第2章_06-07蓄满产流计算

Wm
Wmm
0
(1 )dWm
Wmm Wm 1 b
初始蓄水量W0与A值
流域初始蓄水量W0对应于蓄水容量曲线的A值
W0 0 (1 )dWm
A
b Wm 1 (1 ) Wmm
1 b A W0 Wm 1 1 Wmm
hg
(mm) （6） 0.4 1.5 3.4 0.9 1.5 2.4 5.1 9 9 9 5 47.2
hs
(mm) （7） 0 0 0 0 0 0 10.9 21.1 1.5 6.3 0 39.8
第（ 7 ）栏：地表净雨 hs = h – hFc h g =fc h×△ t× f tFr 第（ 3）栏：查降雨径流相关图得时段净雨量 h ； 第（ 5 ）栏：时段最大稳定下渗量 Fr ； c 第（6 ）栏：根据fc将净雨划分地下净雨 h g 第（4）栏：产流面积 Fr =h/Pe； f tF h fc tFr r c
超渗产流计算
下渗曲线法
产 流 计 算
初损后损法
下渗曲线法
一、下渗曲线法
超渗产流地区降雨强度对下渗起显著作用，由 而降雨推求径流可以采用下渗曲线。 下渗曲线是干燥士壤在充分供水条件下流域下
渗能力过程线。将降雨强度减去下渗率就可得到净
雨强度过程。这样求得的净雨量，代表地面径流，
不包括地下径流部分。
4.4 超渗产流计算
t
4.4 超渗产流计算
【Problem】
流域上每次降雨的强度并非在持续大于下渗率，不能保证
充分供水条件；其次是初始土壤含水量不等于0，因此，每次 降雨实际下渗曲线是不同的。
解决方法是将下渗率随历时变化的曲线f(t)转换 成随土壤含水量W变化的曲线f（W ）
W F
dt o f(t )
t
Wi
【例】设 fc= 2.0mm/h ，得 ∑RG= 47.1mm ，不等于 【例】 某流域一次降水过程如表 3 4 所示，地 产流面积＝ R/P e 38.1mm 。再假设 fc= 1.6 mm/h ， ∑RG= 38.6 mm ， 下径流量 38.1mm ，试推求稳定下渗率 fc 。 FC ＝ fc × ∆t ×产流面积 与 38.1 mm 相差很小。 fc= 1.6 mm/h
' Wmm (1 b)Wm
A W
' mm
W0 1 b [1 (1 ) ] Wm
1
A R W0 Pe
蒸发模型
前期影响雨量的求解
输入已知资料：P(t)，Ep(t)，b，C， Wu(0)，WL(0)， Wd(0)，Wum，WLm，Wdm
t=1
三层蒸发模型计算蒸发量E(t)
蓄满产流模型计算产流量R(t)
下渗能力曲线 f
初渗 不稳定下渗 稳定下渗
f(t) fc
下渗能力曲线
t
4.4 超渗产流计算
下渗能力曲线 f f0 【说明】 若W0不同， 则f0不同，
→下渗能力曲线不同
fc
下渗能力曲线
t
4.4 超渗产流计算
雨强过程i—t
减
产流过程R—t
下渗过程f—t
f ii
R(t)
f ( t)
下渗曲线法
下渗曲线法
K I 壤中流的出流系数
Rs
Sm
Rg K g Sm
K g 地下径流的出流系数
S
RI
Rg
自由水蓄水库
当 R S Sm 时，
Rs 0
RI K I ( R S )
Rg K g ( R S )
26
第2章 流域产流
第7节 超渗产流计算
超渗产流计算
定义——超渗产流模式
干旱地区的地下水埋藏很深，包气带可达几 十米甚至上百米，降水不易使包气带蓄满，下渗 的水量一般不会产生地下径流。只有降水强度超 过下渗率时才有地面径流产生。这种产流方式， 称为超渗产流。
A+Pe
R = P+ W0 - Wm
△W
=Wm-W0
Pe
A
Wm
W0
0
R= P – △W = P –(Wm –W0 )
蓄满产流计算
蓄满产流模型基本公式 （产流参数Wm 、b）
' 局部产流 A Pe Wmm
A Pe 1b R Pe W0 Wm Wm(1 ) ' Wmm
P
全面产流
W0 -P Wma m=
包气带
Pa
部分面积产流
流域产流过程示意图 潜 水
蓄满产流计算
2 蓄满产流模型
蓄满产流公式：
R = P-(Wm- W0)
【说明】上式适用于全流域产流的情况
【问题】未全流域产流的情况如何计算？
蓄满产流模型
蓄满产流计算
2 蓄满产流模型
流域内各点包气带的蓄水容量是不同的。 以包气带达 到田间持水量时的土壤含水量Wm′为纵坐标，以流域内小于 等于该 Wm′的面积占全流域的面积比 α为横坐标，所绘的曲 线称为流域蓄水容量曲线。 将流域内各点蓄水容量Wm′从小到大排列，最大值为 Wmm,计算小于某一Wm′的面积占流域面积的比重为α，则可 绘制Wm′—α关系曲线，称之为流域蓄水容量曲线
水源划分
（二）划分地面径流、壤中流与地下径流 ——三水源划分 1、点产流模型
水源的划分用自由水蓄水库模型来计算。
自由水蓄水库的输入为蓄满产流模型计算出 的时段径流深，输出包括三种水源：地面径流、
壤中流、地下径流。
点产流模型
当 R S Sm 时，
Rs R S Sm
R
RI K I Sm
' 全流域产流 A Pe Wmm
R Pe W0 Wm
A W
' mm
W0 1 b [1 (1 ) ] Wm
1
' Wmm (1 b)Wm
Wt 1 Wt P t Et Rt
蓄满产流计算
蓄满产流计算过程
Wm b P (t ) Em (t ) W´mm
1 A Pe ' 'A ' ' Wmm 0 A11 Wm e ' Wmm 1 b ' b 1 b ' ' b ' ( 1 ) d W W [ 1 ( 1 ) ] (1 mm )dWmmm e (1 ) dWm ' W m 0 mm ' ' 0 0A 0 W Wmm 1 b mm m mm
h
(mm) （ 3） 0.4 1.5 3.4 0.9 1.5 2.4 16 30.1 10.5 15.3 5 87.0
Fr
（４） 0.286 0.349 0.351 0.391 0.417 0.444 0.569 1.000 1.000 1.000 1.000
Fc
(mm) （ 5） 2.6 3.1 3.2 3.5 3.8 4.0 5.1 9.0 9.0 9.0 9.0
水源划分
如果已知稳定下渗率fc，可以根据净雨过程 划分水源
R Rg f c tFr
R f c tFr R f c tFr
How to 推求 fc
水源划分
（１） fc 的分析推求 稳定入渗率fc可用的降雨径流资料采用试错法得 到。根据实测降雨过程、净雨过程、地下径流总量 ，假设一个fc代入公式计算，当计算得地下径流总量 值与实际值相等时即为所求fc 。分析多次洪水，定 出流域fc的平均值。
0 h Pe f t
下一时段土壤水量
Pe f t Pe f t
Wt+△t＝ Wt ＋ Pet－ ht
重复以上三步，可以逐时段计算净雨过程
4.4 超渗产流计算
【说明1】 采用下渗曲线法进行产流计算时，应该注意到降雨强度时空 分布不均匀性对产流的影响，且流域不同地点的下渗特点也 存在差别。 因此，为了提高计算精度，降雨时段长度不宜过长，常以
1蓄满产流
R
包
Wm-W0
气
降 水
P
带
W0
计算公式
R = P -(Wm- W0)
潜 水
蓄满产流计算示意图
蓄满产流
1蓄满产流
当流域土壤含水量达Wm时的产流状态为全流域产流
或称全面产流，产流量R = P-(Wm- W0) 。
但当降雨量尚未达到流域的Wm值时，由于包气带各处厚
度不一致，各点蓄水容量也不相同，因而在局部地区也 会产生径流，这种产流状态称之部分产流，然后逐步过 渡到全面产流。
min计，流域应按照雨量站分布状况划分为较小的单元区进行
产流计算
4.4 超渗产流计算
【说明2】 采用下渗曲线法进行产流计算时，必须知道计算区域的下渗 能力曲线，这需要很多径流资料或通过试验才能获得，在实 际工作中往往难以实现。
在实际中，常采用它的简化方法——初损后损法进行产流 计算
第2章 流域产流
第6节 蓄满产流
蓄满产流
1蓄满产流
当雨量充沛，地下水位高，包气 带较薄，包气带下部含水量经常 保持田间持水量，则易被蓄满。
定义
在湿润地区，包气带缺水易为一次降雨所蓄满， 则产流量R 可由降雨量P 减去降雨开始时土壤缺水量 (Wm- W0)求得。即雨量补足包气带缺水量后，全 部形成径流，这种产流方式叫做蓄满产流
水源划分
Pe
二水源产流模式
R ＝ R g+ R s
Rs fc Rg
潜 水
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水源划分
蓄满产流面积的变化有如下特点： 土壤缺水小、先蓄满的地方先产流 产流面积随着降雨继续而不断增大 产流面积大小与降雨量和初始土壤含水量
有关，与降雨强度无关。
水源划分
Fr ＝ R / Pe
R
Pe
Wm
W0
0
Fr
How to表示流域蓄水容量曲线？
用实测降雨径流资料选配曲线，间 接确定。经验表明，流域蓄水容量 曲线可用B次抛物线表示：
' Wm
W 'mm
b Wm 1 (1 ) Wmm
b反映流域内蓄水容量空间分布 不均匀性的参数，取值范围一般 为0.2-0.4
Wm
0
流域蓄水容量曲线
1.0
时 段 1 2 3 ∆t (h) 6 4 6 Pe (mm) 14.5 4.6 44.4 R (mm) 7.6 3.7 44.4 产流 面积 0.524 0.804 1.000 FC (mm) RG (mm )
fc=2.0
6.3 6.4 12.0
fc=1.6
5.0 5.1 9.6
fc=2.0
6.3 3.7 12.0
t=t+1
蓄满产流模型计算流程图
水源划分
3 水源划分 地面径流和地下径流汇流的规律是不相同的。 如果由已知雨量 P 得到径流量 R 后，还需再分
成地面和地下两部分，以便进行汇流计算。
水源划分
在降雨过程中，流域上产生径流的区域称为
产流区，其面积称为 产流面积 ，一般以占全流域
面积的百分比表示。
在产流面积上，包气带缺水量已经满足满足， 产流量R 按稳定下渗率fc 下渗，下渗的水量形成 地下径流 Rg ，超过稳定下渗率的部分形成地面径 流 Rs （包括壤中流） 。
W0 A Wmm 1 1 W m

1 1 b

Wm
1 (1
b Wm ) Wmm
A
0
W0
1 .0

' Wm 1 (1 ' ) b Wmm
A+Pe
R
A
Pe Wm △W
W0
0
W ( P A) A W [ 1 ( 1 ) ] R m Pe (1 ) dW P W Wm Wm [1 ] W W 流域蓄水容量曲线 0 W W
f(Wi)= f(ti)
o
ti
f( t) dt
f(ti )
Wi
0
ti
t
下渗率随历时变化曲线
f(Wi )
Wi
W
下渗率随土壤含水量变化曲线
f-W关系曲线
4.4 超渗产流计算
下渗能力曲线 f f0
f f0
f-W关系曲线
fc
fc
下渗能力曲线
t
f-W关系曲线
W
4.4 超渗产流计算
下渗曲线法产流计算步骤 根据f（W）曲线，由本时段土壤水量Wt查得相应的下渗率f （Wt），由时段雨量Pet由下式求得时段净雨量ht
fc=1.6
5.0 3.7 9.6
4
5 6 ∑
6
6 1
46.5
14.8 1.1
46.5
14.8 1.1 118.1
1.000
1.000 1.000
12.0
12.0 2.0
9.6
9.6 1.6
12.0
12.0 1.1 47.1
9.6
9.6 1.1 38.6
（2）fc 的应用
【例】 已知某流域流域降雨径流相关图和
稳定入渗率fc ＝1.5mm/h,一次实测暴雨过程如表
（1）（2）栏。请根据 fc 将净雨划分为地表净 雨hs和地下净雨hg。
Pe
月 日 时 （１） 8 1 0 6 12 18 8 2 0 6 12 18 8 3 0 6 12 18 合 计 (mm) （2） 1.4 4.3 9.7 2.3 3.6 5.4 28.1 30.1 10.5 15.3 5 115.7