地貌净雨单位线理论及应用
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计算 了尼 尔基水库净雨单位线 ， 比较 了尼 尔基水库运用历史洪水率定的单位 线， 出了运用该单 给 位线做 出的 １ ９ ９ ８年 ８月大洪水降雨径流预 报成果 。 证明 了地貌净雨单位线理论的可靠性 。
［ 关键 词］ 水文预报 ； 地貌 ； 雨 ； 净 单位线 ； 重力作 用
［ 中图分类号 ］ Ｖ１ １． Ｔ ２￣ ２ ［ 文献标识码 ］ Ａ 虑水 流运 动的物理 成 因和 水流 运动 的水力条件 ， 是从数 学
２ １ 年第 １ ０１ ２期
［ 文章编号 ］０ ２ ６４ ２ １ ）２ ０ ５ ３ １０ —０ ２ （ ０ １ １ —０ ４ 一Ｏ
东北 水 利水 电
防汛抗 旱
地貌净雨单位线理论及应用
姚 国军 １吴 大 光 ２吴 文 吉 ３ ， ，
（． １ 嫩江尼尔基水利 水电有限责任公 司， 黑龙 江 齐齐哈尔 １ １０ ；． ６０５２海河水利委员会 ， 天津 ３０８ ； ０ １１
与 田间持水 量的差值 Ｈ （－， ｏｏ）为排 出水量 （ 忽略 土壤蒸 发 ）这部分 水量形成 径流 。ａ ｏ ） ， （一 也可 以解释为 单位宽
度 的净过流面积 。
地 貌瞬时 单位线理论 假定 水滴 之间呈 弱相互 作用 ， 在 统计 上认 为是 相互独 立 的 ， 从而 从概 率统计 的 角度确 定 流 域瞬 时单 位线 与水滴 持 留时间 的概 率密度 函数 等价 ， 将推 求 流域 瞬 时 单位 线 的问 题转 化 为确 定 流域 持 留时 间 概 率
— —
断面流速 ；一 土壤含水量 ； ——土壤田间持水量
水 量平衡方程 ：假 定排水过 程含水 量在 日 深度 上随
假设产 流的流速为 ， 则排 水流量为 ： ３ １ ，
ｑ Ｈ（ 一 ＝ Ｏ ） （） １
密度函数的问题。确定持留时间概率密度函数的实质是如
何确 定水 滴流 速的概 率 密度 函数 ， 人们 至今还 无 法从理 但 论上 导出流域 上水 滴运动速度 的概率 密度函数 。
式中 ： ——土壤达到饱和或者大于田间持水量的深度； 日
全正 确的 。
为 日的 含水层 。 雨结束后 ， 降 水分在重 力作用下 ， 开始水平 运动 和垂直运动 ， 降雨结 束后 的垂直 运动与降 雨过程 中的 垂直 运动不同 ， 这里忽略 水分的垂直运动 。
当土 壤达到 田间 持水 量以后 ， 土壤将 出现 排水 ， 出 即
现产流过程。 为便于分析 ， 取单位宽度 Ｂ Ｉ 土壤含水量 ＝ ｍ，
位 线各 阶原 点矩之 间 的关 系 ， 为 流域 汇流 单位 线的 理论 成 基础 。线性 集总式 汇流模 型在流域 瞬时单位 线理论 的基础 上 ，佐 克提 出的 单一线性 水库模 型 ，９ ５ 克拉 克模 型是 １４ 年 面积 一 间 曲线 和 单一 线性 水库 串联 而成 的模 型 ，９ ７年 时 １５
纳什 模 型 是 ｎ个 相等 线性 水 库 串联 模 型的 瞬时 单 位 线公 式， 纳什 模 型成 为单位 线的理 论公 式 。为了 解决 流域 下垫
面条件和降雨空间分布不均匀的情况 ， 学者们研究了线性
分散 式 流域 汇 流模 型 ， 型 的是 改 进 的克 拉 克模 型 ， 典 具有 旁侧 人 流的 串联 线性 水库模 型和 河流一 流域 模型 ， 河流一 流域 模 型 既要 用 到流 域 汇流 计 算方 法又 要 用 到洪 水 演 算 方 法 。然 而 ， 流域 上 各处水 滴流 速相 同的假 定显 然 是不完
水向土壤 的渗透 、 流 、 流 以及 蒸发 的循环过 程 ， 过 产 汇 这一 程是极 为复杂的 。本文仅 从 流域产汇 流的 角度 ， 出流域 提 净雨 单位线模型 。该模型 以 简化地形 参数 为主要参 数 ， 具 有基 于降雨 、 地形 地貌和土 壤特 性的分 布式 流域 汇流 水文
３ ． 松辽水利委员会移 民开发 中心 ， 吉林 长春 １０２ ） ３０ １
［ 要 ］本文以水分子在 土壤 中受重力、 摘 土壤和 气体共 同作用的角度 ， 分析 了水分在土壤 中水平 向的运动和受力特征 ， 出了以重力作 用为主要特征的地貌单住线模型。 提 该模 型以简化地形参数
为主要参数 ， 具有基 于降雨、 地形地 貌和 土壤 特性 的分布式流域 汇流水文模型特征。运用该模型
了广泛 的应用 。经典 的单位 线一般是 由一次典 型的历 史洪
水 过程得 来 的 ， 理论 上存 在不 足 。流域 瞬时 单位 线理论 从
系统论 的 角度给 出了单 位线 的理 论意 义 ， 流域 瞬 时单位 线
就 是具 有不 同速度 、 同位置但 能 同时 面 积对时 间的 变化 率 ， 假定 流域 在 上各 处 水 滴流 速 相同 的情 况 下 ，流域 瞬 时 单位 线 就是 面 积一时 间曲线 ， 并给 出了对零初 始 条件 的线性 时 不变 流域 汇流 系统 中 ， 雨过程 、 口断面 流 量过 程 和流 域 瞬时 单 净 出
１概
述 单位线 汇流模 型因其 简单和 实用性 ， 工程 领域得 到 在
角度给 出的经验性 解答 。
笔者分析了水文 现象的规律 ， 认为水分 子在土壤 中的 运 动主 要是受到地球 重 力 、土 壤和空 气共 同作 用的 结果 ， 提出了 以重力作用为主要特征 的地貌净雨 单位线理论 。 在 水循 环过程 中 ， 通过 大气 输送降 落至 地面 ， 水 形成
模型特征 。
２ 地 貌净 雨 单位 线理 论
降雨开 始后 ， 分在 重力 、 水 土壤 和土 壤中空 气的 共同
作用下， 向土壤中渗透， 在降雨过程中， 地面上各点都有水
分进 入 ， 以假定 在水 平 方向 上各 点水 头 相同 ， 可 土壤 不 出 现水 平 向排水 过程 ， 分垂 直入 渗 ， 水 形成 含水 量为 ０深度
［ 关键 词］ 水文预报 ； 地貌 ； 雨 ； 净 单位线 ； 重力作 用
［ 中图分类号 ］ Ｖ１ １． Ｔ ２￣ ２ ［ 文献标识码 ］ Ａ 虑水 流运 动的物理 成 因和 水流 运动 的水力条件 ， 是从数 学
２ １ 年第 １ ０１ ２期
［ 文章编号 ］０ ２ ６４ ２ １ ）２ ０ ５ ３ １０ —０ ２ （ ０ １ １ —０ ４ 一Ｏ
东北 水 利水 电
防汛抗 旱
地貌净雨单位线理论及应用
姚 国军 １吴 大 光 ２吴 文 吉 ３ ， ，
（． １ 嫩江尼尔基水利 水电有限责任公 司， 黑龙 江 齐齐哈尔 １ １０ ；． ６０５２海河水利委员会 ， 天津 ３０８ ； ０ １１
与 田间持水 量的差值 Ｈ （－， ｏｏ）为排 出水量 （ 忽略 土壤蒸 发 ）这部分 水量形成 径流 。ａ ｏ ） ， （一 也可 以解释为 单位宽
度 的净过流面积 。
地 貌瞬时 单位线理论 假定 水滴 之间呈 弱相互 作用 ， 在 统计 上认 为是 相互独 立 的 ， 从而 从概 率统计 的 角度确 定 流 域瞬 时单 位线 与水滴 持 留时间 的概 率密度 函数 等价 ， 将推 求 流域 瞬 时 单位 线 的问 题转 化 为确 定 流域 持 留时 间 概 率
— —
断面流速 ；一 土壤含水量 ； ——土壤田间持水量
水 量平衡方程 ：假 定排水过 程含水 量在 日 深度 上随
假设产 流的流速为 ， 则排 水流量为 ： ３ １ ，
ｑ Ｈ（ 一 ＝ Ｏ ） （） １
密度函数的问题。确定持留时间概率密度函数的实质是如
何确 定水 滴流 速的概 率 密度 函数 ， 人们 至今还 无 法从理 但 论上 导出流域 上水 滴运动速度 的概率 密度函数 。
式中 ： ——土壤达到饱和或者大于田间持水量的深度； 日
全正 确的 。
为 日的 含水层 。 雨结束后 ， 降 水分在重 力作用下 ， 开始水平 运动 和垂直运动 ， 降雨结 束后 的垂直 运动与降 雨过程 中的 垂直 运动不同 ， 这里忽略 水分的垂直运动 。
当土 壤达到 田间 持水 量以后 ， 土壤将 出现 排水 ， 出 即
现产流过程。 为便于分析 ， 取单位宽度 Ｂ Ｉ 土壤含水量 ＝ ｍ，
位 线各 阶原 点矩之 间 的关 系 ， 为 流域 汇流 单位 线的 理论 成 基础 。线性 集总式 汇流模 型在流域 瞬时单位 线理论 的基础 上 ，佐 克提 出的 单一线性 水库模 型 ，９ ５ 克拉 克模 型是 １４ 年 面积 一 间 曲线 和 单一 线性 水库 串联 而成 的模 型 ，９ ７年 时 １５
纳什 模 型 是 ｎ个 相等 线性 水 库 串联 模 型的 瞬时 单 位 线公 式， 纳什 模 型成 为单位 线的理 论公 式 。为了 解决 流域 下垫
面条件和降雨空间分布不均匀的情况 ， 学者们研究了线性
分散 式 流域 汇 流模 型 ， 型 的是 改 进 的克 拉 克模 型 ， 典 具有 旁侧 人 流的 串联 线性 水库模 型和 河流一 流域 模型 ， 河流一 流域 模 型 既要 用 到流 域 汇流 计 算方 法又 要 用 到洪 水 演 算 方 法 。然 而 ， 流域 上 各处水 滴流 速相 同的假 定显 然 是不完
水向土壤 的渗透 、 流 、 流 以及 蒸发 的循环过 程 ， 过 产 汇 这一 程是极 为复杂的 。本文仅 从 流域产汇 流的 角度 ， 出流域 提 净雨 单位线模型 。该模型 以 简化地形 参数 为主要参 数 ， 具 有基 于降雨 、 地形 地貌和土 壤特 性的分 布式 流域 汇流 水文
３ ． 松辽水利委员会移 民开发 中心 ， 吉林 长春 １０２ ） ３０ １
［ 要 ］本文以水分子在 土壤 中受重力、 摘 土壤和 气体共 同作用的角度 ， 分析 了水分在土壤 中水平 向的运动和受力特征 ， 出了以重力作 用为主要特征的地貌单住线模型。 提 该模 型以简化地形参数
为主要参数 ， 具有基 于降雨、 地形地 貌和 土壤 特性 的分布式流域 汇流水文模型特征。运用该模型
了广泛 的应用 。经典 的单位 线一般是 由一次典 型的历 史洪
水 过程得 来 的 ， 理论 上存 在不 足 。流域 瞬时 单位 线理论 从
系统论 的 角度给 出了单 位线 的理 论意 义 ， 流域 瞬 时单位 线
就 是具 有不 同速度 、 同位置但 能 同时 面 积对时 间的 变化 率 ， 假定 流域 在 上各 处 水 滴流 速 相同 的情 况 下 ，流域 瞬 时 单位 线 就是 面 积一时 间曲线 ， 并给 出了对零初 始 条件 的线性 时 不变 流域 汇流 系统 中 ， 雨过程 、 口断面 流 量过 程 和流 域 瞬时 单 净 出
１概
述 单位线 汇流模 型因其 简单和 实用性 ， 工程 领域得 到 在
角度给 出的经验性 解答 。
笔者分析了水文 现象的规律 ， 认为水分 子在土壤 中的 运 动主 要是受到地球 重 力 、土 壤和空 气共 同作 用的 结果 ， 提出了 以重力作用为主要特征 的地貌净雨 单位线理论 。 在 水循 环过程 中 ， 通过 大气 输送降 落至 地面 ， 水 形成
模型特征 。
２ 地 貌净 雨 单位 线理 论
降雨开 始后 ， 分在 重力 、 水 土壤 和土 壤中空 气的 共同
作用下， 向土壤中渗透， 在降雨过程中， 地面上各点都有水
分进 入 ， 以假定 在水 平 方向 上各 点水 头 相同 ， 可 土壤 不 出 现水 平 向排水 过程 ， 分垂 直入 渗 ， 水 形成 含水 量为 ０深度