第9章 径流
一过水断面的水量。
Q=A×V
(m3/s)
式中,A:过水断面的面积(m2) V:过水断面的平均流速(m/s)
流量过程线(Hydrograph):用来表示流域 出口断面的径流随时间变化过程。 瞬时流量,Q:指某时刻
的流量, 如右图中的Q1,洪 峰流量Qm等。
Q(m3/s)
Qm
Q1 Q(t) W t1 T t2 t(s)
平均流量 (Average flow):
指定时段内的平均流量,如 日平均流量、月平均流量、 年平均流量、多年平均流量 等。
W Q = T
(2) 径流量,W (Runoff Volume):指一定的时段
内T(=t2- t1)通过的某一河流断面的总水量,(单 位:m3) W
式中,
=
∫t 1
t2
Q ( t )dt = QT
简化了径流形成过程.一般用图
来表示河川径流的形成过程。
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2、河川径流形成过程
产流过程
坡面汇流
汇流过程 河网汇流
径流形成过程中的从降雨扣除各项损失称为产流阶段;坡面汇流及
河网汇流称为汇流阶段。
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(1)产流过程
净雨:降雨扣除损失后的雨量 产流过程:降雨扣除损失成为净雨 的过程,净雨量也称产流量 产流是流域上各种径流成分的生成
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二、 河流水情及流量过程
河流水情:河流的水文情势,主要指河川径流的分布与变 化,洪水与枯水的特征等; 水情要素:用以表达河流水文情势变化的主要尺度,包括 水位、流速、流量等; 充分掌握水情要素资料是研究分析河流水文的重要基础。
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4.2.2 径流的度量(Measurement of runoff) (1) 流量,Q (Discharge):单位时间内通过某
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(2)汇流过程 净雨沿坡面从地面和地下汇入河网,然后再沿着河网汇集到流域出口断
面的整个过程;前者称为坡地汇流;后者称为河网汇流。
A、坡地汇流 坡地汇流分为三种情况: 坡面漫流: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。由无数股彼此时分时合的细小水流所组成,通常没有明显
的固定沟槽,雨强很大时可形成片流,流程较短,一般不超过数百
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下渗的雨水,滞留在土壤中,这些水量除
被土壤蒸发和植物吸收散发而损耗掉的以外
,余下的补充了土壤含水量,当土壤包气带 的水量超过田间持水量时,在一定条件下, 部分水分沿坡地土层侧向流动,形成壤中径 流.下渗水流达到地下水面的部分,以地下水 的形式沿坡地土层汇入河槽形成地下径流。 可见,产流过程与滞蓄和下渗有着密切的关 系。 把扣除损失之后形成径流的那部分雨水称 为净雨。形成地面径流 那部分雨水称为地面 净雨,形成地下径流的那部分雨水称为地下
Q(t):流量过程线 t 时刻
的瞬时流量; T = t2- t1:计算时段;
Байду номын сангаас
Qm Q1
Q(m3/s) Q(t) W t1 t(s)
Q:计算时段内的平均流量。
T
t2
二、 ★径流量计算
1、径流过程线分析
地面径流
实测流量过程示意图
表层流径流
本次洪
(壤中流)
一次洪水 流量过程 地下径流
水形成
前期洪水未退完的部分水量
发 ,回归到大气之中。
落到地面的雨水,除下渗外,有一部分填 充低洼地带或塘堰 ,称为填洼。这一些水量
,有的下渗,有的以蒸发形式被消耗。
当降雨强度小于下渗强度时,降落在地面 的雨水将全部渗入土壤;当降雨强度大于下 渗能力时,雨水除按下渗能力入渗外,超出 下渗能力的部分便形成地面径流 ,通常称它 为超渗雨。
割除
非本次降雨补给的深层地下径流
★★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。
Q(m3/s)
B
本次降雨形成的径流过程 (ABCDFA)
H C
前期 洪水 未退 完的 部分
I
A E D
F
G
深层地下径流(基流)
t(h)
★基流的分割:取历年最枯流量的平均值或本年汛前最 枯流量用水平线分割(ED线)。
2、径流过程分析
退水曲线是流域蓄水消退曲线
★ (1)对同一流域的各次洪水,将若干条流量过程线的
退水部分绘于透明纸上,然后沿时间轴左右移动,使退水线 尾部重合,其下包线可作为标准的地下水退水曲线。
地面径流 本次洪水 径流过程 地下径流 表层流径流
直接 径流
斜线分割法:从起涨点A到地面径流 终止点B绘制直线AB ,AB线以上为 地面径流,以下为地下径流。
N = 0.84F
N 起涨点 地表径流 B A 地下径流
0.2
地表径流停止点
图2-4 地下径流分割示意图
★直接径流终止点B点的确定方法: (1)将绘在透明纸上的 标准退水曲线 蒙在要分 割的洪水过程线的 退水段 上(注意比例尺的一致) ,使横轴重合,然后左右移动,当透明纸上的标准退 水曲线与洪水退水段的 尾部吻合 后,则两线前方的 分叉点 B 就是 地面径流终止点 。
前期 洪水 未退 完的 部分
C A E G
I
D F
深层地下径流(基 流)
t(h)
C′D′D的面积与AEF大约相等, ABCDFA≈ABCC′D′FEA
Q(m3/s)
B
本次降雨形成的径流过程
H
前期 洪水 未退 完的 部分
C
I
A E
C’ D
F
G
D’
深层地下径流(基流) t(h)
4. 水源的划分——斜线分割法 上面从洪水过程中割除了基流和前期洪水的退水部分, 得到本次洪水的径流过程。 地表径流和地下径流汇流特性不同,一般还要分割开地面径流 和地下径流。
净雨。
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净雨通过坡面,最后汇集到河道里,这部 分水流就是河川径流。到河流出口形成的 流量过程,称为径流过程。 显然在水量上比较,净雨量=径流量 不同:净雨是径流的来源,径流是净雨汇 集到结果。 净雨在降雨结束后就结束了,径流过程还 需要延续很长时间。 通常把降雨经过植物截留、填洼、下渗等 损耗后,形成净雨的过程,为产流过程。 净雨量也称产流量
雨径流过程,由于坡面漫流、壤中流 和地下径流汇集到出口断面所需时间 不同,因而洪水过程线的退水段上, 各类径流终止时间不同;直接降落在 河槽水面上的雨水所形成的径流最先 终止,然后依次是地表径流、壤中流、 浅层地下径流,最后是深层地下径流。
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根据图还可以看出降落在流域上的 降雨过程与经过流域下垫面的作用后 形成的流量过程之间具有明显的差异, 具体表现在: ①次降水量大于相应的次洪径流深。 降落在流域上的雨水必然有部分消耗 于植物截留、填洼、下渗以及蒸散发 等损失,使得最后流出流域出口的水 量小于降落在流域内的水量。 ②两条过程线的形状不同。降水过程 变化剧烈而不规则,流量过程则相对 较平缓光滑。降落在流域内的雨水受 流域下垫面的调蓄,类似于一个没有 闸门的水库,使得出流过程较人流过 18 2016/6/16 程平缓。
B、河网汇流
进入河网的水流,从上游向下游,从支流向干流汇集,最后全部先
后流经流域出口断面,这个汇流过程称为河网汇流。
流域出口
河网汇流
坡面汇流
流域汇流过程
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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
坡面流 Overland flow
土壤蓄水 Soil moisture storage
壤中流 Interflow
河河 网网 蓄蓄 水水
地下水蓄水 Groundwater storage
地下水流 Groundwater flow
深层地下水 Deep groundwater
流域出流
一、径流形成的过程 (一)几个基本概念 径流:由降水所形成的,在重力的作用下沿着一定的方向和路径流 动的水流。 地表径流:沿着地面流动 的水流 壤中流:在土壤中流动的 水流 地下径流:在饱和土层及 岩石孔隙流动的水流 河川径流: 汇集到河流 后,在重力作用下沿河床流 动的水流 径流形成过程: 流域内 自降雨开始到水流汇集到流 4 域出口断面的整个过程。 2016/6/16
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。河槽调蓄是对净雨在时程上进行的第 二次再分配。
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经历了流域产流、汇流在时间上的 两次再分配作用后,河川径流过程与
降雨过程就大不相同了。图为一次降
③流量过程的起始时刻、洪峰、重 心等出现的时间均滞后于降水过程。 ④流量过程的总历时要比降水历时 长很多。 以上四方面的差异,各个流域均存 在。只是随着流域面积的大小、流域
下垫面条件以及流域所处的气候条件
和降水特征等的不同,这种差异的程 度有所不同,要依据流域的具体情况 进行分析。
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过程,也就是流域下垫面(地面及包
气带 )对降雨的再分配过程。不同的 下垫条件具有不同的产流机制,不同
的产流机制又影响着整个产流过程的
发展,呈现不同的径流特征。 流域下垫面分三类:一是与河网连 通的水面;二是不透水地面;三是透 水地面
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降雨开始时,有些雨水被植物茎叶所截留 ,称为植物截留。植物截留的水量消耗于蒸