第四章_降雨径流分析-汇流计算.ppt

工程水文学第五节流域汇流计算流域汇流是指，在流域各点产生的净雨，经过坡地和河网汇集到流域出口断面流域出口断面，形成径流的整个过程，包括坡地汇流坡地汇流和河网汇流河网汇流两个阶段。作业作业P116 4-10P116 4-10&本节要点：本节要点：了解流域汇流的概念和成因；掌握单位线的概念及应用；工程水文学流域汇流流域汇流坡地汇流坡地汇流河网汇流河网汇流地面径流地面径流壤中流壤中流地下径流地下径流直接径流汇流直接径流汇流（地面径流）（地面径流）降雨降雨P(t)蒸发蒸发E(t)产流计算产流计算净雨净雨R(t)汇流计算汇流计算流域出口断面流域出口断面径流过程径流过程Q(t)数量上相等数量上相等工程水文学一流域出口断面流量的组成1.基本概念基本概念流域汇流是研究流域上的地面净雨、表层流净雨和地下净雨如何转化为流域出口断面的流量过程。因此，流域汇流过程分为地面和地下径流汇流过程，计算时有地面和地下净雨分别进行汇流计算，求得各自的流域出口断面流量过程，二者叠加即为流域出口断面的流量过程二者叠加即为流域出口断面的流量过程。同一时刻在流域各处形成的净雨距流域出口断面远近、流速不相同，所以不可能全在同一时刻到达流域的出口断面。但是，不同时刻在流域内不同地点产生的净雨，却可不同时刻在流域内不同地点产生的净雨，却可以在同一时刻流达流域的出口断面以在同一时刻流达流域的出口断面。工程水文学汇流时间汇流时间：流域各点的地面净雨流达至出口断面所经历的时间；流域汇流时间流域汇流时间：流域上最远点的净雨流到出口的历时；等流时面积等流时面积：同一时刻产生、且汇流时间相同的净雨所组成的面积，即为上图黑点面积的总和。右图中的黑点表示这些点上同一时刻产生的净雨能在同一时刻流达流域出口断面。工程水文学2.流量成因公式及汇流曲线流量成因公式及汇流曲线流域出口断面t时刻的流量Q(t)，是各种不同的等流时面积上在t时刻到达出口断面的流量之和，即：又因等流时面积是的函数，因此则有流量成因公式：式中称为汇流曲线汇流曲线，则上式可写为：卷积公式工程水文学（一）基本概念方法（一）基本概念方法单位线单位线是指，在给定的流域上，单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨，在流域出口断面形成的地面径流过程线，称为单位线。单位净雨一般取为10mm，如下图所示，单位时段可取1、3、6、12、24h等，依流域大小而定。二单位线法4002000流量时间（h）10mm工程水文学1.倍比假定倍比假定如果单位时段内的净雨不是一个单位而是k个单位，则形成的流量过程是单位线纵标的k倍。4002000流量时间（h）10mm6004002000流量时间（h）17.2mm时间（h）2000流量8.5mm工程水文学2.叠加假定如果净雨不是一个时段而是m个时段,则形成的流量过程是各时段净雨形成的部分流量过程错开时段叠加。则流域出口断面流量过程线：时间（h）2000流量8.5mm时间（h）6004002000流量17.2mm流量17.2流量8.58006004002000时间（h）工程水文学（二）单位线的推求（二）单位线的推求单位线利用实测的降雨径流资料来推求，一般选择时空分布较均匀，历时较短的降雨形成的单峰洪水来分析。分析前，首先要根据已知的降雨径流资料推求出出口断面的地面径流过程和净雨过程。降雨资料产流产流计算计算径流资料流量过流量过程分割程分割净雨过程地面径流地下径流单位线已知材料工程水文学根据地面净雨过程及对应的地面径流流量过程线，推算单位线的常用方法有直接分析法和最小二乘法等。*直接分析法直接分析法设出口断面的地面流量过程为Q1，Q2Ql，流域的净雨过程为h1，h2hm，通过下面的计算公式构成了一个以q1，q2qn为未知数的线性代数方程组，解之即可得到单位线。式中的n为单位线的时段数，且n=l m+1。工程水文学某流域实测流量资料分割地下径流后的地面径流过程以及推算出的地面净雨过程如表所示，试分析单位线。本例中净雨的时段数为m=2，地面流量的过程时段数为k=20，计算时段t=12h。根据qi公式计算单位线纵坐标：结果列入表中。例单位线的推求工程水文学单位线计算中注意的几个问题单位线计算中注意的几个问题单位线总量必须保持10mm直接分析容易出现误差累积错误实际中应用试错法较多简单分析方法可以用几个参数描述单位线在应用单位线推求洪水过程时，需要注意单位线单位不是10mm单位线需要进行量纲转换每一条单位线有其应用条件，如强度、暴雨中心位置工程水文学（三）单位线的时段转换（三）单位线的时段转换单位线应用时，往往因实际降雨历时和已知单位线的时段长不相符合，不能任意移用；另外，在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流域的单位线也应取相同的时段长才能综合。解决上述问题的方法就是进行单位线的时段转换，最常用的方法是S曲线法曲线法。所谓S曲线，就是流域上保持一个强度恒为10mm/t的净雨，在流域出口形成的地面径流过程线S(t)，其形状很像英文字母S，故称S曲线。S(t)曲线实际上就是单位线纵标沿时程的累积曲线，即：工程水文学下图为t=6h的S(t)曲线，将其向右平移时段T，即得图中另一S曲线S（t-T），它代表迟T开始的持续强度为10mm/t的净雨在出口形成的地面径流过程线。两条S曲线的纵坐标差S(t)-S(t-T)，代表T内强度为10/t的净雨所形成的流量过程线。由单位线倍比假定，则转换后的单位线为：工程水文学（四）单位线法存在的问题及处理方法（四）单位线法存在的问题及处理方法单位线的倍比假定和叠加假定事实上并不完全的符合实际，一个流域上各次洪水分析的单位线常常有些不同，有时差别还比较大。在进行洪水预报或设计洪水的推求时，必须细致分析单位线存在差别的原因，并采取较为妥善的办法进行处理。一般问题的主要原因是受洪水大小洪水大小和暴雨中心位暴雨中心位置置的影响。工程水文学1.净雨强度对单位线的影响及处理方法净雨强度对单位线的影响及处理方法在其他条件相同情况下，净雨强度越大，流域汇流速度越快，由此洪水分析出来的单位线的洪峰比较高，峰现时间也提前；反之，由净雨强度小的中小洪水分析单位线，洪峰低，峰现时间也要滞后，如下所示：针对此问题，目前的处理方法是：分析出不同净雨强度的单位线，并研究单位线与净雨强度的关系。进行预报或推求设计洪水时，可根据具体的净雨强度选用相应的单位线。工程水文学2.净雨地区分布不均匀的影响及处理方法净雨地区分布不均匀的影响及处理方法同一流域，净雨在流域上平均强度相同，但当暴雨中心靠近下游时，汇流途径短，河网对洪水调蓄作用减少，从而使单位线的峰偏高，出现时间提前；相反，暴雨中心在上游时，大多数雨水要经过各级河道调蓄才流到出口，这样使单位线的峰较低，出现时间推迟，如下图所示。针对这种情况，应当分析出不同暴雨中心位置的单位线，以便洪水预报和推求设计洪水时，根据暴雨中心的位置选用相应的单位线。工程水文学已知某流域一场降雨，且已知流域相应的t=6h的单位线，如表中第(2)栏和第(4)栏所示，推求流域出口断面的流量过程。例应用单位线预报洪水过程计算步骤如下：计算步骤如下：-根据表第(2)栏流域降雨用蓄满产流模型推算地面净雨过程，结果列于表中第(3)栏；工程水文学-按照倍比假定，用单位线求各时段净雨的地面径流过程，结果列于表中第(5)、(6)栏；-按叠加假定，将第(5)、(6)栏的同时刻流量叠加，得总的地面径流过程，列于第(7)栏；-计算地下径流过程，该站的地下径流比较稳定，且量不大；近似取起涨流量70m3/s列于表中第(8)栏；-将(7)、(8)栏的地面、地下径流过程叠加，得第(9)栏要预报的洪水流量过程。计算步骤续上：计算步骤续上：工程水文学工程实例工程实例工程实例工程实例工程实例工程实际中的产汇流计算收集各站降雨量、蒸发量、流域出口断面上下游水位变化过程、降雨开始前的前期土壤含水量或者蓄水容量计算逐时段流域平均降雨量、推求实际入库流量选择产汇流计算模型计算逐时段净雨、前期土壤含水量或者蓄水容量计算汇流过程线