流域产流分析工程水文学
工程水文第八章产流(简化)详解
第四章 流域产汇流计算
绪论中我们谈到水文现象存在确定性和随机性规律，相应水文 学的研究方法分为成因分析法和数理统计法。 本章从成因分析的 角度阐述计算降雨形成径流的原理和方法。为后面学习由暴雨推求 设计洪水，奠定基础。
第二章中我们已经定性地知道降雨到形成流域出口断面的径流 过程是一个复杂的过程，可概括为产流和汇流2过程。
次洪水径流总量：从一次洪水流量过程线中扣除前次洪水尚未 退尽的部分水量及深层地下径流之后的洪水总量。
2、流量过程的分割
流量过程的分割（1）是将非本次降雨形成的径流割去，求出本次 洪水的径流总量。
（2）洪水中不同的水源成分的水流运动规律是 不同的，所以要将本次洪水径流总量划分 为不同的水源。包括地面径流、表层流径流
净雨 R(t)
汇流 计算
坡地 汇流 河网 汇流
流域 出口 径流 过程
Q(t)
地面径流 表层流径流 （壤中流） 浅层地下径流 深层地下径流
流域出口断面的流量过程是由地面径流、表层流径流（壤中流）、 浅层和深层地下径流组成。
深层地下径流（基流）数量少，且较稳定。不是本次降雨所 形成。计算时一般从洪水过程线中分割。
②汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后经河网汇 流形成流域出口的径流过程，关于流域汇流过程的计算称之为 汇流计算。
一、径流量计算
很多情况下，一次洪水流量 过程，不仅包括本次降雨形成 的地面径流、表层流径流和地下 径流。还包括前期洪水没有退完 的部分水量和不是本次降雨补给 的深层地下径流。应从本次洪水 过程中分割。
工程水文学案例分析 (批注后) (1)
单位： m3 / s 全年 619 552 444
5 363 489 265
6 714 965 594
（1）计算设计站径流 利用原有的参证站和设计站的流量绘制关系曲线图 （设计站为纵坐标， 参证 站为横坐标）如下图所示：
图3 参证站、设计站的年径流关系
批注 [c14]: 放下面！
根据上图趋势，得到方程式 y 0.6502 x 75.927 算出缺少的设计站流量， 已填入原题中表格，根据 1939 年至 1971 年共 33 年参证站与设计站的流量绘制 关系线，得到如下图所示的图表：
i2 6.383
批注 [c5]: 公式编辑器！
ij
Pj Pj 1 t
il ( 5.3 0) / 6 0.883mm / h
i3 2.183
i4 0.467
根据求得的初损值和平均雨强 可以通过教材 P85 的图 4—17 求出土壤初始 W 1 =36mm 含水量查图可得： W 2 =16.25mm W 3 =31mm W 4 =37mm
二者的区别：记录的数据越多，绘出来的频率曲线越比较有规律。 （3）根据题目给出的条件，本题适合用同倍比法
表 7-7 年份 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 参证站 778 1060 644 780 1029 872 932 1246 933 847 1177 878 996 设计站 设计站与参证站的年径流系列 年份 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 参证站 703 788 945 1023 587 664 947 702 859 1050 782 1130 1160 761 800 424 552 714 444 643 752 569 813 775 设计站 年份 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 单位： m / s 参证站 676 1230 1510 1080 727 649 870 设计站 547 878 1040 735 519 473 715
工程水文学-第四章
Pi f i
i 1
n
–条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密， 能结合地形变化绘制等雨量线时。
– 该方法能考虑流域地形的变化绘制等雨量线，比 较好地反映了降雨在流域上的变化，精度较高。 – 但是绘制等雨量线需要较多站点的资料，且每次 都要重绘，工作量大。
12
等雨量线法
当流域内雨量站分布较密时，可根据各雨量站同时 段观测的雨量绘制等雨量线图，然后用等雨量线图 推算流域平均降雨量。
– 流域平均降雨量 – 时~面~深关系曲线
– 点~面关系曲线
9
流域平均降雨量的计算
算术平均法
– 当流域内雨量站分布较均匀、地形起伏不大时， 可根据各站同时段观测的降雨量用算术平均法 推求。 – 公式
P1 P2 ... Pn 1 n P Pi n n i 1
10
平均降雨量的计算
再分配作用的前提
– 包气带中土壤为有孔介质，具有吸收、储存和输 送水分的功能，使得包气带对降雨起着调节和再 分配作用。这种作用与土壤性质、水分带的分布 特性、水分的变换及变化状况有密切关系。
再分配作用表现在两方面
– 包气带地面对降雨的再分配作用 – 包气带土层对下渗水量的再分配作用
– 指流域蓄水量的消退过程线。
用途
– 其一为分割流量过程线；其二为划分不同水源。
特点
– 一般来说某一流域的地下径流退水过程比较稳定。
作法
– 可以通过多次实测洪水过程的退水部分，绘在透明 纸上，然后沿时间轴平移，使它们尾部重合，最后 作光滑的下包线，就是流域地下水退水曲线。
25
退水曲线公式
4
径流形成的定性分析
5
分析内容
水文学原理第九章流域产流
fp(t)~fp(W)转换
流域上每次降雨的强度并非持续大于下渗率，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fp(t)转换成随
土壤含水量W变化的曲线fp（W ）
W F fp( t) dt
0
t
W t)dt i fp(
第 Ⅱ类
Rs+Rsb+Rg
半湿润地区
第Ⅲ类
Rs
干旱地区
第 Ⅳ类
冲积平原
Rsat+Rg
冲积平原地 区
§2 流域产流特征的分析 1. 2.
流域所处气候条件 典型山坡流域的包气带结构和水分动态 流域中地下水动态特点
3.
Key points:流域产流特征的分析应力求综合，相辅相成，不宜 孤立地、静止地看问题。
PE (mm)
P4
W0=0
20
40
60
80 100
例：某次降雨前
W0=58mm，各时 段雨量分别为P1, P2,P3，P4 。 内插W0=58mm
P3 P2
相关线(红线)
查得相应的
R1 R2 R3 R4
P1
R(mm)
R1，R2，R3，R4
降雨径流相关图的应用
P (mm)
130 105 80 50
W0=0 20 40 60 58 80 100
特点: (1)土壤缺水量小、先蓄满的地 方先产流 (2)产流面积随着降雨继续而不 断增大 (3)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。
P
全面产流
W0=Wm
W0 包气带
Wm 部分面积产流
工程水文学_第四章
第四章 流域产汇流计算
二. 流域产汇流计算基本流程和思路 产流与汇流之间的联系可简明地表示成图4.1所示的流程图。
图4.1
基本思路:先从实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后， 用于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水，用于预报时，则由实际 暴雨预报洪水。
降降雨雨PP((tt)) 蒸蒸发发EE((tt))
产流计算
数量上相等
净雨R(t)
汇流计算
流域出口断面 径流过程Q(t)
第四章 流域产汇流计算
一. 流域产汇流计算基本内容 由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为
两个步骤： ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损
失之后，转化为净雨的计算称为产流计算。 ②汇流计算：净雨沿着坡度汇入地面和地下河网，并
第一节 降雨径流要素的分析计算
2、降雨深—面积关系
降雨深—面积关系曲线，是反映同一场降雨过程中，降 雨深与面积之间对应关系的曲线，一般规律是面积越大， 降雨深越小。
3、降雨深与面积和历时关系曲线
一般规律是：面积一定时，历时 越长平均雨深越大；历时一定时，则 面积越大，平均雨深越小。
面积
雨深—面积—历时示意图
包气带含水量达到田间持水量时的蓄水容量称该包气带 的最大蓄水容量，记为W'm,包气带含水量达到田间持水 量时,习惯上称为“蓄满”。当包气带未蓄满时，下渗水 量将滞留在土壤中；当蓄满后，再渗入的水量在重力作用 下产生壤中流RG1和浅层地下径流RG2。
综上所述，在包气带的调节、分配作用下，降雨有两种 产流方式：包气带未蓄满产流方式和包气带蓄满产流方式， 包气带未蓄满产流方式称为超渗产流方式。
工程水文学之流域产汇流计算
工程水文学之流域产汇流计算●降雨径流要素计算●流域降雨分析●单站降雨特性分析●降雨强度过程线●降雨强度～历时曲线●降雨量累计曲线●流域降雨特性分析●流域平均降雨量●算术平均法●垂直平分法/泰森多边形法●等雨量线法●时～面～深关系曲线●点～面关系曲线●径流量计算●径流过程线分析●流量过程的分割●非本次降雨的径流分割●水源的划分将本次降雨形成的地面、地下径流分割开●水平直线分割●斜直线分割●目估法●标准退水曲线法●径流量计算●流域的土壤含水量间接表示●前期影响雨量●前期影响雨量Pa的计算公式●流域的蓄水量●流域最大蓄水量WM和消退系数K●流域产流分析●包气带对降雨的再分配作用●包气带地面对降雨的再分配作用●包气带土层对下渗水量的再分配作用●产流机制●蓄满产流●超渗产流●产流面积的变化●蓄满产流情况下产流面积的变化●超渗产流情况下产流面积的变化●降雨径流关系●产流计算●降雨径流相关法●蓄满产流的产流量计算●概述●蓄满产流的产流量计算●产流量计算公式●流域蓄水量计算●一层模型●二层模型●三层模型●产流过程（净雨过程）计算●地面地下径流（净雨）的划分●超渗产流的产流量计算●概述●下渗曲线法●超渗产流的产流量计算●应用fp~t和fp～W关系推求产流量●图解法●初损后损法●初损量I0的确定●平均后损率f的确定●产流量计算●流域汇流计算●流域出口断面流量的组成●单位线法●单位线的基本概念●倍比假定●叠加假定●单位线的推求●分析法●最小二乘法●单位线的时段转换●单位线的应用●单位线存在的问题及处理方法●洪水大小的影响●暴雨中心位置的影响●基本步骤●选择资料●确定单位时段●求地面径流过程●求地面净雨过程●由已知的地面净雨过程和地面径流过程推求单位线●瞬时单位线法●S曲线●等流时线法●地貌瞬时单位线法●地下径流汇流计算●线性水库法。
工程水文学 第4章 流域产汇流计算
对于包气带不厚且雨量充沛地区，可选取
久旱不雨（雨前Pa = 0）后一次降雨量较大资 料（雨后Pa = Wm ），则
Wm = P - R - E雨
14:50
流域日蒸发量 E 是该日气象条件和土壤 含水量的函数。当 Pa = 0时E = 0；当Pa = Wm 时，E = Em。
14:50
第一节 降雨径流影响要素计算
产流方案 根据流域降雨、蒸发和 径流资料，分析确定降雨量、土壤含水 量和径流量等要素之间的关系。
汇流方案 根据流域降雨和流量资 料，推求净雨和出口流量之间的关系。
14:50
一、降雨量
以时段雨量为纵坐标，时段的时序为横坐 标绘成时段雨量直方图，也称雨量过程线。
K6＝1－5.6/100=0.944 K7＝ 1－6.8/100=0.932
t
P (mm)
K
Pa(mm)
6.2560Biblioteka 30.944计算说明
6.26
78.8
0.944
6.27
14.7
0.944
6.28
0.944
6月25日－26日总雨量很大，
100
6月27日Pa达Wm
100
Pa＝0.944（100＋14.7）= 108.3 >100 取100
Q (m3/s)
流量过程线分割
次径流量
t (h)
14:50
2、流量过程线分割
地面径流退水较快，而地下径流退水历时 较长。实测流量过程线往往是由若干次暴雨所 形成的洪水径流组成。
为了研究暴雨与洪水之间的关系，必须流 量过程线加以分割，可采用退水曲线方法。
14:50
退水曲线是流域蓄水消退曲线，对同 一流域的各次洪水，将若干条流量过程线 的退水部分绘于透明纸上，然后沿时间轴 左右移动，使退水线尾部重合，其下包线 可作为标准的地下水退水曲线。
第七章 流域产流、汇流的计算与分析
口断面汇集的过程，包括坡地汇流和河网汇流两个阶段。
流域汇流主要是研究流域上的地面净雨、表层净雨和地 下净雨如何转化为流域出口断面的流量过程。
9/11
本章重点
1. 降雨径流的要素 2. 产流和汇流及其分类
10/11
自然界中有两种基本的产流形式：
蓄满产流(p.42 Fig.4-4)和超渗产流(p.47 Fig.4-7)
6/11
包气带对降雨的再分配作用： 由于包气带是由不同土壤构成的有孔介质，具有吸收、 储存和输送水分的功能，因而其对降雨起到了调节和再分配 的作用。
蓄满产流—— 雨末包气带达到田间持水量时
P＝E＋(W'm－W'0)＋RS＋RG 超渗产流—— 雨末包气带未达到田间持水量时 P＝E＋(W'm－W'0)＋RS
式中， P降雨量；E蒸发量；W’m包气带蓄水容量；W’0降雨 开始时包气带的起始蓄水量；RS地表径流；RG包气带中自由运 动的重力水。
7/11
区别标准：包气带中是否形成自由运动的重力水 RG。
两种基本的产流机制
Horton型 超渗产流
Dunne型 蓄满产流
8/11
7.3 流域汇流的分析与计算
流域汇流，指降落在流域上的雨水，从流域各处向出
净雨量的计算称为产流计算 第 II 阶段：汇流过程—— 净雨 径流
分别从地面和地下经河网汇集成流域出口断面的流量与之 相应的计算称为汇流计算。 产流计算＋汇流计算＝流域产汇流计算
5/11
流域出口断面的流量＝地面径流
＋表层流径流(壤中流) ＋浅层地下径流＋深层地下径流
直接径流
不同的流域，其下垫面条件具有不同的产流机制，进而又 影响整个产流过程的发展，使其呈现不同的径流特征。
水文气象学课件 6第六章 流域产汇流分析
第六章流域产汇流分析本章要点本章的主要内容包括如下部分：1）介绍流域产流的机制，重点讨论蓄满产流与超渗产流；2）介绍流域产流计算的基本原理和方法；3）介绍流域汇流的基本概念和计算方法。
6.1 概述径流是自然水文循环过程中非常重要的一个环节，径流的产生和发展过程是水文学研究的重要内容。
河道任何一点的径流过程可以通过流量曲线的变化反映，而任意一点的径流过程都是流域上游径流过程综合之后得到的结果，是对整个流域降雨、融雪和其他水量输入的响应。
因此径流产生和发展过程并不是局部空间的水文现象，而是应该在流域尺度下进行研究。
径流的产生和形成是流域尺度上的综合问题，需要综合考虑其他水文过程，如降雨、入渗、饱和及非饱和土壤中的水流运动等。
尽管对这些水文过程单独加以研究已经有了相对成熟的方法，但是如何把这些理论加以综合得到解释流域产流机理的理论尚未取得令人满意的结果，其中一个很重要的原因是流域空间中的变异性太大，各个流域在很多方面都具有差异性。
研究径流的产生和发展过程，人为的可以把整个过程概化为产流阶段和汇流阶段两个阶段。
产流（流域蓄渗）指降雨经植物（树冠）截留、下渗和填洼等过程，形成地表和地下径流的过程。
产生的径流可以分为3种形式：地表径流（坡面流 Overland flow）、壤中流（Interflow / unsaturated flow）和地下径流（Groundwater flow）。
汇流则是指降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出口断面汇集的过程。
汇流又可以分为山坡汇流和河网汇流两个阶段。
整个径流的产生和发展的过程可以用下图6-1示意：图6-1：径流产生及过程示意图本章主要研究的内容是地表径流的产流机理和汇流原理。
6.2 流域产流机理流域产流过程实质上就是流域中各种径流成分的生成过程，其实质就是水分经过流域下垫面（包括地面和包气带）作用之后对降水的再分配的过程。
因此不同的下垫面条件对应不同的流域产流机制（Streamflow Generation Mechanisms ），从而进一步影响到整个流域径流发展的过程也不相同。
水文气象第六章产汇流分析(1)
➢若
We W m ,
I
E
(W
'
m
W
' 0
)
则入渗量中的一部分：I E (WeW0)
形成自由重力水 ，产生地下径流。
I E (W m W 0) R g
(6-2)
➢ 若 W e W m，则入渗量被储存在非饱和 土壤中（Rg=0）。
I E (We W0)
(6-3)
6.1.3 降雨产流的机理
两层蒸蒸发模 型 计算流域蒸发量
含水量
Wuumm 、、WWuu 分别为上层
最大和实际的蓄水量；
E
Wllmm 、Wll 分别为下层最
大和实际的蓄水量；
Wum Wu Wlm Wl
上层 下层
当 P +Wu > E0， Eu= E0 El = 0 E = Eu+ El = E0
(6-20)
当 P +Wu E0， Eu= P+Wu
及流域蓄水容量曲线参数 b ( W ’ =(1+b)W ）
mm
m
⑤ 降雨前的流域初始含水量W0(或Wu0，Wl0 )
由W00, Wmm及 PΔΔtt, EmmΔΔtt
按式(6-19) 求求
E tt
E00 Wmm
(6-2)
由式(6-2)代入式(6-1) ，得:
P E (W' W ') R R
(6-4)
m
0
sg
➢ 根据（6-4）可知，蓄满产流的特点： 0 包气带土壤含水量达到田间持水量（蓄水 容量）后，才产生地下径流 Rg；
4 径流量 R 中包括地面径流和地下径流，总 径流量为： R = Rs + Rg。
工程水文学-第7章习题_流域产汇流计算附答案
第七章流域产汇流计算本章学习的内容和意义：本章从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法，包括流域的产流计算和汇流计算。
产流计算主要研究流域上降雨扣除植物截留、补充土壤缺水量、填洼、蒸发等损失，转化为净雨过程的计算方法。
汇流计算主要研究净雨沿地表和地下汇入河网，并经河网汇集形成流域出口断面径流过程的计算方法。
本章研究的流域产汇流计算是工程水文学中最基本的概念和方法之一，是以后学习由暴雨资料推求设计洪水，降雨径流预报等内容的基础。
本章习题内容主要涉及：流域产汇流计算基本资料的整理与分析；前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算；降雨径流相关图法推求净雨；初损后损法计算地面净雨过程；流域汇流分析；单位线法推求流域出口洪水过程；瞬时单位线法推求流域出口洪水过程；综合单位线法计算流域出口洪水过程。
一、概念题（一）填空题1. 流域产汇流计算所需要的基本资料一般包括_____________,______________,_______________, 三大套资料。
2. 图1-7-1是一次实测洪水过程,ac为分割线,ad为水平线,请指出下列各面积的含义:abca代表_______________; acdefa代表__________________; abcdefa代表___________________。
图1-7-1 一次实测洪水过程3.常用的地面地下径流分割方法有_________________和_________________。
4.蒸发能力E m,它反映了_______________________________________等气象因素的作用。
5.蓄满产流是以________________________________为产流的控制条件。
6.按蓄满产流模式，当降雨使土壤未达到田间持水量时，降雨全部用以补充__________________。
7.按蓄满产流模式,当流域蓄满时,以后的降雨减去雨期蒸发后，剩余的雨水全部转化为__________。
工程水文学第3章流域产流与汇流计算资料
第三章流域产流与汇流计算第一节概述 (2)第二节降雨径流要素计算 (3)第三节流域产流分析 (10)第四节产流计算 (12)第五节流域汇流计算 (22)小结 (30)课前学习指导本章要求（1）掌握实测降雨径流要素的分析计算方法；（2）掌握蓄满产流和超渗产流的基本概念，及其产流面积变化过程的分析方法；（3）了解影响流域产流量的因素，掌握蓄满产流和超渗产流的产流量计算方法；（4）了解流域汇流的物理过程，掌握流域汇流计算方法。
课时安排共需7个课内学时，10个课外学时课前思考如何由单站降雨量推求流域平均降雨量？为什么要对实测流量过程线的不同水源成分进行划分？降雨是怎么变成径流的？有哪些基本的产流方式？哪些因素影响流域径流的形成？如何计算一场降雨所产生的径流量？汇流计算的目的是什么？常用的汇流计算方法有哪些？什么是单位线？如何推求单位线？如何进行单位线的时段转换？学习重点掌握流域产流计算和汇流计算的方法。
难点将水文循环中蒸发、下渗、产流、汇流等过程联系起来，结合水量平衡原理实现产汇流过程的逐时段连续演算。
知识点单站降雨特性分析流域降雨特性分析实测径流量计算前期影响雨量包气带对降水的再分配蓄满产流和超渗产流产流面积及其变化过程降雨径流关系蓄满产流的产流量计算蒸散发计算超渗产流的产流量计算流域汇流过程、流域汇流时间、流域调蓄作用单位线的基本概念、单位线的推求、单位线的时段转换瞬时单位线的基本概念地下径流汇流第一节概述内容提要1、由降雨过程推求径流过程的基本内容与流程2、流域产汇流计算的基本方法与思路学习要求掌握由降雨过程推求径流过程的主要环节与基本思路1、流域产汇流计算基本内容与流程由流域降雨推求流域出口的流量过程，大体上分为两个步骤：a、产流计算：降雨扣除植物截留、蒸发、下渗、填洼等各种损失之后，剩下的部分称为净雨，在数量上等于它所形成的径流深。
在我国常称净雨量为产流量，降雨转化为净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称为产流计算。
工程水文学 4、产流及汇流计算
Q
R
t
图4－5 退水曲线 图4－6 次洪水过程线划分
t
实测流量过程示意图（曲线下方数字为洪号）
流域退水曲线用数学公式表示如下：
Q (t ) Q (0)e t / Kg Q (t t ) Q (0)e ( t t ) / Kg Q (t )e t / Kg t Kg InQ(t ) InQ(t t )
P1 P2 ... Pn 1 n P Pi n n i 1
式中：P — 流域平均降水量，mm; P1……Pn — 各雨量站同时期内的降水量，mm; n — 测站数。
泰森多边形法： 当流域内雨量站分布不太均匀时， 假定流域各处的降水量由距离最近的雨量站代表。设P1 ，P2，……，Pn为各站雨量，f1, f2,……, fn为各站所 在的部分面积，F为流域面积，则流域平均降水量P可由 下式计算：
n P f P f ... P f fi 1 1 2 2 n n P Pi F F i 1
式中fi / F表示第i雨量站所代表面积占整个流域面 积的份额，通常称为权重。求得的流域平均雨深又称为 加权平均雨深。
某一流域
n个雨量站 P1, P 2, … P
n
要求划分各雨量站权重面积
（4-6）
（4-7）
式中：Kg为地下退水参数，可根据式（4-7）用退水曲线来 计算。
地表径流和地下径流汇流特性不同， 一般还要用斜线分割法分割开地面径流和 地下径流。 斜线分割法：从起涨点Ａ到地面径流 终止点Ｂ绘制直线AB ，AB线以上为地面 径流，以下为地下径流。
N = 0.84F 0.2
N 起涨点 地表径流
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
§4.3 流域产流分析 工程水文学
§4.4 产流计算-§4.4.1 降雨径流相关法
• 1. P~Pa~R三 变量相关图法
以次降雨量P为 纵坐标、次洪径 流深R为横坐标， 降雨开始时前期 影响雨量Pa为参 数建立起来的相 关图。适应于湿 润、半湿润地区。
整理课件
§4.4 产流计算-§4.4.1 降雨径流相关法
• 该关系图应符合以下的规律：
• 蓄满产流情况下产流面积的变化特点： ➢ 随着降雨量的增加，产流面积也随之增加 ➢ 产流面积增加与降雨强度无关
整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 2.超渗产流情况下产流面积的变化 • 下渗容量面积分布曲线：
• 流域起始蓄水容量W0不同，流域各点的下渗能力fp也 不同。
• 将全流域各点的fp从小到大排序，以fp为纵坐标，计算 小于和等于某一值各点的面积之和FR占全流域面积的 比重(α=FR/F)为横坐标，即可绘出关系曲线。
整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
图 流域下渗容量面积分布曲线 整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 下渗容量分布曲线是一组以W0=0为上包线， W0= WM为下包线的曲线族。可用函数表示：
(W0, fp)
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§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
才能反映出不同降雨特性和流域特征的综合经验关系。
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§4.4 产流计算-§4.4.1 降雨径流相关法
• 3. 多变量降雨径流相关图
以W或Pa 为参数的三变量相关图，一般只适用于我国湿润 地区，对于干旱、半干旱地区，除考虑上述两个因素外， 还要考虑降雨历时等更多变量的相关图。
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工程水文第八章产流1详解
根据水量平衡原理：
dS I O Q(t) dt
Kg
dS dt
dQ dt
kgQ(t)
dQ dt
Q(t ) Q(0)et / kg
Kg
ln
t Q(t) ln Q(t
t)
3、径流量计算 实测流量过程线割去非本次降雨形成的径流后，本次降雨形成 的径流量
R 3.6 Qt F
在退水规律比较一致的流域， 可在CD段上找与A点流量相等的
第二节前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算
一、前期流域蓄水量W的计算
流域蓄水量主要是指，在流域降雨能够影响的土层内土壤含蓄 的吸着水、薄膜水和悬着毛管水，不包括重力水，是土壤能够保 持而不在重力作用下流走的水分。在土壤蓄水量的计算中，往往 取土壤蓄水量的最小值（相当于凋萎系数）为计算零点，称田 间持水量与最小蓄水量的差值为土壤蓄水容量。土壤实际蓄水 量在零与蓄水容量之间变化。流域上各地点的蓄水容量是不同的， 可从零变化到点最大蓄水容量，其流域平均值以Wm表示，称 流域蓄水容量。
（合并为直接径流或地面径流）和地下径流 （包括浅层地下径流和深层地下径流）
深层地下径流不是本次降雨形成的需分割。所以地下径流一般 是指本次降雨形成的浅层地下径流。
深层地下径流比较稳定，流量也较小，是河川的基本流量， 又叫基流。基流一般取历年最枯流量的平均值或本年汛前最枯 流量用水平线分割。
工程水文学第四章流域产汇流分析2
流量成因公式 流域汇流曲线
流域净雨过程
流域汇流曲线u(t)：等流时线、单位线、瞬时单位线、 地貌单位线等。
F1上Δτ时间内的地面净雨Rs1会 在Δτ间汇合成流量
RS 1 Qi F1 i1 F1 t
该流量于 Δτ时流到流域出口 单位时段 t（Δτ）时间内的地面净雨Rs1在流域出口的径 流过程 t（ t ） Qi 0 0 1 i1F1 2 i1F2 3 i1F3 4 0
【例】已知：时段Δt0=6h的单位线
求：时段Δt=3h的单位线 解：
① 由Δt0=6h的单位线，累加求到Δt0=6h的S（t）
曲线
②将S曲线向右平移Δt=3h得另一曲线S（t-Δt）
③ S曲线与S（t-Δt）曲线各时段末的流量差 S（t）-S(t-Δt) 组成的流量过程线即为时段 Δt=3h，降雨强度为10/Δt0的净雨形成的流量过 程线。 ④应用倍比假定，有
2τ 1τ dF1 dF2 3τ
dF3
设等流时面积dF1上t-τ时刻形成净雨i(t-τ)正好 在t时刻到达流域出口断面，所形成的出口断 面流量为: dQ1 (t ) i(t )dF ( ) 1
而流域出口断面t时刻的流量Q(t)，是所有等流 时面积上在t时刻到达出口断面的流量之和：
Q(t ) 0 dQ(t ) 0 i(t )dF( )
不同时段单位线的转化换 需要转换的情况： a 应用单位线求流量过程线时，净雨时段与单位线 时段不统一。 b在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流域的 单位线也要统一时段。 常采用s曲线进行单位线的时段转换
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，称为 S 曲线。
qΔt,t 10 / t St St Δt 10 / t 0
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水量达WM值。此时，由于包气带各处厚度不一
致，各处土壤持水量大小不同，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。
§4 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的再 分配作用
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 2.包气带土层对下渗水量的再分配作用
当(I-E≥W’m -W’0)时，表明降雨结束时包气带达到田间 持水量，下渗水量中的 [I-E-(W’m -W’0)]在重力作用下 成为重力水RG。因此：I=E+(W’m -W’0) +RG 当 (I-E＜W’m -W’0) 时，表明降雨结束时包气带含水量 W’e 未达到田间持水量，下渗水量全部被包气带土壤 吸收，因此：I=E+(W’e -W’0) 其中 W’m为包气带蓄水容量， W’0为降雨开始时包气 带的起始蓄水量。
初始土湿和降雨量 初始土湿和降雨强度 疏松，不易超渗 小，易蓄满 比例大 密实，易超渗 大，不易蓄满 比例小
产流与降雨特征的关系 与降雨量关系密切 与降雨强度关系密切
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 在湿润地区，由于雨量充沛，地下水位较高，包
气带通常不到几米，其下部经常保持在田间持水 量，上部则因蒸发而缺水。汛期包气带上部缺水
成地面径流，超渗的雨量形成地面径流的产流形式。根
据水量平衡方程: P=E+(W’m -W’0)] +RS+RG
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 判定标准为：
1.雨末包气带是否达到饱和 2.是否产生重力水RG • 我国湿润地区，一般很容易在一次降雨中达到田 间持水量，故产流方式以蓄满产流为主。 • 我国干旱地区，一般没有可能在一次降雨中达到 田间持水量，故产流方式以超渗产流为主。
极易为一次降雨所蓄满。如果每次大雨后，流域
平均蓄水量都能达W’m ，则产流量可由降雨量Pe
减去降雨开始时的土壤缺水量(W’m - W’0)求得。
R = Pe-(W’m - W’0) 式中，Pe = P - E
降 包
W’m - W’0
R
Pe
水
气
带
W’0
R = Pe-(W’m - W’0)
潜 水
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
包气带是土壤颗粒、水分和空气同时存在的三相
系统，它具有吸收、存储和传输水分的功能，因 此对降雨具有调节和再分配的作用。 包气带地面对降雨的再分配作用 包气带土层对下渗水量的再分配作用
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
WM
Wmm 0
)]dWm [1 (Wm
W’m
W’mm
蓄满产流情况下 流域产流面积的 变化情况分析
P4-E4 P3-E3 P2-E2
P1-E1
P
0 α1
α2 α3
α 降雨柱状图 P4
1.0
P1
P2
P3
1.0 α α3 α2 α1 0
t 产流面积变化
tHale Waihona Puke §4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 产流方式对比分析
编号 对比分析内容 蓄满产流 超渗产流
1
2 3 4 5 6 7 8 9
多年平均降雨量
多年平均径流系数
>1000mm
>0.4
<400mm
<0.2 小 大
流量过程线不对称系数 大 降雨强度 影响产流因素 表层土质结构 缺水量 地下径流 小
• 1.包气带地面对降雨的再分配作用
根据降雨强度i和地面下渗能力fp的大小关系，包气带地面 把其所承受的降雨划分为下渗的水量I和地面径流RS两个 部分。
当i＞fp，则实际下渗率为fp，其余部分(i-fp)形成地面径流； 当i≤fp ，则全部降雨都渗入土壤中。
其中： i- 降雨强度
fp -某时刻地面的下渗能力
系曲线。
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 将全流域各点的 W’m从小到大排序，计算小于和等于某一 值各点的面积之和 FR占全流域面积的比重 (α=FR/F)，即可 绘出关系曲线。
' 蓄水容量 W m
' (Wm )
最大的点 W’mm 蓄水容量 '
W mc
C
' Wmm
0
• 判断：哪个站是蓄满产流，哪个站是超渗产流？
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 在降雨过程中，流域上产生径流的区域称为产流 区，其面积称为产流区域。
单点产流情况
流域产流情况
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 1.蓄满产流情况下产流面积的变化
• 流域蓄水容量曲线： • 流域内各点包气带的蓄水容量W’m是不同的。流域 蓄水容量曲线是表示蓄水容量与小于或等于该蓄 水容量的累计面积同全流域面积的比值的对应关
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 3.蓄满产流和超渗产流 度大于下渗强度才产生地面径流的产流形式。根据水量 平衡方程: P=E+(W’e -W’0)] +RS 蓄满产流：雨末包气带达到田间持水量，下渗的雨量形
超渗产流：雨末包气带未达到田间持水量，仅当降雨强
§4.3 流域产流分析
影响产流的主要因素
1）气象因素： 降雨 P 降雨强度、历时和分布：直接影响产流。 蒸发 E 雨间蒸发：有效雨量减少； 雨后蒸发：将影响到流域土壤蓄水量消退的快慢。
§4.3 流域产流分析
影响产流的主要因素
2）下垫面因素 • 流域土壤的性质和结构; • 植被率; • 坑洼状况; • 地下水埋深等
c
' ' WM [1 (Wm )]dWm 0 a
1
f /F
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 流域蓄水容量曲线是一条单增曲线，可用函数 表示：
) (Wm
• 最小W’m ：一般为0，也可以大于0。 • 最大W’m ：一般为有限值W’mm 。 • 流域最大蓄水量可用下式计算：
• 蓄满产流情况下产流面积的变化特点：