(A)
(B)
图 3-28 单位线时段转换示意图
4 、单位线存在的问题及处理方法
单位线的两个假定不完全符合实际,一个流域上各次洪水分析的单位线常常有些不同,有时差别还比较大。在洪水预报或推求设计洪水 时,必须分析单位线存在差别的原因并采取妥善的处理办法。
(1)、净雨强度对单位线的影响及处理方法
在其他条件相同的情况下,净雨强度越大,流域汇流速度越快,由此洪水分析出来的单位线的洪峰比较高, 峰现时间也提前;反之,由净雨强度小的中小洪水分析单位线,洪峰低, 峰现时间也要滞后。针对这一问题,目前的处理方法是:分析出不同净雨强度的单位线,并研究单位线与净雨强度的关系。进行预报或推求设计洪水时,可根据具体的净雨强度选用相应的单位线。 (2)、净雨地区分布不均匀的影响及处理方法
同一流域,净雨在流域上的平均强度相同,但当暴雨中心靠近下游时,汇流途径短,河网对洪水的调蓄作用减少,从而使单位线的峰偏高,出现时间提前;相反,暴雨中心在上游时,大多数的雨水要经过各级河道的调蓄才流到出口,这样使单位线的峰较低,出现时间推迟,如图3-29 所示。针对这种情况, 应当分析出不同暴雨中心位置的单位线,以便洪水预报和推求设计洪水时,根据暴雨中心的位置选用相应的单位线。
图 3-29 长江三峡区间单位线按暴雨中心分类图
当一个流域的净雨强度和暴雨中心位置对单位线都有明显影响时,则要对每一暴雨中心位置分析出不同净雨强度的单位线,以便将来使用时能同时考虑这两方面的影响。 5 、单位线的应用 {动手算一算 }
如已知时段净雨量和单位线,即可求得流域出口断面的流量过程。具体步骤是先将时段净雨量乘单位线纵标所得的部分流量过程叠加,再加上前期洪水退水及基流,就得出口断面的总流量过程。
某流域一场降雨产生三个时段净雨,且已知流域Dt=6h 的单位线,见表3-6。试推求流域出口断面流量过程。
表 3-6 单位线推流计算表(F=3391km)
地面净单位线 雨 h q(t) 32
部分地面径流 (h/10)q(t) 地面径地下径流 流 时间 日时 出口断面流量过程 Q(m/s) 20 111 422 875 3(mm) (m/s) 0 44 182 333 Qs(t) Qg(t) h1=19.7 h2=9.0 h3=7.0 (m3/s) (m3/s) 0 87 358 656 0 40 164 0 31 0 87 398 851 20 24 24 24 23.08 23.14 19.7 23.20 9.0 24.02 7.0 24.08 24.14 24.20 25.02 25.08 25.14 25.20 26.02 26.08 26.14 26.20 27.02 27.08 27.14 281 226 156 121 83 60 40 23 11 6 4 0 554 445 307 238 164 118 79 45 22 12 8 0 300 253 203 140 109 75 54 36 21 10 5 4 0 127 233 197 158 109 85 58 42 28 16 8 4 3 0 981 931 707 536 382 278 191 123 71 38 21 8 3 0 30 30 30 26 26 26 26 24 24 24 22 22 20 20 1011 961 737 562 408 304 217 147 95 62 43 30 23 20 三、降雨径流关系 对蓄满产流方式,根据流域蓄水容量曲线,可求出降雨~径流关系曲线。 两种特殊情况W0=0和W0=WM 下的降雨~径流关系曲线分析如图 3-16 所示: 图 3-16 W0=0 和 W 0 = WM时降雨~径流关系示意图 (1)W0=0
如果降雨开始时流域蓄水量W0=0,若第1时段降雨量P1扣除雨期蒸发量E1后的值为PE1,就可确定第1时段末的产流面积为a1,图中浅绿色填充部分面积为该降雨产生的径流量R1,竖线阴影部分面积为补充土壤缺水部分ΔW1,即一个PE1对应一个R1。依此类推,不同的降雨量PEi,都有其相应的产流量Ri,于是得到W0=0的PE~R关系曲线。 (2)W0=WM
如果降雨开始时流域蓄水量W0=WM(即全流域蓄满),则降雨扣除蒸发后全部成为径流,意味着PE~R关系曲线为过坐标原点的45直线。
一般情况下W0=W(0 o 图 3-17 W0=W时降雨~径流关系示意图 当流域起始蓄水量W0=W,则蓄水量的分布为图中浅黄色填充部分,ab线对应的纵坐标为A,ab线以上蓄水容量曲线以下包围的面积为缺水量。降雨PE产生的径流量R为图中浅绿色填充的面积,竖线阴影部分面积为补充土壤缺水部分ΔW。一个PE对应一个R。依此类推,不同的降雨量PEi,都有其相应的产流量Ri,于是得到W0=W的PE~R关系曲线。 四、地下径流汇流 1、计算方法及原理 下渗的雨水有一部分渗透到地下潜水面,然后沿水力坡度最大的方向流入河网,最后汇至流域出口断面形成地下径流过程。许多资料分析表明,地下水的贮水结构可视为一个线性水库,即地下水库的蓄量与其出流量的关系为线性函数。下渗的净雨量为其入流量,经地下水库调节后的出流量就是流域出口断面的地下径流出流量。因此,联立求解地下水库蓄泄方程与地下水库的水量平衡方程,就可求出地下径流的汇流过程。即: 实际计算时,可将上式写成有限差形式,即: 式中:Ig1、Ig2——时段初、末地下径流的入流量,m/s; 3 Qg1、Qg2——时段初、末地下径流的出流量,m3/s; Δt——计算时段,h。 RG—时段内净雨量,mm ;F—流域面积,km 2。 地下水的蓄水系数Kg可根据实测退水资料求得(见第本章第一节),则通过逐时段计算可求出地下径流的出流过程。 对蓄满产流的情况,应分别推求出地面径流过程和地下径流过程,二者同时刻叠加即为流域出口断面的流量过程。 2、算例 {动手算一算 } 湿润地区某流域,流域面积F=5290 km,由多次退水过程分析得Kg =228h。1985年4月该流域发生一场洪水,起涨流量 50m/s ,计算时段Δt=6h。通过产流计算求得该次暴雨产生的地下净雨过程Rg如表3-7。试计算该次洪水地下径流的出流过程。 32解题步骤: (1)将F=5290km,Kg =228h ,Δt=6h 代入式(3-38),得该流域地下径流的演算式为: (2) 取第一时段起始流量 50m/s ,逐时段连续演算。 表 3-7 某流域一次雨洪的地下径流过程计算 时间 月日时 4.16.14 4.16.20 4.17.02 4.17.08 4.17.14 4.17.20 4.18.02 ? 地下净雨 6.366 0.974 Q Qg2 (m/s) 50 70 120 169 185 180 175 ? 2 2 3RG(mm ) 3.3 8.1 8.1 3.2 RG(m3/s) g1(m3/s) 21 52 52 20 49 68 117 165 180 175 ? 小结 本章阐述了实测降雨、径流要素的分析计算方法;介绍了流域产流、汇流的物理过程及产汇流理论的基本概念;着重阐述了由降雨推求径流量(即产流计算)和由径流量推求流域出口断面流量过程(即汇流计算)的定量计算方法。是后面学习由暴雨资料推求设计洪水,降雨径流预报,流域水文模型等内容的基础。