第10章流域汇流

二、流域蓄泄关系

流域汇流计算基础


令流域蓄量为S，则上述讨论的流域调蓄作用必受到下 列流域水量平衡方程式的支配： I(t)-Q(t)=dS(t)/dt 在上式中，只有净雨过程I(t)是已知的，因此，它包含 有两个未知函数，出流量过程Q(t)和流域蓄量过程S(t)。 如果能进一步找出S(t)与I(t)、Q(t)之间的关系，那么将 其与上式联解，能求出一场净雨过程所形成的出流过 程。 S(t)与I(t)、Q(t)之间的关系称为流域蓄泄关系。
第一节
二、汇流历时
概述
（1）地表径流汇流时间 河网由大大小小的河流交汇而成。由于在河网交汇 处存在着不同程度的洪水波相互干扰作用，因此， 河网汇流要比河道洪水波运动更难处理。 另外，坡面水流是沿着河道两侧汇入河网的，所以 河网汇流又是一种具有旁侧人流的河道洪水波运动。 河网中的流速通常比坡面水流大得多，但河网的长 度更长，随着流域面积的增大，流域中最长的河流 将是坡面长度的数倍、数百倍、数千倍，至数万倍。 因此，除了小流域以外，河网的汇流时间一般远大 于坡面的汇流时间。
L0 K V
第二节
一、流域调蓄作用
流域汇流计算基础
第二节
一、流域调蓄作用

流域汇流计算基础
在流域汇流过程中，随着洪水的涨落所呈现出 的流域蓄水量增加与减少的现象称为流域调蓄
作用。

河网调蓄作用: 对进入河网水流再次分配调节， 即河网在径流形成过程中，起到降低洪峰流量， 减缓洪水过程的作用，这种作用即河网调蓄作 用。
第一节
二、汇流历时
概述
（2）地下径流汇流时间 渗入坡面以下土层中的水质点流动较缓，故壤 中流及地下水径流的流域汇流时间总是比地面 水的流域汇流时间长得多。 壤中流及地下水径流虽都是地面以下岩土孔隙 中的水流，但在表层较疏松土层中形成的壤中 流，流速相对较大；而在地下水面以下土层中 形成的地下水流，流速相对较小。因此，两者 之中，地下水流的流域汇流时间又要更大些。
第一节
汇流过程

概述

流域汇流由坡地表面水流运动、坡地地下水流运动和河网水流运 动所组成。 不仅流域汇流被划分为坡地汇流与河网汇流两个阶段，流域出口 断面的洪水过程一般由槽面降水、坡地地面径流和坡地地下径流 (包括壤中流和地下水径流)三种主要水源汇集至流域出口断面所 形成。
第一节
二、汇流历时

概述
第一节
二、汇流历时
概述
（3）流域汇流时间 落在流域上的降水质点汇集到流域出口断面所 经历的时间称为流域汇流时间。 地面水的流域汇流时间等于地面水坡面汇流时 间与河网汇流时间之和。 令ts表示地面水坡面汇流时间， tr表示地面水河 网汇流时间， tw表示地面水流域汇流时间，则 有： tw =ts +tr
第一节
概述
第一节
流域汇流现象

概述

降落在河流槽面上的降水质点，将直接通过河网 汇集至流域出口断面。 降落在坡地上的降水质点，一般要从两条不同的 途径汇集至流域出口断面：
一条是留在坡地表面的降水质点，首先沿着坡地表面汇人
附近的河流，接着汇入更高级的河流，最后汇集到流域出 口断面； 另一条是下渗到坡地表面以下土层中的降水质点，在满足 一定的条件后，也要通过土层中各种孔隙汇集至流域出口 断面。 在实际情况中，以上两条汇流途径常常交替进行，成为所 谓串流现象。
第一节
二、汇流历时

概述
最大流域汇流时间是指流域中最长路 径的水质点流到出口断面的时间，按 下式近似计算：
Lm m V
第一节
二、汇流历时

概述

流域滞时 有些水文学者认为流域滞时 是一个比最大流域汇流时间 更有意义的术语。它的定义 是： K=v(Q)-v(I) 如果流域各处流速变化不大， 则流域滞时大体相当于流域 平均汇流时间，并可按下式 估算。
dQ(t ) i( )A(t )
或
A(t ) dQ (t ) i ( )d
因为所有0至t时刻的净雨均对t时刻出流有一定贡献， 所以一场降雨形成的t时刻的总的出流量为
wenku.baidu.com
A(t ) Q (t ) i ( ) d 0
t
(7 5)
第二节
第二节
一、流域调蓄作用
流域汇流计算基础
造成流域调蓄作用的物理原因 ①降水并非从一个地点 注人流域。 ②实际上由于流域各处 水力条件 ( 如糙率、坡 度、……) 不同，流域 各处水质点的速度也 将不同。换言之，流 域上的流速分布是不 均匀的。
流域出口断面流量的组成公式

流域调蓄作用，不仅能很好地解释流域出口断面洪水过 程线与净雨过程之间差别的原因，而且还可以据此导出 流域出口断面流量的组成公式。设τ时刻的净雨率为 i(τ)。显然，由于流域调蓄作用的存在，τ时刻降落在 流域上的净雨不可能全部在同一时刻流到出口断面，只 有那些流达时间为(t-τ)的净雨质点才对t时刻的出流量有 贡献，成为t时刻出流量的一部分(图7—7)，于是
第一节
一、流域汇流过程
概述
降落在流域上的降水质点，从流域各处向流域出口
断面汇集的过程称为流域汇流。
通常可以把流域划分为坡地与河网两个基本部分。 河网是由各级河流组成的网络。按斯特拉勒(Strahler)河 流的级一般定义为：从河源出发的河流称为一级河流，两 条Ω级河流汇合成的河流称为Ω+1级河流(Ω±1，2，...)； 两条不同级河流汇合成的河流的级是两条河流中较高的级。 坡地则是指水流能直接汇入各级河流的那部分流域面积。

不同水源成分由于汇集到流域出口断面所经历的时间 不同，因此在出口断面洪水过程线的退水段上表现出 不同的终止时刻。 槽面降水形成的出流终止时刻tr最早，坡地地面径流形 成的出流终止时刻ts较次，坡地地下径流形成的出流终 止时刻tg最迟。
第一节
二、汇流历时
概述
（1）地表径流汇流时间 坡面被土壤、植被、岩石及其风化层所覆盖。 人类活动，例如农业耕作、水土保持、植树造 林、水利化及城市化等也都主要在坡面上进行。 由于坡面微地形的影响，坡面水流一般呈沟状 流。但当降雨强度很大时，也有可能呈片状流。 坡面阻力一般较大，因而流速较小，但坡面水 流的流程不长，常只有百 m 至数百 m ，所以坡 面汇流时间往往不长，只有几十分钟左右。