第3章_流域汇流计算

第三章 单位线分析计算本章着重介绍如何由净雨量过程预报流域出口的流量过程。

净雨量经过流域汇流形成出口的流量过程线，流域汇流历时是降雨径流预报预见期的来源，流域汇流物理过程是编制预报方案的理论依据。

3.1 舍尔曼时段单位线 3.1.1 基本原理舍尔曼(L. K. Sherman)于1932年提出了单位线的概念。

其定义为：流域上分布均匀的1个单位净雨直接径流产流量，所形成的直接径流过程线，即为单位线，记为UH 。

1个单位净雨是指单位时段内单位净雨深。

单位时段长可以任取，例如2h 、3h 、6h ，等。

而单位净雨深通常取为10mm 。

而实际发生的净雨，常常不是1个时段，也不是1个单位，应用于分析单位线时，有一些假定。

这些假定可归纳为以下两点：(1) 如果单位时段内净雨深不是一个单位，而是n 个，它所形成的出流过程线，总历时与UH 相同，流量则是UH 的n 倍。

(2) 如果净雨历时不是一个时段，而是m 个，则各个时段净雨所形成的出流过程之间互不干扰，出流过程的流量过程等于m 个流量过程之和。

由以上假定，净雨d r 、出流d Q 与UH 的纵坐标q 之间的关系如下：∑=+-=mi i t i d t d q r Q 11,, (2-1)式中：m i ,3,2,1Λ=，为净雨时段数。

d Q 和q 的单位为s /m 3，d r 则用单位净雨深的n 倍来表示。

如果UH 已知，根据上式，可由净雨转换为出流，计算十分简便。

关键是如何求得UH 。

可以根据流域的实测水文资料，分析出净雨及直接径流过程后，依据上式推求出UH ，为式(2-1)的逆过程。

3.1.2 单位线的推求推求UH 是使用次洪时段净雨深及相隔为计算时段长的直接径流时序过程。

前者由次洪降雨量经过扣损后得到，后者由径流过程线分割地下水后得到。

这里需要补充说明一下具体问题：(1) 由扣损方案求得的次洪净雨深，常不等于过程线分割得到的实测值，为了不把扣损的误差带入汇流计算，需要将计算值改正，或谓平差。

流域汇流计算的三种方法水资源是发展社会经济的基础，水资源的调查和评估是保证水资源合理利用的基础。

流域是基本单元，流域汇流计算是流域水资源利用调查评估的重要组成部分之一。

本文分析总结了流域汇流计算的三种方法：溯源法、斜率法和积分法，旨在为流域水资源调查评估提供参考依据。

1、溯源法溯源法是以流域范围性水资源调查的基础，溯源法的基本思想是从流域支流口到大流域口进行水量计算，该方法是由流域空间分布的水量溯源，从而计算流域汇流量。

该方法实施原理：（1）以流域为单位，从支流口到大流域口，依次测定（或估算）支流口汇流流量；（2）将支流口汇流流量累加，得到大流域口的汇流流量。

溯源法的优点是操作简便、实施周期短、成本低，有利于对大面积流域的汇流量进行计算，但是该方法的缺点是不能准确反映流域内各支流面积比例，容易受地形影响。

2、斜率法斜率法以地形为基础，通过地形特征确定水文流域，计算出当前期汇流量，称为斜率法。

按照数学原理，在计算给定流域的汇流量时，可以把支流口以上水文流域视为一个简单小斜度斜面，简单地把流域内所有水源汇流量全部归成一个总量值，然后乘以斜面上的斜率乘以支流口的面积得到支流口的汇流量。

斜率法的优点是精度较高，且能正确反映流域内地形特征对流域汇流量的影响；缺点是实施范围受限，适用于小范围流域，流域内的支流口汇流量的计算需要大量工作量。

3、积分法积分法也称洪水位积分法，是一种综合考虑地形、水文及滑动系数等因素，利用实测水位曲线等资料，采用计算机积分方法，计算分支流口汇流量的一种方法。

该方法依据支流口至大流域口的水位差、汇流面积、滑动系数等的变化，在由大流域口至支流口的流域内施行积分计算，计算出分支流口的汇流量。

积分法的优点是能精确反映流域内汇流量的分布特性，同时考虑了水位、地形、滑动系数等因素；缺点是实施需要大量数据，实施过程需要耗费大量时间和工作量。

综上所述，流域汇流计算的三种方法主要有溯源法、斜率法和积分法，不同方法具有各自的优缺点，在选择某种方法进行流域汇流计算时，应当综合考虑实施过程所需时间、成本、精度等因素，以选择最合理的方法。

第四章流域产流与汇流计算第一节概述根据第二章的论述,由降雨形成流域出口断面径流的过程是非常复杂的，为了进行定量阐述,将这一过程概化为产流和汇流两个阶段进行讨论。

实际上，在流域降雨径流形成过程中，产流和汇流过程几乎是同时发生的，在这里提到的所谓产流阶段和汇流阶段，并不是时间顺序含义上的前后两个阶段，仅仅是对流域径流形成过程的概化，以便根据产流和汇流的特性,采用不同的原理和方法分别进行计算。

产流阶段是指降雨经植物截留、填洼、下渗的损失过程.降雨扣除这些损失后，剩余的部分称为净雨，净雨在数量上等于它所形成的径流量，净雨量的计算称为产流计算。

由流域降雨量推求径流量,必须具备流域产流方案。

产流方案是对流域降雨径流之间关系的定量描述,可以是数学方程也可以是图表形式。

产流方案的制定需充分利用实测的流域降雨、蒸发和径流资料，根据流域的产流模式,分析建立流域降雨径流之间的定量关系。

汇流阶段是指净雨沿地面和地下汇入河网,并经河网汇集形成流域出口断面流量的过程。

由净雨推求流域出口断面流量过程称为汇流计算。

流域汇流过程又可以分为两个阶段，由净雨经地面或地下汇入河网的过程称为坡面汇流;进入河网的水流自上游向下游运动，经流域出口断面流出的过程称为河网汇流.由净雨推求流域出口流量过程，必须具备流域汇流方案。

流域汇流方案是根据流域净雨计算流域出口断面流量过程，应根据流域雨量、流量及下垫面特征等资料条件及计算要求制定。

就径流的来源而论，流域出口断面的流量过程是由地面径流、壤中流、浅层地下径流和深层地下径流组成的，这四类径流的汇流特性是有差别的.在常规的汇流计算中，为了计算简便，常将径流概化为直接径流和地下径流两种水源。

地面径流和壤中流在坡面汇流过程中经常相互交换,且相对于河网汇流，坡面汇流速度较快，几乎是直接进入河网，故可以合并考虑，称为直接径流，但在很多情况仍称为地面径流。

浅层地下径流和深层地下径流合称为地下径流，其特点是坡面汇流速度较慢,常持续数十天乃至数年之久.目前，在一些描述降雨径流的流域水文模型中,为了更确切地反映流域径流形成的过程，采用了三水源或四水源进行模拟计算。

流域汇流时间搬家公式的推导与应用流域汇流时间是涉及水文分析和流域设计的重要参数，其准确的求解和应用对做好水文计算、拟定正确的防洪措施具有重要意义。

一、汇流时间概念1、汇流时间是指特定流域内汛期，初始排放流量从某地点出发，到达另一地点时所需要的时间；2、小流域汇流时间指特定小流域汛期，小流域初始排放流量从调峰闸处出发，到汇集后的大河道时所需要的时间。

二、汇流时间搬家公式汇流时间搬家公式可以用来估算流域内不同位置之间汛期汇流时间，主要可表示为：T= (L/V + C)×K其中：T 为流域汇流时间；L 为流域中站点间距离；V 为流域内平均流速；C 为汇流时间加速系数；K 为流域汇流时间修正系数。

三、汇流时间搬家公式的推导1、流域汇流时间的计算主要分为水量时间和流速时间；2、汇流时间的推导基于斯特里普斯瓦克方程，斯特里普斯瓦克方程可表示为：dq/dT= ALp-B+(C/V)dV/dT式中，A 为流域面积；Q 为流域出流量；T 为汇流时间；Lp 为流域中各个区域距离汇点的距离；B 为出流口的排放量；C 为流域内湿地存储量；V 为流域平均流速。

3、汇流时间的推导需要将时间引入方程，当将T平行移动到右侧时，得到 dQ/dT=0，即：Q/T = AL/V + C式中，A 为流域面积，L 为汇点间的距离，V 为流速，C 为湿地的存储量。

四、汇流时间搬家公式的应用1、在断面法解决流域汇流问题时，根据断面之间水深和流速，建立水量和流速时间曲线，从而可求出水量和流速时间；2、在渡槽法解决流域汇流问题时，可根据断面之间的水位变化差分，以及流量的调节水量和汇入时间，求得渡槽内部的汇流时间；3、在流域内分及汇流分析中，可依据流域汇流时间搬家公式，求出流域内不同位置之间汇流时间，从而可以计算出初始排放流量从调峰闸处出发，到汇集后的大河道所需要的时间。

第一章 河道洪水预报一、填空题：1、描述洪水波运动的特征量有 附加比降 、 位相 、 相应流量 、 波速 。

2、依据圣维南方程组的动力方程中各项作用力的对比关系，可忽略某些次要项，根据简化的情况，可将洪水波分成 运动波 、 扩散波 、 惯性波 和 动力波 。

3、如图为三种简单入流函数的图形，其名称依次为：将它们依次输入系统所形成的响应函数依次为：（a ） S （t ）曲线 (b) U （t ∆，t ） (c) U （0，t ）4、用单位入流函数和单位矩形入流函数来表达一般的入流过程时，其精度取决于 矩形条块的底宽 。

5、附加比降∆i 是洪水波的主要特征之一,稳定流时, ∆i =0；涨洪时, ∆i __>0__ ；落洪时，∆i _<0__。

6、洪水波在传播过程中不断发生形变，洪水波变形有两种形态, 即_展开__和__扭曲___。

造成洪水波变形的原因一般有 洪水波本身的水利特性 、 洪水波传进的边界条件 、河段旁侧的入流 、 。

7、常用的河段洪水预报方法有 相应水位（流量法） 、 流量演算法 。

8、天然河道槽蓄曲线的类型有 单值关系 、 顺时针绳套 和 逆时针绳套 。

9、某河段1989年8月12日发生一次洪水，12日15时上游站洪峰水位为 137.21m,此时的下游站水位为69.78m ，13日8时该次洪水在下游站的洪峰水位。

为71.43m,故该次洪水的上、下游相应水位,传播时间,下游站同时水位分别为___137.21m 、 _______71.43m_______、 ______17h 、 ___69.78m_ 。

10、马斯京根法的假定是示储流量与槽蓄量成线性关系 、 示储流量与入流、出流量成线性关系 。

11、马斯京根流量演算法中的两个参数分别是_蓄量常数K 、 __河槽调节能力参数X 。

12、对同一河段而言,大洪水的传播时间较____短 _ ，小洪水的传播时间较 _____长 。

第三章流域产流与汇流计算第一节概述 (2)第二节降雨径流要素计算 (3)第三节流域产流分析 (9)第四节产流计算 (11)第五节流域汇流计算 (22)小结 (30)课前学习指导本章要求（1）掌握实测降雨径流要素的分析计算方法；（2）掌握蓄满产流和超渗产流的基本概念，及其产流面积变化过程的分析方法；（3）了解影响流域产流量的因素，掌握蓄满产流和超渗产流的产流量计算方法；（4）了解流域汇流的物理过程，掌握流域汇流计算方法。

课时安排共需7个课内学时，10个课外学时课前思考如何由单站降雨量推求流域平均降雨量？为什么要对实测流量过程线的不同水源成分进行划分？降雨是怎么变成径流的？有哪些基本的产流方式？哪些因素影响流域径流的形成？如何计算一场降雨所产生的径流量？汇流计算的目的是什么？常用的汇流计算方法有哪些？什么是单位线？如何推求单位线？如何进行单位线的时段转换？学习重点掌握流域产流计算和汇流计算的方法。

难点将水文循环中蒸发、下渗、产流、汇流等过程联系起来，结合水量平衡原理实现产汇流过程的逐时段连续演算。

知识点单站降雨特性分析流域降雨特性分析实测径流量计算前期影响雨量包气带对降水的再分配蓄满产流和超渗产流产流面积及其变化过程降雨径流关系蓄满产流的产流量计算蒸散发计算超渗产流的产流量计算流域汇流过程、流域汇流时间、流域调蓄作用单位线的基本概念、单位线的推求、单位线的时段转换瞬时单位线的基本概念地下径流汇流第一节概述内容提要1、由降雨过程推求径流过程的基本内容与流程2、流域产汇流计算的基本方法与思路学习要求掌握由降雨过程推求径流过程的主要环节与基本思路1、流域产汇流计算基本内容与流程由流域降雨推求流域出口的流量过程，大体上分为两个步骤：a、产流计算：降雨扣除植物截留、蒸发、下渗、填洼等各种损失之后，剩下的部分称为净雨，在数量上等于它所形成的径流深。

在我国常称净雨量为产流量，降雨转化为净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称为产流计算。