《工程水文与水利计算》课件-任务五 径流

六、径流a）径流形成过程产流过程降水过程流域蓄渗过程汇流过程坡面漫流过程河槽集流过程§2.5径流2.5.1径流的形成过程径流是指流域表面的降水或融雪沿着地面与地下汇入河川，并流出流域出口断面的水流。河川径流的来源是大气降水。降水的形式不同，径流形成的过程也不一样。一般可分为降雨径流和融雪径流。根据径流途径的不同，可以把径流分为地面径流和地下径流。径流形成过程可概化为产流过程和汇流过程两个阶段。1.产流过程产流过程与流域的滞蓄和下渗有着密切的关系。降雨下渗地下水位包气带饱和带不透水层浅层地下径流壤中流坡面流径流形成过程示意图产流过程是扣损过程，即是求净雨过程。降雨开始时，除了很少一部分降落在河流水面直接形成径流外，其他大部分则降落到流域坡面上的各种植物枝叶表面，滞留在植物表面的雨水称为植物截留，植物截留的雨量在雨后最终被蒸发掉。降雨满足植物截留量后落到地面上雨水，开始下渗充填土壤孔隙，随着表层土壤含水量的增加，土壤的下渗能力也逐渐减小，当降雨强度超过土壤的下渗能力时，产生超渗雨，地面就开始积水，并沿坡面流动，在流动过程中有一部分水量要留到低洼的地方并滞留其中，称为填洼量。还有一部分将以坡面漫流的形式流入河槽形成径流，称为坡面漫流。下渗到土壤中的雨水，按照下渗规律由上往下不断深入。通常由于流域土壤上层比较疏松，下渗能力强，下层结构紧密，下渗能力弱，这样便在表层土壤孔隙中形成一定的水流沿孔隙流动，最后注入河槽，这部分径流称为壤中流(或表层流)。壤中流在流动过程中是极不稳定的，往往和地面径流穿叉流动，难以划分，实际水文分析中常把壤中流归入地面径流。若降雨延续时间较长，继续下渗的雨水经过整个包气带土层，渗透到地下水库中，经过地下水库的调蓄缓缓渗入河槽，形成浅层地下径流。另外，在流出流域出口断面的径流中，还有与本次降雨关系不大，来源于流域深层地下水的径流，它比浅层地下径流更小、更稳定，通常称为基流。由上述可知，一次降雨形成的河川径流包括地面径流、壤中流和浅层地下径流三部分，总称为径流量，也称产流量。降雨量与径流量之差称为损失量；它主要包括储存于土壤孔隙中间的下渗量、植物截留量、填洼量和雨期蒸散发量等。2.汇流过程降水形成的水流，从它产生的地点向流域出口断面的汇集过程，称为流域汇流。汇流可分为坡地汇流及河网汇流两个阶段。1）坡地汇流过程坡地汇流分为三种情况:一是超渗雨满足了填洼后产生的地面净雨沿坡面流到附近河网的过程，称为坡面漫流；二是表层流净雨沿坡面侧向表层土壤孔隙流入河网，形成表层流径流，表层流与地面径流有时能相互转化；三是地下净雨向下渗透到地下潜水面或深层地下水体后，沿水力坡度最大的方向流入河网，称为坡地地下汇流。深层地下水汇流很慢，所以降雨以后，地下水流可以维持很长时间，较大河流可以终年不断，是河川的基本径流，所以常称为基流。2）河网汇流过程各种成分径流经坡地汇流注入河网，从支流到干流，从上游向下游，最后流出流域出断面，这个过程称为河网汇流或河槽集流过程。坡地水流进入河网后，使河槽水量增加，水位升高，这就是河流洪水的涨水阶段。在涨水段，由于河槽贮蓄一部分水量，所以对任一河段，下断面流量总小于上断面流量。随降雨和坡地漫流量的逐渐减少直至完全停止，河槽水量减少，水位降低，这就是退水阶段。这种现象称为河槽调蓄作用。实际上，降雨、产流和汇流，是从降雨开始到水流流出流域出口断面经历的全过程，它们在时间上并无截然的分界，而是同时交错进行的。3.径流的影响因素

径流的影响因素气候因素地理因素人类活动因素降雨蒸发河道特性土壤、岩石和地质构造流域的大小和形状流域地形植被湖泊和沼泽4.径流表示方法与度量单位1.流量Q单位时间内通过河流某一断面的水量称为流量，以m3/s计。2.径流总量W

指历时内流过某一断面的径流体积，也称总水量，以m3计。式中：Q——时段平均流量，m3/s；T——计算时段，s。径流总量也可用时段平均流量与对应历时的乘积表示，如（m3/s）·d、（m3/s）·月。3．径流深为将径流总量平铺在流域面积上的水深，以mm计，按下式计算：式中：W——时段内径流量，m3；——时段内平均流量，m3/s；T——计算时段，s；F——流域面积，km2。4.径流模数M指单位流域面积上的平均流量，以m3/(s·km2)或L/(s·km2)计。5.径流系数指单位流域面积上的平均流量，以m3/(s·km2)或L/(s·km2)计。因R＜H，所以α＜1.【例题2-2】已知某小流域集水面积Ｆ＝130km2，多年平均降雨量ＨF0=915mm，多年平均径流深R0=745mm。求该流域多年平均径流量W0、多年平均流量Ｑ0、多年平均径流模数M0、多年平均蒸发量E0及多年平均径流系数α0。2.5.3流域水量平衡在河流水资源的开发利用工程中常需研究流域的水量平衡问题，根据水量平衡原理，一定时段的流域水量平衡方程可表示为R=H－E－△W－△V(2-23)式中：R——时段内流域径流深，mm；H——时段内流域平均降水量，mm；E——时段内流域总蒸散发量，mm；△W——时段内流域蓄水量的变化量，其值可正可负，△W>0表示时段内流域蓄水量增加，相反，△W<0表示时段内流域蓄水量减少，mm；△V——当地面与地下分水线不重合时，时段内流出(指非出口断面处)的地下水量与外区流入的地下水量的差值，即流出为正，流入为负，mm对于闭合流域，式(2-23)中，△V=0，流域上产生的地面、地下径流量都从流域出口断面流出，于是闭合流域的水量平衡方程式为：R=H－E－△W(2-24)在实际工作中常取时段为一年，则式(2-23)中各个要素为以年为时段的值，该式称为闭合流域的年水量平衡方程式。对于多年平均情况，∑△W→0，故水量平衡方程为：R=H－E(2-25)式中：R——流域多年平均年径流深，mm；H——流域多年平均年降水量，mm；E——流域多年平均年蒸散发量，mm。复习思考题1.试述水量平衡原理？2.河流与流域有哪些主要特征？3.什么叫闭合、非闭合流域？4.试述流域平均降雨量的几种计算方法及适用条件？5.流域总蒸发包括哪些？下渗的变化规律是怎样的？6.试述降雨形成径流的过程？习题1.某水文站流域面积F=54500km2，多年平均降雨量P=1650mm，多年平均流量Q=1680m3/s。求多年平均径流量W、多年平均径流深R、多年平均径流模数M、多年平均径流系数α、多年平均蒸发量E？2.某流域雨量站分布