第二章 降雨产流量预报

根据水量平衡方程可以引出蓄满产流和超渗产流的概念
3
第二节 产流方式论证
4
第二节 产流方式论证
一、流量过程线分析 （一）定性方法 （二）定量方法 气候、 二、气候、地理和下垫面特征分析 三、综合分析
降雨量是蓄满产流的主要因素，降雨强度是超渗产流的控制因素。因此， 降雨量是蓄满产流的主要因素，降雨强度是超渗产流的控制因素。因此， 蓄满产流的主要因素 超渗产流的控制因素 也可通过分析产流量与降雨量、降雨强度间的相关关系来分析产流方式。 可通过分析产流量与降雨量、降雨强度间的相关关系来分析产流方式。
W=0
WM’
WMM
PE
WMM PE1+PE2
2 w1+ w2
W=WM
PE2 PE1
R2
R1
w2 w1
PE1
1 w1
0
1.0
α
0
R1 R1+R2
R
30
第六节 蓄满产流模型 3.产流量计算 预报 产流量计算(预报 产流量计算 预报) (1) 根据前期实测降雨量和蒸散发计算模式，推算本次降雨初始时 根据前期实测降雨量和蒸散发计算模式， 的流域土湿W。 的流域土湿 。 (2) 计算本次降雨的流域平均值 ，扣除雨期蒸发后得 值。 计算本次降雨的流域平均值P，扣除雨期蒸发后得PE值 (3) 查图得产流量预报值 。 查图得产流量预报值R。
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第六节 蓄满产流模型 二、水源划分 (一) 划分直接径流和地下径流 一 通过稳渗率FC可划分产流量中的直接径流和地下径流 可划分产流量中的直接径流和地下径流。 通过稳渗率 可划分产流量中的直接径流和地下径流。 (二) 划分地面径流、壤中流和地下径流 二 划分地面径流、 R 1. 水箱概念模型
若R+S>SM
F为时段下渗量 为时段下渗量 2.产流条件 判断降雨是否产流的标准：雨强（ ）是否超过下渗率（ ） 判断降雨是否产流的标准：雨强（i）是否超过下渗率（f）
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第七节 超渗产流模型 二、下渗曲线 充分供水条件下的下渗率随时间的变化 条件下的下渗率随时间的变化， 充分供水条件下的下渗率随时间的变化，又称下渗能力曲线或下渗容 量曲线。 量曲线。 下渗关系表示方式：物理概念公式、 下渗关系表示方式：物理概念公式、经验下渗方程和经验相关关系图 （一）物理概念公式 1911年 格林和安普特( 充分供水条件下均 1911年，格林和安普特(Green Ampt)提出一个在充分供水条件下均 )提出一个在充分供水 质土壤的入渗关系
= Q e
0
t / k
流域平均退水曲线
Qt
地下水退水曲线
流域平均退水曲线
Q
地下水退 水曲线
Qt+1
前后时段流量关系图 退水曲线图
t
14
实测径流分析 第四节 实测径流分析
(三) 组合退水曲线 三
Q
lnQ
平均退水曲线
下包线
地下水退水曲线
t
t
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实测径流分析 第四节 实测径流分析
二、次洪径流深的计算 利用流域退水曲线，分割洪水过程线， 利用流域退水曲线，分割洪水过程线，计算次洪径流深 。 （一）平割法
P
10 14 20
P1 + P2 P1
R1
R1 + R2
R
24
第六节 蓄满产流模型
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第六节 蓄满产流模型 一、蓄满产流关系 (一) 基本概念 一 影响流域降雨产流量的主要因素是土壤含水量(W). 影响流域降雨产流量的主要因素是土壤含水量 根据蓄满产流的基本概念， 根据蓄满产流的基本概念，蓄满产流模型的产流量计算式可表达为 R=PE+W-WM 关于部分产流问题
WMM
流域平均蓄水容量 流域平均蓄水容量WM： 平均蓄水容量 ：
WM
积分得： 积分得： 如有不透水面积IMP： ： 如有不透水面积
WMM =
0
1.0
α
1+ b WM 1 IMP
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第六节 蓄满产流模型 (三) 降雨产流量计算 预报 三 降雨产流量计算(预报 预报) 1.初始土湿分布与计算 初始土湿分布与计算
流域平均自由水蓄积容量: 流域平均自由水蓄积容量
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第六节 蓄满产流模型 若初始自由水蓄量为S 若初始自由水蓄量为S1
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第六节 蓄满产流模型 3.水源划分 水源划分
当PE+AU<Smm 时
-(S+S1)
PE-(Sm-S1)
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第七节 超渗产流模型
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第七节 超渗产流模型 一、超渗产流模型原理 1.产流模型 产流模型
Q
0
t
16
实测径流分析 第四节 实测径流分析
(二)蓄泄关系法 基本内容: 建立退水流量 相应的径流深之间的相关关系 退水流量与 之间的相关关系。 基本内容: 建立退水流量与相应的径流深之间的相关关系。
Q
Re
Q0
Re
0
t
0
Q0
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实测径流分析 第四节 实测径流分析
三、径流分割 （一）目的 （二）方法 最常用的是斜线分割法：先寻找洪水过程的直接径流终止点 直接径流终止点. 最常用的是斜线分割法：先寻找洪水过程的直接径流终止点
N Q
A 0
.
B t
18
前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型 (Antecedent Precipitation Index)
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前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
一、相关图的建立 (一) 三变数相关图 一
Pa P
. . .
45o
0
R 图形特征： 图形特征： 曲线簇在45 即降雨损失量越小； ① Pa曲线簇在 o直线左上侧，值越大，越靠近 o线，即降雨损失量越小； 曲线簇在 直线左上侧，值越大，越靠近45 每一Pa值线都存在一个转折点 转折点以上的Pa线呈 直线， 值线都存在一个转折点， 线呈45 ② 每一 值线都存在一个转折点，转折点以上的 线呈 0直线，转折点以下为 曲线； 曲线； Pa直线段之间的水平间距相等 直线段之间的水平间距相等。 ③ Pa直线段之间的水平间距相等。
5
第二节 产流方式论证
6
第三节 流域蒸散发量计算
Leabharlann Baidu
7
第三节 流域蒸散发量计算
一、土壤蒸发与影响因素关系概化 土壤蒸发的主要影响因素有： 土壤蒸发的主要影响因素有： 气象因素； 气象因素； 土壤供水条件； 土壤供水条件； 土壤结构 二、土壤蒸发能力的确定 注意：蒸发能力的含义——供水充分条件下，取决于气象条件 供水充分条件下， 注意：蒸发能力的含义 供水充分条件下 Ep=KcE0 其中： 蒸发量折算系数。由三部分组成： 其中：Kc 蒸发量折算系数。由三部分组成： K1 反映水面与陆面蒸发的差异； 反映水面与陆面蒸发的差异； K2 主要反映流域与蒸发站所在地气象条件的差异 主要反映流域与蒸发站所在地气象条件的差异; K3 反映器皿 与类型有关)与水面的蒸发差异 反映器皿(与类型有关 与水面的蒸发差异 与类型有关 与水面的蒸发差异.
积分上式得
上式可简化为
B:全流域蓄满后
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第六节 蓄满产流模型 （2）降雨径流相关图 绘制此关系曲线时，对于初始土湿W不为 的曲线，先求得a 不为0 绘制此关系曲线时，对于初始土湿 不为0的曲线，先求得a，相应 参数量曲线的转折点(45 直线段与曲线的切点)用下式计算： 该W参数量曲线的转折点(450直线段与曲线的切点)用下式计算： 参数量曲线的转折点 PE=WMM-a 大于该PE的关系线呈45 直线。 PE的关系线呈 大于该PE的关系线呈450直线。 W=0时的降雨径流相关图绘制 =0时 =0
WM’
PE a 解上式得
R
dW
w
0 α0 1.0
α
土壤含水量为W时的流域产流能力: 土壤含水量为 时的流域产流能力: 时的流域产流能力
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第六节 蓄满产流模型 2.降雨径流关系的建立 2.降雨径流关系的建立 初始土湿为W条件下，降雨量PE PE的产流量的计算 （1）在初始土湿为W条件下，降雨量PE的产流量的计算 A:全流域蓄满前
第一阶段：蒸发主要取决于气象因素，蒸发量等于流域蒸发能力。 第一阶段：蒸发主要取决于气象因素，蒸发量等于流域蒸发能力。 气象因素 除受气象因素影响外， 第二阶段 : 除受气象因素影响外，还受土壤含水率的影响 。 第三阶段: 土壤水以水汽扩散的形式蒸发， 第三阶段: 土壤水以水汽扩散的形式蒸发，取决于气象因素和地下水埋藏深度 。 水汽扩散的形式蒸发
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3．三层蒸发模型 上层土壤蒸发 下层土壤蒸发 深层土壤蒸发 土壤土壤蒸发
第三节 流域蒸散发量计算
EU EL ED E= EU+ EL+ED
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实测径流分析 第四节 实测径流分析
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实测径流分析 第四节 实测径流分析
一、退水曲线分析 (一) 退水指数方程 一
Q
(二) 相邻时段流量关系图 二
t
20
前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
参数Pa的计算 参数 的计算
21
前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
(二) 四变数相关图的制作 二 1、资料的选择 、 (1) 洪水量级代表性。即选取大、中、小不同量级的洪水，大洪水可以 洪水量级代表性。即选取大、 小不同量级的洪水， 适当多选。 适当多选。 (2) 洪水发生季节代表性。以选取主汛期洪水为主，还应考虑非主汛期 洪水发生季节代表性。以选取主汛期洪水为主， 的一些洪水。 的一些洪水。 (3) 雨型代表性。选取的洪水要包括由各种降雨特性所形成的。 雨型代表性。选取的洪水要包括由各种降雨特性所形成的。 (4) 前期条件代表性
S
SM
RS
RI RG
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第六节 蓄满产流模型 2.自由水蓄积容量分布曲线 自由水蓄积容量分布曲线 自由水 下垫面有不均匀性，自由水蓄积容量在空间(产流面积 分布不均匀。 产流面积)分布不均匀 下垫面有不均匀性，自由水蓄积容量在空间 产流面积 分布不均匀。
S
Smm
SM SM RI α α
0 RG
1.0
10
第三节 流域蒸散发量计算
（二） 蒸发计算模型 1.一层蒸发模型 一层蒸发模型 E=Ep(W/WM) 2.二层蒸发模型 上层土壤蒸发 EU 下层土壤蒸发 EL 土壤总蒸发 E= EU+ EL 按照先上层后下层的次序， 按照先上层后下层的次序，分两种情况计算 先上层后下层的次序 （1）当WU+P>EP 时， EU=EP , EL=0 ） （2）当WU+P<EP 时， EU=WU +P, EL=(EP-EU)WL/WLM ）
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f
W=0
W=WM 下渗曲线
fc t
39
第七节 超渗产流模型 (二)经验公式 二 经验公式 1.点公式 点公式
存在问题： 存在问题： 1)对任何时刻的雨强大于或等于下渗率时，公式是成立的。如果一次 对任何时刻的雨强大于或等于下渗率时， 对任何时刻的雨强大于或等于下渗率时 公式是成立的。 降雨过程中雨强小于下渗率时，公式须随时修正； 降雨过程中雨强小于下渗率时，公式须随时修正； 2)公式是以初始土壤含水量为零开始的，不能适当地处理初始土壤含 公式是以初始土壤含水量为零开始的， 公式是以初始土壤含水量为零开始的 水量不同的情况。 水量不同的情况。 3)是流域上点的下渗曲线，如何把它运用到整个流域面上去，是个不 3)是流域上点的下渗曲线，如何把它运用到整个流域面上去， 是流域上点的下渗曲线 易解决的问题。 易解决的问题。
8
第三节 流域蒸散发量计算
三、水面蒸发量估计 水面蒸发量Eo通常由蒸发皿实测资料而得 水面蒸发量 通常由蒸发皿实测资料而得 （一）水库水量平衡法 （二）空气动力学法 （三）彭曼公式
9
第三节 流域蒸散发量计算
四、流域蒸发量计算 （一） 裸土蒸发过程 在一定的气象条件下，裸土从饱和到干燥的蒸发过程大体呈现三个阶段 在一定的气象条件下，
PE+W
临界值
45o
R
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第六节 蓄满产流模型
(二)蓄水容量曲线 1.概念 将流域内各地点包气带的蓄水容量，按从小到大顺序排列得到的一条蓄水 将流域内各地点包气带的蓄水容量，按从小到大顺序排列得到的一条蓄水 容量与相应面积关系的统计曲线 关系的统计曲线。 容量与相应面积关系的统计曲线。 表征土壤缺水量空间分布的不均匀性。也反映了流域包气带缺水容量分布特性。 表征土壤缺水量空间分布的不均匀性。也反映了流域包气带缺水容量分布特性。 2.蓄水容量曲线的指数方程描述： 2.蓄水容量曲线的指数方程描述： 蓄水容量曲线的指数方程描述 WM ’
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前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
2．制作方法
P
5 10
×
0 Pa
T
3
10
20
a.10
P
Ra
R
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前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
二、相关图的应用 (1) 求本次降雨开始时的 求本次降雨开始时的Pa 累积降雨量在关系图上查得 (2) 按逐时段累积降雨量在关系图上查得累积径流量 按逐时段累积降雨量在关系图上查得累积径流量 (3) 由相邻时段的累积径流量之差得时段净雨量。 由相邻时段的累积径流量之差得时段净雨量 时段净雨量。
第二章 降雨产流量预报
第一节 产流量计算概述 第二节 产流方式论证 第三节 流域蒸散发量计算 第四节 实测径流分析 第五节 前期雨量指数模型 第六节 蓄满产流模型 第七节 超渗产流模型
1
第一节
产流量计算概述
2
第一节 产流量计算概述 流域产流量计算的最基本法: 流域产流量计算的最基本法:水量平衡方程