水文学原理(第七章)2011

（4）少水带（年径流深在10～50mm） 松辽平原中部、辽河上游地区、内蒙古 高原南部、黄土高原大部、青藏高原北 部以及西部部分丘陵低山区。年径流系 数一般为0.1左右，个别地区小于0.05。 （5）干涸带（年径流深小于10mm） 内蒙古高原、阿拉善高原、河西走廊、 柴达木盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地、 吐鲁番盆地等平原部分。径流系数只有 0.01～0.03。
三、径流的时程分配
年内变化：
日、旬、月、季径流的变化。 用不均匀系数表示
年际变化：
年径流的多年变化。 用变差系数来表示
四、径流水源
河流径流的水源来自于三方面： 雨水
冰雪消融水
地下水
§7.3 洪水、枯水、冰情
一、洪水：
流域内的暴雨或大面积的降雨产生的大量地面 水流，在短时期内汇入河槽，使河槽中的流量 剧增，水位猛涨，河槽水流成波状下泄，这个 时期的径流称为洪水。 春季洪水一般由融雪所造成 秋季洪水一般由暴雨所造成
汇流(Flow concentration)过程示意 ：
是流域上各种径流成分从它产生的地点向流域 出口断面的汇集过程。
降雨径流形成过程框图
蒸发E 降雨P
截留 填洼 下渗
土壤水储存
壤中流
地面径流 Rs
浅层地下水储存
深层地下水储存
浅层地下径流 Rg
深层地下径流 Rg 总径流 R
一、产流过程
净雨：降雨扣除损失后的雨量称为净雨。
年径流的时程（年际、年内）变化 年际变化 一般多用变差系数大小表示。 江淮丘陵和秦岭一线以南，年径流Cv在 0.5以下；湖北西部山区、贵州大部和广 西北部地区，Cv在0.3以下；云南中部四 川盆地，一般超过0.5。淮河流域大部分 地区在0.6～0.8之间。华北平原可超过 1.0，部分河流达1.4以上。 年径流极值的比（最大年径流量与最小年 径流量之比）亦可反映年径流多年变化。
Q 0 x
A Bh 0 t t
h 0 t
A 断面上的最高水位出现时间要迟于最 大流量的出现时间。
由 Q vA 可得:
dQ dA dv v A dt dt dt
dQ 0 时， 当 dt
dA 0 ，有 因 dt
dv 0 dt B 当出现最大流量时，流速已处于减小阶 段，即最大流速出现在最大流量之前。
产流过程：降雨损失、产生净雨的过程的 雨量称为产流过程。 下垫面：承受雨水的表面称为下垫面。
下垫面不同产生的净雨不同。
降雨强度不同产流量不同。
包气带含水量不同产流量不同。
二、汇流过程
1 坡地汇流 分三种情况： 坡面漫流 表层流 地下汇流 2 河网汇流 起涨点 涨水段 洪峰 落水段
三、降雨过程与流量过程的比较
枯水消退过程：
枯水消退过程是流域蓄水量的消减过程，一 般认为流域蓄水量与枯水径流成正比：
W KQ
dW Q dt
Qt Q0 e
t / K
退水曲线 ：是流域蓄水量的消退过程线。
推求方法： 取多次独立洪水过程线的退水部分，绘在 透明纸上，然后沿时间轴平移，使它们的尾部 重合。这一组曲线光滑的下包线是标准的地下 水退水曲线，其它的是地表水退水曲线。 用途： 分割次洪水、划分地表地下径流等。 地下水退水曲线的数学表达式 ：
洪峰流量的传播时间和衰减值一般与河段的 水力特征和长度有关。对于一固定河段，洪峰 流量增大，一般洪峰衰减值也有所增加，但传 播时间却有所减小。
A Q 0 t L
（连续性方程）
洪水波的最大特征值及出现时间： 洪水波的最大特征值有： 最大流量(洪峰流量) 最高水位(洪峰水位)
最大流速
最大比降
1 洪水特征（三要素）： 洪峰流量，洪水过程线，洪水总量
2 洪水波运动
洪水波的形成 ：
突然有大量的水注人河道，使原来的稳定的水 面受到干扰而形成不稳定波动，就是洪水波。
洪水波的特征：
(1) 几何特征
波体 初始稳定流水面以上的附加部分水体， 即洪水波本身(ABCDA)
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(BD)，波前(BCDB)，波后(BADB) 波长 波体与稳定流水面交界面的长度 (AC)
年内变化
（1）以降水为主的径流年内变化 （2）降雨为主，兼有融雪 （3）以融雪为主，兼有降雨
３ 影响年径流量的因素
1、气候因素对年径流量的影响 2、下垫面因素对年径流量的影响 地理、地形 植被 土壤和地质 湖泊和沼泽 流域形状和面积大小 3、人类活动对年径流量的影响
径流形成示意图
包
气
带
潜水含水层 隔 水 层 承 压含水层 隔 水 层

L
0
1 dx v
(v为流速)
(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。
洪水波的移行和坦化必然导致洪水波在 传播过程中峰现时间的延迟和洪峰流量的 衰减。
南 宁 月 6 9 8 7 日 23 21 10 5 时 16 10 2 11 洪峰流量 （m3/s） 8750 6620 4400 2240 月 6 9 8 7 日 24 22 11 6 横 时 14 11 2 14 县 洪峰流量 （m3/s） 8220 6220 4290 2190 传播 时间 (h) 22 25 24 27
§7.4 径流分割与计算
b
流量 Q
g 3.6 R Qt K g Qc Qa F f
R
a
c
d
f
g
时间 t
e
2、我国河川径流的变化
年径流深的地区性变化 （1）丰水带 （年径流深≥800mm ） 浙江、福建、台湾、广东及安徽、江 西、湖南、广西的部分地区，以及西 藏东南部、云南西南边陲地带，其年 径流系数多在0.5以上
W QT 1680 365 86400 530 10 m
8 3
W 530 10 R 972mm 1000 F 1000 54500
8
1000Q 1000 1680 M 30.8 L / s km2 F 54500


R 972 0.59 p 1650
Qt Q0e
t kg
地表水退水曲线
流量 Q 地下水退水曲线
时间 t
影响枯水径流的因素：
前期影响雨量 Pa 及其计算 定义：
Pa ,t KPt 1 K 2 Pt 2 K 3 Pt 3 ... K n Pt n ...
或
Pa ,t 1 KPt K 2 Pt 1 K 3 Pt 2 ... K n Pt n1 ...
洪水波的传播 :
令：河道中初始稳定流流量为Q0，相应的稳定 流水位为H0；又令波流量为∆Q，相应的波高 为∆H，则洪水波任一位相的流量Q和水位H 分别为：
Q Q0 Q
Q Qx, t
H H 0 H
H H x, t
洪水波的移行与坦化
(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。
K ( Pt KPt 1 K 2 Pt 2 ... K n Pt n ...
K ( Pt Pa ,t )
流域蓄水容量的指标，mm。
Pa Wm
三、冰情：
河流中冰凌的发生、发展、运动和消退的 过程称为冰情。 冰情发展的三个阶段： 1 冻结过程 2 封冻过程 3 解冻过程
水位是重要水文特征之一，也是最基本 的水文要素。 水位特征值：
起涨点水位 最高水位 最低水位
平均水位 警戒水位 水位过程线 水位历时曲线
2.流速
河流中水质点在单位时间内运动的距离。
v f (b, h)
断面流速分布：
3.流量
单位时间内通过河流某断面的水量，Q（m3/s）。
Q vdA
波锋 波前的前锋界面(BC)
1
附加比降 波体水面相对于稳定流水面的比降。
tan 2 tan 1 2 ， tan 1 tan 2 1 tan 2 tan
i0 i i i0 i ， i i i0 1 i0 i
对单峰形洪水波而言，任何断 面上洪水波的最大特征值出现 的先后次序是： 最大比降 最大流速 最大流量 最高水位
二、枯水：
河槽中在一定时期内的流量小于（或远小于） 平均流量，这个时期的径流称为枯水。 枯水是河流断面流量较小的总称。 枯水一般出现在冬、春季 枯水主要由流域内的地下水补给
枯水特征（三要素）： 枯水流量，枯水过程线，枯水总量
dA dv v A 0 dt dt
v C hi
v C hi
2 2
dv 2 di 2 dh 2v C h C i dt dt dt dv 2 di 2 dh 0 时， C h C i 0 当 dt dt dt
dh 0 dt
di 0 dt
C 最大比降出现在最大流速之前。
(2) 运动特征
位相：洪水波的波体与大气交界面的轮廓线 上的每一点都占有一定的相对位置，称其为 位相。
相应流量(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)，又称传播流量(或传播水位)。 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。
1 径流量小于降雨量； 2 流量过程线比较平滑规则，降雨过程线 变化剧烈不规则； 3 流量过程线起始时刻、洪峰、重心等特 征点的出现均滞后于降雨过程线； 4 流量过程线总历时要比降雨过程线长得 多。
§7.2 河流水情
一、水情要素 1 水位：
水位是河流、湖泊、海洋和水库等水体在 某一地点的自由水面相对于标准基面（也称 绝对基面,常以黄海海平面为标准基面）的高 程，单位以m计。 影响水位变化的因素： 河道水量 冲刷、淤积 人类活动
第7章
径 流
§7.1 径流的形成过程
径流形成过程 (Run-off process)示意 ： 由降雨(或融雪)开始，到水流汇集至河流出 口断面处的整个物理过程，称为径流形成过 程。
产流(Run-off producing)过程示意 ： 是流域上各种径流成分的生成过程，也就是流 域下垫面对降雨的再分配过程。
0
A
B
0

H
0
f b, h dhdb
Q qi Ai vi
0 0
n
n
二 径流及其表示Baidu Nhomakorabea法
河川径流： 降落到地面的雨水（或冰雪融化水）， 由地面和地下汇流到河槽并沿河槽流动 的水流的统称。 地面径流 地下径流 固体径流 溶解质径流
径流与年径流
一定时段内流过某一断面的总水量称径流量。 在一个年度内，通过河流出口断面的水量，叫 做该断面以上流域的年径流量。 它可用年平均 流量 Q （m3/s）、年径流深 R （mm）、年径 流总量 W（104m3或108m3）或年径流模数 M （L/s/km2或m3/s/km2 ）表示。
产流示意图
产流示意图
汇流示意图
年径流的多年变化 年径流的年内变化
径流的表示方法
1．流量Q：m3/s 2．径流总量W：m3、万m3或亿m3
W QT
3．径流模数M： L/(s· 2) 、 m3/(s· 2) km km
1 W R 4．径流深R： mm 1000 F R 5．径流系数α： P
1000Q M F
例：某水文站流域面积F=54500km2，多年平均降 雨量P=1650mm，多年平均流量Q=1680m3/s。 求多年平均径流量、多年平均径流深、多年平均 径流模数、多年平均径流系数。 解：
（2）多水带（年径流深在200～800mm） 东北东部山地、淮河流域大部、长江流域大部、 西江流域上游，以及云南大部、西藏东部和 黄河中上游部分地区。南部年径流系数一般 为0.4～0.6，北部一般为0.2～0.3，山区可达 0.4。 （3）过渡带（年径流深在50～200mm） 大兴安岭、松嫩平原一部分、三江平原、辽河 下游平原、华北平原大部、燕山和太行山地， 青藏高原中部、祁连山山区及新疆西部山区。 平原地区年径流系数一般为0.1左右，山区 为0.2～0.4。