水文学原理(第七节)课件.pptx

1、 流域流域产流产流（Runoff Generation in Basin）内容提纲流域产流模式和产流特征流域产流模式和产流特征流域产流面积的变化与发展流域产流面积的变化与发展蓄满产流的产流量计算蓄满产流的产流量计算超渗产流的产流量计算超渗产流的产流量计算总径流量划分总径流量划分目标一目标一：理解：理解流域产流面积的变化与发展流域产流面积的变化与发展目标二目标二：理解不同产流模式的产流计算理解不同产流模式的产流计算教学教学目标目标难点一难点一：蓄满产流计算（蓄水容量曲线）蓄满产流计算（蓄水容量曲线）难点二难点二：超渗产流计算（流域下渗能力面积分配曲线）超渗产流计算（流域下渗能力面积分配曲线）学习

2、学习难点难点产流机制产流机制（Runoff Generation in Basin）第一节第一节 流域产流模式和产流特征流域产流模式和产流特征(Runoff Generation Patterns and Characteristics)1 1、山坡流域分类、山坡流域分类 按包气带按包气带厚度、土壤、岩石、植被特点以及地下水状况厚度、土壤、岩石、植被特点以及地下水状况，将山坡流域划分为将山坡流域划分为4 4类类流域下流域下垫面条垫面条件件产流类产流类型型出现的出现的地区地区第二第二类类 山坡流域山坡流域（R Rs s+R+Rsbsb+R+Rg g ）包气带厚度包气带厚度中等中等，土层透水性，土

3、层透水性中等中等，有，有相对不透水相对不透水层层，地下水地下水埋藏浅埋藏浅。（。（地点：半湿润地区地点：半湿润地区）第第一类一类 山坡流域山坡流域 （R Rsatsat+R+Rsbsb+R+Rg g或或R Rsatsat+R+Rsbsb ）包气带较薄，包气带较薄，植被茂密，植被茂密，表土疏松表土疏松，山坡地形较陡，山坡地形较陡，地下水埋藏地下水埋藏浅浅（地点：地点：南方湿润地区和南方湿润地区和 东北森东北森林地区林地区）。地势平坦，地势平坦，土层土层透水性好透水性好，地下水埋很浅地下水埋很浅。一次降雨的下渗。一次降雨的下渗锋面极易与毛管水带建立联系，锋面极易与毛管水带建立联系，包气带缺水量极易

4、满足包气带缺水量极易满足。（地点：（地点：冲击平原冲击平原）第三第三类类 山坡流域山坡流域 （R Rs s）包气带包气带很厚，均质土壤，很厚，均质土壤，土层土层透透水性差水性差，植被稀少，山坡地形，植被稀少，山坡地形中等，中等，地下水埋很深地下水埋很深。（地点：。（地点：干旱地区干旱地区）第四第四类类 山坡流域山坡流域 （R Rsatsat+R+Rg g ）2 2、流域产流的特点及影响因素、流域产流的特点及影响因素流域流域产流特点产流特点 一个一个大流域是由许多小流域构成大流域是由许多小流域构成，而，而小流域又是由小流域又是由更小的更小的集水单元（集水单元（山坡流域山坡流域）所组成。由于流域内

5、）所组成。由于流域内地形地貌、地质条地形地貌、地质条件、植被类型、土壤类型、包气带厚度、地下水埋深、土壤湿件、植被类型、土壤类型、包气带厚度、地下水埋深、土壤湿度及降雨等存在差异度及降雨等存在差异，所以，所以流域各点的产流模式必然存在差异流域各点的产流模式必然存在差异。如何分析计算流域的产流？如何分析计算流域的产流？对于中小流域（面积对于中小流域（面积100km2100km2）：特点：特点：流域流域下垫面构成情况变化不大下垫面构成情况变化不大，其组成的，其组成的山坡山坡流域差异较小流域差异较小，产流计算产流计算：可用：可用占主导地位占主导地位的的山坡流域产流模式山坡流域产流模式代替代替整个流域

6、的产流模式整个流域的产流模式进行产流计算。进行产流计算。对于大型流域：对于大型流域：特点：特点：组成流域的各山坡流域产流特性差异大。组成流域的各山坡流域产流特性差异大。产流计算产流计算：将大流域划分为更小的计算流域（：将大流域划分为更小的计算流域（要求要求，划分后的划分后的小流域小流域下垫面构成及气象因素差距较小），下垫面构成及气象因素差距较小），由由各计算流域各计算流域产流模式计算产流量，产流模式计算产流量，相加得到大流域相加得到大流域产流量。产流量。流域产流特征影响因素流域产流特征影响因素流域下垫面构成情况流域下垫面构成情况地形地形、地貌单元、地貌单元（高山、丘陵、平原、湖泊、沼泽（高山、

7、丘陵、平原、湖泊、沼泽）流域水分因素流域水分因素降雨降雨、蒸发、下渗、土壤湿度、蒸发、下渗、土壤湿度、地下水位地下水位如何分析流域如何分析流域产流产流特征特征（4 4个角度）个角度）从气候的角度分析：从气候的角度分析：长年长年气候干燥气候干燥的流域，常以的流域，常以超渗模式超渗模式产流。产流。长年长年气候湿润气候湿润的流域，常以的流域，常以蓄满模式蓄满模式产流。产流。从下从下垫垫面角度分析：面角度分析：若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋深大，若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋深大，常以常以超渗方式超渗方式产流。产流。若下垫面土壤颗粒较粗、结构疏松、植被好，地下水位高

8、，若下垫面土壤颗粒较粗、结构疏松、植被好，地下水位高，常以常以蓄满方式蓄满方式产流。产流。从流域从流域出口的流量过程出口的流量过程形状分析：形状分析：蓄满蓄满产流产流表现表现为出口断面为出口断面洪水过程线矮胖洪水过程线矮胖，退水历时长，洪，退水历时长，洪水过程线明显不对称；水过程线明显不对称；超渗超渗产流产流表现表现为出口断面为出口断面洪水过程线尖瘦洪水过程线尖瘦，退水历时短，洪，退水历时短，洪水过程线较为对称。水过程线较为对称。从影响从影响次洪产流量的次洪产流量的因素分析：因素分析：蓄满产流蓄满产流径流量多少与流域径流量多少与流域初始土壤含水量初始土壤含水量和和降雨量降雨量有关有关超渗产流超

9、渗产流径流量多少与流域径流量多少与流域初始土壤含水量初始土壤含水量和和降雨强度降雨强度有关有关 我国我国长江以南的绝大部分地区，属于典型的蓄满长江以南的绝大部分地区，属于典型的蓄满产流区产流区；西北干旱地区内陆河流，属于典型的超渗产西北干旱地区内陆河流，属于典型的超渗产流区；流区；其余地区属于混合产流区。其余地区属于混合产流区。课堂习课堂习 题题判断题判断题小流域各点的产流机制相同，因此在进行产流量小流域各点的产流机制相同，因此在进行产流量计算时，可用计算时，可用占主导地位占主导地位的的山坡流域产流模式山坡流域产流模式代替代替整个流域的产流模式进行产流计算。整个流域的产流模式进行产流计算。超渗

10、产流主要受超渗产流主要受地面径流地面径流的补给；而蓄满产流受的补给；而蓄满产流受地面径流地面径流、壤中流壤中流及及地下径流地下径流的补给。的补给。第二节第二节 流域产流面积的变化与发展流域产流面积的变化与发展（The Change and Development of Runoff Generation Area）1 1、流域、流域产流面积的发展特点产流面积的发展特点降雨降雨、下渗下渗和和土壤含水量土壤含水量在流域上在流域上分布的不均一性分布的不均一性，造成，造成流域各处产流，流域各处产流，无论是开始时间还是发展过程不是均一无论是开始时间还是发展过程不是均一和同步的和同步的。降雨降雨初期，初期

11、，在满足产流条件的地方先产流在满足产流条件的地方先产流，随着降雨的持，随着降雨的持续，续，其余地方则后续产流其余地方则后续产流。在在一次降雨过程中，一次降雨过程中，产流面积随着条件的变化产流面积随着条件的变化不断地不断地发展发展和变化和变化。2 2、蓄满产流、蓄满产流面积的发展特点面积的发展特点蓄满产流蓄满产流一般发生在一般发生在湿润地区湿润地区，植被植被良好良好，土壤具有，土壤具有较大的下较大的下渗能力渗能力，土壤经常湿润，土壤经常湿润，包气带缺水量包气带缺水量不大不大的流域，的流域，地面地面径流以径流以饱和地面径流饱和地面径流形式产生形式产生。特点特点：地面：地面径流首先产生于径流首先产生

12、于具有具有较大土壤含水量较大土壤含水量和和容易达到饱容易达到饱和和的相对的相对不大的面积不大的面积上上（坡脚），（坡脚），随着降雨持续，不断随着降雨持续，不断由由坡脚向上延伸坡脚向上延伸扩展，逐步向坡面发展，扩展，逐步向坡面发展，产流面积不断扩大产流面积不断扩大。3 3、超、超渗产流面积发展的特点渗产流面积发展的特点超渗地面径流超渗地面径流产流大小和发展取决于产流大小和发展取决于降雨强度降雨强度与与下渗强度下渗强度的对比关系的对比关系。下下渗渗强度影响因素强度影响因素（土壤类型、土壤湿度土壤类型、土壤湿度）在）在流域上流域上分布分布的无规律的无规律和和各次降雨特性各次降雨特性（空间分布、强度时

13、程变化空间分布、强度时程变化）的的随机性随机性决定了决定了超超渗地面径流产流面积渗地面径流产流面积发展发展在空间分在空间分布上布上存在存在随机性随机性。4 4、产流、产流面积空间变化统计特性曲线面积空间变化统计特性曲线流域蓄水容量面积流域蓄水容量面积分配曲线分配曲线讨论蓄满产流面积变化讨论蓄满产流面积变化蓄水容量蓄水容量WmWm/（单位：（单位：mmmm）：土壤所能持有的最大水：土壤所能持有的最大水量，约为田间持水量。量，约为田间持水量。#注意：注意：流域流域上各处上各处包气带包气带达到田间持水量达到田间持水量时的时的土壤土壤含水量不一样含水量不一样。第二节第二节 流域产流面积的变化与发展流域

14、产流面积的变化与发展（The Change and Development of Runoff Generation Area）蓄水容量曲线：蓄水容量曲线：流域内蓄水容量流域内蓄水容量小于小于等于等于给定值给定值W Wm m/的的面积面积f/Ff/F与与蓄水容量值蓄水容量值的关系曲线。的关系曲线。1212111110109 98 87 76 65 54 41 12 23 31 12 23 34 45 56 6面积面积(km2)(km2)80807070858565659090100100蓄水容蓄水容量（量（mmmm）80809090135135858595951301307 78 89 910

15、1011111212面积面积(km2)(km2)85859090909010010095957575蓄水容蓄水容量（量（mmmm）1201201101101401401051051001001251251 14 42 25 511111010面积面积(km2)80806565707090909595100100面积面积f/Ff/F0.070.070.060.060.070.070.090.090.090.090.10.1相对面积的累加相对面积的累加0.070.070.130.130.200.200.290.290.380.380.480.48蓄水容量（蓄水容量（mm）8080858590909

16、5951001001051058 87 712126 63 39 9面积面积(km2)90908585757510010085859090面积面积f/Ff/F0.090.090.080.080.070.070.10.10.090.090.090.09相对面积的累加相对面积的累加0.570.570.650.650.720.720.820.820.910.911.001.00蓄水容量（蓄水容量（mm）110110120120125125130130135135140140流域总面积流域总面积F=FF=F1 1+F+F2 2+F+F1212=1025=1025各微单元的相对面积各微单元的相对面积f

17、f1 1/F=80/1025=0.08/F=80/1025=0.08特点：特点：是是条条单值递增单值递增曲线曲线曲线曲线上某点的上某点的横坐标横坐标代代表流域中表流域中小于等于某小于等于某一一WmWm/值值的的流域面积占流域面积占全流域面积的全流域面积的比重比重。整整条曲线条曲线与与横坐标横坐标所所围面积围面积代表的代表的水量水量等于等于流域流域各各点点达到达到田间持水量田间持水量时的时的总蓄水容量总蓄水容量(WM)(WM)。100P85对于一个流域，田对于一个流域，田间持水量最小值可间持水量最小值可以为以为0 0（裸露的岩（裸露的岩石），石），也可以为大也可以为大于于0 0的某一个数。的某一

18、个数。对于闭合流域，曲线有上限，其对于闭合流域，曲线有上限，其上限值上限值为流域上为流域上各点包气带田间持水量中的最大值各点包气带田间持水量中的最大值。对于对于一个流域一个流域，流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线是是唯一唯一的。一的。一个流域只有一条，个流域只有一条，不同流域一般不一样不同流域一般不一样。实际工作中常采用实际工作中常采用指数曲线指数曲线或或抛物线形式的曲线抛物线形式的曲线，对，对流域蓄水容量曲线进行拟合。流域蓄水容量曲线进行拟合。（抛物线）（抛物线）bmmmmWWW)1(1)(/部分面积（部分面积（f/Ff/F）流域中蓄水容量最大的微单元蓄水容量流域中蓄水容量最大的微单元蓄水容量

19、/1)(/mbWmeW反映面积分配情况反映面积分配情况（指数曲线）（指数曲线）蓄蓄满产流满产流面积的变化面积的变化蓄满产流的产流量蓄满产流的产流量特点特点：土壤缺水小、土壤缺水小、先蓄满的先蓄满的地方先地方先产流产流；随着供水的继续，随着供水的继续，产流产流面积不断的面积不断的增大增大；产流面积的大小与产流面积的大小与降雨降雨量量和和初始土壤含水量初始土壤含水量有关。有关。流域下渗能力面积流域下渗能力面积分配曲线分配曲线讨论超渗产流面积变化讨论超渗产流面积变化0 0f/Ff/Ffp以下以下渗能力渗能力f fp p为纵坐标为纵坐标，以以流域流域内下渗能力内下渗能力小于等小于等于于该该f fp p

20、的面积占全流域面的面积占全流域面积比（积比（f/Ff/F）为横坐标）为横坐标，所绘制的曲线为所绘制的曲线为流域下渗流域下渗容量面积分配曲线容量面积分配曲线。1.01.0123456789假设某一流域初始蓄假设某一流域初始蓄水量水量W W0 0=0=0，将其划分，将其划分为为9 9个单元，每个单元个单元，每个单元对应的下渗能力分别对应的下渗能力分别为为 f f1 1,f,f2,2,f,f9 9。1 12 23 34 45 56 67 78 89 9面积面积(km(km2 2)90907575959580808585909095958080100100下渗能力下渗能力303065654545757

21、555556060505070704040123456789F=FF=F1 1+F+F1 1+F+F9 9=790=790f f1 1/F=90/790=0.11/F=90/790=0.111 19 93 37 75 56 62 28 84 4面积面积90907575959580808585909095958080100100面积面积f/F f/F 0.110.110.090.090.120.120.100.100.110.110.110.110.120.120.110.110.130.13相对面积累相对面积累积积0.110.110.200.200.320.320.420.420.530.53

22、0.640.640.760.760.870.871.01.0下渗能力下渗能力303040404545505055556060656570707575f/Ff/Ffpminmaxf/Ff/F0 0 当当流域初始蓄水量流域初始蓄水量W W0 0 0 0，发生变化时，各单，发生变化时，各单元的下渗能力是否会变？元的下渗能力是否会变？是否会出现另一条下渗能是否会出现另一条下渗能力曲线？力曲线？123456789一个特定的流域，其下渗能一个特定的流域，其下渗能力曲线是随着初始蓄水量变力曲线是随着初始蓄水量变化而变化的一组曲线。化而变化的一组曲线。特点特点：由于由于土壤初始含水量不同，流域下渗能力面积分配

23、曲土壤初始含水量不同，流域下渗能力面积分配曲线为线为一组曲线一组曲线。该组曲线的。该组曲线的上包线是流域完全干燥下的下上包线是流域完全干燥下的下渗能力面积曲线渗能力面积曲线，下包线下包线是是全流域土壤全流域土壤包气带达到田间持包气带达到田间持水量的水量的下渗能力面积曲线下渗能力面积曲线。下下渗能力面积曲线给出下渗渗能力面积曲线给出下渗能力小于某一下渗值的能力小于某一下渗值的面面积，不能给出积，不能给出流域各点的流域各点的下渗能力下渗能力。minmaxf/Ff/F0 040400.20.2fp超渗超渗产流面积产流面积的变化的变化超渗产流的产流率超渗产流的产流率 分析：假设分析：假设i i1 1=

24、40 mm=40 mm，产流面积，产流面积为为0.20.2，没有产流的面积为，没有产流的面积为0.80.8。1 19 93 37 75 56 62 28 84 4面积面积90907575959580808585909095958080100100面积面积f/F f/F 0.110.110.090.090.120.120.100.100.110.110.110.110.120.120.110.110.130.13相对面积累相对面积累积积0.110.110.200.200.320.320.420.420.530.530.640.640.760.760.870.871.01.0下渗能力下渗能力303

25、040404545505055556060656570707575特点：特点：湿度大、透水性差，湿度大、透水性差，先超渗的地方先产流先超渗的地方先产流降雨过程中降雨过程中产流面积时大时小产流面积时大时小，有时甚至为，有时甚至为0 0产流面积大小与产流面积大小与降雨强度降雨强度和和初始土壤含水量初始土壤含水量有关有关课堂习题课堂习题判断题判断题在一次降雨过程中，随着降雨的持续，在一次降雨过程中，随着降雨的持续，超渗地面超渗地面径流产流面积逐渐增大径流产流面积逐渐增大 。蓄水容量曲线蓄水容量曲线是一条是一条单值递增曲线单值递增曲线，其最小值为，其最小值为0 0。对于特定的流域，其蓄水容量曲线和下渗

26、能力面对于特定的流域，其蓄水容量曲线和下渗能力面积分配曲线都是积分配曲线都是唯一唯一的的 第三节第三节 蓄满产流的产流量计算蓄满产流的产流量计算（Calculation of Saturation Excess Runoff）1 1、蓄、蓄满产流类型满产流类型 R Rsatsat+R+Rsbsb+R+Rg g型型（饱和地面径流（饱和地面径流+壤中流壤中流+地下径流）地下径流）或或R Rsatsat+R+Rsbsb（饱和地面径流（饱和地面径流+壤中流）壤中流）R Rsbsb+R+Rg g型（壤中流型（壤中流+地下径流）或地下径流）或R Rsbsb（壤中流）（壤中流）R Rg g型（地下径流）型（

27、地下径流）以上三类产流类型的共同之处是什么？以上三类产流类型的共同之处是什么？土壤含水量达到田间持水量土壤含水量达到田间持水量W Wm m/1.01.00 0f/Ff/FR RWW W0 0h hg ga ad dadb bc c利用流域蓄水容量曲线利用流域蓄水容量曲线，计算流域降雨径流过程中的总产流量，计算流域降雨径流过程中的总产流量2 2、蓄、蓄满产流的满产流的降雨径流关系降雨径流关系流域初始蓄水量流域初始蓄水量W W0 0=0=0的情况的情况 流域流域蓄水量蓄水量W W0 0=0=0，降雨量，降雨量P P，雨，雨期蒸发量期蒸发量E E，记，记PE=P-EPE=P-E（有效降雨（有效降雨）

28、在在蓄水容量蓄水容量WmWm/小于等于小于等于PEPE的面的面积上要产流，产流面积积上要产流，产流面积dd、不产、不产流面积流面积1-d1-d。面积面积oadhgooadhgo表示的表示的水量为水量为产流量产流量。面积面积oadbcooadbco表示的水量为流域表示的水量为流域包气带的蓄水增量包气带的蓄水增量。即降雨中不形。即降雨中不形成径流的损失量成径流的损失量。W Wm m/1.01.00f/Ff/FR RWW W0 0h hg ga ad dadb bc c1 14 42 25 511111010面积面积(km2)80806565707090909595100100面积面积f/Ff/F0

29、.070.070.060.060.070.070.090.090.090.090.10.1相对面积的累加相对面积的累加0.070.070.130.130.200.200.290.290.380.380.480.48蓄水容量（蓄水容量（mm）80808585909095951001001051058 87 712126 63 39 9面积面积(km2)90908585757510010085859090面积面积f/Ff/F0.090.090.080.080.070.070.10.10.090.090.090.09相对面积的累加相对面积的累加0.570.570.650.650.720.720.82

30、0.820.910.911.001.00蓄水容量（蓄水容量（mm）110110120120125125130130135135140140 假设假设PE=100mm,PE=100mm,刚好要产流的刚好要产流的为单元？产流面积是？不产流面积？为单元？产流面积是？不产流面积？流域包气带的蓄水增量？流域包气带的蓄水增量？流域初始蓄水量流域初始蓄水量W W0 0=W=W的情况的情况假设假设降雨开始时，流域初始蓄水降雨开始时，流域初始蓄水量量W W0 0=W=W，面积面积oabcooabco代表的水量代表的水量就是就是W W0 0，有效有效降雨量降雨量PEPE产生的产生的径流量为图径流量为图中阴影部分中

31、阴影部分。面积面积adfbaadfba表示的表示的水量为流域水量为流域包气带的蓄水增量包气带的蓄水增量。W W0 0对应的对应的纵坐标值纵坐标值A A可理解为可理解为本本次降雨前次降雨前，在流域包气带初始土，在流域包气带初始土壤蓄水量为壤蓄水量为0 0的情况下，降了一的情况下，降了一次雨量为次雨量为A A的有效降雨，它使包的有效降雨，它使包气带蓄存了气带蓄存了W W0 0的水量。的水量。W Wm m/0 0f/Ff/F1.01.0R RWW W0 0h hg ga ad dadP-EP-EA Af fb bc cAA前期影响雨量前期影响雨量3 3、流域、流域蓄水容量曲线与降雨径流蓄水容量曲线与

32、降雨径流关系关系降雨开始时，流域初始蓄水量为降雨开始时，流域初始蓄水量为W0=WMW0=WM，则有效降雨量，则有效降雨量PEPE全全部转换为径流量部转换为径流量PE=RPE=R，PERPER关系是一条通过原点的关系是一条通过原点的4545度直线。度直线。在在0-WM0-WM范围内取不同的范围内取不同的W0W0值，可得一组以值，可得一组以W0W0为参数的为参数的PERPER关系线。该关系线的上部为平行于关系线。该关系线的上部为平行于PE=RPE=R线的直线，表示不管流线的直线，表示不管流域初始蓄水量为多少，只要域初始蓄水量为多少，只要PE+AWmmPE+AWmm，两者之差部分降雨量转，两者之差部

33、分降雨量转换为径流。关系曲线的下部为曲线，属于流域部分面积产流。换为径流。关系曲线的下部为曲线，属于流域部分面积产流。4 4、蓄满产、蓄满产流量流量计算计算0WmWREP)(0WWEPm）（)()(0WWEPRm流域蓄水容量面积分配曲流域蓄水容量面积分配曲线常用抛物线表示：线常用抛物线表示：bmmmmWWW)1(1)(/平均流域蓄水容量平均流域蓄水容量WMWM是流域蓄水容量曲线与横坐标包围面积是流域蓄水容量曲线与横坐标包围面积/001(W)(1)1mmmmbWWmmmmmmmmWWWMdWdWWb计算步骤：计算步骤：计算计算W Wmmmm/001(W)(1)1mmmmbWWmmmmmmmmWW

34、WMdWdWWb WM WM 取决于流域的气候和植被，具有一定的地取决于流域的气候和植被，具有一定的地带性规律，一般为带性规律，一般为80-150mm80-150mm。b b取决于流域地形地质和土壤特性，一般为取决于流域地形地质和土壤特性，一般为0.2-0.50.2-0.5。需要求解的量需要求解的量/10001(W)(1)1(1)1bAAbmmmmmmmmmmWWAWdWdWWbW 解出解出A A值，值，10A1(1)bm mMWWW计算前期影响雨量计算前期影响雨量A A当当A+P-EA+P-EWmmWmm，流域为部分面积，流域为部分面积产流，产流量为产流，产流量为/)(1)(mEPAAmdW

35、WEPWEPR流域中未产生径流部分的包气带蓄水量增量流域中未产生径流部分的包气带蓄水量增量将蓄水容量曲线函数代入后积分得产流计算式将蓄水容量曲线函数代入后积分得产流计算式bmmWEPAWMWWMEPR10)1()()(当当A+P-EA+P-EWmmWmm，流域为全面积产流，产流量为，流域为全面积产流，产流量为)()(0WWMEPR损失量损失量已知逐时段降雨量已知逐时段降雨量PiPi、蒸发量、蒸发量EiEi和次降雨开始时的流域蓄水量和次降雨开始时的流域蓄水量W0,W0,应用上式可逐时段计算流域产流量应用上式可逐时段计算流域产流量RiRi和流域蓄水增量和流域蓄水增量WiWi。第一时段第一时段(i=

36、1)(i=1)，已知其流域初始蓄水量为，已知其流域初始蓄水量为W0,W0,计算计算A1A1再计算再计算R1R1，W1=P1-E1-R1W1=P1-E1-R1，下一时段初的流域蓄水量下一时段初的流域蓄水量W1=W0+W1=W0+W1W110A1(1)bm mMWWWbmmWEPAWMWWMEPR10)1()()(第二第二时段时段(i=2)(i=2)，已知其流域初始蓄水量为，已知其流域初始蓄水量为W1W1,计算计算A2A2再计算再计算R2R2，W2=P2-E2-R2W2=P2-E2-R2，下一时段初的，下一时段初的流域蓄水量流域蓄水量W2=W1+W2=W1+W2W2W1=W0+W1=W0+W1W1

37、10A1(1)bm mMWWWbmmWEPAWMWWMEPR10)1()()(课堂习题课堂习题土壤的初始含水量越小，相同降雨条件下，产流土壤的初始含水量越小，相同降雨条件下，产流面积越小面积越小 部分产流时，流域各点的蓄水量都达到了田间蓄部分产流时，流域各点的蓄水量都达到了田间蓄水量水量。降雨径流关系线的下部为曲线，上部是斜率为降雨径流关系线的下部为曲线，上部是斜率为1 1的直线的直线 清江上游恩施以上流域控制面积清江上游恩施以上流域控制面积2928km22928km2，流域，流域内，岩石破碎，植被较好，多年平均降雨量约内，岩石破碎，植被较好，多年平均降雨量约1440mm1440mm，属于典型

38、湿润地区。计算属于典型湿润地区。计算19661966年年6 6月一次降雨过程对月一次降雨过程对应的产流量。流域蓄水容量应的产流量。流域蓄水容量WM=130mmWM=130mm，蓄水容量曲线，蓄水容量曲线指数指数b=0.46b=0.46，流域初始蓄水量，流域初始蓄水量W0=W0=119.88mm119.88mm，蒸发折，蒸发折算系数算系数k=0.9k=0.9,请计算产流过程。请计算产流过程。课堂习题课堂习题第四节第四节 超渗产流的产流量计算超渗产流的产流量计算（Calculation of Infiltration Excess Runoff）1 1、超、超渗产流计算模式渗产流计算模式nsnsn

39、firfirfi,0,当当2 2、下、下渗曲线的转换渗曲线的转换将将下渗能力与下渗历时下渗能力与下渗历时之间的关系曲线转换为之间的关系曲线转换为下渗能下渗能力与累计下渗量力与累计下渗量的关系曲线。的关系曲线。充分供水条件下，土壤充分供水条件下，土壤在时段在时段(0,t)(0,t)内的内的下渗量可下渗量可看作是土壤从完全干旱（含水量为看作是土壤从完全干旱（含水量为0 0）到到t t时刻的土时刻的土壤含水量壤含水量WtWt。tntdtfW0WtWtWtWtfcfcf ff ft t3 3、超、超渗产流量计算渗产流量计算 设设计算时段为计算时段为t t，降雨开始时，流域初始土壤含水量，降雨开始时，流

40、域初始土壤含水量为为W W0 0，由，由W W0 0查查f fn nWWt t的的f fn,1n,1，在由计算模式计算超渗产流量和，在由计算模式计算超渗产流量和土壤土壤 蓄增量。蓄增量。1)i1)i1 1ffn,1n,1，则，则r rs,1s,1=0=0，R Rs,1s,1=0=0，W W1 1=i=i t t2)i2)i1 1f fn,1n,1，则，则r rs,1s,1=i=i1 1-f-fn,1n,1，R Rs,1s,1=r=rs,1s,1 t,t,W W1 1=f=fn,1n,1 t t下一时段初始蓄水量为下一时段初始蓄水量为W W1 1=W=W0 0+W W1 1若计算时段若计算时段t

41、 t较大，要提高精度，采用试算法较大，要提高精度，采用试算法过程过程：第一步第一步由由W W0 0查查f fn n-W-Wt t得得f fn n，0 0，假定时段末（下一时段初）的下，假定时段末（下一时段初）的下渗能力为渗能力为f fn n，1 1/，时段平均下渗能力为，时段平均下渗能力为0.5(f0.5(fn n，0 0+f+fn n，1 1/),),由超渗产流计算模式判断并计算由超渗产流计算模式判断并计算R Rs s，1 1、W W1 1第二步第二步用用W W1 1查查f fn n-W-Wt t得得f fn n，1 1，若若f fn n，1 1/-f fn n，1 1绝对值绝对值小于给定精

42、小于给定精度，则试算成功，否则，重新假设。度，则试算成功，否则，重新假设。课堂习题课堂习题 用试算法计算黑矾沟小流域用试算法计算黑矾沟小流域19641964年年8 8月的一场降雨的超渗月的一场降雨的超渗产流量。计算时段产流量。计算时段t=2 min,t=2 min,试算精度试算精度 ，土壤，土壤初始蓄水量初始蓄水量 ，下渗公式参数，下渗公式参数 下渗公式为下渗公式为 。第一步第一步：利用下渗能力与累积下渗量的关系，建立土壤含水：利用下渗能力与累积下渗量的关系，建立土壤含水量公式量公式第二步第二步：建立下渗能力与土壤含水量的关系式：建立下渗能力与土壤含水量的关系式黑矾沟小流域黑矾沟小流域1964

43、1964年年8 8月的一场降雨的超渗产流试算表月的一场降雨的超渗产流试算表第五节第五节 总径流量的划分总径流量的划分（Total Runoff Division）1 1、降雨、降雨-径流关系径流关系降雨过程的降雨量被降雨过程的降雨量被流域下垫面分为流域下垫面分为径流损径流损失失、地下净雨地下净雨和和地面净地面净雨雨 3 3个部分。个部分。坡地水流进入河网后，河坡地水流进入河网后，河槽水量增加，水位升高，形槽水量增加，水位升高，形成河流洪水的涨水阶段。成河流洪水的涨水阶段。随着降雨和坡地径流量的随着降雨和坡地径流量的逐渐减少直至完全停止，河逐渐减少直至完全停止，河槽水量开始减少，形成河流槽水量开

44、始减少，形成河流洪水的退水阶段。洪水的退水阶段。2 2、流量过程的水源组成流量过程的水源组成二水源二水源地面径流和地下径流地面径流和地下径流三水源三水源地面径流、壤中流、地下径流地面径流、壤中流、地下径流3 3、实测径流过程的水源划分实测径流过程的水源划分（二水源划分）（二水源划分）水源划分内容水源划分内容（2 2个方面）个方面）（1 1）实测径流过程的水源）实测径流过程的水源划分划分（2 2）计算总产流量的水源）计算总产流量的水源划分划分直接径流与地下径流分割方法（求出直接径流与地下径流分割方法（求出直接径流量直接径流量R Rs s，实测，实测）步骤：步骤：利用利用观测的洪水资料，点绘洪水观

45、测的洪水资料，点绘洪水过程线；过程线；在洪水过程线在洪水过程线上找到直接径流退水终止点上找到直接径流退水终止点E E；自自洪水起涨点至洪水起涨点至E E点连斜线，斜线以上面积地表的水量为本点连斜线，斜线以上面积地表的水量为本次洪水直接径流量次洪水直接径流量R Rs s，实测，实测Q Q0 0A AE EN N直接径流退水终止点直接径流退水终止点E E点的确定点的确定N=0.8FN=0.8F0.20.2洪峰至洪峰至E E点的时距点的时距流域面积流域面积t t流域平均稳定下渗率流域平均稳定下渗率f fc c的确定的确定(试算法试算法)假定假定一个流域平均稳定下渗率一个流域平均稳定下渗率fc,fc,

46、依据产流方案依据产流方案计算出逐时段净雨量计算出逐时段净雨量R R；计算计算一次洪水的地下径流总量一次洪水的地下径流总量Rg,Rg,计算；计算；tfPEtfPEcgccRtPERfR计算,稳定下渗率稳定下渗率时段有效降雨时段有效降雨时段净雨时段净雨计算计算一次洪水直接径流总量一次洪水直接径流总量Rs,Rs,计算计算，精度判断。如果精度判断。如果实测的实测的Rs,Rs,实测实测，与，与Rs,Rs,计算计算之差小于给定之差小于给定的精度，则认为假定的流域平均稳定下渗率为待求。的精度，则认为假定的流域平均稳定下渗率为待求。5 5、计算、计算总产流量的水源划分总产流量的水源划分 蓄蓄满产流计算所得产流

47、量是逐时段的总净雨量，汇流计满产流计算所得产流量是逐时段的总净雨量，汇流计算时需要划分出不同汇流速度的水源。算时需要划分出不同汇流速度的水源。二水源划分二水源划分 一般一般是把总净雨量划分为直接径流净雨量与地下径流是把总净雨量划分为直接径流净雨量与地下径流净雨量净雨量2 2种水源。已知流域平均稳定下渗率种水源。已知流域平均稳定下渗率fcfc，应用蓄满产，应用蓄满产流模型计算出逐时段净雨量产流量流模型计算出逐时段净雨量产流量R,R,若若PE PE fc,fc,则则gscgRRRPERfR),/(若若PE fc,PE fc,则则三水源划分三水源划分将总产流量划分为地面径流、壤中流、地下径流将总产流

48、量划分为地面径流、壤中流、地下径流3 3种水源，种水源，把包气带抽象把包气带抽象为为一个容量为一个容量为S SM M的自由水蓄水箱，的自由水蓄水箱，水箱有一个边孔，出流系数为水箱有一个边孔，出流系数为K Ksbsb,出流量为出流量为壤中流壤中流R Rsbsb,一个底孔，出流系数为一个底孔，出流系数为KgKg，出流量为，出流量为R Rg g,总产总产流量流量R R进入水箱，补进入水箱，补充水箱自由水蓄水量充水箱自由水蓄水量S S，如果蓄水量，如果蓄水量S S超过水箱容量超过水箱容量,则多余水量成为地面径则多余水量成为地面径流流R Rs s，壤中流和地下径流出流量取决于出流孔的出流系数和水箱蓄水量

49、，壤中流和地下径流出流量取决于出流孔的出流系数和水箱蓄水量S S的大的大小小.1)1)若若S SS SM M，则则R Rs s=S-S=S-SM M，否则否则R Rs s=0=02 2）若）若S S0 0，则，则R Rsbsb=K=Ksbsb S S，R Rg g=KgS=KgS，否则，否则R Rsbsb=0=0，R Rg g=0=0课程小结课程小结（1 1）理解蓄满产流与超渗产流的异同）理解蓄满产流与超渗产流的异同（2 2）蓄满产流计算）蓄满产流计算（3 3）超渗产流计算）超渗产流计算思考题与作业思考题与作业（1 1）完成教材）完成教材p107 p107 蓄满产流计算算例蓄满产流计算算例（2 2）完成教材）完成教材P109 P109 超渗产流计算算例超渗产流计算算例