河海大学811水文学原理第十章 地表水流

波速： 波体上某一位相点沿河道的运动速度称为该位相 点的波速。
三、洪水波的传播
Q Q0 Q
H H0 H
Q H
均为河长x和时间 t的函数，则
Q=Q(x，t) H=H(x，t)
1、意义:
1. 河道上任一断面的水位过程线和流量过程线实际上是 洪水波上各位相点途经该断面时所出现的水位值和流 量值与到达时间的关系曲线。它描述了洪水波经过该 断面时所呈现的形状。
洪水波：天然河道某些河段水量短时间大量增 加，使原来河段恒定水面受到干扰所形成的沿 河传播的波。
波流量：突然注入一定水量而在河道里增加的 流量称为波流量。
二、洪水波的待征
洪水波的几何特征包括波体、波高、波锋和波长。
洪水波的运动特征则可用附加比降、相应流量(水 位)和波速。
（一）几何特征
波体 初始稳定流水面上的附加部分水体， 即洪水波本身。
二、举例分析
1、基本情况：
长江三峡地区沿渡河流域，流域面积601km2。 1、流域内雨量丰沛，气候湿润，植被良好，有较大的森林
覆盖面积。 2、流域坡度大(平均坡度达0.287%)，土层薄而疏松，糙
率较大，阻水明显。但河谷地带土层相对较厚，且由于其 临近河流，土壤常年比较湿润，这部分面积约占全流域面 积15％。流域内基岩主要是二叠系上、下统及志留系中 统海相沉积的灰岩和页岩。灰岩在上，页岩在下，走向大 体指向河流，裂隙不够发育，透水性较差。
一、枯水的形成 枯水期：流域内降雨量较少、通过河流断面的流
量过程低落而比较稳定的时期，称为枯水季节 或枯水期。 枯水：枯水期间所呈现出的河流水文情势叫做枯 水。
（二）枯水期的河流流量
1. 汛末滞留在流域中的蓄水量的消退而形成。 2. 其次来源于枯季降雨。
流域蓄水量包括地面、地下蓄水量两部分。 地面蓄水量存在于地表洼地、河网、水库、 湖泊和沼泽之中；地下蓄水量存在于土壤孔 隙、岩石裂隙、溶隙和层间含水带之中。
变化特点。 3． 超渗产流和蓄满产流的地面径流形成条件
是否相同，为什么？
蓄水量计算表
时间(月.日)
P
E
4
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
14.8 8.5
39
R
0.4 0.3 0.5 1.5 1.9 4.3 4.5 5.4
4 0.6 0.6 0.7 1.2 1.3
W 41.3
三、 流域蓄水容量曲线
（一）流域蓄水容量曲线：以包气带达到田间 持水量时的土壤含水量w’m为纵坐标，以小于 等于该W’m所占的流域面积比重a为横坐标， 则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线。
（二）流域蓄水容量曲线性质
(1)流域蓄水容量曲线是一条单增曲线。 (2)曲线上任—点的纵横坐标值表示流域中小于
2. 河道上下两个断面的水位过程线和流量过程线之间的 差异，必然反映洪水波在该河段中的传播规律。
2、洪水波的传播特点
1. 移行：洪水波上任一位相的水位和流量在河段下断面 出现的时间总是迟于在上断面出现的时间，这个时差 称为该位相的水位或流量的传播时间 。
2. 坦化：河段下断面的流量过程线的形状一般要比上断 面的低平矮胖一些。具体来说，洪峰及其相近的流量 一般要衰减，而其余位相的流量则一般要增加。
2. 降雨开始后：流域中易产流的地区先产流，因此河流 中的水量主要来自于于产流地区，这些易产流地区主 要是土层浅薄的地区，或河沟附近土壤含水量较大的 地区或雨强大的地区。这时河沟开始逐渐向上游延伸， 河网密度开始增加。
3. 随着降雨的持续产流面积不断扩大，河网密度不断增 加，从而组成了不同时刻的出口断面流量过程线。
2、绘制出流域蓄水容量曲线，流域饱和容量曲 线，以及流域下渗容量分配曲线并描述其性质。
3、利用三种曲线分析不同类型产流面积的变化 特点。
一、概念： 产流区：降雨过程中，流域上产生径流的部分
称为产流区。
产流面积：产流区所包围的面积称为产流面积
二、流域产流面积变化过程
1. 降雨开始前：河流中的水量主要来自流域中包气带较 厚的中下游地区的地下水补给。
二是潜水蒸发。 潜水蒸发是影响地下水退水的主要因素。一般在潜水 蒸发大的季节地下水退水快，而在潜水蒸发小的季节 地下水退水较慢。
三是径流成分的比重。 在湿润地区，流域蓄水量一般包括地面蓄水量 和地下蓄水量，其比值与降雨强度有关。
四是枯水量沿河长的分布情况。 当蓄水量主要集中在上游时，枯水期的流量消 退就较慢。
3、分析退水曲线：
各次洪水退水线 的尾部是十分吻 合的。据此求得 反映退水快慢的 参数K值约为 191h。
4、不同雨强形成的洪水过程线
大雨强形成的洪水过程 线陡涨缓落，不对称性 大；小雨强形成的洪水 过程缓涨缓落，对称性 较好。这表明各次洪水 的地面径流比重随雨强 有较大的差异。
沿渡河流域的总径流中主要径流成分是壤中水 径流。其次是地面径流和存在于裂隙中的地下 水径流。
包气带厚度、土壤、岩石、植被等特性和地 下水位的高低、有无。
第1类 山坡流域
第2类山坡流域
第3类山坡流域
共同点: 流量过程线上的主要尖峰都是由槽面降水形成
的直接径流，或由逐步扩大的饱和面积上形成 的饱和地面径流所造成，而过程线总量则主要 由壤中水径流组成。
第二节 流域产流特征分析
八、超渗地面径流的产流面积 变化
（一）超渗地面径流产流面积变化有下述特点：
(1)随着降雨历时的增加，产流面积有时增大， 有时减小。
(2)产流面积的大小与降雨强度和初始土壤含 水量有关。
(3)一次降雨过程中，全流域超渗产流与局部 流域超渗产流可能是交替出现的。
作业：
1、绘制出流域蓄水容量曲线并描述其性质。 2、利用分析工具分析超渗地面径流产流面积
1.4 0.5
4.9
蓄水量计算表
时间(月.日)
P
4
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
E 14.8
8.5
39
R
0.4 0.3 0.5 1.5 1.9 4.3 4.5 5.4
4 0.6 0.6 0.7 1.2 1.3
W 1.4 0.5
4.9
41.3 40.9 40.6 40.1
52 50.1 53.8 49.3 43.9 39.9 39.3 38.7
流域产流特征主要是由占主导地位的山坡流域 的产流类型所决定的。
一、流域产流特征通常可以从以下几方面进行论证： (1)根据流域所处的气候条件。 (2)根据其中典型山坡流域的包气带结构和水文动态。 (3)根据出口断面流量过程线的形状，尤其是它的退水规 律。 (4)根据流域中地下水动态观测资料。 (5)根据影响次降雨—径流关系的因素。
)
tan2 tan 1 tan2 tan
i i0 i 1 i0i
i0 i
i i i0
(可正可负)
位相：洪水波波体与大气交界面的轮廓线上的每一点都 占有的一定的相对位置。
相应流量(相应水位)：洪水波的每一个位相都有一定水 位，并相应于一定的流量。这种相应于一定位相的流 量(水位)称为相应流量(相应水位)。
六、蓄满产流总径流的产流面积变 化
蓄满产流的产流面积变化有如下特点： (1)随着降雨量的不断增加，产流面积不断增大。 (2)产流面积的变化与降雨强度无关。 (3)全流域发生蓄满产流的条件是：
P E Wm' m
七、饱和地面径流的产流面积 变化
在包气带上层浅薄，且透水性较强的流域，一 般易于产生饱和地面径流。降雨空间分布均匀 情况下的饱和地面径流的产流面积的变化可用 流域饱和容量曲线来寻求，其特点与蓄满产流 相似。
38 70.9 69.6
第五节 超渗产流的地面径 流量计算
教学目标: １、用两种方法计超渗产流的地面径流量 ２、能够分析降雨径流关系图 ３、能够写出前期影响雨量公式并计算前期影响
雨量。
一 、问题的提出：
RS i f p t i f p 如何定fp？
影响因素分析：土壤初始含水量，土壤本身性质
2、分析流量过程线：
1. 次洪过程线大都是正偏，说明流速大的径流成分比流 速小的径流成分少，中等洪水尤其如此；
2. 长期无雨的退水段，流量小而稳定，说明存在比例不 太大的地下水径流成分；
3. 年初流量大体与年末流量相当，说明本年度降雨形成 的地下水径流大体上能在当年流出，流动十分缓慢的 地下水，如深层裂隙水可能很少。
四、洪水波的最大特征值出现时间
最大流量 最大水位 最大流速 最大比降
小结
1、洪水波传播有何特点。 2、洪水波最大特征值有哪些，出现的先后顺序？
第三节 洪水波类型及其特征
教学目标: 1. 洪水波的分类 2. 运动波，扩散波的特点 3. 天然河道洪水波类型
第六节 枯水及退水规律
（三）枯水期的起止时间和历时
在中国，以雨水补给的南方河流，由于每年冬季降雨 量很少，所以河流在每年冬季经历一次枯水阶段；
以雨雪混合补给的北方河流，每年可能经历两次枯水 径流阶段，一次在冬季，主要因降水量少，全靠流域 枯水补给，另一次在春末夏初，因积雪已全部融化， 并由河网泄出，而夏季雨季尚未来临。
波高 波体轮廓线上任一点相对于稳定流 水面的高度。波高是随河长而变化的。 其中最大波高称为洪峰。
波长 波体与稳定流水面交界面的长度。 波锋 波前的前锋界面。
（二）运动特征
附加比降： 波体水面相对于稳定流水面的比降。附加比降可近
似地用波体的水面比降和稳定流水面比降的差值来表示。
tan 1
tan(2
等于W’m值的流域面积所占的比重。 (3)这条曲线所包围的全部面积，即积分：
Wm, m
1(Wm' )dWm'
0
(4)对一个流域来说，流域蓄水容量曲线是唯一 的，Wm-为常数。
(5)这条曲线不能具体表示流域上具体地点包气 带的缺水量情况。
四、流域饱和容量曲线
流域饱和容量曲线：以包气带饱和含水量为纵 坐标，以小于等于某一饱和含水量所占的流域 面积比重为横坐标，则所得的曲线称为流域饱 和容量曲线。
第十章 地表水流
第一节 洪水波运动
教学目标： 1、洪水波的特征。 2、洪水波传播特点。 3、洪水波最大特征值。
一、洪水波的形成
设某时刻河道水流处于某种状态，例如稳定流 状态。如果由于暴雨径流、水电站运行或闸坝 放水等原因，突然有一定水量在此时注入河道， 原来的水面就因受到干扰而形成不稳定波动 。
每条河流的枯水具体经历时间决定于河流流域的气候 条件及补给方式。
二、枯水的消退规律
蓄量方程式为线性时，退水方程为指数函数， 蓄量方程为幂函数时，退水方程也是一个幂函 数。
三、影响枯水消退的因素
一是退水开始时洪峰流量的大小。 洪峰流量大，相应的地面蓄水量多，枯水期退水就比 较缓慢，反之则地面蓄水量少，枯水期退水就较快。
各种径流成分的退水曲线的K值差异较大。 不同洪水的地面径流比重明显不同。
超渗产流：不管当地的土壤含水量是否达到田 间持水量，只要降雨强度超过下渗强度就产生 地面径流，此为超渗产流。
蓄满产流：指一次降雨过程中，仅当包气带的 含水量达田间持水量后才产流。
第三节 产流面积的变化
教学目标： 1、产流区，产流面积的定义。
（二）流域下渗容量分配曲线的基本性质
(1)对于一个流域来说，流域下渗容量分配曲线不是唯一的， 而是一组以初始流域土壤含水量W0为参变数的曲线。 (2)全流域干燥时对应的流域下渗容量分配曲线是流域下渗 容量分配曲线簇的上包线；而全流域包气带达到田间持水 量时对应的流域下渗容量分配曲线是该曲线簇的下包线， 它即为流域稳定下渗率分配曲线。 (3)该曲线不能给出流域上具体地点的下渗容量。
本章思考题
1. 洪水波传播特点是什么？ 2. 洪水波类型有哪些，运动波和扩散波各自有
什么特点？ 3. 写出河段水量平衡方程？ 4. 什么是河槽调节作用？ 5. 什么是特征河长？如何证明特征河长公式？ 6. 枯水退水影响因素有哪些？Fra Baidu bibliotek
第十二章 流域产流
第一节 山坡流域的分类
山坡流域：一个流域由许多小流域组成，而小 流域又是由更小的集水单元组成，这些集水单 元就叫山坡流域。
流域饱和容量曲 线与流域蓄水容 量曲线之间的面 积即为当全流域 达到饱和含水量 时土壤中重力水 的全部含量。
五、流域下渗容量分配曲线
（一）定义： 流域下渗容量分配曲线：以地面下渗容量fp为
纵坐标，以小于等于该地面下渗容量所占的流 域面积比重为横坐标，则所得的曲线称为流域 下渗容量分配曲线。