流域产汇流计算.ppt

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1、工程水文及水利计算工程水文及水利计算提提 纲纲第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 气象与水文气象与水文第三章第三章 水文观测及其资料收集水文观测及其资料收集第四章第四章 水文统计基本原理与方法水文统计基本原理与方法第五章第五章 年径流分析与计算年径流分析与计算第六章第六章 水文过程随机模拟水文过程随机模拟第七章第七章 由流量资料推求洪水由流量资料推求洪水第八章第八章 流域产汇流计算流域产汇流计算第九章第九章 由暴雨资料推求设计洪水由暴雨资料推求设计洪水第十章第十章 河流泥沙计算河流泥沙计算 第十一章第十一章 水文预报水文预报第十二章第十二章 水库兴利调节计算水库兴利调节计算第十三章第十三章

2、水库防洪计算水库防洪计算 第十四章第十四章 水库调度水库调度 概述概述1 1 降雨径流要素的分析计算（降雨径流要素的分析计算（8-18-1和和8-28-2）2 2 流域产流分析与计算（流域产流分析与计算（8-38-3和和8-4 8-4）3 3 流域汇流计算流域汇流计算 （8-68-6和和8-78-7、8-88-8和和8-98-9）第八章第八章 流域产流、汇流计算流域产流、汇流计算8-6 流域汇流分析一、流域汇流基本概念一、流域汇流基本概念 降雨过程(产流计算)净雨过程 出口总径流过程二、地面汇流计算方法二、地面汇流计算方法 1.等流时线法的基本概念等流时线法的基本概念流域上某点的汇流时间 与流

3、域（最大）汇流时间汇流时间：汇流时间：净雨从流域上某点净雨从流域上某点流至出口断面所经历的时间，流至出口断面所经历的时间，用用来表示。来表示。流域最大汇流时间：流域最大汇流时间：从流域最从流域最远点流至出口断面所经历的时远点流至出口断面所经历的时间，或称流域汇流时间，用间，或称流域汇流时间，用m表示。表示。等流时线：流域上汇流时间相等的点的连线，如图8-14中1 、2 的等流时线，为单位汇流时段等流时面积：流域上两相邻等流时线间的面积，如图8-14 中 的 F1、F2、F3,F1上tD 内的地面净雨Rs1会在tD间汇合成流量 iisiFiFtRQ11=D=,tRisD=11 该流量于 1tD时

4、流到流域出口 单位时段 tD（=tD）地面净雨RS1在流域出口的地面径流过程 t(tD)0 1 2 3 4 Qi 0 i1F1 i1F2 i1F3 0 2个时段地面净雨RS1、RS2在流域出口的地面径流过程 在流域出口的地面径流过程=RS1、RS2各自的流量过程相叠加可以分析出：可以分析出：1）当）当tm时，时，部分面积部分面积及及全部净雨深全部净雨深参与形成最大参与形成最大流量；流量；2）当）当t=m时，时，全部面积全部面积及及全部净雨深全部净雨深参与形成最大流参与形成最大流量；量；3）当）当tm时，时，全部面积上的部分净雨深全部面积上的部分净雨深参与形成最大参与形成最大流量。流量。任一时刻

5、的地面流量任一时刻的地面流量Q面面t是由许多项组成的，即第一是由许多项组成的，即第一块面积块面积f1上的上的t时段净雨时段净雨ht/t，第二块面积，第二块面积f2上的上的t-1时时段的净雨段的净雨ht-1/t，同时到达出口断面组合成，同时到达出口断面组合成t时时刻的地面流量刻的地面流量Q面面t。运用等流时线的汇流原理，可由设计净雨推求设计洪运用等流时线的汇流原理，可由设计净雨推求设计洪水过程线。水过程线。但在实际情况下，汇流速度随时随地变化，等流时线但在实际情况下，汇流速度随时随地变化，等流时线的位置也是不断发生变化的，且河槽还有调蓄作用，的位置也是不断发生变化的，且河槽还有调蓄作用，所以推求

6、出的洪水过程线与实际情况有较大出入。所以推求出的洪水过程线与实际情况有较大出入。2.2.单位线法单位线法 时段单位线法，L.K.谢尔曼单位线 瞬时单位线法纳希瞬时单位线法 地貌单位线三、地下汇流计算 地下净雨的流域汇流，经验表明，可将地下净雨作为地下水库的入流，经地下水库调节后的出流即流域出口的地下径流过程。该过程可通过联解如下的地下水库的水量平衡方程和蓄泄方程求得 如表8-6所示，由式（8-28）即可根据地下净雨过程求得流域的地下径流过程8-7 单位线法计算流域出口洪水过程一一.单位线定义与基本假定单位线定义与基本假定（一）定义：单位时段内、分布均匀的单位地面净雨，在流域出口断面形成的地面径

7、流过程，如图8-15。图8-15（二）两项基本假定 1.倍比假定：同一流域上有2场净雨，历时相同（假设都是 ），但净雨深不同，分别为 ，在出口形成的地面径流过程完全相似（如图8-16），即总历时（底宽）相同，相应流量成比例，等于净雨深之比（1）倍比假定倍比假定 如果单位时段内的地如果单位时段内的地面的净雨深不是一个单位，而是面的净雨深不是一个单位，而是n个，个，则它所形成的流量过程线，总历时与则它所形成的流量过程线，总历时与时段单位线底长相同，各时刻的流量时段单位线底长相同，各时刻的流量则为时段单位线的则为时段单位线的n倍。倍。图8-16 2.叠加假定：若流域上有一次降雨，净雨由几个单位时段的

8、净雨（假设为RS,1,RS,2）组成，该降雨在出口形成的地面径流过程等于它们各自在出口形成的过程相叠加（2）叠加假定叠加假定 如果净雨历时不是一个如果净雨历时不是一个时段，而是时段，而是m个，则各时段净雨深所形个，则各时段净雨深所形成的流量过程线之间互不干扰，出口断成的流量过程线之间互不干扰，出口断面的流量过程线等于面的流量过程线等于m个部分流量过程个部分流量过程错开时段叠加之和。错开时段叠加之和。用时段单位线推求地面径流过程线用时段单位线推求地面径流过程线 根据时段单位线的定义与根据时段单位线的定义与基本假定，基本假定，只要流域上净只要流域上净雨分布均匀，不论其强度雨分布均匀，不论其强度与历

9、时如何变化，与历时如何变化，都可以都可以利用时段单位线推求其形利用时段单位线推求其形成的地面径流过程线。成的地面径流过程线。算例见右表。算例见右表。流域面积流域面积F=341km2。时段单位线法时段单位线法 二、单位线的推求（二）分解法：对多个时段净雨的洪水过程 总的地面径流过程分解为各净雨独立产生的地面径流过程按缩放法由某单位时段的地面径流过程求单位线 以两个时段净雨的流量过程为例，方法步骤如下 1.分割地下径流，求地面径流过程 和地面径流深2.求地面净雨过程：RS1，RS2 如降雨径流相关图法，注意计算的各时段净雨之和一定等于RS3.将地面径流过程分解为各时段净雨的地面径流过程（）1、（）

10、2：按假定一和假定二进行，如下表4.推求单位线：应用倍比假定由上步推求的任一时段净雨的地面径流计算5对计算单位线检验和修正（1）单位线的历时 Tq单位线历时（时段数）；T洪水地面径流历时（时段数）ts地面净雨历时（时段数）（2）单位线的径流深等于10mm （3）单位线应为光滑的铃形曲线分析法分析法推求时段单位线就是用时段单位线推流的逆运算。推求时段单位线就是用时段单位线推流的逆运算。若一个时段地面净雨所形成的若一个时段地面净雨所形成的地面径流过程线地面径流过程线为已知，为已知，可利用可利用倍比假定倍比假定，将已知的地面径流过程线除以地面净，将已知的地面径流过程线除以地面净雨的单位数即可。雨的单

11、位数即可。若两个时段地面净雨所形成的地面径流过程线为已知，若两个时段地面净雨所形成的地面径流过程线为已知，可列表分析计算。可列表分析计算。分析法是逐时段推算的，由于误差积累有时会分析法是逐时段推算的，由于误差积累有时会使分析的单位在退水段的纵标值出现使分析的单位在退水段的纵标值出现跳动跳动、单单位线呈锯齿状位线呈锯齿状的不合理现象，的不合理现象，这时需将单位线这时需将单位线修匀。其原则是修匀后的单位线必须折合为修匀。其原则是修匀后的单位线必须折合为10mm净雨深。净雨深。表表 分析法求时段单位线计算表分析法求时段单位线计算表 时段单位线法时段单位线法（三）试错优选法（最小二乘法）：3个或3个以

12、上时段净雨 假定qt按倍比假定数求出各时段净雨地面径流过程按叠加假定得总地面径流过程与实测的地面径流过程比较若吻合好，qt即为所求；否则，继续试算试错法：试错法：先假定一条时段单位线，用时段单位线推流的计算先假定一条时段单位线，用时段单位线推流的计算方法，求得地面径流过程，将其与实测的地面径流过程进行方法，求得地面径流过程，将其与实测的地面径流过程进行比较，若相符，则假定即为所求；如有差别，应修改原假定比较，若相符，则假定即为所求；如有差别，应修改原假定的单位线，直至计算的地面径流过程与实测的地面径流过程的单位线，直至计算的地面径流过程与实测的地面径流过程基本相符为止，此时的单位线即为所求的单

13、位线。基本相符为止，此时的单位线即为所求的单位线。当当3个或个或3个以上时段地面净雨所形成的地面径流过程线为已个以上时段地面净雨所形成的地面径流过程线为已知条件时，由于误差积累问题，不采用分析法，而采用知条件时，由于误差积累问题，不采用分析法，而采用试错试错法法。表表 试错法推求时段单位线计算表试错法推求时段单位线计算表 三、单位线的时段转换三、单位线的时段转换1.含义：将原来单位时段(t)的单位线转换为另一单位时段（T）的单位线,如3h单位线转换为1h、6h单位线2.S曲线法S曲线：曲线：设想流域上有一场净雨强度为10mm/t持续不断的降雨，在出口形成的地面径流过程线，如图8-20。由单位线

14、的叠加假定知，应为 （8-23）从净雨开始，原单位线为q(t)的S曲线在mt时刻的纵标值 图8-20单位线时段转：令新的单位时段为T，S(t-T)为向 后平移T的S曲线，S(t)S(t-T)=q(t)，显然为（10mm/t）T的净雨形成的地面径流过程线，由倍比假定得 例如表8-8，P154（8-50）不同时段单位线的时段不同时段单位线的时段转换转换 由下表所列计算过程可知，由下表所列计算过程可知，S曲线曲线就是时就是时段单位线的段单位线的累积曲线累积曲线，可由时段单位线，可由时段单位线纵坐标值逐时段累加求得。纵坐标值逐时段累加求得。有了有了S曲线后，就可以利用曲线后，就可以利用它来转换时段单位

15、线的时段它来转换时段单位线的时段长。如果已有时段长为长。如果已有时段长为6h的的单位线，需要转换成时段长单位线，需要转换成时段长为为3h的单位线，只要把时段的单位线，只要把时段长为长为6h的的S曲线往后平移半曲线往后平移半个时段个时段(即即3h)。图中表明，两根图中表明，两根S曲线之间各时段流曲线之间各时段流量差值相当于量差值相当于3h（5mm）净雨所形）净雨所形成的地面径流过程线成的地面径流过程线q(t)。将。将q(t)乘乘以以6/3即为即为3h的单位线。一般列表计的单位线。一般列表计算。同理，如把算。同理，如把6h单位线转换成单位线转换成9h单位线，可将单位线，可将S曲线错后曲线错后9h相

16、减，则相减，则各时段流量差值即为各时段流量差值即为9h(15mm)净雨净雨所产生的地面径流过程线，将纵坐所产生的地面径流过程线，将纵坐标值乘标值乘6/9即为即为9h的单位线，如表中的单位线，如表中(8)栏。栏。四、单位线存在的问题及处理方法 单位线基本反映了流域各因素对汇流的影响，如汇流速度、河网调节等作用，但还没有很好地反映净雨强度和暴雨中心位置不同的影响时段单位线基本假定认为一个流域的时段单位线是不变时段单位线基本假定认为一个流域的时段单位线是不变的，可以根据时段单位线的倍比和叠加来推流，这与实的，可以根据时段单位线的倍比和叠加来推流，这与实际情况不能完全相符。实际上，由各次洪水分析得到的

17、际情况不能完全相符。实际上，由各次洪水分析得到的时段单位线并不相同，说明时段单位线是变化的，即时段单位线并不相同，说明时段单位线是变化的，即时时段单位线存在非线性的问题段单位线存在非线性的问题。这是由于水流随水深、比。这是由于水流随水深、比降等水力条件不同，汇流速度呈非线性变化所致。降等水力条件不同，汇流速度呈非线性变化所致。1.1.时段单位线的非线性问题时段单位线的非线性问题净雨强度的影响与处理方法 如图8-21(a),不同时段净雨深的单位线不同，雨强大，流量大、汇流快、单位线峰高、峰现时间提前。应分析不同雨强度的单位线，预报或设计时，根据雨强选相应的单位线一般雨强大，洪水大，汇流速度一般雨

18、强大，洪水大，汇流速度快，由此类洪水分析得出的时段快，由此类洪水分析得出的时段单位线洪峰较高，峰现时间较早；单位线洪峰较高，峰现时间较早；反之，时段单位线的洪峰较低，反之，时段单位线的洪峰较低，峰现时间滞后。峰现时间滞后。净雨强度对时段单位线的影响是净雨强度对时段单位线的影响是有限度的，当净雨强度超过一定有限度的，当净雨强度超过一定界限后，汇流速度趋于稳定，时界限后，汇流速度趋于稳定，时段单位线的洪峰不再随净雨强度段单位线的洪峰不再随净雨强度增加而增加增加而增加。一般是将时段单位线进行分类综合，一般是将时段单位线进行分类综合，供合理选用。即按降雨强度大小分供合理选用。即按降雨强度大小分级，每种

19、情况定出一条时段单位线，级，每种情况定出一条时段单位线，使用时根据降雨特性选择相应的时使用时根据降雨特性选择相应的时段单位线。由设计暴雨或可能最大段单位线。由设计暴雨或可能最大暴雨推求设计洪水或可能最大洪水暴雨推求设计洪水或可能最大洪水时，应尽量采用实测大洪水分析得时，应尽量采用实测大洪水分析得出的时段单位线推流出的时段单位线推流。时段单位线定义中时段单位线定义中“均匀分布的净雨均匀分布的净雨”也与实际情况也与实际情况不完全相符。天然降雨在流域上分布不均匀，形成的不完全相符。天然降雨在流域上分布不均匀，形成的净雨分布也不均匀。净雨分布也不均匀。2.2.时段单位线的非均匀性问题时段单位线的非均匀

20、性问题暴雨中心位置不同的影响与处理方法 如图，暴雨中心位置不同其单位线将不同，雨心在上游，净雨向出口的汇流中，与雨心在下游相比，汇流时间较长，受到河槽的调节作用更大，所以，单位线峰相对较低、峰现时间较晚。应分析不同雨心位置的单位线，预报或设计时，根据雨心位置选相应的单位线当暴雨中心在下游时，由于汇流路当暴雨中心在下游时，由于汇流路程短，河网对洪水的调蓄作用小，程短，河网对洪水的调蓄作用小，分析的时段单位线峰值较高，峰现分析的时段单位线峰值较高，峰现时间较早；若暴雨中心在上游时，时间较早；若暴雨中心在上游时，河网对洪水的调蓄作用大，由此种河网对洪水的调蓄作用大，由此种洪水分析的时段单位线峰值较低

21、，洪水分析的时段单位线峰值较低，峰现时间推迟。峰现时间推迟。若暴雨中心移动的速度和方向与河槽若暴雨中心移动的速度和方向与河槽汇流一致时，则时段单位线峰值更高，汇流一致时，则时段单位线峰值更高，峰现时间更早。峰现时间更早。五、应用单位线推求洪水过程1.应用净雨（产流）计算方法由降雨推求净雨过程2.根据降雨情况选择相应的单位线，由倍比假定推求各时段净雨的地面径流过程，将它们叠加，得总的地面径流过程3.加地下径流过程，得到要推求的洪水过程小小 结结 1 1、地面汇流的等流时线法、地面汇流的等流时线法（1 1）概念：概念：汇流时间、流域汇流时间、等流时线汇流时间、流域汇流时间、等流时线（2 2）计算地面径流的等流时线公式）计算地面径流的等流时线公式2 2、地面汇流的时段单位线法、地面汇流的时段单位线法（1 1）时段单位线的概念）时段单位线的概念（2 2）时段单位线的基本假定：倍比假定、叠加假定）时段单位线的基本假定：倍比假定、叠加假定（3 3）推求时段单位线的方法：）推求时段单位线的方法：分析法分析法、试错法、试错法（4 4）时段单位线的时段转换方法：）时段单位线的时段转换方法：S S曲线法曲线法（5 5）时段单位线法存在的问题）时段单位线法存在的问题