤缺水，不产流；蓄满后的降雨，全部成为径流，且入渗达到稳渗率降雨，全部成为径流，且入渗达到稳渗率fcfc，入渗部，入渗部分形成地下径流，超过稳渗的形成地面径流。称这种分形成地下径流，超过稳渗的形成地面径流。称这种产流方式为蓄满产流产流方式为蓄满产流 与之相对的是非蓄满产流。在干旱、半干旱地区，与之相对的是非蓄满产流。在干旱、半干旱地区，降雨很难达到田间持水量，它不以蓄满与否作为产流降雨很难达到田间持水量，它不以蓄满与否作为产流的控制条件，而是以降雨强度的控制条件，而是以降雨强度i i f f（入渗强度）作为产（入渗强度）作为产流条件，称为超渗产流。流条件，称为超渗产流。二、蓄满产流模型法1、蓄满产流基本概念和计算原理41 流域中某点的蓄满产流量（总净雨量）流域中某点的蓄满产流量（总净雨量）P P降雨量；降雨量；E E蒸发量；蒸发量；WmWm点蓄水容量点蓄水容量WW点实际土壤蓄水量。点实际土壤蓄水量。流域各点蓄水容量不同，因此必须结合流域流域各点蓄水容量不同，因此必须结合流域的蓄水分布情况（用流域蓄水容量曲线表示），的蓄水分布情况（用流域蓄水容量曲线表示），与点产流方程联解，才能求得流域的产流量与点产流方程联解，才能求得流域的产流量流域中某点的蓄满产流量（总净雨量）422 2、流域蓄水容量曲线与降雨径流公式、流域蓄水容量曲线与降雨径流公式l流域蓄水容量曲线一般采用b次抛物线形式bmmmRWWFF)1(1-a=bWWmmm+=1m点蓄水容量；点最大蓄水容量；FR流域面积F 中mW的面积 图图4-4-44-4-4流域蓄水容量曲线图流域蓄水容量曲线图WmmW=2、流域蓄水容量曲线与降雨径流公式bmmmRWWFF)1(143流域蓄水流域蓄水W W时，相应的最大点蓄水量时，相应的最大点蓄水量纵坐标纵坐标a a 可导可导得为得为 由图由图4-4-44-4-4知，流域有效雨量知，流域有效雨量P P-E E时，产生的净雨深时，产生的净雨深为图中的阴影面积，其计算式为为图中的阴影面积，其计算式为流域蓄水W时，相应的最大点蓄水量纵坐标a可导得443 3、净雨过程计算、净雨过程计算一个流域的一个流域的W Wm m、b b一定，即可按上式绘制（一定，即可按上式绘制（P PE E）W WR R相关图，并像经验的相关图那样相关图，并像经验的相关图那样用来计算降雨的净雨过程。实际应用上，准确、用来计算降雨的净雨过程。实际应用上，准确、方便起见，则是由上式直接计算方便起见，则是由上式直接计算R R。参数。参数W Wm m、b b和蒸发折算系数和蒸发折算系数k kw,tw,t一般由实测降雨径流资料一般由实测降雨径流资料优选优选3、净雨过程计算一个流域的Wm、b一定，即可454 4、稳定下渗率、稳定下渗率fcfc的计算及地面地下净雨划分的计算及地面地下净雨划分地面、地下径流的汇流特性不同，因此还需将总净地面、地下径流的汇流特性不同，因此还需将总净雨划分成：地面净雨、地下净雨雨划分成：地面净雨、地下净雨（1）稳渗率）稳渗率fc的计算的计算4、稳定下渗率fc的计算及地面地下净雨划分46第四章-流域产流与汇流计算课件47（2）地面地下净雨的划分）地面地下净雨的划分（2）地面地下净雨的划分483）对于超渗雨时段，产流面积上的下渗按稳定入渗率）对于超渗雨时段，产流面积上的下渗按稳定入渗率fc入渗入渗地下净雨：地下净雨：地面净雨：地面净雨：3）对于超渗雨时段，产流面积上的下渗按稳定入渗率fc入渗49【例【例4-4-14-4-1】某流域一次降雨过程，已求得各时段的产流量如】某流域一次降雨过程，已求得各时段的产流量如下表，并求得地下径流量为下表，并求得地下径流量为38.1mm38.1mm，试推求稳定下渗率。设，试推求稳定下渗率。设 f fc c=2.0=2.0mmmm/h h，得，得 R RG G=47.1=47.1mm mm，不等于，不等于38.138.1mm mm。再假设。再假设 f fc c=1.6=1.6 mmmm/h h，R RG G=38.6=38.6 mm mm，与，与 38.1 38.1 mm mm 相差很小。相差很小。最后最后 f fc c=1.6=1.6 mm/h mm/h 时时段段t(h)Pe(mm)R(mm)产流产流面积面积FC(mm)=fctRG(mm)fc=2.0fc=1.6fc=2.0fc=1.61614.57.6244.63.73644.444.44646.546.55614.814.8611.11.1118.10.5240.8041.0001.0001.0001.0006.36.36.43.712.012.012.012.012.012.02.01.147.15.05.19.69.69.61.65.03.79.69.69.61.138.6【例4-4-1】某流域一次降雨过程，已求得各时段的产流量如下50【例【例4-4-24-4-2】如下表按如下表按 ，求地面、地下净雨过程。，求地面、地下净雨过程。计算fc及划分地面地下净雨举例时段序号段序号时段段长度度tti(h)(h)(P(Pi-E-Ei)(mm)(mm)R Ri(mm)(mm)被被f fc=2.3mm/h=2.3mm/h划分地面地下划分地面地下净雨雨(mm)(mm)ttif fcR Rg，iR Rs，i(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1514.59.6214.63.73344.444.44146.546.55214.814.86200741.11.1860.40.4合合计126.3120.50.6620.8051110117.6 7.6 1.9 1.9 6.9 6.9 2.3 2.3 4.6 4.6 0.0 0.0 9.2 9.2 13.8 13.8 6.937.52.344.24.610.2001.100.4024.895.77.62.01.91.8【例4-4-2】如下表按，求地面、地下净51【思考题】【思考题】1.下渗容量（能力）曲线，是指下渗容量（能力）曲线，是指_a、降雨期间的土壤下渗过程线、降雨期间的土壤下渗过程线b、充分供水条件下的土壤下渗过程线、充分供水条件下的土壤下渗过程线c、充分湿润后的土壤下渗过程线、充分湿润后的土壤下渗过程线d、下渗累积过程线、下渗累积过程线2.在湿润地区，当流域蓄满后，若雨强在湿润地区，当流域蓄满后，若雨强i大于稳渗率大于稳渗率fc，则此时下渗率，则此时下渗率f为为_a、fib、f=ic、f=fcd、ffcd、fq中中q下下b、q上上q中中=q中中=q下下9.某流域根据暴雨中心都在中游，但三场净雨强度分别为某流域根据暴雨中心都在中游，但三场净雨强度分别为5、10、20mm/h的洪水分析出三条的洪水分析出三条6h10mm单位线，它们的单单位线，它们的单位线洪峰流量分别为位线洪峰流量分别为q5，q10，q20，则它们之间一般应，则它们之间一般应a、q5q10q20b、q5q10=q10=q20(b)(b)（b）【思考题】(b)(b)（b）114