第四章流域产汇流计算

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1、 华南理工大学水利水电工程系黄国如研究对象：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。的计算方法。 研究内容：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过程研究目的：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计洪水，降雨径流预报等内容的基础。 第四章 流域产汇流计算华南理工大学水利水电工程系黄国如4.1 概述内容提要：1、 由降雨过程推求径流过程的基本内容与流程2、 流域产汇流计算的基本思路学习要求：掌握由降雨过程

2、推求径流过程的主要环节与基本思路华南理工大学水利水电工程系黄国如v 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： 产流计算：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，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，降雨转化为净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称之为产流计算。 汇流计算：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，关于流域汇流过程的计算称之为汇流计算。4.1.1 流域产汇流计算基本内容与流程华南理工大学水利水电工程系黄国如v 流域产汇流计算方法的内容十分丰富，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法。

3、产流计算的方法主要有降雨径流相关图法和初损后损法等，汇流计算方法的重点是时段单位线法和瞬时单位线法。v 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；然后用于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水，用于预报时，则由实际暴雨预报洪水。4.1.2 流域产汇流计算的基本思路华南理工大学水利水电工程系黄国如内容提要：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，以便在定量上研究 它们之间的因果关系和规律。学习要求：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。 4.2 流域产汇流计算基本资料的整理与分析

4、华南理工大学水利水电工程系黄国如4.2.1 降雨资料的整理降雨时程变化的计算雨强过程线：如右图中的1线，表示各时段的降雨强度随时间的变化。每个直方图代表该时段的雨量。累积降雨过程线：如右图中的2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，线上任一点的坡度为雨强，即 1、时段平均雨强过程线2、累计雨量过程线华南理工大学水利水电工程系黄国如必须注意，降雨场次的划分一定要与洪水场次的划分相对应。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，前次暴雨对应前面的洪水，后次暴雨对应后面的洪水，切不可混淆。 华南理工大学水利水电工程系黄国如1、洪水场次划分及次洪水总径流深W的

5、计算洪水场次划分是指将非本次降雨所形成的径流分割出去。多数情况下，与本次降雨所对应的径流过程，不仅包括本次降雨形成的地面、地下径流，而且还包括前期降雨的地下径流。如图中的虚线 ag以下的水量，它表示如果没有降雨时，河中仍有持续的径流，称其为“基流”。另外，该次洪水尚未退完又遇降雨时，还会有后期洪水混入，如图中的第场洪水。 4.2.2 径流资料的整理与计算华南理工大学水利水电工程系黄国如由图可知，如果能求得退水曲线ag和abcadf，便能求得降雨所形成的洪水的总量W，即abcadf线与agf线之间所夹的面积。推求W比较简便的方法，是利用地下径流退水线相当稳定的性质来推求。近似认为，前期降雨所形成

6、的在a点以后的地下径流过程线ag，与a点（与a点同流量）以后的adf线趋势一致，即ag线向后平移至的一段时间便可与adf线相重合。具体做法是，过起涨点a作一水平线，交本次洪水过程线退水段于a点，计算abca包围面积所代表的水量，既为W，除以流域面积F得到径流深。华南理工大学水利水电工程系黄国如2、流域地下径流标准退水曲线流量过程线上的a点或a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。右图中的下包线Qgt，即为流域地下径流标准退水曲线，其绘制方法步骤是：（1）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（2）用一张透明纸描绘出最低的退水过程线（3）将此曲线移到另一场

7、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（4）如此逐一描绘各场洪水的退水流量过程线，就构成Qgt线。 华南理工大学水利水电工程系黄国如3、地面地下径流分割及计算（1） 地面地下径流分割为了分别研究地面径流和地下径流的产汇流规律，需将总径流进行地下径流（基流）分割。常用的有两种方法： 水平线分割法：如上图所示，从实测流量过程线的起涨点a作一水平线交过程线的退水段于c点，则水平线ac就认为是该次洪水的地面地下径流分割线。 华南理工大学水利水电工程系黄国如 斜线分割法： 如上图所示，将绘在透明纸上的

8、标准退水曲线蒙在要分割的洪水过程线的退水段上（注意比例尺的一致），使横轴重合，然后左右移动，当透明纸上的标准退水曲线与洪水退水段的尾部吻合后，则两线前方的分叉点C就是地面径流终止点。从实测流量过程线的起涨点a到地面径流终止点c连一斜线ac，既为地面地下径流分割线。v 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，则会造成比较大的误差，此时改用斜线分割法较为合理。华南理工大学水利水电工程系黄国如 地面地下径流深的计算地面、地下径流分割后，分割线上面的部分即地面径流WS，下面的部分即地下径流Wg，分别除以流域面积F即可得到其地面径流深RS和

9、地下径流深Rg。华南理工大学水利水电工程系黄国如流域蒸散发是产流量计算中的重要环节，是影响流域土壤蓄水量的主要因素。流域蒸散发一方面取决于蒸散发能力，另一方面取决于供水条件，即流域蓄水量的大小。实用中一般假定流域蒸散发量E与流域蓄水量W成正比，即：式中，Et 为第 t 日的流域蒸散发量（mm）；Wt为第 t 日开始时的流域蓄水量（mm）；Wm 为流域蓄水容量（mm）；EW,t 为第t日的水面蒸发器蒸发量（mm），一般取E601型或80cm套盆式水面蒸发器的观测值；KW,t为折算系数，对一定的蒸发器和一定的流域，将随季节而变化，可参考附近地区的数值或通过优选求得。4.2.3 蒸发资料的整理与计算

10、华南理工大学水利水电工程系黄国如内容提要：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 用流域蓄水量W或其前期影响雨量Pa 表示，介绍W和Pa 的分析计算方法。 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计算方法。4.3 前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算 华南理工大学水利水电工程系黄国如v 流域蓄水量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。v 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）为计算零点，称田间持水量与最小蓄水量的差值为土壤蓄水

11、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，可从零变化到点最大蓄水容量，其流域平均值以Wm表示，称流域蓄水容量。 4.3.1 前期流域蓄水量W 的计算华南理工大学水利水电工程系黄国如1、流域蓄水容量Wm的计算Wm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流的雨洪资料，计算流域平均降雨量P及产流量R。因久旱无雨，可认为降雨开始时流域蓄水量W=0。所以Wm = P - R - E 式中，P为流域平均降雨量（mm）；R为P产生的总径流深（mm）；E为雨期蒸发（mm），如降雨时间短可忽略不计。一个流域的最大蓄水量是反映该流域蓄

12、水能力的基本特征，我国大部分地区的经验表明表 一般为80120mm，例如：广东95100mm，福建100130mm，湖北70110mm，陕西55100mm，黑龙江140mm等等。流域的实际蓄水量W在0Wm之间变化。华南理工大学水利水电工程系黄国如2、流域蓄水量W的计算实际上，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W 。利用流域影响土层的水量平衡方程来推求，其计算式为Wt+1 = Wt + Pt - Rp.t - Et 式中，Wt+1、Wt分别为第t+1天、第t天开始时刻的流域蓄水量(mm)；Pt为第t天的流域降雨量； RP,t为Pt产生的总径流深(mm)，或由

13、实测径流资料计算，或按后面讲述的降雨径流计算方法计算。Et为第t天的流域蒸散发量(mm)，按蒸发公式计算。由P、R和E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，成果精度较高，但计算工作量大，多用于水文预报。 华南理工大学水利水电工程系黄国如Wt+1 = Wt + Pt - Rp.t - Et 华南理工大学水利水电工程系黄国如v 常用前期影响雨量Pa作为衡量流域干湿程度的指标，反映流域蓄水量的大小。前期影响雨量Pa的计算式为式中，Pa.t 、Pa.t+1 分别为第t天和第t+1天开始时刻的前期影响雨量（mm）；Pt为第t天的流域降雨量（mm）；K为流域蓄水的日消退系数

14、，每个月可近似取一个平均值，等于 ，其中 为流域月平均日蒸散发能力。用上式计算可取连续大暴雨之后的Pa 等于Wm ，由此向后逐日推算。4.3.2 前期影响雨量Pa的计算华南理工大学水利水电工程系黄国如某流域经分析求得Wm=100mm ，5月份多年平均的流域日蒸散发能力为5mm，6月份为6.2mm，由此算得：5月份K5月=1-5/100=0.95， 6月份K6月=1-6.2/100=0.938 华南理工大学水利水电工程系黄国如例题：某流域经分析WM=100mm，6、7月份平均EM分别为5.6mm/d和6.8mm/d。计算逐日Pa。K6=1-5.6/100=0.944；K7=1-6.8/100=0

15、.932华南理工大学水利水电工程系黄国如内容提要：由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前 期影响雨量，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算出 相应的产流量。学习要求：掌握经验的降雨径流相关图的制作和应用4.4 利用降雨径流相关图法推求净雨 华南理工大学水利水电工程系黄国如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。 降雨径流经验相关图法制作以次降雨量P为纵坐标，以相应的径流深R(Rs)为横坐标，可按对应的P、R(Rs)在图上绘一个点，并把它的Pa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Pa为参数的等值线，既为PPa R(Rs)三变量相关图法。 4.4.1 PPa R(Rs) 相关图法 P相同时，Pa 越大，损失愈小，R(Rs)愈大，故Pa等值线的数值是自左至右增大的； Pa相同时，P愈大，损失相对于P愈小， dR(Rs)dP愈大，PR(Rs)线的坡度随P的增大而减缓，PRs也不应小于450，PR可以为450。华南理工大学水利水电工程系黄国如 降雨径流经验相关图法应用根据降雨过程及降雨开始时的Pa ，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Pa 不在某一条等值线上，则用内插法查算。