第3章:流域汇流预报

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1、水文预报河海大学水文水资源学院河海大学水文水资源学院第第3 3章:流域汇流预报章:流域汇流预报 PrecipitationRunoffQ(t)-Discharge产流量计算产流量计算汇流计算汇流计算坡地汇流坡地汇流河网汇流河网汇流n流域汇流是流域汇流是研究研究流域上地表径流、壤中流和地下流域上地表径流、壤中流和地下径流如何汇集为出口断面流量过程。径流如何汇集为出口断面流量过程。n流域汇流包括坡地汇流、河网汇流。在坡地汇流流域汇流包括坡地汇流、河网汇流。在坡地汇流阶段,不同水源由于调蓄作用不同汇流速度相差阶段,不同水源由于调蓄作用不同汇流速度相差很大。地下径流取决于很大。地下径流取决于坡地汇流坡

2、地汇流阶段,地表径流阶段,地表径流主要取决于主要取决于河网汇流河网汇流阶段。阶段。n对于较大的流域,降雨及下垫面特性不均匀需要对于较大的流域,降雨及下垫面特性不均匀需要划分单元以考虑其间的不均匀性。划分单元以考虑其间的不均匀性。n流域汇流方法有系统分析的黑箱模型(如单位线流域汇流方法有系统分析的黑箱模型(如单位线法)和概念性模型(如等流时线法)。法)和概念性模型(如等流时线法)。 第第1 1节节 概论概论坡面汇流坡面汇流河网汇流河网汇流流域汇流过程流域汇流过程流域出口流域出口1 1、流域汇流、流域汇流n分阶段分阶段(1 1)坡地汇流:不同水源)坡地汇流:不同水源 (2 2)河道汇流:无不同水源

3、)河道汇流:无不同水源n各阶段水流的调蓄特点:各阶段水流的调蓄特点:(1 1)地面径流:坡面调蓄作用小,河道调蓄作用大)地面径流:坡面调蓄作用小,河道调蓄作用大 (2 2)地下径流:坡面调蓄作用大,河道调蓄作用小)地下径流:坡面调蓄作用大,河道调蓄作用小 n本章任务:本章任务:主要研究主要研究 R R(径流深)(径流深)I I(河道入流过程)(河道入流过程)地面径流地面径流壤中流:介于两者之间。壤中流:介于两者之间。汇流速度较快汇流速度较快流程短流程短汇流历时短汇流历时短地下径流地下径流汇流速度慢汇流速度慢流程最长流程最长汇流历时最长汇流历时最长坡地汇流阶段:坡地汇流阶段:各种水源受河槽水力条

4、件的制约作用是相同的;各种水源受河槽水力条件的制约作用是相同的;因注入河网的地点不同,流经河网所受的调蓄作用不同。因注入河网的地点不同,流经河网所受的调蓄作用不同。河网汇流阶段:河网汇流阶段:地面径流地面径流壤中流壤中流地下径流地下径流快速壤中流快速壤中流慢速壤中流慢速壤中流直接径流直接径流(地面径流地面径流)地下径流地下径流汇汇流流计计算算河网汇流计算坡地汇流计算地面径流汇流计算地下径流汇流计算单位线瞬时单位线地貌单位线等流时线线性水库2 2、影响、影响RIRI的因素的因素n气候因素气候因素i(雨强雨强)引起水源比例不同引起水源比例不同P(降雨)的空间分布(降雨)的空间分布 影响流域的调蓄作

5、用影响流域的调蓄作用n地形因素地形因素坡度大坡度大调蓄作用小;坡长调蓄作用小;坡长L长长调蓄作用大调蓄作用大流域形状(狭长形、扇形、半圆形)流域形状(狭长形、扇形、半圆形) 调蓄作用调蓄作用n下垫面结构下垫面结构土壤孔隙度大土壤孔隙度大调蓄作用大调蓄作用大n沟网密度沟网密度沟网密度大沟网密度大调蓄作用小调蓄作用小3 3、预报方案特点、预报方案特点n河道洪水预报,施工预报河道洪水预报,施工预报重点预报洪峰流量和洪峰发生时间重点预报洪峰流量和洪峰发生时间n水库、洪水分洪区预报水库、洪水分洪区预报防洪、兴利防洪、兴利Qt 预报调度预报调度预报精度要求比前面高预报精度要求比前面高n城市洪水预报城市洪水

6、预报预报预报Qt、淹没区域、水深等、淹没区域、水深等预报精度要求最高预报精度要求最高4 4、FcFc的变化规律及计算模型的变化规律及计算模型nFcFc的变化现象:的变化现象:(1 1) Fc=fFc=f(充分供水)(充分供水)(2 2)地下水比例小的流域)地下水比例小的流域(3 3)地下水比例大的流域)地下水比例大的流域n变化的原因变化的原因(1 1) FcFc在流域上的空间变化在流域上的空间变化(2 2) FcFc随随R R变化的原因变化的原因全流域达到稳渗:供水充分全流域达到稳渗:供水充分全流域达到稳渗前:全流域达到稳渗前:R R (全流域稳渗面积小,下(全流域稳渗面积小,下渗量小),渗量

7、小),Fa Fa (实际下渗量小),反之(实际下渗量小),反之R R ,Fa Fa 地下水比例小的流域容易达到稳渗地下水比例小的流域容易达到稳渗nFcFc计算的改进计算的改进(1 1)建立)建立RC- FcRC- Fc的关系的关系(2 2)确定)确定FcFc的流域分布曲线类型的流域分布曲线类型 确定确定FcFc的分布函数的分布函数 FaFa的计算的计算n分水源计算分水源计算RS=RS=RS=R-FaRS=R-Fa;RG=FaRG=FaR-Fa PR= FcR-Fa PR= Fc0 PR Fc0 PR Fc第第2 2节节 单位线法单位线法 n在给定的流域上,单位时段内时空分布均匀的在给定的流域上

8、,单位时段内时空分布均匀的一次降雨产生的单位净雨量在流域出口断面所一次降雨产生的单位净雨量在流域出口断面所形成的地面直接径流过程线,称为单位线。形成的地面直接径流过程线,称为单位线。n根据水文资料分析的地面(直接)径流单位线,根据水文资料分析的地面(直接)径流单位线,即即L.K.L.K.谢尔曼单位线,简明易用,效果较好,谢尔曼单位线,简明易用,效果较好,在水文预报和水文计算中常被采用,同时它的在水文预报和水文计算中常被采用,同时它的基本概念和假定,对地下径流单位线,坡地单基本概念和假定,对地下径流单位线,坡地单位线和河网单位线也基本上适用。位线和河网单位线也基本上适用。 n根据定义,说明给定流

9、域的地面(直接)径流过程线根据定义,说明给定流域的地面(直接)径流过程线形状反映了该流域所有物理特征的影响,又在给定时形状反映了该流域所有物理特征的影响,又在给定时段内和流域面积上,一次降雨产生的净雨量应分布均段内和流域面积上,一次降雨产生的净雨量应分布均匀,并且符合线性时不变的假定。匀,并且符合线性时不变的假定。 n单位净雨量常取单位净雨量常取10.0mm10.0mm。n单位时段长可任取。单位时段长可任取。 1h, 2h, 3h, . 1 1 单位线的定义和基本假定单位线的定义和基本假定 在给定流域上,在给定流域上,单位时段单位时段内内均匀分布均匀分布的的单位地面(直单位地面(直接)净雨量接

10、)净雨量,在流域出口断面形成的流量过程线称为,在流域出口断面形成的流量过程线称为单位单位线线,记为,记为UH(unit hydrograph),表示为,表示为q t。mmFtq106 .3根据单位线定义有:式中,q 单位线纵高,m3s; 流域面积,km2; t 时段,h。 12345678910 11 12 13 14 15T (6h) q(m3/s)某河某站某河某站h h单位线(单位线(F Fkmkm2 2)mmFtq1034161586.36.3 某河某站某河某站h h单位线(单位线(F F kmkm2 2)时序(t =6h)q(m3/s)时序(t =6h)q(m3/s)0079.012.

11、086.0215.094.0335.0103.0441.0112.0525.0121.0615.0130图 5 - 1 单位线三要素示意图Tpqpt0qrT控制单位线形状的指标控制单位线形状的指标: :单位线洪峰流量,洪峰单位线洪峰流量,洪峰滞时及单位线总历时,常称单位线三要素滞时及单位线总历时,常称单位线三要素 T TP P的确定:的确定:1)1)从单位净雨形心到单位线洪峰的时距从单位净雨形心到单位线洪峰的时距2)2)从单位净雨开始时刻到单位线洪峰的时距从单位净雨开始时刻到单位线洪峰的时距单位线的两个假定单位线的两个假定地面净雨时段不是只有一个且单位时段内地面净雨不是正好是10mm,怎么办?

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