第四章 流域产汇流分析与计算

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
对实测暴雨、径流和蒸发等资料进行分析计算,以便从定 量上研究它们之间的因果关系和规律。
学习要求
掌握一次实测降雨洪水的流域平均降雨量、总径流量、地 面径流量和地下径流量以及雨前土壤含水量的计算方法。
4.2.1 降雨资料的整理
几个概念
降雨特性 点降雨量 面降雨量
降雨量、降雨强度、降雨历 时、降雨面积、降雨中心 雨量站观测的雨量 一定区域(流域)上的平均雨量
相关内容
反映降雨随时间的变化情况
点降雨特性分析、面降雨特性分析
反映降雨空间分布情况
(一)单站降雨特性分析(点雨量)
降雨量随时间的 变化过程
降雨量过程线
降雨量累积曲线 降雨强度历时曲线
累积雨量随时间的变 化过程
时段最大平均雨强 随历时的变化过程
降雨量过程线表示降雨随时间的变化过程,一 般为直方图(柱状图)形式。 时段(时) 某站平均雨量(mm) 13--14 5.72 14--15 43.74 15--16 16--17 12.46 0.92

方法二:经验公式
0 . 2 N 0 . 8 4 F
洪峰出现时刻至 直接径流终止点 的时距(日数)
(2)地面、地下径流深的计算
地面、地下径流分割后,分割线上面的部分 即地面径流WS,下面的部分即地下径流Wg,分别除 以流域面积F即可得到其地面径流深RS、地下径流 深Rg。
4.2.3 前期影响雨量
W P R E m
式中,E为雨期蒸发(mm),如降雨时间短可忽略 不计。
一个流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力的基本 特征,我国大部分地区的经验表明表 一般为80~120mm, 例如:广东95~100mm,福建100~130mm,湖北70~ 110mm,陕西55~100mm,黑龙江140mm等等。流域的实 际蓄水量W在0~Wm之间变化。
降雨开始时流域是干旱还是湿润,对此次降
雨产生径流的多少影响极大,流域的干湿程度常
用流域蓄水量W或其前期影响雨量Pa 表示。
前期影响雨量计算式公式 应用时应注意的问题
前期影响雨量Pa的计算 定义式:

P K P K P K P K P a , t 由此可写出:
2 t 1 t 2 3 t 3 1 5 t 1 5
P
fi
P0
,各条等雨量线包
0 fi
, P / P 与对应等雨
量线所包围的面积 fi 之间的关系为相应历时点—面
不同场降雨的点—面关系不一样,一般取其平 均情况作为流域该历时的点—面关系。
暴雨点—面关系曲线
α
一场降雨的点面关 系曲线
流域平均 点面关系?
F(kmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)
4.2.2 径流资料的整理与计算(一次洪水)
累积雨量过程线
70 60
累积雨量(mm)
50 40 30 20 10 0 0 1 2 时段(1h) 3 4 5
时段(1h) 雨强(mm/h) 累积雨量(mm)
1 5.72 5.72
2 43.74 49.46
3 12.46 61.92
4 0.92 62.84
关系?
雨强过程线
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 时段(1h)
内的面积),即为所求。
提示: 手工作图
• 垂直平分法计算公式:
权重
n f P f P f P f 1 1 2 2 n n i P P i F i 1F
符号含义: • 适用条件:
第n块多边形流 域内面积
第i雨量站 雨深
地形变化不大,雨量站 分布不均匀情况。
等雨量线法
I
ifp

fpd t
ifp
idt
形成的地面径流为
RS
i f p
(i f
p
)dt
显然
P I R S
(二)包气带土层对下渗水量的再分配作用
累积雨量过程线
70 60
累积雨量(mm)
50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 时段(1h)
雨强(mm/h)
的关系即为降雨强度~历时曲线
1 雨强(mm/h)
历时(1h)
2 43.74
2
3 12.46
3
4 0.92
4
5.72
1
最大平均雨强
43.74
28.1
20.64
21.56
时间连续
【实例1】
已知某流域的设计频率为0.1%的面暴雨过程;历史资料分 析出Wm=110mm,设计标准时的前期影响雨量Pa=90mm;流域 的暴雨径流关系;推求流域汇流过程单位线所需的实测降雨径 流资料。要设计人员进行: ① 推求设计净雨过程; ② 推求设计洪水过程。
第二节 基本资料的整理与分析
内容提要
P 1
2
n
n
P i n i 1
• •
符号含义: 适用条件:
流域内雨量 站总数 地形变化不大,雨量站分布较均匀 情况。
垂直平分法(泰森多边形法)
假定 流域上各点的雨量以其最近的雨量站的 雨量为代表。
可采用一定的方法推求距各雨量站最近的点的 面积(流域内部分)。
作图 (1)连结相邻的雨量站,尽可能构成锐 角三角形;(2)作三角形三边的垂直平分线; (3)由垂直平分线所围成的多边形(仅考虑流域
(二)流量过程分割及径流量计算
• 次径流深(径流量)的计算
3.6 Q t R F
计算时 段(h)
次洪径 流深 (mm)
每隔一个时 段的流量值 (m3/s)
(三)水源划分 (1)地面、地下径流的划分
①水平线分割法
水平线分割法简便易行,对地下径流小,洪 水历时短的流域较为适合;而对地下径流比重大、 洪水连续时间长的流域,则会造成比较大的误差, 此时改用斜线分割法较为合理。
• 符号含义: • 适用条件:
相邻两条等雨深线间 的流域面积
面平均雨深
雨量站分布较密,地形变化较 大。

时—面—深关系
降雨历时—面积—平均雨深之间的关系。
降雨过 程的某 种历时
某一闭合 等雨深线 包围的流 域面积
某一闭合等雨 深线包围的流 域面积上的平 均雨深
• 流域某场降雨闭合等雨量线图
20 40 60
80
暴雨 中心 (115 mm)
作图方法:
针对一场降雨某种历时的等雨量线图,从最大雨 深处(暴雨中心)向外量取不同等雨量线包围的 面积,并求出各面积上的平均降雨量,则各包围 面积与相应面平均雨量之间的关系称为相应历时
的雨深—面积关系。
对同一场降雨,可选取各种历时(如 1、3、6、
12、24、72h)的等雨量线图,分别作雨深—面
地面、表层、地下径流


分割方法:

深层地下径流 分割的方法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。
流量过程线的分割及不同水源的划分均采用退水曲
线。
流域蓄水量的消退过程线
t/k g
Q ( t ) Q ( 0 ) e
t时刻的流量
地下水退水参数
某站退水曲线(图中数字为洪号)
第四章 流域产汇流计算

研究内容 从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法。
P~t
研究目的
Q~t
为学习由暴雨资料推求设计洪水、进行降雨径流预 报、建立流域水文模型等奠定基础。
要求
1.能够推求任一场降雨产生的洪水过程。 2.掌握资料分析方法,会建立产汇流方案。
第一节 概述内容提要
1. 流域产汇流计算基本内容

后续 洪水 前期 洪水
流域出口断面实测洪水过程
• (一)径流过程分析 一次洪水流量过程可能包括以下成份:
本次洪水所形成的地面径流、表层流径流 和地下径流; 前期洪水尚未退完的部分水量; 非本次降雨补给的深层地下径流; 后续降水产生的洪水。

计算次洪水径流时,应作如下处理: 把前期洪水尚未退完的部分水量及后续降水产生的 洪水从洪水过程线中分割出去。 洪水中不同的水源成分,其水流运动规律不同。因 此,需对洪水流量过程中的不同水源成份进行划分, 以便进行汇流计算。 深层地下径流比较稳定,流量也较小,是河川的基 本流量,所以又称为基流。
蓄满产流方式 超渗产流方式
(一)包气带地面对降雨的再分配作用
思路:
以流域内某一单元土柱为例。通过分析雨强
与下渗能力的关系,写出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 的数学表达式。
对一场降雨过程来说,雨强时大时小,有时 i
fp

有时 i
fp
,下渗到包气带土层中的水量为:
前期影响雨量的计算通式:
2 3 1 5 P K P K P K P K P a ,1 t t t 1 t 2 t 1 4
P KP ( at P at , 1 , t)
式中土壤含水量的日消退系数(折减系数)K:
EM K 1 WM
几个应注意的问题:
(1)最大值限制问题 当计算出的Pa值大于WM时,取WM作为该日的Pa 值。 (2)Pa起始值的确定
一般前期较长一段时间无雨,令Pa=0;
一场大雨或连续几次大雨之后,取Pa=WM。 (3)流域日蒸发能力EM 取E601型蒸发器观测的水面蒸发值作为近似值。 一般按晴天和雨天或按月份分别选取。
(4)流域蓄水容量Wm的计算 选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产 流的雨洪资料,计算流域平均降雨量P及相应的产 流量R,此时:
时段(1h) 雨强(mm/h) 累积雨量(mm)
1 5.72 5.72
2 43.74 49.46
3 12.46 61.92
4 0.92 62.84
柱状图
等时段?
(雨量)雨强过程线
50 45
雨量mm(雨强(mm/h))
40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 时段(1h)
降雨量累积曲线纵坐标为自降雨开始到某时刻 的降雨量累积值。
一场降雨的雨强历时曲线
50 45 40 35
雨强(mm/h)
30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 历时(h) 3 4 5
(二)流域降雨特性分析
流域平均降雨量(面雨量) 算术平均法 垂直平分法


等雨量线法
时—面— 深关系曲线

点—面关系曲线
• •
算术平均法:流域内各站同一时段的雨量进行 算术平均。 计算公式: P P P 1n
②斜线分割法
地面径 流终止 点
水平线分割法示意图
斜线分割法示意图
地面径流终止点的确定方法
• 方法一:流域地下水退水曲线
将绘在透明纸上的标准退水曲线蒙在要分割 的洪水过程线的退水段上(注意比例尺的一 致),使横轴重合,然后左右移动,当透明纸 上的标准退水曲线与洪水退水段的尾部吻合后, 则两线前方的分叉点 C 就是地面径流终止点。
• 依据——等雨量线图 • 作图 根据流域及附近的雨量站观测的同一时段 的雨量值,参考地形影响,类似绘制地形等高 线那样,画出雨量等值线图。
20
400 60 80 100
等雨深线 数值
• 等雨量线法计算公式:
n P f P f P f 1 1 1 22 nn P P if i F F i 1
退水曲线的绘制方法和步骤: ①以相同的比例尺,在方格纸上绘出各场洪水 的退水流量过程线; ②用一张透明纸描绘出最低的退水过程线; ③ 将此曲线移到另一场洪水的次低的退水段, 在保持时间坐标重合的条件下左右移动透明纸, 使方格纸上的退水过程线在后部与透明纸上的 退水过程线相重合,并把它也描绘在透明纸上; ④ 如此逐一描绘各场洪水的退水流量过程线, 就构成标准地下水退水曲线。
第三节 流域产流分析

所谓产流,是指流域中各种径流成分的生成过程, 也是流域下垫面(包括地面和包气带)对降雨的再 分配过程。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。
1.包气带地面对 降雨的再分配; 2.包气带土层对 下渗水量的再 分配

包气带对降水的再分配作用 产流面积的变化
① 产流计算:
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。
降雨径流相关图法、流域蓄 水容量曲线法和初损后损法 ② 汇流计算:
流域汇流过程的计算称为汇流计算 。
单位线汇流、单位线转换、 分析推求单位线
2. 流域产汇流计算的内容和用途
① 从实测降雨径流资料出发,分析产流或汇流的规律; ② 用于设计条件时,由设计暴雨推求设计洪水; ③ 用于洪水预报时,由实际暴雨预报洪水。
积关系曲线,并绘于同一张图上,即为时—面— 深曲线。
• 时~面~深关系曲线
雨深(mm)
问题: 标出图中历时 (1h、3h、6h、 12h的等值线)?
历时 流域一场降雨各种历时 的雨深~面积曲线
面积(km2)
点~面关系曲线
同一场降雨,流域上各处降雨量分布是不均匀的。
记某种历时暴雨中心雨量为
围面积内的面平均雨量为 关系。
相关文档
最新文档