工程水文学第3章 流域产流与汇流计算

第三章流域产流与汇流计算

第一节概述 (2)

第二节降雨径流要素计算 (3)

第三节流域产流分析 (9)

第四节产流计算 (11)

第五节流域汇流计算 (22)

小结 (30)

课前学习指导

本章要求

（1）掌握实测降雨径流要素的分析计算方法；

（2）掌握蓄满产流和超渗产流的基本概念，及其产流面积变化过程的分析方法；

（3）了解影响流域产流量的因素，掌握蓄满产流和超渗产流的产流量计算方法；

（4）了解流域汇流的物理过程，掌握流域汇流计算方法。

课时安排

共需7个课内学时，10个课外学时

课前思考

如何由单站降雨量推求流域平均降雨量？

为什么要对实测流量过程线的不同水源成分进行划分？

降雨是怎么变成径流的？有哪些基本的产流方式？

哪些因素影响流域径流的形成？如何计算一场降雨所产生的径流量？

汇流计算的目的是什么？常用的汇流计算方法有哪些？

什么是单位线？如何推求单位线？如何进行单位线的时段转换？

学习重点

掌握流域产流计算和汇流计算的方法。

难点

将水文循环中蒸发、下渗、产流、汇流等过程联系起来，结合水量平衡原理实现产汇流过程的逐时段连续演算。

知识点

单站降雨特性分析

流域降雨特性分析

实测径流量计算

前期影响雨量

包气带对降水的再分配

蓄满产流和超渗产流

产流面积及其变化过程

降雨径流关系

蓄满产流的产流量计算

蒸散发计算

超渗产流的产流量计算

流域汇流过程、流域汇流时间、流域调蓄作用

单位线的基本概念、单位线的推求、单位线的时段转换

瞬时单位线的基本概念

地下径流汇流

第一节概述

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方法与思路

学习要求

掌握由降雨过程推求径流过程的主要环节与基本思路

1、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流量过程，大体上分为两个步骤：

a、产流计算：降雨扣除植物截留、蒸发、下渗、填洼等各种损失之后，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，关于净雨的计算称为产流计算。

b、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流量过程，关于流域汇流过程的计算称为汇流计算。

计算流程如图3-1所示：

图3-1 产汇流计算流程简图

2 、流域产汇流计算的基本方法与思路

流域产汇流计算的方法很多，本课程主要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。产流计算的方法因产流方式不同而异，分别阐述蓄满产流方式和超渗产流方式的产流计算方法；汇流计算方法重点阐述时段单位线法和瞬时单位线法。

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。

第二节降雨径流要素计算

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。本节介绍这些要素的分析计算方法。

学习要求

掌握一次实测降雨洪水过程的面平均雨量、总径流深、地面径流深、地下径流深和前期影响雨量的计算方法。

一、流域降雨分析

降雨资料是产流计算的输入。降雨包括降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨过程、降雨分布、笼罩面积及暴雨中心位置等。

1 、单站降雨特性分析

降雨强度过程线：降雨强度随时间的变化过程线。

降雨量累积曲线：自降雨开始起至各时刻降雨量的累积值随时间的变化过程线。

图 3-3 降雨量累积曲线

降雨强度～历时曲线：某场降雨最大平均雨强与历时的关系曲线。

图 3-4 降雨强度历时曲线

2 、流域降雨特性分析

a.流域平均降雨量的计算方法

算术平均法：适用于面积不大，地形起伏不大，站点较多且布设较均匀的流域。计算简便。

泰森多边形法：适用于降雨分布不均，站点较少，面积不大的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度较好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与实际情况不完全一致。

等雨量线法：适用于面积大、站点密的流域。理论上较完善，但每次降雨都必须绘制等雨量线，并计算权重，工作量大。

泰森多边形作图步骤及计算公式

①连三角形

②作三角形各边的垂直平分线

③以交点连线及与流域边界相交的垂直平分线构成单元面积

④量出各单元面积，总面积ΣA=（A1+A2+A3+A4+A5+A6）

由此可得出各单元面积的权重

ωi=A i/ΣA

并进一步得到流域平均雨量=ωi P i

图 3-6 等雨量线法示意图

总面积ΣA=（A1+A2+A3+A4+A5+A6）

各子块权重ωi= A i/ΣA = Σωi P i

b.时～面～深曲线

在某种历时的等雨量线图上，最大平均雨深与面积的关系曲线称为面积～深度曲线。

对一场降雨分不同历时作面积～深度曲线，并绘于同一图上，称为时间～面积～深度曲线。

二、径流量计算

1 、流量过程的分割

观测到的次洪流量过程包括：本次洪水形成的地面径流、壤中流、地下径流，前期洪水尚未退尽的水量及非本次降雨补给的深层地下径流，如果该次洪水尚未退完又遇降雨时，还会有后期洪水混入。如图 3-7所示：