工程水文学第四章刘2.ppt

作业中的问题作业中的问题31、对于计算题，不需要写出详细的计算步骤，、对于计算题，不需要写出详细的计算步骤，只需设计条理清晰的表格，把计算的过程只需设计条理清晰的表格，把计算的过程和计算成果在表格中表达清楚。有特殊说和计算成果在表格中表达清楚。有特殊说明的地方可在表格中添加备注栏。明的地方可在表格中添加备注栏。2、作业中要求划分地面和地下径流，不但要、作业中要求划分地面和地下径流，不但要划分径流总量，重点是划分各时段的径流划分径流总量，重点是划分各时段的径流量。即地面和地下径流过程。量。即地面和地下径流过程。第五节第五节 流域汇流分析与计算流域汇流分析与计算 降落在流域上的雨水，从流域各处向流域降落在流域上的雨水，从流域各处向流域降落在流域上的雨水，从流域各处向流域降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出口断面汇集的过程，称为出口断面汇集的过程，称为出口断面汇集的过程，称为出口断面汇集的过程，称为流域汇流流域汇流流域汇流流域汇流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）一、流域出口断面流量的组成一、流域出口断面流量的组成（1 1）汇流时间：）汇流时间：）汇流时间：）汇流时间：流域各点的地面净雨流达出口流域各点的地面净雨流达出口流域各点的地面净雨流达出口流域各点的地面净雨流达出口断面所经历的时间，断面所经历的时间，断面所经历的时间，断面所经历的时间，称为称为称为称为汇流时间汇流时间汇流时间汇流时间（）。）。）。）。（2 2）等流时面积：）等流时面积：）等流时面积：）等流时面积：将流域上汇流时间相等的点将流域上汇流时间相等的点将流域上汇流时间相等的点将流域上汇流时间相等的点子连成一条曲线，就是子连成一条曲线，就是子连成一条曲线，就是子连成一条曲线，就是等流时线等流时线等流时线等流时线。两条相邻等。两条相邻等。两条相邻等。两条相邻等流时线间的面积称为流时线间的面积称为流时线间的面积称为流时线间的面积称为等流时面积（等流时面积（等流时面积（等流时面积（F F1 1、F F2 2、F F3 3、.）。123dF1dF2dF3123dF1dF2dF3净雨净雨i(t-)设等流时面积设等流时面积dF1上上t-时刻形成净雨时刻形成净雨i(t-)正好正好在在t时刻到达流域出口断面，所形成的出口断面时刻到达流域出口断面，所形成的出口断面流量为流量为:而流域出口断面而流域出口断面t t时刻的流量时刻的流量Q(t)，是所有等流是所有等流时面积上在时面积上在t时刻到达出口断面的流量之和：时刻到达出口断面的流量之和：dF()对对求偏导，有：求偏导，有：流量成因公式流量成因公式流域汇流曲线流域汇流曲线流域净雨过程流域净雨过程 流域汇流曲线流域汇流曲线流域汇流曲线流域汇流曲线u(t)u(t)：等流时线、单位线、瞬等流时线、单位线、瞬等流时线、单位线、瞬等流时线、单位线、瞬时单位线、地貌单位线等。时单位线、地貌单位线等。时单位线、地貌单位线等。时单位线、地貌单位线等。一一个时段净雨个时段净雨 二、等流时线法二、等流时线法 F1上一个时段上一个时段时间内的地面时间内的地面净雨净雨h1会在会在间汇合成流量间汇合成流量该流量于该流量于 时流到流域出口时流到流域出口一个一个时段时段 D D t（）时间内的地面净雨）时间内的地面净雨h1在流域出口的径在流域出口的径流过程流过程t t（D Dt ）0 01 12 23 34 4QiQi0 0i i1 1F F1 1i i1 1F F2 2i i1 1F F3 30 0两两个时段净雨个时段净雨 2个时段地面净个时段地面净雨雨h1、h2在流域在流域出口的地面径流过程出口的地面径流过程t t0 01 12 23 34 45 5QQ1i 1i0 0i i1 1F F1 1i i1 1F F2 2i i1 1F F3 30 0QQ2i 2i0 0i i2 2F F1 1i i2 2F F2 2i i2 2F F3 30 0QQi ii i1 1F F1 1i i1 1F F2 2+i+i2 2F F1 1i i1 1F F3 3+i+i2 2F F2 2i i2 2F F3 3在流域出口的地面径流过程在流域出口的地面径流过程=h1、h2各自的流量过程相叠加各自的流量过程相叠加三三个时段净雨个时段净雨 具体具体计算方法见下表：计算方法见下表：时间时间 净净雨雨 出流出流 出流出流 出流出流。出口出口处处地面径流地面径流过过程程Q 1 1。2 2。3 3。COPY RIGHT 扬大陈平扬大陈平1、计算公式、计算公式j=1,2,nri：第：第i时段净雨强度（时段净雨强度（h/t），），mm/hfi：汇流时间（：汇流时间（j-1）t和和j t两条等流时线之间的面积，两条等流时线之间的面积，km2qi，i+j-1：在：在fj上的上的ri形成的形成的i+j-1时段末出口断面流量，时段末出口断面流量，m3/sQk：第：第k时段末出口断面的流量，时段末出口断面的流量，m3/s时间时间地面净雨地面净雨（mm）等流面积等流面积（km2）部分径流（部分径流（m3/s）总径流总径流（m3/s）=5=8=1085500118102.302.3141054.63.708.3172.37.44.614.32003.79.212.904.64.600等流时线法汇流计算算例：等流时线法汇流计算算例：2、净雨历时与流域汇流时间对净雨历时与流域汇流时间对Q（t）（1）当）当时时，全部流域面，全部流域面积积与部分与部分净净雨造峰。雨造峰。（2）当）当=时时，全部流域面上的全部，全部流域面上的全部净净雨造峰。雨造峰。（3）当）当时时，部分面，部分面积积上的全部上的全部净净雨造峰。雨造峰。3、等流时线法缺点等流时线法缺点（1）降雨分布不均匀问题未考虑；）降雨分布不均匀问题未考虑；（2）流速变化问题；）流速变化问题；（3）河槽调蓄问题。）河槽调蓄问题。COPY RIGHT 扬大陈平扬大陈平三、时段单位线法三、时段单位线法三、时段单位线法三、时段单位线法（一）单位线基本概念（一）单位线基本概念（一）单位线基本概念（一）单位线基本概念 在给定的流域下，单位时段内均匀分布的在给定的流域下，单位时段内均匀分布的在给定的流域下，单位时段内均匀分布的在给定的流域下，单位时段内均匀分布的单位地面（直接）净雨单位地面（直接）净雨单位地面（直接）净雨单位地面（直接）净雨 量，在流域出口断面形量，在流域出口断面形量，在流域出口断面形量，在流域出口断面形成的地面（直接）径流过程线，称为单位线。成的地面（直接）径流过程线，称为单位线。成的地面（直接）径流过程线，称为单位线。成的地面（直接）径流过程线，称为单位线。单位净雨量（径流深）一般取为单位净雨量（径流深）一般取为单位净雨量（径流深）一般取为单位净雨量（径流深）一般取为10mm10mm。单单单单位时段位时段位时段位时段t t可取可取可取可取1 1、3 3、6 6、1212、24h24h等等，依流域等等，依流域等等，依流域等等，依流域大小而定。大小而定。大小而定。大小而定。时间时间h10mm流量流量m3/st （二）单位线法计算流域出口洪水过程（二）单位线法计算流域出口洪水过程 h3q1/10h3q2/10h3q3/10h3q4/10通用计算公式：通用计算公式：通用计算公式：通用计算公式：Q Qi ii i时段末流量值；时段末流量值；i=1i=1，2 2，3 3，l l 流量过程线时段数流量过程线时段数q qi-j+1i-j+1i-j+1i-j+1时段末的单位线纵坐标；时段末的单位线纵坐标；i-j+1=1i-j+1=1，2 2，3 3，n n 单位线时段数单位线时段数h hj jj j时段末的净雨深；时段末的净雨深；j=1j=1，2 2，3 3，m m净雨时段数净雨时段数n n(三）单位线时段转换三）单位线时段转换三）单位线时段转换三）单位线时段转换 单位线应用时，往往因实际降雨历时和已单位线应用时，往往因实际降雨历时和已单位线应用时，往往因实际降雨历时和已单位线应用时，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；知单位线的时段长不相符合，不能任意移用；知单位线的时段长不相符合，不能任意移用；知单位线的时段长不相符合，不能任意移用；在对不同流域的单位线进行地区综合时，在对不同流域的单位线进行地区综合时，在对不同流域的单位线进行地区综合时，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。各流域的单位线也应取相同的时段长才能综合。各流域的单位线也应取相同的时段长才能综合。各流域的单位线也应取相同的时段长才能综合。例如，降雨记录只有四段制的，即每例如，降雨记录只有四段制的，即每例如，降雨记录只有四段制的，即每例如，降雨记录只有四段制的，即每6 6小时小时小时小时观测一次，由此可分析得观测一次，由此可分析得观测一次，由此可分析得观测一次，由此可分析得6h6h单位线，但实际上单位线，但实际上单位线，但实际上单位线，但实际上则需则需则需则需3h3h的单位线，就要将的单位线，就要将的单位线，就要将的单位线，就要将6 6小时单位线转换为小时单位线转换为小时单位线转换为小时单位线转换为3 3小时单位线。最常用的方法是小时单位线。最常用的方法是小时单位线。最常用的方法是小时单位线。最常用的方法是S S曲线法曲线法曲线法曲线法。不同时段单位线的转化换不同时段单位线的转化换不同时段单位线的转化换不同时段单位线的转化换 需要转换的情况：需要转换的情况：需要转换的情况：需要转换的情况：a a a a 应用单位线求流量过程线时，净雨时段与单位线应用单位线求流量过程线时，净雨时段与单位线应用单位线求流量过程线时，净雨时段与单位线应用单位线求流量过程线时，净雨时段与单位线时段不统一。时段不统一。时段不统一。时段不统一。b b b b在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流域的在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流域的在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流域的在对不同流域的单位线进行地区综合时，各流域的单位线也要统一时段。单位线也要统一时段。单位线也要统一时段。单位线也要统一时段。常采用常采用常采用常采用s s s s曲线进行单位线的时段转换曲线进行单位线的时段转换曲线进行单位线的时段转换曲线进行单位线的时段转换 S曲线的概念曲线的概念 假定流域上净雨持续不断，且每一时段净假定流域上净雨持续不断，且每一时段净雨均为一个单位，在流域出口断面形成的雨均为一个单位，在流域出口断面形成的流量过程线，称为流量过程线，称为 S S 曲线。曲线。应用应用S曲线求不同时段的单位线的实例：曲线求不同时段的单位线的实例：【例】已知：时段t0=6h的单位线求：时段t=3h的单位线解：由t0=6h的单位线，累加求到t0=6h的S（t）曲线将S曲线向右平移t=3h得另一曲线S（t-t）S S曲线与曲线与S S（t-t-t）曲线各时段末的流量差）曲线各时段末的流量差 S S（t t）-S(t-S(t-t)组成的流量过程线即为时段组成的流量过程线即为时段t=3h=3h，降雨强度为，降雨强度为10/10/t0的净雨形成的流量过程线。的净雨形成的流量过程线。应用倍比假定，有应用倍比假定，有转换后的单位线为：转换后的单位线为：t=t0/2=3ht0q（t，t）=S（t0）-S（t0-t）t0/t时段t=3h，净雨量h=10mm形成的流量过程线 已知时段为已知时段为tt0 0的单位线，求任意时段的单位线，求任意时段tt的的单位线单位线q(t,tq(t,t)的通用公式的通用公式tt0 0原单位线的时段长原单位线的时段长S S（t t）时段长为时段长为tt0 0的的S S曲线纵坐标曲线纵坐标S S（t-t-tt ）时段错开时段错开tt小时的小时的S S曲线纵坐标曲线纵坐标q(t,tq(t,t)时段为时段为tt0 0的单位线的纵坐标的单位线的纵坐标单位线的应用单位线的应用 已根据多次实测雨洪资料确定出该流域实用已根据多次实测雨洪资料确定出该流域实用的单位线，当流域内降了一场雨后，先采的单位线，当流域内降了一场雨后，先采用产流计算方法推求出净雨过程，再用单用产流计算方法推求出净雨过程，再用单位线推求出流过程。位线推求出流过程。（五）单位线存在的问题及处理方法五）单位线存在的问题及处理方法1.1.洪水大小的影响洪水大小的影响洪水大小的影响洪水大小的影响大洪水，流速大，汇流较快，单位线尖瘦，峰高大洪水，流速大，汇流较快，单位线尖瘦，峰高大洪水，流速大，汇流较快，单位线尖瘦，峰高大洪水，流速大，汇流较快，单位线尖瘦，峰高且峰现时间早。小洪水则相反。且峰现时间早。小洪水则相反。且峰现时间早。小洪水则相反。且峰现时间早。小洪水则相反。2.2.暴雨中心位置的影响暴雨中心位置的影响暴雨中心位置的影响暴雨中心位置的影响 单位线假定降雨在流域内分布均匀。实际上降雨单位线假定降雨在流域内分布均匀。实际上降雨单位线假定降雨在流域内分布均匀。实际上降雨单位线假定降雨在流域内分布均匀。实际上降雨分布是不均匀的。暴雨中心在上游的洪水，汇分布是不均匀的。暴雨中心在上游的洪水，汇分布是不均匀的。暴雨中心在上游的洪水，汇分布是不均匀的。暴雨中心在上游的洪水，汇流路径长，受流域调蓄作用也大，洪水过程较流路径长，受流域调蓄作用也大，洪水过程较流路径长，受流域调蓄作用也大，洪水过程较流路径长，受流域调蓄作用也大，洪水过程较平缓，单位线也平缓，峰低且峰现时间偏后。平缓，单位线也平缓，峰低且峰现时间偏后。平缓，单位线也平缓，峰低且峰现时间偏后。平缓，单位线也平缓，峰低且峰现时间偏后。若暴雨中心在下游则相反。若暴雨中心在下游则相反。若暴雨中心在下游则相反。若暴雨中心在下游则相反。三三.纳希（瞬时）单位线法：纳希（瞬时）单位线法：3（1）（2）（3）（3）（1）将（将（1 1）式代入（）式代入（3 3）式得）式得课堂作业：课堂作业：某流域的流域面积某流域的流域面积F=412.2kmF=412.2km2 2，已分析得已分析得19971997年年6 6月一次月一次暴雨洪水的地面径流过程及地面流量过程见下表：暴雨洪水的地面径流过程及地面流量过程见下表：(1)(1)分析该流域分析该流域3h10mm3h10mm净雨单位线；净雨单位线；(2)(2)将将3h10mm3h10mm单位线转换为单位线转换为6h10mm6h10mm单位线。单位线。时段时段tt=3h=3h0 01 12 23 34 45 56 67 7Q(tQ(t)mm3 3/s/s0 0181818618629029024024015015032320 0净雨净雨h h（mmmm）18186 6