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第七章流域产流汇流第七章流域产流汇流计算1径流形成过程分为两个阶段:一是产流过程：降雨经植物截留、下渗、填洼等损失过程，并扣除这些损失后，剩余的部分称为净雨。
降雨转化为净雨的过程称为产流过程，净雨在数量上等于它形成的径流量。
产流计算：净雨量的计算称为产流计算。
二是汇流过程：雨水沿地面和地下汇入河网，并经河网汇集形成流域出口断面的径流过程，称为流域汇流过程。
汇流计算：地面、地下汇流过程的计算称为汇流计算。
计算方法：产流计算的方法因产流方式不同而异，分为蓄满产流方式和超渗产流方式的产流计算方法；汇流计算方法重点是时段单位线法和瞬时单位线法。
流域产汇流计算一般需要先对实测降雨、径流、土壤含水量以及蒸发等资料做一定的整理分析,以便在定量上研究它们之间的因果关系和规律。
等流时面积：是指等流时线间的部分面积（f1、f2、f3）。
全流域面积F=f1+f2+f3。
2降雨特性分析降雨资料是产流计算的输入。
降雨包括降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨过程、降雨分布、降雨面积及暴雨中心位置等流域平均降水量的计算方法：（1）算术平均法（2）泰森多边形法（3）等雨量线图法。
（2）动点～动面关系：3点假定：（i）设计暴雨中心与流域中心重合；（ii）设计暴雨的点～面关系符合本地区暴雨平均的点～面关系；（iii）流域边界线与某条等雨量线重合。
3流量过程的分割有两项工作：一是将非本次降雨形成的径流分割出去，求出本次洪水的径流总量。
二是由于不同水源的水流运动规律不同，所以还需将本次洪水径流总量划分为不同的水源，包括地面径流、壤中流和地下径流次洪分割的目的是把几次暴雨所形成的、混在一起的径流过程线独立分割开来。
分割方法：退水曲线法。
4前期影响雨量的计算描述前期土壤含水量大小的指标：（1）前期影响雨量Pa；前期降雨滞留在土壤中的雨量。
Pa有一个上限值Im，Im称为流域最大蓄水容量，等于流域在十分干旱情况下，大暴雨产流过程中的最大损失量，其中包括植物截留、填洼及渗入包气带被土壤滞留下的雨量。
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。
山西省原平县滹沱河畔水源地资源评价解析法计算周安民【期刊名称】《地质调查与研究》【年(卷),期】2015(000)001【摘要】解析法是水文地质计算的主要方法之一。
它的一个重要方面是用于单个或多个试验井抽水试验时计算水文参数和降深、流量。
利用叠加原理，把传统的解析公式设计为群孔开采地下水的叠加公式，通过计算机编程使其得以实际应用。
群孔开采的叠加公式，具有算式结构直观，计算结果可靠的特点。
本文以山西省原平县滹沱河畔水源地资源计算为例，较详细地介绍了应用解析法叠加井流公式进行大型水源地资源计算的过程步骤。
%Analytical method is one of the main methods of hydrogeological calculation.An important aspect of it is used for single or multiple test wells pumping test when computing hydrological parameters and drawdown and flow ing the superposition principle, the traditional analytic formula design for the group of hole min-ing groundwater superposition formula, through computer programming make its practical application.It is intui-tive formula structure, the characteristics of the calculation result is reliable.In this paper, we take the banks of Hutuo river water resources calculation in Yuanping county as an example, introduce in detail the application of analytical method of superposition of well flow calculation formula with a large water resources process steps.【总页数】4页(P77-80)【作者】周安民【作者单位】山西省第三地质工程勘察院，山西晋中030620【正文语种】中文【中图分类】P641.8【相关文献】1.黄羊泉水源地地下水资源评价的解析法 [J], 郭西万;姜毅2.土地整理后耕地质量评价研究——以山西省忻州市代县磨坊乡滹沱河流域基本农田整理项目为例 [J], 王园[1]3.解析法计算水泉汪水源地中深层地下水允许开采量 [J], 杜红磊;刘双才4.基于均衡法和解析法的郏县四里营水源地水资源计算分析 [J], 邵忠瑞5.单因子评价法和加拿大水质指数法在水源地水质评价中的应用——以酒泉市"千吨万人"饮用水水源地为例 [J], 袁丽艳;刘晓燕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
滹滏区间流域产汇流计算方法探讨胡景鹏;于广英;胡春景【摘要】根据滹滏区间的流域特点和现有资料,结合流域下垫面条件变化情况,采用<除涝手册>和<河北省中部平原水文水资源特性研究>中的有关方法,进行了综合分析,探讨了流域产汇流计算方法.该方法应用于滹滏区间实际洪水作业预报,将对该区的防洪调度、防洪减灾以及雨洪资源利用等提供决策依据.%According to the basin characteristics and available information,combined with changes of land surface condition in Hutonghe-Fuyanghe Basin,a comprehensive analysis was made and a calculation method of runoff generation and concentration was explored based on the relevant methods in "Handbook of Surface Drainage" and "A Study on the Characteristics of Hydrology & Water Resources in Central Plains of Hebei Province". The method could be applied to the flood predictions in the basin and it would provide a basis for flood control and disaster reduction,as well as rainfall flood resources utilization.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2011(009)001【总页数】4页(P88-91)【关键词】流域;产汇流;计算;方法;探讨【作者】胡景鹏;于广英;胡春景【作者单位】河北省衡水水文水资源勘测局,河北,衡水,053000;河北省衡水水文水资源勘测局,河北,衡水,053000;河北省南水北调工程建设管理局,石家庄,050035【正文语种】中文【中图分类】P3381 研究背景滹滏区间位于海河流域子牙河水系中下游平原区,该区历史上曾为河北省沥涝灾害频发地区。
“63◦8”大水后,在根治海河工程中开挖了滏阳新河,至此,衡水市受艾辛庄以上滏阳河洪水的威胁大大减小,滹滏区间成为滏阳河下游洪水的主要发源地。
目前,滹滏区间为重要的工农业经济区域,虽然区域降水总量偏小,但具有突发暴雨洪水的特点,一旦发生暴雨洪水,将严重威胁衡水市及沿河重镇,洪灾损失严重。
近年来,随着经济社会的迅速发展,人类活动对流域下垫面条件的影响不断加剧,导致流域入渗、蒸散发、径流等水文要素发生了一定程度的变化,从而引起了流域产汇流规律的变化,原有预报方案已不能反映现状情况下的流域产汇流规律[1-2]。
同时,由于该区水文资料短缺,重新编制洪水预报方案极为困难,且其精度难以保证。
为此,根据流域特点和现有资料,结合流域下垫面条件变化情况,探讨该区流域产汇流的计算方法,不失为解决该区预报困难的一种有效途径。
2 流域概况滹滏区间包括邢台、石家庄、衡水、沧州4市的 16个县(市),东、南以滏阳新河左堤为界,北至滹沱河,西与洨河流域接壤,总面积 6 080 km2,现有耕地73万hm2,是主要粮棉产区。
2.1 地形地貌滹滏区间地势西高东低,石德铁路以南及石津干渠以北又分别向南、北微斜。
本区地貌按成因、形态可分为山麓平原、倾斜平原和低冲积平原。
山麓平原在藁城市、赵县以西,地面坡度较陡,约1/200～1/1 200,土壤以轻壤为主;倾斜平原在本区中部,西接山麓平原,东部以安平县、深县、辛集市、宁晋县一线与低冲积平原相邻,坡度为1/2 000～1/4 000,土壤以粉沙壤和轻壤质土为主;东部滏阳河两侧为低冲积平原,地面坡度为1/5 000～1/8 000,由于早年滹沱河泛滥,改道频繁,土壤质地比较复杂,一般因地而异,缓岗上多粉沙壤土及轻壤质土,多夹黏,微斜平原以轻壤为主,洼地则多以黏质土为主。
2.2 水文气象滹滏区间属温带大陆季风气候区,光热资源较为充足,年平均气温12.4℃,全年无霜期190 d左右。
该区属华北少雨区,多年平均降雨量为500 mm,降雨量主要集中在7月、8月份,年际变化较大。
地下水埋深在20世纪70年代以前较浅,近年来由于水资源紧缺,地下水严重超采,一般汛前6月份平均地下水埋深大于5 m,石津灌区附近地下水埋深较浅,一般在3～5m。
2.3 主要河流由于石津灌区内灌渠呈规律网状,相应开挖的排水渠也纵横交错,加之过去自然形成的河渠,排水较为通畅。
主要排水干渠有 6条,自南向北分别为:汪洋沟、邵村沟、骑河王排干、龙治河、天平沟和留楚排干。
将流域分为6个集水区,各分区情况见表1和图1。
表1 滹滏区间流域分区情况Table 1 Subdivions in Hutuohe-Fuyanghe Basin km2注:Ⅰ1-2为滹滏西区、Ⅱ-4为滏西区、Ⅰ2-7为滹滏中区流域名称流域面积流域平均坡度排水分区汪洋沟1 225 1/1 500 Ⅰ1-2Ⅱ-4邵村沟 1 349 1/2 400 Ⅰ1-2Ⅰ2-7Ⅱ-4骑河王排干481 1/3 200 Ⅰ2-7龙治河1 080 1/3 200 Ⅰ2-7天平沟951 1/3200 Ⅰ1-2Ⅰ2-7留楚排干994 1/3 500 Ⅰ1-2Ⅰ2-7图1 滹滏区间流域分区示意图Fig.1 diagram of Subdivions in Hutuohe-Fuyanghe Basin3 产汇流计算方法探讨近年来,由于连续干旱少雨,滹滏区间发生洪水的机率相对减少,加之受水文布站条件的限制,该区成了水文资料的空白区,可供应用的水文资料很少,编制洪水预报方案极为困难。
为此,根据《河北省平原地区中小面积除涝水文计算手册》(河北省水利厅1992年 12月)(以下简称《除涝手册》);《河北省中部平原水文水资源特性研究》(衡水水文局2000年7月)中的地区综合资料和有关产流计算方法,并结合全区的流域实际情况,把滹滏区间分成6个产汇流单元,分别计算各单元的降雨产汇流过程,然后进行区域综合,推求流域产汇流总过程[3]。
3.1 流域产流计算滹滏区间属“清南地区汇流类型”中的滹滏西区(Ⅰ1-2区)、滏西区(Ⅱ-4区)及滹滏中区(Ⅰ2-7区)。
采用《除涝手册》中各分区的 P+Pa～H～R总关系图进行产流计算[4]。
计算步骤如下。
①计算各分区的Pa值,计算公式为:式中:Pa-为前期影响雨量(mm);F-为流域面积(km2)。
②计算各分区降雨量。
根据各分区内雨量站降雨信息,采用算术平均法计算各区的流域平均降雨量P。
③根据当时各分区内的地下水埋深资料(H)以及上述计算的P、Pa,采用各区的P+Pa～ H～R总关系图,即可查算出各区相应的总径流深R总。
④根据经验公式计算各分区的地下径流深R地,计算公式如下:式中:R总-次总径流深(mm),由次暴雨径流关系求得;R地-次地下径流深(mm)。
⑤采用公式R表=R总-R地计算各分区的地表径流深R表。
根据流域实际情况和经验,当地下水埋深在3.5 m以上时:R地=0,R表=R总。
3.2 流域汇流计算滹滏区间的汇流计算分为洪峰流量的推算和洪水过程计算两部分。
3.2.1 洪峰流量的计算洪峰流量的计算包括地表水洪峰流量计算、地下水洪峰流量计算以及总洪峰流量的计算3部分。
①地表水形成的洪峰流量。
采用下列公式计算:式中:Q表m-各分区流域地表水洪峰流量(m3/s);J-流域平均坡度。
②地下水形成的洪峰流量。
采用下列公式计算:式中:Q地m-各分区流域地下水洪峰流量(m3/s)。
③总洪峰流量根据计算的地表水流量过程和地下水流量过程,将两个流量过程同时间流量相加,最大流量即为总洪峰流量。
3.2.2 洪水过程的计算洪水过程的计算包括:地表水流量过程计算、地下水流量过程计算和洪水总过程的计算3部分[5-6]。
①采用经验公式分别计算涨水过程和退水过程,进而求得地表水流量过程。
涨水段计算:采用概化三角形法,即假定为直角三角形,三角形面积为地表水涨水部分总量,两直角边分别为涨水历时和洪峰流量。
地表水涨水部分总量计算公式为:式中:S表1-地表水涨水部分总量(m3)。
地表水涨水历时计算公式为:式中:T表1-地表水涨水历时(h)。
地表水退水部分计算:采用地表水退水蓄水系数法,进行退水计算。
以洪峰出现时刻为起点,选取退水时段Δt,计算退水段流量Qt,直到Qt→0为止。
地表水退水部分总量计算公式为:式中:S表2-地表水退水部分总量(m3)。
地表水退水流量过程采用以下公式计算:其中:m2=S表1/(Q表m×3600)式中:Q表t-t时刻地表水退水流量(m3/s);Q表t-Δt-t时刻前一时刻地表水退水流量(m3/s);m2-地表水退水蓄水系数。
②地下水流量过程的推求方法和地表水相同,只不过各因素的计算公式不同。
地下水涨水部分总量计算公式为:式中:S地1-地下水涨水部分总量(m3)。
地下水涨水历时计算公式为:式中:T地1-地下水涨水历时(h)。
地下水退水总量计算公式为:式中:S地2-地下水退水部分总量(m3)。
地下水退水流量过程采用以下公式计算:其中:m1=(1000×R地×F-3600×Q地m/2)/(3600×Q地m)式中:Q地t-t时刻地下水退水流量(m3/s);Q地t-Δt-t时刻前一时刻地下水退水流量(m3/s);m1—地下水退水蓄水系数。
3.2.3 洪水总过程推求将以上计算的地表流量过程和地下水流量过程线进行叠加,即得流量总过程。
在实际计算中,合成流量过程线在退水段可能会出现复峰或凸包,明显不合理时应进行经验修匀。
在计算洪峰流量过程中,当雨前地下水埋深大于3.5m时,只进行地表水径流过程计算。
3.3 河道汇流计算应用马斯京根河槽演算方法,对各流域出口洪水过程分段演算,并计算出衡水、武强、献县等控制站的洪水过程[5]。
4 设计暴雨情况下流域产汇流计算4.1 设计暴雨计算根据滹滏区间及周边雨量站历史降雨资料,采用加权平均法计算流域平均降雨量,得出了1956年-1993年38年流域最大3 d降雨资料系列。
然后根据最大3 d降雨资料系列进行频率计算,求得了不同重现期的流域最大3 d面雨量(见表2)。
表2 滹滏区间不同重现期最大3 d面雨量成果Table 2 Maximum 3-day rainfall for different recurrence periods Hu tuohe-Fuyanghe Basin重现期/a 3 5 10 20 50 100最大3 d雨量/mm 90.0 113.0 143.0 172.0 210.1 238.24.2 流域产汇流计算以不同重现期的最大3 d降雨资料,采用上述流域产汇流计算方法,求得了各分区流域出口断面的洪水过程,然后采用马斯京根进行河槽演算,求得滏阳河衡水市、武强县城及流域出口献县3个控制断面的洪水过程,详见图2-图4。
