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文檔簡介

1、陸地地表水陸地表面水的組成陸地表面水的組成水量水量(萬億立米)(萬億立米)占地表水占地表水總量總量合計合計24064.124064.199.21799.217南極南極216002160089.05789.057格陵蘭格陵蘭234023406.6486.648冰島冰島83.583.50.3440.344各洲山地各洲山地40.640.60.1680.168合計合計176.4176.40.7270.727淡水湖淡水湖91910.3750.375咸水湖咸水湖85.485.40.3520.35211.411.40.0470.0472.122.120.0090.00924254.0224254.02100

2、100水水 體體沼沼 澤澤河槽(蓄水)河槽(蓄水)總總 計計冰川冰川與永與永久積久積雪雪湖泊湖泊二、陸地表面水的結構二、陸地表面水的結構 水循環是一動態有序的大系統,不僅水循環是一動態有序的大系統,不僅海水、大氣水、地表水、地下水各亞系統,海水、大氣水、地表水、地下水各亞系統,而且地表水亞系統里的冰川、湖泊、沼澤、而且地表水亞系統里的冰川、湖泊、沼澤、河流等子系統,都是開放系統,相互間存河流等子系統,都是開放系統,相互間存在著頻繁的物質與能量的轉變。在著頻繁的物質與能量的轉變。各個水體其功能各不相同各個水體其功能各不相同河流河流冰川冰川湖泊與沼澤湖泊與沼澤第二節第二節 流域產流流域產流一、一、

3、流域產流理論流域產流理論(一)流域產流理論(一)流域產流理論地面徑流地面徑流壤中流:發生在非均質或層次性土壤中的透水層壤中流:發生在非均質或層次性土壤中的透水層與相對不透水層界面上。當上層水流滲達兩層交與相對不透水層界面上。當上層水流滲達兩層交界面時,因下層土壤導水性能小于上層,出現飽界面時,因下層土壤導水性能小于上層,出現飽和積水,當上層土壤含水量大于田間持水量時,和積水,當上層土壤含水量大于田間持水量時,在下層界面上形成自由水,隨著上層繼續供水,在下層界面上形成自由水,隨著上層繼續供水,飽和水層繼續增厚,從而形成壤中流。飽和水層繼續增厚,從而形成壤中流。 要有供水條件;要有供水條件;要有足

4、夠大的供水強度;要有足夠大的供水強度;對壤中流和地下徑流而言,還需要存在臨時飽和帶,對壤中流和地下徑流而言,還需要存在臨時飽和帶,對飽和地面徑流而言,地表全層需要飽和;對飽和地面徑流而言,地表全層需要飽和;產流需要側向動力(水力坡度、水流歸槽的條件);產流需要側向動力(水力坡度、水流歸槽的條件);所有產流形式都發生在一定的包氣帶界面上,上界所有產流形式都發生在一定的包氣帶界面上,上界面產生地面徑流,中界面產生壤中流和飽和地面徑面產生地面徑流,中界面產生壤中流和飽和地面徑流,下界面產生地下徑流。流,下界面產生地下徑流。(二)流域產流方式(二)流域產流方式 超滲產流超滲產流 發生在地下水埋藏深、包

5、氣帶厚度大、發生在地下水埋藏深、包氣帶厚度大、土壤透水性差、植被也較差的丘陵區或干旱土壤透水性差、植被也較差的丘陵區或干旱地區。地區。 在降雨條件下,入滲鋒面不超過在降雨條件下,入滲鋒面不超過0.5m0.5m,達不到整個包氣帶。達不到整個包氣帶。特點特點 降雨強度大于入滲速率時才開始產流,降雨強度大于入滲速率時才開始產流,徑流量和產流面積并不是隨著降雨的繼續而徑流量和產流面積并不是隨著降雨的繼續而增大,而是有增有減。增大,而是有增有減。蓄滿產流蓄滿產流 主要發生在包氣帶較薄、植被較好、土壤透水性主要發生在包氣帶較薄、植被較好、土壤透水性強、入滲強度大的地區。土壤比較濕潤、接近地強、入滲強度大的

6、地區。土壤比較濕潤、接近地下水面有毛管帶、土壤層缺水量較小,一次降水下水面有毛管帶、土壤層缺水量較小,一次降水入滲鋒面很容易與毛管水建立水力聯系,包氣帶入滲鋒面很容易與毛管水建立水力聯系,包氣帶很容易達到飽和。很容易達到飽和。降水量和土壤前期含水量對徑流起決定性作用。降水量和土壤前期含水量對徑流起決定性作用。包含飽和地面流、壤中流、地下徑流;飽和地面包含飽和地面流、壤中流、地下徑流;飽和地面徑流和壤中流;飽和地面徑流和地下徑流。徑流和壤中流;飽和地面徑流和地下徑流。特點特點v先滿足包氣帶最大蓄水的地方先產流;先滿足包氣帶最大蓄水的地方先產流;v徑流量和產流面積隨著降雨的繼續會增大;徑流量和產流

7、面積隨著降雨的繼續會增大;v同一降水量條件下,前期含水量越大,徑流量同一降水量條件下,前期含水量越大,徑流量越大;越大;v在滿足最大蓄水量以前徑流系數小于在滿足最大蓄水量以前徑流系數小于1 1,滿足以,滿足以后徑流系數等于后徑流系數等于1 1。復合形式復合形式主要發生在包氣帶厚度在主要發生在包氣帶厚度在2 24m4m左右,土左右,土壤透水性能中等,年內及多年降水很不穩壤透水性能中等,年內及多年降水很不穩定,且地下水位變幅較大的地區。定,且地下水位變幅較大的地區。干旱期地下水位較低,以超滲產流為主,干旱期地下水位較低,以超滲產流為主,汛期地下水位上升,以蓄滿產流為主。汛期地下水位上升,以蓄滿產流

8、為主。 我國一些地區的產流方式我國一些地區的產流方式我國淮河以南濕潤地區,以蓄滿產流為我國淮河以南濕潤地區,以蓄滿產流為主,年徑流系數在主,年徑流系數在0.50.5左右;左右;東北部分地區(松花江流域)雖然降雨東北部分地區(松花江流域)雖然降雨量并不多,但因凍土帶的存在,在植被量并不多,但因凍土帶的存在,在植被覆蓋良好的地區,土層薄,表土疏松、覆蓋良好的地區,土層薄,表土疏松、透水性強、降雨相對集中,也以蓄滿產透水性強、降雨相對集中,也以蓄滿產流為主。流為主。西北地區西北地區:干燥、土層厚、地下水位低,以超滲產流:干燥、土層厚、地下水位低,以超滲產流為主,但在高原草地、沼澤地帶、有常年積雪補給

9、的為主,但在高原草地、沼澤地帶、有常年積雪補給的地方,也以蓄滿產流為主。地方,也以蓄滿產流為主。華北、東北的西南部華北、東北的西南部,以超滲產地流為主,但一些植,以超滲產地流為主,但一些植被較差的土石山區,具有一定風化層的地方,會出現被較差的土石山區,具有一定風化層的地方,會出現超滲和壤中流的交替形式。超滲和壤中流的交替形式。在濱海平原在濱海平原,地勢低洼,地下水水位很高,同時年內,地勢低洼,地下水水位很高,同時年內降水分配不均,多出現超滲和蓄滿的交替形式,淮北降水分配不均,多出現超滲和蓄滿的交替形式,淮北地區也會出現超滲和蓄滿的交替形式。地區也會出現超滲和蓄滿的交替形式。 二、流域產流計算方

10、法二、流域產流計算方法 1 1、徑流分割(退水流量過程線)、徑流分割(退水流量過程線) 一次實測的洪水過程線除包括本次降雨一次實測的洪水過程線除包括本次降雨形成的地面徑流、壤中流和地下徑流外,還形成的地面徑流、壤中流和地下徑流外,還包括前次洪水沒有退完的部分水量和非本次包括前次洪水沒有退完的部分水量和非本次降水引起的深層地下徑流。因此需要對徑流降水引起的深層地下徑流。因此需要對徑流過程線進行分割。過程線進行分割。 退水曲線是流域蓄水量消退的過程線,不同退水曲線是流域蓄水量消退的過程線,不同成分的徑流消退過程不一樣,可取若干條流成分的徑流消退過程不一樣,可取若干條流量過程線的退水部分,繪在透明紙

11、上,沿時量過程線的退水部分,繪在透明紙上,沿時間軸左右移動,使退水線的尾部重合,最后間軸左右移動,使退水線的尾部重合,最后畫一條光滑的下包曲線,即為標準的地下水畫一條光滑的下包曲線,即為標準的地下水退水曲線。退水曲線。 洪水起漲時刻的流量由深層地下水和前洪水起漲時刻的流量由深層地下水和前次降水形成的徑流組成,與本次降水無次降水形成的徑流組成,與本次降水無關,應分割掉。關,應分割掉。 流域的深層地下水比較穩定,可以取歷流域的深層地下水比較穩定,可以取歷年最枯流量的平均值或本年汛前最枯流年最枯流量的平均值或本年汛前最枯流量用水平線分割。量用水平線分割。由本次降水引起的徑流過程為由本次降水引起的徑流

12、過程為ABCCDEABCCDE,其,其徑流總量為:徑流總量為: R = 3.6R = 3.6 Q Q t/Ft/F式中:式中:R R徑流深(徑流深(mmmm);); Q Q流量(流量(m m3 3/s/s);); t t計算時段(計算時段(h h);); 3.63.6為單位轉化系數。為單位轉化系數。2 2、前期影響雨量的計算、前期影響雨量的計算 土壤前期含水量是影響徑流的一個重要土壤前期含水量是影響徑流的一個重要因素,降雨時前期含水量越大則產流量越大,因素,降雨時前期含水量越大則產流量越大,土壤含水量的資料相對較少,同時含水量在土壤含水量的資料相對較少,同時含水量在流域空間上的分布差異很大,在

13、水文學中用流域空間上的分布差異很大,在水文學中用前期影響雨量前期影響雨量P Pa a作為土壤含水量的一種指標。作為土壤含水量的一種指標。 (1 1)P Pa a的計算的計算 如前后兩日全晴,前期雨量的計算公如前后兩日全晴,前期雨量的計算公式如:式如: P P a,t+1a,t+1= KP = KP a,t a,t (1 1) 式中:式中: P P a,ta,t為為t t日的前期影響雨量(日的前期影響雨量(mmmm),), P P a,t+1a,t+1為為t+1t+1日的前期影響雨量(日的前期影響雨量(mmmm),),K K為為土壤含水量的日消退系數。土壤含水量的日消退系數。 如在如在t t日有

14、降雨量日有降雨量P Pt t,但沒有產流,則:,但沒有產流,則: P P a,t+1a,t+1= K= K(P P a,ta,t+ P+ Pt t ) (2 2) 如在如在t t日有降雨量日有降雨量P Pt t,產生徑流,產生徑流R Rt t,則:,則: P P a,t+1a,t+1= K= K(P P a,ta,t+ P+ Pt t - R - Rt t ) (3 3) 上式中上式中R Rt t不容易在原始資料中求得,實際計算中不容易在原始資料中求得,實際計算中用前期影響雨量不超過土壤的最大含水量用前期影響雨量不超過土壤的最大含水量I IM M作為土壤作為土壤含水量的上限,一般利用(含水量的

15、上限,一般利用(2 2)式計算逐日前期影響)式計算逐日前期影響雨量,當雨量,當P Pa a I IM M時取時取P Pa a等于等于I IM M , P Pa a應分站計算,全應分站計算,全流域的流域的P Pa a應加權平均。應加權平均。 (2)土壤最大含水量土壤最大含水量I IM M及消退系數及消退系數K K I IM M是指流域十分干旱情況下,降雨產流過程的是指流域十分干旱情況下,降雨產流過程的最大損失量,等于田間持水量和凋萎系數間的差值,最大損失量,等于田間持水量和凋萎系數間的差值,它包括截流、填洼及滲入到土壤中不能成為徑流的它包括截流、填洼及滲入到土壤中不能成為徑流的水量。流域水量。流

16、域I IM M值可以用多次久旱不雨后一次降雨量值可以用多次久旱不雨后一次降雨量較大并且全流域產流的資料進行對比分析得到,先較大并且全流域產流的資料進行對比分析得到,先計算流域平均雨量計算流域平均雨量P P及其所產生的徑流及其所產生的徑流R R,因為久旱,因為久旱所以所以P Pa a =0 =0,所以:,所以: I IM M = P - R - E = P - R - Em m (4 4) 式中:式中: E Em m為雨期蒸發量。為雨期蒸發量。 消退系數消退系數K K用氣象因子確定,流域日蒸發用氣象因子確定,流域日蒸發量是該日氣象條件(氣溫、日照、濕度、風量是該日氣象條件(氣溫、日照、濕度、風等

17、)和土壤蓄水量的函數。等)和土壤蓄水量的函數。 K = 1 - EK = 1 - Em m/ I/ IM M (5 5) 式中流域的日蒸發能力式中流域的日蒸發能力E Em m并沒有實測值,并沒有實測值,可用可用E601E601蒸發器的觀測值,它的值隨著地區蒸發器的觀測值,它的值隨著地區和季節的不同而變化。和季節的不同而變化。 前期影響雨量從何時起算?一般而言計前期影響雨量從何時起算?一般而言計算時間越長,則精度高,但計算工作量算時間越長,則精度高,但計算工作量大,時間短則誤差大,一般去前大,時間短則誤差大,一般去前3030天就天就可以滿足計算精度的要求,如果前期一可以滿足計算精度的要求,如果前

18、期一段時間無雨,則可取段時間無雨,則可取P Pa a =0 =0,一場大雨后,一場大雨后,土壤飽和,可取土壤飽和,可取P Pa a = I = IM M 。 計算實例:計算實例: 某流域某流域I IM M =100mm =100mm, E Em m在在5 5月為月為5mm/d5mm/d,6 6月為月為6.2mm/d6.2mm/d,用表中資料計算前期影響雨量。,用表中資料計算前期影響雨量。 消退系數消退系數K K(5 5)=1-5/100=0.095=1-5/100=0.095, K K(6 6)=1-=1-6.2/100=0.9386.2/100=0.938 5 5月月18-2018-20雨量

19、很大,產生了徑流,土壤飽和,雨量很大,產生了徑流,土壤飽和,所以這三天的所以這三天的P Pa a 不用算,取不用算,取100mm100mm即可,即可, 5 5月月2121日:日: P Pa a =0.95(100+10.1)=104.6100 =0.95(100+10.1)=104.6100,取取P Pa a =100mm =100mm 22 22日:日: P Pa a=0.95(100+1.2)=96.3mm=0.95(100+1.2)=96.3mm 等等等等 6 6月月2-42-4日下一場雨,總雨量為日下一場雨,總雨量為56.2mm56.2mm,土,土壤前期含水量為壤前期含水量為2 2日的

20、日的63.4mm63.4mm,所以:,所以: 6 6月月3 3日:日: P Pa a=0.938(63.4+7.6)=66.5mm=0.938(63.4+7.6)=66.5mm 4 4日:日: P Pa a=0.938(66.5+32.6)=93.0mm=0.938(66.5+32.6)=93.0mm 5 5日:日: P Pa a=0.938(93.0+16.0) =0.938(93.0+16.0) =102.2mm100 =102.2mm100, 取取P Pa a為為100mm100mm 月月 日日 P(mm) Em(mm/d) K Pa 5 18 78.2 5.0 0.950 19 35.

21、6 0.950 20 10.1 0.950 100.0 21 1.2 0.950 100.0 22 0.950 96.3 23 0.950 91.5 24 0.950 87.0 25 0.950 82.6 26 0.950 78.5 27 0.950 74.5 28 0.950 70.7 29 11.3 0.950 67.1 30 0.5 0.950 74.5 31 0.950 71.2 6 1 6.2 0.938 67.6 2 7.6 0.938 63.4 3 32.6 0.938 66.5 4 16.0 0.938 93.0 5 0.938 100.0 3 3、降雨徑流關系圖與蓄滿產流、降

22、雨徑流關系圖與蓄滿產流(1 1)降雨徑流關系圖)降雨徑流關系圖 按照上述方法,計算出流域內多次暴雨的流域按照上述方法,計算出流域內多次暴雨的流域平均雨量平均雨量P P、對應的徑流量、對應的徑流量R R和本次暴雨開始時的流和本次暴雨開始時的流域土壤含水量域土壤含水量P Pa a ,即可以,即可以P Pa a為參數繪制降雨(為參數繪制降雨(P P)流域土壤含水量(流域土壤含水量( P Pa a )徑流量()徑流量(R R)三變量相關)三變量相關圖。在相關圖的繪制過程中,應反復分析、驗證,圖。在相關圖的繪制過程中,應反復分析、驗證, 使相關圖能夠比較準確地反映本流域的實使相關圖能夠比較準確地反映本流

23、域的實際情況。相關圖繪制好以后,可以作為本流域際情況。相關圖繪制好以后,可以作為本流域徑流計算的基本依據。在濕潤地區,降雨土徑流計算的基本依據。在濕潤地區,降雨土壤含水量徑流相關圖的上段表現為一組平行壤含水量徑流相關圖的上段表現為一組平行的等距離直線,這一特點有利于降雨、徑流關的等距離直線,這一特點有利于降雨、徑流關系的延長。系的延長。應用降雨徑流相關圖不但可以推求一次降應用降雨徑流相關圖不但可以推求一次降雨的總徑流量,也可以進行不同時段的徑流量雨的總徑流量,也可以進行不同時段的徑流量計算。計算。20 40 60 80 100 120 140 160 180 20020016012080400

24、45R(mm)P(mm)Pa(mm)100806040200降雨徑流相關圖降雨徑流相關圖 降雨徑流相關圖適用于蓄滿產流降雨徑流降雨徑流相關圖適用于蓄滿產流降雨徑流的計算,因其是蓄滿產流,所以可以表示為:的計算,因其是蓄滿產流,所以可以表示為: R = P - R = P - (I IM M - P - Pa a) (6 6) 上式說明當降雨滿足土層蓄水后全部降水上式說明當降雨滿足土層蓄水后全部降水都變為徑流,所以在降雨徑流相關圖的上段是都變為徑流,所以在降雨徑流相關圖的上段是4545的直線。上式同時表明在蓄滿產流過程中,的直線。上式同時表明在蓄滿產流過程中,徑流量與降雨強度沒有關系,它僅影響徑

25、流的徑流量與降雨強度沒有關系,它僅影響徑流的時間分布。時間分布。(2 2)總徑流量的劃分)總徑流量的劃分 在知道徑流總量的情況下,還需要對地面徑在知道徑流總量的情況下,還需要對地面徑流和地下徑流進行劃分,其中的關鍵是對穩定入流和地下徑流進行劃分,其中的關鍵是對穩定入滲速率的計算和確定。滲速率的計算和確定。計算實例:計算實例: 設有流域降雨量如表所示,根據洪水過程線設有流域降雨量如表所示,根據洪水過程線求得徑流總量求得徑流總量R=75.6mmR=75.6mm,地面徑流,地面徑流Rs =47.2mmRs =47.2mm,地下徑流地下徑流Rg=28.4mmRg=28.4mm,試算流域穩定入滲率,試算

26、流域穩定入滲率fcfc。A A 由雨量資料求各時段流域平均雨量由雨量資料求各時段流域平均雨量 B B 推求凈雨過程及凈雨歷時推求凈雨過程及凈雨歷時 C C 用試算法求用試算法求fcfc: fc = fc = (Rg-PRg-P下下)/ /(tc - ttc - t下下) 式中:式中:P P下下為凈雨強度小于為凈雨強度小于fcfc的雨量,的雨量,t t下下為對為對應的時間,應的時間,tctc為凈雨歷時。為凈雨歷時。 第一次試算:第一次試算: Rg = 28.4mmRg = 28.4mm,tc=25.3htc=25.3h, 則則fc =28.4/25.3 = 1.12mm/hfc =28.4/25

27、.3 = 1.12mm/h 檢查凈雨強度,發現檢查凈雨強度,發現1616日日2-82-8時和時和8-148-14時的時的凈雨強度小于或與凈雨強度小于或與fcfc相近,按照上式扣除這兩相近,按照上式扣除這兩段的凈雨歷時和雨量,重新計算段的凈雨歷時和雨量,重新計算: : fc = (28.4-2.8-7.5)/(25.3-6-6)=1.36mm/h fc = (28.4-2.8-7.5)/(25.3-6-6)=1.36mm/h時時 間間 時段雨量時段雨量 凈雨深凈雨深 凈雨歷時凈雨歷時 凈雨強度凈雨強度 穩滲率穩滲率 地下徑流量地下徑流量 地面徑流量地面徑流量 P h tc r fc Rg Rs日

28、、時日、時 (mm) (mm) (h) (mm/h) (mm/h) (mm) (mm)15 2 2.4 8 5.8 14 20.1 4.3 1.3 3.3 1.36 1.7 2.6 20 35.1 35.1 6.0 5.9 1.36 8.2 26.916 2 25.9 25.9 6.0 4.3 1.36 8.2 17.7 8 2.8 2.8 6.0 0.5 2.8 0 14 7.5 7.5 6.0 1.3 7.5 0合合 計計 99.6 75.6 25.3 28.4 47.2 4 4、徑流系數法、徑流系數法 用徑流系數估計徑流量時,只需把降雨量和徑用徑流系數估計徑流量時,只需把降雨量和徑流系數

29、相乘即得到徑流量,徑流系數可以從徑流系數相乘即得到徑流量,徑流系數可以從徑流系數等值線圖中查找。流系數等值線圖中查找。 該方法僅可以進行徑流量的粗略估計,精度較該方法僅可以進行徑流量的粗略估計,精度較差。差。5 5、下滲曲線與超滲產流、下滲曲線與超滲產流 在超滲產流區不能應用降雨徑流相關圖進行徑在超滲產流區不能應用降雨徑流相關圖進行徑流量的計算,因為在超滲產流區降雨強度對徑流的流量的計算,因為在超滲產流區降雨強度對徑流的影響很大,而在降雨徑流相關圖中沒有降雨強度這影響很大,而在降雨徑流相關圖中沒有降雨強度這一參數,因此在計算超滲產流時多采用下滲容量曲一參數,因此在計算超滲產流時多采用下滲容量曲

30、線法。線法。 下滲容量曲線:是指在充分供水條件下流域下下滲容量曲線:是指在充分供水條件下流域下滲能力的過程曲線。將降雨強度減去下滲率就得到滲能力的過程曲線。將降雨強度減去下滲率就得到凈雨過程,這樣求得的凈雨只包括凈雨過程,這樣求得的凈雨只包括地面徑流地面徑流,而不,而不包括地下徑流。包括地下徑流。 流域上每次降雨的實際下滲曲線并不相同,造成流域上每次降雨的實際下滲曲線并不相同,造成這種差異的原因:這種差異的原因: 土壤含水量土壤含水量 降雨強度降雨強度 不同前期含水量條件的下滲曲線,可以近似由前不同前期含水量條件的下滲曲線,可以近似由前期含水量等于期含水量等于0 0時的下滲曲線求得。如要求得前

31、時的下滲曲線求得。如要求得前期含水量為期含水量為2020的下滲曲線,可在圖中做垂線,使的下滲曲線,可在圖中做垂線,使圖中陰影部分面積等于圖中陰影部分面積等于2020,垂線右側的曲線即為,垂線右側的曲線即為土壤含水量為土壤含水量為2020時的下滲曲線。時的下滲曲線。 用下滲曲線求凈雨時,必須注意如降雨強度小用下滲曲線求凈雨時,必須注意如降雨強度小于下滲速率,實際下滲率則為實際降雨強度,于下滲速率,實際下滲率則為實際降雨強度,但此時需將這段時間的降水也加在土壤前期含但此時需將這段時間的降水也加在土壤前期含水量里面去,重新選擇下滲曲線,進行徑流量水量里面去,重新選擇下滲曲線,進行徑流量的計算。的計算

32、。 當自然條件不變時,流域下滲曲線基本保持不當自然條件不變時,流域下滲曲線基本保持不變,該曲線可以通過野外入滲實驗獲得。該方變,該曲線可以通過野外入滲實驗獲得。該方法用于超滲產流的計算,概念清楚,但需要較法用于超滲產流的計算,概念清楚,但需要較為準確的入滲資料,但這些資料有時比較缺,為準確的入滲資料,但這些資料有時比較缺,所以限制了該方法的應用。所以限制了該方法的應用。初損后滲法:初損后滲法: 初損后滲法將實際下滲過程簡化為初損和后初損后滲法將實際下滲過程簡化為初損和后滲兩個過程。初損水量和后滲水量之和即為該次滲兩個過程。初損水量和后滲水量之和即為該次降雨過程的總損失量。初損水量是大量產流以前

33、降雨過程的總損失量。初損水量是大量產流以前的總損失量,除植物截留、地表填洼外,全為入的總損失量,除植物截留、地表填洼外,全為入滲水量,以流域平均水深表示。后滲是流域產流滲水量,以流域平均水深表示。后滲是流域產流以后的下滲水量,以平均下滲率表示,一次降雨以后的下滲水量,以平均下滲率表示,一次降雨所形成的徑流深所形成的徑流深R R可以表示為:可以表示為: R = P - IR = P - I0 0 -ft -ftR R -P -P0 0 式中:式中:P P為次降雨量(為次降雨量(mmmm),), I I0 0為初損量為初損量(mmmm),),f f為平均后滲率(為平均后滲率(mm/hmm/h),)

34、,t tR R為后滲歷時為后滲歷時(h h),), P P0 0為后期不產流的雨量(為后期不產流的雨量(mmmm)。)。A A 初損雨量的確定初損雨量的確定 各次降雨的初損可根據實測洪水過程線和雨量累積曲各次降雨的初損可根據實測洪水過程線和雨量累積曲線定出。小流域匯流時間短,出口斷面的流量起漲點線定出。小流域匯流時間短,出口斷面的流量起漲點大體可作為產流開始時間,因而起漲點以前的累積降大體可作為產流開始時間,因而起漲點以前的累積降雨即為初損雨量。雨即為初損雨量。 對較大流域,要考慮到流域內各雨量點至出口斷面匯對較大流域,要考慮到流域內各雨量點至出口斷面匯流時間不相等,可分站按不同匯流時間,定出

35、流量起流時間不相等,可分站按不同匯流時間,定出流量起漲以前的時刻,并取該時刻以前的累積雨量的平均值漲以前的時刻,并取該時刻以前的累積雨量的平均值作為流域的初損雨量。作為流域的初損雨量。 可用歷史資料,把初損雨量與相應的前期含水量、降可用歷史資料,把初損雨量與相應的前期含水量、降雨強度及月份(考慮土地利用的季節變化)制成相關雨強度及月份(考慮土地利用的季節變化)制成相關圖,進行徑流計算和預報。圖,進行徑流計算和預報。B B 平均后滲率的計算平均后滲率的計算 初損雨量得到以后可用下式計算后滲率:初損雨量得到以后可用下式計算后滲率: f = f = (P - R - IP - R - I0 0 -

36、P - P0 0)/t/t = = (P- R IP- R I0 0 P P0 0)/ /(t tt t0 0 tt) t t為降雨歷時,為降雨歷時,t t0 0為初損歷時,為初損歷時,tt為降雨為降雨后期不產流的降雨歷時。后期不產流的降雨歷時。 可用多次降雨徑流資料求得流域平均后滲率,可用多次降雨徑流資料求得流域平均后滲率,取其平均值用于徑流預報。取其平均值用于徑流預報。6 6、SCSSCS曲線數法曲線數法 19721972年美國土壤保持局建立了年美國土壤保持局建立了SCSSCS曲線數法。對曲線數法。對任意一場降雨而言,地面徑流量總是不超過降雨量,任意一場降雨而言,地面徑流量總是不超過降雨量

37、,同樣徑流產生以后的流域滯留量不會超過流域最大滯同樣徑流產生以后的流域滯留量不會超過流域最大滯留量,總有部分降水不能形成徑流,那么潛在的徑流留量,總有部分降水不能形成徑流,那么潛在的徑流總量則是降雨量和初損雨量之差。總量則是降雨量和初損雨量之差。 SCSSCS曲線數法假定地面徑流量與潛在徑流量之比曲線數法假定地面徑流量與潛在徑流量之比和流域實際滯留量和最大滯留量之比相等和流域實際滯留量和最大滯留量之比相等,即: F Fa a/S = R/S = Rs s/ /(P - IP - Ia a) (9 9) 式中:式中: F Fa a流域實際滯留水量,流域實際滯留水量,S S為流域最大滯留量,為流域

38、最大滯留量,R Rs s為地面徑流量,為地面徑流量,P P為降雨量,為降雨量, I Ia a為初損雨量。為初損雨量。根據水量平衡原理有:根據水量平衡原理有: P = RP = Rs s + I + Ia a + F + Fa a (1010) 將(將(9 9)式和()式和(1010)聯立得:)聯立得: R Rs s = = (P - IP - Ia a )2 2/ /(P - IP - Ia a+S+S) (1111) (1111)式是)式是SCSSCS曲線數法計算徑流的基本方程。曲線數法計算徑流的基本方程。 經大量小流域研究結果表明,初損雨量和流域最大經大量小流域研究結果表明,初損雨量和流域

39、最大滯留量之間存在著良好的關系,其關系比較穩定:滯留量之間存在著良好的關系,其關系比較穩定: I Ia a = 0.2S (12) = 0.2S (12) 將將(12)(12)式帶入式帶入(11)(11)式得:式得: R Rs s = = (P - 0.2S P - 0.2S )2 2/ /(P +0.8SP +0.8S) (1313) 對大量小流域資料分析后發現,如將降雨量與對大量小流域資料分析后發現,如將降雨量與地面徑流量間的關系用圖來表示的話,可得一簇曲地面徑流量間的關系用圖來表示的話,可得一簇曲線,為了標準化,線,為了標準化,SCSSCS定義了一個介于定義了一個介于0 0100100之

40、間之間無量綱的參數曲線數(無量綱的參數曲線數(CNCN),每個),每個CNCN都有其對都有其對應的曲線。水面的應的曲線。水面的CNCN值為值為100100,天然地面的,天然地面的CNCN值小值小于于100100。當土壤前期含水量比較適宜時(。當土壤前期含水量比較適宜時(AMC IIAMC II),),CNCN與流域最大滯留量間存在如下關系:與流域最大滯留量間存在如下關系: S = 25400/CN - 254 S = 25400/CN - 254 (1414) 當前期含水量較干(當前期含水量較干(AMC IAMC I)或者較濕時()或者較濕時(AMC AMC IIIIII)的)的CNCN可根據

41、可根據AMC IIAMC II時的時的CNCN值計算。值計算。 CNCN(I I) = 4.2CN(II)/10-0.058CN(II) (15)= 4.2CN(II)/10-0.058CN(II) (15) CN(III) =23CN(II)/10+0.13CN(II) (16) CN(III) =23CN(II)/10+0.13CN(II) (16)累積降雨量累積降雨量(mm)累積地面徑流累積地面徑流(mm)1009080706050403020SCS曲線數法對土壤前期含水量的劃分曲線數法對土壤前期含水量的劃分(Antecedent moisture classes) 前前5天總降水量(天

42、總降水量(mm) AMC劃分劃分 休閑季節休閑季節 生長季節生長季節 I 12.7 27.9 53.3 土壤類型的劃分土壤類型的劃分(Hydrologic Soil Group)Group A:Deep sand,deep loess, aggregated siltsGroup B:Shallow loess,sandy loamGroup C:Clay loam,shallow sandy loam,soils low in organic content,and soils usually high in clayGroup D:Soils that swell significantly when wet,heavy plastic clays,and certain saline soilsRunoff curve numbers for selected agricultural,suburban,and urban land uses(antecedent moisture condition II) Land use Soil group A B C DCultivated land:without conservatio

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