chr4-2汇流计算

0 0.6 4.8 112 130 80 48 29 19 13 10 06 03 0
Question
单位线假定：倍比、叠加（不完全符合实际） 所以，一个流域不同次洪水分析的单位线常有 些不同，有些差别还很大,Why?
1）洪水大小影响
大洪水：流速大，汇流较 快，所以大洪水资料推求 单位线尖瘦，峰高且峰现
单位线的两个假定
地面净雨时段不是只有一个且单位时段内地面净 雨不是正好是10mm,What do you we do?
倍比假定：如单位时段地面净雨量是n个单位，则 所形成过程线的流量为单位线流量的n倍，其历时 仍与单位线的历时相同。
迭加假定：如地面净雨历时是m个时段，则各时段 地面净雨所形成的径流过程线之间互不干扰，出口 断面的流量等于各时段净雨量所形成的流量之和。
Q(t)
单位线推流
月 日 (1) 8 31 时
hs
(mm) (2)
q
(m /s) (3) 0 2.0 15.0 35.0 41.0 25.0 15.0 9.0 6.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0
3
Q’(t)=h/10q(t) h1=24.0
(4) 0 4.8 36.0 84.0 98.5 60.0 36.0 21.6 14.4 9.6 7.2 4.8 2.4 0 (m ／s) h２=23.0 (5) 0 4.6 34.5 80.5 94.2 57.5 34.5 20.6 13.8 9.2 6.9 4.6 2.3 0
单位线修匀约束条件：
单位线纵坐标为非负值，qi>=0
3.6qt 10mm F
q
(m3/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
T (6h)
单位线修匀
2)试错法
三个时段以上的净雨可采用试错法。试错法 是假定一条单位线。计算出流量过程，再与 实测过程比较，如不相符，改正单位线后再 试，直到两者相符。试错法比较麻烦，宜在 计算机上实行。
0
t
产流过程
汇流计算
汇流曲线
等流时线 单位线 瞬时单位线 地貌单位线
二、等流时线法
1、基本概念 等流时线是在流域上勾绘的一组等值线，每 条等值线上各点的水质点，将同时到达出流 断面。两条等流时线间的面积称为等流时面 积，按顺序用ω１、ω２、ω３ … 表示，汇流时 间分别等于t1＝Δt、t2＝2Δt、t3＝3Δt …。
2)S(t)向右平移Δt得S(t-Δt) 3)S(t)- S(t-Δt)~10/ Δt0* Δt
t0 q t , t S t S t t t
5、单位线应用
根据单位线的定义，只要流域上净雨分布均匀，不论 强度如何变化，均可用单位线推求地面径流过程线。 R(t) R~Q
假定流域上净雨持续不断，且每一时段净雨均为一个单位， 在流域出口断面形成的流量过程线，该曲线称为S曲线。
S (t ) q j ( t , t )
j 0
k
单位线时段转换
假定：已知时段为Δt0的单位线q(Δt0,t) 问题：转换为时段为Δt的单位线q(Δt,t)
步骤：
1)q(Δt0,t)－S(t)
汇流曲线－单位线
单位线
Q(t ) u( )i(t )d
0
t
流域出口断面流量过程线表达式：
Qi
j 1
m
hj 10
qi j 1
单位线2个假定示意图
2、单位线的三要素
1）洪峰流量qp 2）洪峰滞时Tp 3）底宽T
3、单位线的推求
所需资料：实测降雨径流资料＋时空分布均匀、历时较短 的降雨形成的单峰洪水资料
q1 Q1
10 h1 h2 10 q1 ) 10 h1 h h2 10 q2 3 q1 ) 10 10 h1
q2 (Q2 q3 (Q3
10 80 ( m 3 / s ) 15 5 10 q2 (340 80) 200 (m 3 / s ) 10 15 5 10 q3 (940 200) 560 ( m 3 / s ) 10 15 q1 120
式中，ri－第i 时段地面净雨强度。
3、实例
时段 （h） (1) 0 3 6 9 12 15 18 地面净雨 hS(mm) (2) 5 5 28 28 44 44 3 3
等流时线法计算表
等流时 面积ω （km2） (3) 58 58 120 120 130 130 115 115 82 82 60 60 24 24 部分流量（m3/s） h1=5mm (4) 0 27 56 60 53 38 28 0 150 311 337 298 213 0 236 489 530 469 0 16 33 36 h2=28mm (5) h3=44mm (6) h4=3mm (7) Qs (m3/s) (8) 0 27 206 608 895 899 745
Rd
Qd 分析单位线
产流量计算＋水源划分(fc划分） 径流分割（斜线分割法）
注意事项：
Qd~t Rd Rd 两者误差不能太大
P
1)分析法
分析法的原理是递推求解。已知地面径流过程 Q1,Q2,Q3…，时段净雨h1,h2,h3…，则：
h1 Q1 q1 10 h1 h2 Q2 q2 q1 10 10 h3 h1 h2 Q3 q3 q2 q1 10 10 10
21
24 3 6 9
11
156
62
334
244 98
32
23 17 7 0
533
329 114 7 0
Discussion
等流时线法把流域内降雨的空间分布和流域形态同 流域出口断面流量组成联系起来，有利于对降雨空 间分布不均的处理，但等流时线假定，同一等流时 线上水质点同时到达出流断面，实际是高速质点先
ω4 ω3 ω2
ω5
5Δ t
4Δ t
ω1
Δt
2Δ t
3Δ t
某流域等流时线
2、流域出口断面流量的计算
出流断面在第i 时段出流量是由第一块面 积ω１上的本时段净雨，第二块面积ω２上一 时段净雨……等所合成的:
Qi ri1 ri `1 2 ri 2 3 hi hi 1 hi 2 1 2 3 t t t
３
Q(t)=Σ Q’(t) h３=3.2
(6) (m /s) (7) 0 4.8 40.6 119 184 165 106 64.1 39.8 26.3 18.3 13.0 8.0 2.9 0.3 0
3
9
1
2
3
2 8 14 20 2 8 14 20 2 8 14 20 2 8 14 20
24.0 23.0 3.2
某河某站６h单位线（F ＝３４１km2）
时段 （Δ t＝６h） 0 1 2 3 4 5 6
q
(m /s) 0 2.0 15.0 35.0 41.0 25.0 15.0
3
时段 （Δ t＝６h） 7 8 98 10 11 12 13
q
(m /s) 9.0 6.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0
3
3.6qt 3.6 158 6 10 mm F 341
t
Qg1 Qg 2
2
t W g 2 W g 1
解得：
Qg 2
K g 0.5t 0.5t ( I g1 I g 2 ) Q g1 K g 0.5t K g 0.5t
逐时段计算可求出地下径流的出流过程。
I g1 I g 2
3）最小二乘法
4、单位线的时段转换
问题：实际采用的降雨时段如果与现有单位线的时段不同， 或者不同流域的单位线进行地区综合，应取相同时段，需要 单位线的时段转换。 q
(m3/s)
3小时单位线
6小时单位线
9小时单位线
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
t (h)
单位线时段转换—S曲线
这种在洪水形成过程中所呈现出的流域蓄水量增加 和减少现象称为流域调蓄作用。
造成流域调蓄作用的物理原因？
1、降水并不是从一个地点注入流域的
2、水滴速度分布不均匀
3、流域出口断面流来自百度文库的组成
dQ(t ) i( )F (t )
F (t ) dQ (t ) i ( )d
单位地面净雨量：10.0mm
单位时段：1h, 2h, 3h, …….
Discussion
根据单位线定义有:
3.6qt 10mm F
式中，q － 单位线纵高，m3／s；
Ｆ － 流域面积，km2;
Δt － 时段，h。
q
(m3/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
T (6h) 某河某站６h单位线（F＝３４１km2）
第四节
流域汇流计算
流域上各点的净雨，经过坡面汇入河网，再 由河网流达出口断面，总称汇流。 从坡面和土壤表层汇入河网的，称为地面汇 流，其历时较短，一般只有几十分钟至几小 时；经由地下途径注入河网的，称为地下汇 流，历时可长达几天或几十天。
流域汇流计算主要内容
地面径流汇流计算 坡地汇流计算 地下径流汇流计算
汇流计算
河网汇流计算
一、流域出口断面流量的组成
1、流域汇流时间
降落在流域上的雨水水滴汇集至流域出口断面所经 历的时间称为流域汇流时间。
位于流域上不同地点的水滴 由于流速和汇流路径不同 具有不同的流域汇流时间
2、流域调蓄作用
dt时段内： 进入流域的水量：i(t)dt 流出流域的水量：Q(t)dt 涨洪时： i(t)dt> Q(t)dt 流域蓄水量增加 落洪时： i(t)dt< Q(t)dt 流域蓄水量减少
时间早。
小洪水：推求单位线过程 平缓，峰低且峰现时间迟。
2）暴雨中心位置影响
暴雨中心在上游的洪水：汇
流路径长，受流域调蓄作用
大，洪水过程较平缓，推求 单位线也平缓，峰低且奉献 时间偏后。
暴雨中心在下游的洪水：推
求单位线过程尖瘦，峰高且 峰现时间早。
四、地下径流过程的计算
1、计算方法及原理
分析表明，地下水的贮水结构可视为一个线 性水库，即地下水库的蓄量W与其出流量Qg 的关系为线性函数,下渗的净雨量为入流量， 经地下水库出流量就是流域出口断面的地下 径流出流量。
地下水库方程组
地下水库蓄泄方程与地下水库的水量平衡方程：
dW g Ig Qg dt W g K gQ g
式中，Ig —地下水库的入流量； Wg , Qg—地下水库的蓄水量与出流量； Kg—地下水库的蓄泄系数。
将上述方程(1)写成有限差形式：
Ig1 Ig 2 Wg
2 K gQ g
10 q1 Q1 h1 h2 10 q2 (Q2 q1 ) 10 h1 h3 h2 10 q3 (Q3 q2 q1 ) 10 10 h1
单位线推求（F = 8080km2）
地表 地面 单位线 q NO 日 时 径流 净雨 3 3 （m /s） （mm） （m /s） 80 1 5 0 120 15.0 200 2 12 340 5.0 560 3 6 0 940 420 4 12 910 280 5 7 0 630 180 6 12 410 106 8 8 0 250 42 9 12 115 2 9 9 0 25 0 10 12 0 1870 合计 3740 20
到，低速质点后到，严格的面积出流次序是没有的。
这就是等流时线未考虑河槽的调蓄问题。因此，等
流时线方法只宜用于小流域，因为河槽调蓄作用小。
三、单位线法
1、单位线的定义和基本假定 在给定流域上，单位时段内均匀分布的单位 地面（直接）净雨量，在流域出口断面形成 的流量过程线称为单位线，记为UH(unit hydrograph)，表示为q ～t。
3.6qt 10mm F
10 F 10 8080 q 1870(m 3 /s) 3.6t 3.6 12
Discussion
单位线的2个假定：倍比、叠加，实际流域汇流并非严格遵循这 2个假定。另外，实测资料及推算的净雨量也具有一定误差，导 致分析法推求的单位线纵坐标有时会呈现锯齿状，甚至出现负 值，所以需要进行单位线修匀。
F (t ) Q (t ) i ( )d 0
t
F ( ) Q (t ) i (t )d 0 汇流曲线
t
F ( ) u( )
Q(t ) u( )i(t )d
0
t
汇流计算
Q(t ) u( )i(t )d