流域产汇流的计算过程

根据水量平衡原理，显然有： PIRS
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（二）包气带土层对下渗水量的再分配作用
下渗到包气带土层的水量，一部分首先被土 壤颗粒吸收，成为土壤含水量的增量，一部分以 蒸散发的形式逸出地面，返回大气。
包气带达到田间持水量时的蓄水量称为包气带
蓄水容量，记为 ，W 另m' 令 表示W 降0' 雨开始时包气
带的起始蓄水量。则
中。
因此，按降雨强度和下渗能力的大小，包气带 地面把其所承受的降雨划分为下渗的水量和地面 径流两部分。
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对一场总降雨量为P的降雨过程来说，雨强时大时
小，有时 i f，p 有 i，f下p 渗到包气带土层中的水量
I为
I fpdt idt
ifp
ifp
形成的地面径流RS为 RS (i fp)dt ifp
降雨量指与洪水过程相应的一次降雨过程的总量 ，它可以指某个雨量站的降雨量，若对一个流域而 言，则指流域的面平均雨量。
3
1、流域平均雨量计算 （1） 算术平均法 条件：流域内雨量站分布较均匀、地形起伏变化 不大。
PP 1P2n . ..Pn 1 ni n1Pi
4
（2） 垂直平分法（泰森多边形法）
所谓产流，是指流域中各种径流成分的生成过程， 其实质是水分在下垫面垂直运动中，在各种因素综合 作用下的发展过程，也是流域下垫面（包括地面和包 气带）对降雨的再分配过程。不同的下垫面条件具有 不同的产流机制，而不同的产流机制又影响着整个产 流过程的发展，呈现出不同的径流特征。本节介绍自 然界两种基本的产流形式，并建立产流理论的基本概 念。
壤的含水量大小）是影响降雨形成径流过程的 一个主要因素。
如何来表示流域的土壤含水量？
前期影响雨量Pa、流域的蓄水量W
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（一）前期影响雨量Pa的计算公式
如果流域前后两天无雨，则
Pa,t1 KPa,t 如果第t日内有降雨Pt，但未产流，则
P a,t1K(P a,t P t) 如果第t日内有降雨Pt并产生径流Rt，则
为包W气m' 带W的0'缺水量。
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当出现 IEW 时m ' ，W0表' 示降雨结束时包气带达到田
间持水量，下渗水量中的
[I部E分(W 在m ' 重W 力0')]作
用下成为可以在包气带中自由运动的重力水RG
。 RG 中 包 括 壤 中 流 和 地 下 径 流 。 因 此 ，
当出I现E(W m ' W 0')R 时G ，表示降雨结束时包气带的蓄 水量 未I达到E田Wm '间W 持0' 水量，下渗水量I-E全部被包 气带土壤吸W e收' ，成为包气带蓄水量的增量，因此 ，
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一、包气带对降水的再分配作用 （一）包气带地面对降雨的再分配作用
以流域内某一单元土柱为例，设某一时刻地面
的下渗能力为 f，p 降雨强度为 。i 若 i， 则fp 实际下
渗 率 为 ，fp其 余 部 分 （ i ）fp 形 成 地 面 径 流 ；
若 if，p 则实际下渗率为 ，i 全部降雨都渗入土壤
流域蒸散发取决于：
1）流域蒸散发能力EM； 2）流域供水条件，即流域蓄水量WM;
第t日的流域蒸发量：
Et
Wt EM WM
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若第t日无雨，则该日流域前期影响雨量的减 少全部转化为流域蒸散发，故：
E t P a ,t P a ,t 1 (1 K )P a ,t
又：
Pa,t Wt
代入：
Et
Wt EM WM
9
地面径流
表层流径流 本次洪水形成
一次洪水流量过程 地下径流
前期洪水未退完的部分水量 非本次降雨补给的深层地下径流
割除
10
Q(m3/s)
前期 洪水 未退 完的 部分
A E G
11
B
本次降雨形成的径流过程
H
C
I
D
F
深层地下径流（基流）
t(h)
（二）次洪水过程的分割 次洪水过程分割的目的是把几次暴雨所形成的、混
EM 为 流 域 蒸 发 能 力 ， 可
用 E601 观 测 器 观 测 的 水 面蒸发值作为近似值。
得： K 1 EM
WM
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P a,t1K(P a,t P t)
K 1 EM WM
27
WM 10m 0m
K6=1-5.6/100=0.944 Pa=0.944*(100+14.7)
=108.3>WM(100)
在一起的径流过程线独立分割开来。此类分割常采用 退水曲线进行。分割时，可将退水曲线在待分割的洪 水过程线（应与退水曲线纵、横坐标比例一致）的横 坐标上水平移动，尽可能使某条地面退水曲线与洪水 退水段吻合，沿该线绘出分割线即可。
12
退水曲线是反映流域蓄水量消退规律的过程线， 可按下述方法综合多次实测流量过程线的退水段 求得:取若干条洪水过程线的退水段，采用相同的 纵、横坐标比例尺，绘在透明纸上。绘制时，将 透明纸沿时间坐标轴左右移动，使退水段的尾部 相互重合，作出一条光滑的下包线，该下包线即 为地下水退水曲线，反映地下径流的消退规律。
13
14
基流的分割：
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（ED线）。
退水曲线 Q(t)Q(0)et/Kg
Kg：地下水退水参数；Kg越大地下水退水 越慢，反之则快。
Kg
t
lnQ(t)lnQ(tt)
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(三) 径流量的计算 分割完成后，各种径流过程即可独立开，可计
算其径流量，即求各自的面积。 黄色的面积（ABCDFA）：
Pa=0.944*100 =94.4
K7=1-6.8/100=0.932 Pa=0.932*89.1=83.0 Pa=0.932*83.0 =77.4 Pa=0.932*(77.4+20.2
=90.9
第二节 流域产流分析
一、包气带对降雨的再分配作用 二、产流面积的变化 三、降雨径流关系
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第二节 流域产流分析
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Hale Waihona Puke Baidu
2. 超渗产流情况下产流面积变化特点 （1）随降雨历时的增长，产流面积时大时小； （2）产流面积的大小与时段初流域蓄水量及降 雨强度有关。
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三、降雨径流关系
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对蓄满产流方式，根据流域蓄水容量曲线，可 以求出降雨~径流关系。
对于超渗产流方式的降雨径流关系，原则上可 以依据流域下渗容量面积分布曲线，按照同样的 原理求出。
P a,t 1K (P a,t P t R t)
注意：Pa≤WM，若计算出Pa>WM，则取 Pa=WM。
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（二）流域最大蓄水量WM和消退系数K 1.流域最大蓄水量WM——流域蓄水容量
田间持水量与调萎系数的差值
W M P R E
流域实际蓄水量在0～WM之间变化。
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2. 消退系数K
消退系数综合反映流域蓄水量因流域蒸散发而 减少的特性。
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二、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
，其面积称为产流面积。由于流域下垫面因素并不均 一，如包气带的厚薄、土壤性质、植被、降雨开始时 的土壤含水量等情况并非处处相同，而且降雨量、降 雨强度及其空间分布也不一致，因此，流域产流面积 的变化十分复杂。 （一）蓄满产流情况下产流面积的变化 1.流域蓄水容量曲线
条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反 映各站在计算流域平均雨量中的作用。
假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量 站代表。
PP 1f1P 2f2 F ...P nfni n1P i F fi
5
（3） 等雨量线法 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。
PE(W e' W 0')RS
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式 PE(W m ' W 0 '表) 明R ，只 S R 有当G 包气带达到田间
持水量后才产生RG，这种产流方式称为“蓄满产流 ”。
在式 PE(W e' W 中0，') 因R 包气S带未达到田间持水
量，故不产生RG，这种产流方式称为“超渗产流” 。
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对某个具体的流域，这两种产流方式是相对的。 湿润地区以蓄满产流为主，在长期干旱后，若遇到 雨强大于下渗能力的降雨，即使此时包气带未蓄满 ，也会产生超渗的地面径流。同样，在干旱地区， 以超渗产流为主的流域，在多雨的季节也可能在流 域的局部甚至全流域出现蓄满产流现象。
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由于流域内各处下垫面条件不一样，因此，流 域内各点包气带的蓄水容量 是W 不m' 同的。将全流 域内各点的 从W小m' 到大排列，计算小于或等于某 一 值各W点m' 的面积之和FR占全流域面积的比重
，则可绘(出FR/F) 关系曲线。该Wm 曲' ~线即为流域蓄
水容量面积分布曲线，简称为流域蓄水容量曲线 。
流域产汇流的计算 过程
1
第四章 流域产汇流计算
4.1 概述 4.2 流域降雨径流要素计算 4.3 蓄满产流计算 4.4 超渗产流计算 4.5 流域汇流计算 4.6 河道汇流计算
2
第二节 降雨径流要素计算
一、流域降雨量 降雨包括降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨过
程、降雨分布、笼罩面积及暴雨中心位置等。
地面径流退尽后，洪水过程线只剩浅层地下径流 和深层地下径流，流量明显减小，会使过程线退水 段上出现一拐点。由于地下径流出流慢、退尽也慢 ，所以洪水过程线尾部呈缓慢下降趋势，常造成一 次洪水尚未退尽，又遭遇另一次洪水的情况。所以 ，要想把一次降雨所形成的各种径流分割独立开， 需要两种意义的分割：次洪水过程的分割与水源划 分。
P
1 F
n i1
Pi
fi
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。
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2、降雨量过程线 （1）降雨强度过程线 表示降雨强度随时间的变化过程。
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二、径流量计算
（一）径流过程线分析 若流域内发生一场暴雨，则可在流域出口断面
观测到其形成的洪水过程线。在实测的洪水过程中， 包括本次暴雨所形成的地表径流、壤中流、浅层地 下径流以及深层地下径流和前次洪水尚未退完的部 分水量。产流计算需要将本次暴雨所形成的径流量 分割独立开来并计算其径流深。
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从径流形成过程分析可知，地表径流与壤中流汇 流情况相近，出流快、退尽早，并在洪水总量中占 比例较大，故常将二者合并分析计算，称之为地面 径流。
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第三节 产流计算
一、降雨径流相关图法
每场降雨过程流域的面平均雨量
相应产生的径流量
相关分析，建立相关图
影响径流形成的主要因素
（二）超渗产流情况下产流面积的变化
1.流域下渗容量面积分布曲线
对流域某一起始蓄水容量 W，0 流域内各点的下渗
能力 是f p不同的。将全流域各点的 从达f p 到小排列，
以 为纵f p坐标，以小于或等于该 各点的f p 面积之和FR
占全流域面积的比重
为(横FR坐/F标) ，则可得流域
下渗容量面积分布曲线。
R 3.6Qt
F
3.6—单位换算系数
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Q(m3/s)
B
本次降雨形成的径流过程
前期 洪水 未退 完的 部分
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H
C
I
A
C’
E
D
F D’
G
深层地下径流（基流） t(h)
C′D′D的面积与AEF大约相等，ABCDFA≈ABCC′D′FEA
（四）水源划分
次洪水过程的分割完成后，再进行地面径流、浅 层地下径流、深层地下径流的划分，即按水源进一步 划分径流。
深层地下径流由承压水补给形成，其特点是小而 稳定，常称为基流。可以通过分析、调查径流资料合 理选定。选定基流流量后，可在洪水过程线底部用平 行线割除基流。该线以下径流即为深层地下径流。
地面径流与浅层地下径流的分割常采用斜线分割 法：用退水曲线确定洪水退水段上的拐点，从洪水起 涨点向点画一斜线，该线以上为地面径流，该线与平 行线之间为浅层地下径流。
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也可用经验公式确定从洪峰流量出现时刻至直 接径流终止点的时距N，由此确定B点。
N0.84 F0.2
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Q(m3/s)
A E G
N
N0.84 F0.2
B
本次降雨形成的径流过程
H
C
直接径流
地下径流
B’ C’
F D’
I
D t(h)
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三、前期影响雨量 降雨开始时， 流域土壤的干湿程度（即土
IE(We' W0')
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（三）蓄满产流和超渗产流 根据水量平衡方程，合并式 IE(Wm ' W0')RG
，PIRS得雨末包气带达到田间持水量，
包气带的水量平衡方程：
PE(W m ' W 0 ')R S RG
合并式 IE(We，' W0')
PI得雨R末包S气带
未达到田间持水量，包气带的水量平衡方程：
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2.蓄满产流情况下产流面积变化特点 蓄满产流方式取决于包气带是否达到了田间持
水量。当流域某处包气带达到了田间持水量，该 处就产流，否则不产流。对于干燥土壤上的一场 降雨，其产流面积的变化具有以下特点： （1）随着降雨量的增加，产流面积也随之增加； （2）产流面积的变化与降雨强度无关。
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