产流量计算在线视频

各位同学大家好

欢迎来到桂林理工大学MOOC课程《水文学》

我是水文与水资源工程专业徐勤学

我们这节课主要简单介绍一下产流量的计算

产流量的计算主要包括两个内容

第一个是蓄满产流量的计算

第二个超渗产流量的计算

那么这个就是跟我们上一节课讲的

两种地表产流的机制相结合

那么我们先来看一下蓄满产流的计算

第一个 蓄满产流的具体概念产流机制上节课讲过了

不再仔细重复

它主要的假设是在任一地点

土壤含水量达蓄满(即达田间持水量)之前

所有的降雨量全部补充土壤含水量

不产流

当土壤蓄满以后

降雨全部产生径流

那么在什么地方容易发生蓄满产流呢

这就是在上一节课请大家思考的问题

在那些地方容易发生蓄满产流

或者是饱和地表径流

我们可以看下面这个图

主要是在地下水埋深比较浅的

比如沿海或者说河边 湖边这种地方

容易发生蓄满产流

也是在降雨量比较大的地区

容易发生蓄满产流

因为它必须满足土壤含水量

如果在北方降雨量比较小的话

它是不能够满足土壤含水量的

我们下来看一下蓄满产流的计算

具体的计算方法

在后面的水文预报课程中会有详细的介绍

我们这里水文学里面

只是简单介绍一些基本的流程

那么它有几个概念

第一个就是初始土湿分布与计算

因为我们知道我们现在算的这个产流量

它不光是一个点的产流量

它算的是一个流域是一个面的

那么在一个面的产流量它受很多因素的影响

它的初始土壤含水量就不一致

它的初始土壤含水量分布不一致

它会有一个什么样的分布特征呢

通过研究发现它是服从一个指数的分布特性

那么它的分布规律是符合指数方程

那么我们可以看下面这个图

初始土壤含水量最大的点土壤含水量是WMM

下面是每个点的实际含水量

这个初始土湿分布曲线很重要

为什么很重要

是因为我们讲了它的产流机制说明

只有当它的土壤含水量达到最大含水量的时候

它才能够进行产流

我们再来看一下它的具体计算过程

我们看一下这个图

这个图里面我们可以看到分为几个部分

一个是α0

一个是1- α0

α0是什么概念

占总面积为α0的面积上面

它开始产流

为什么开始产流

是因为在α0这里面

它的含水量达到了田间持水量

那么在1-α0这一部分是不产流

不产流这一部分我们看到降雨量是变成dW

所谓dw就是增加了土壤的含水量

然后在α0这一部分的话是dR

就是饱和地表径流的一部分

这就是蓄满产流图

在我们水文学只是简单介绍

对这个图有点印象

知道它在饱和的面积上面开始产流

降雨转换为径流

在1-α0这个地方上面

它的降雨全部转化为含水量

具体的计算公式有两个

我们看一下

第一个它的条件是A+PE≤WMM

在我们前面讲过WMM就是最大田间持水量

那么A就是实际的含水量

那么PE是什么呢

PE就是掉除蒸发后的有效的降雨量

A+PE≤WMM 就是说

这个值有部分地区开始产流

那么这是它部分地区产流的计算公式

这个比较复杂我们在以后的课程里面还要学到

我们只是简单了解一下

第二个我们要讲的就是当全流域开始产流的时候

它的径流量是怎么计算的

那么这个时候就比较简单

PE-(WM-W)就是饱和地表径流量

这是我们的计算公式

那么这个计算公式不详细的进行讲解

蓄满产流计算的流程

通过一个简单的例子来看一看

计算的过程

我们可以看到这里面有一个表

这个表主要是给出了几个参数

在一般的时候我们会知道这几个参数

包括EP还有K

那么这个在前面都学过了

蒸发能力还有KC蒸发折算系数

那么还有几个参数初始含水量

还有WM就是最大的持水量是多少

那么知道这几个参数以后

我们怎么能计算出来

这里简单讲一下这个流程

第一个就是要把PE算出来

因为我们刚刚讲过公式分为两个部分

一个是A+PE

一个是A+PE>WMM

那么这个PE先算出来

第一步算出PE

算PE的时候要先算出蒸发能力

就是蒸发的量EP

再算出实际的蒸发量EU

最后算出PE

再根据PE的公式

上一个PPT里面这两个公式

这两个公式来计算我们的蓄满产流量

具体的计算过程会在水文预报课程里面有详细计算

我们这里边主要是了解

它的原理 基本的公式和基本的过程

这是我们讲的第一部分内容

就是蓄满产流产流量的计算

那么我们接着来看第二部分的内容

就是超渗产流的计算

那么相对于蓄满产流量来说

超渗产流量就是比较简单

因为我们前面在讲产流机制的时候讲过

超渗产流主要取决于土壤入渗量

那么当我们了解到土壤入渗量的时候

把降雨量减去入渗量就可以得到超渗产流量

那么这里面的关键就变成了

怎么样得到土壤下渗的曲线

我们先来看一下下渗曲线的定义

所谓的下渗曲线就是在我们充分供水条件下

我们下渗速率随时间变化的曲线

又称为下渗能力曲线和下渗容量曲线

主要有一些物理概念公式

比如说格林方程

那么还有些经验公式比如说菲利普公式等

我们前边讲入渗的时候也基本了解了一些

这是我们下渗的曲线

那么这就是我们的曲线图

通过这个图我们可以看到

下渗的速率是随着时间不断减小的

那么这里给出了两个公式

就是我们经常用的霍顿公式和菲利普公式

它们都是经验公式

现在我们算超渗产流量的关键

就变成立怎么样得到下渗曲线

把降雨强度曲线减去下渗曲线就可以得到

超渗产流量

下渗产曲线我们刚刚看到它有好几个经验公式

这个经验公式有一个重要的参数就是累积下渗量

那么累积下渗量是指

从一开始下渗到现在总共的下渗量是多少

当我们知道累积下渗量之后

很容易通过累积下渗量和ft

就是我们下渗速率之间的关系

来推导出我们的实时下渗速率

那么我们可以看到现在的关键问题就变成

怎么样得到我们的累积下渗量

在我们超渗产流计算的时候有一个非常简便的方法

就是把实际含水量W

假设成从一开始入渗

入渗到现在这个时候的总的入渗量

这个时候我们直接把Ft换成W带入到这个公式里面

我们就可以计算出每一时刻的ft

然后计算出入渗量

那么我们来看一下一个例子

那么这个例子主要是通过菲利普公式

就是我们刚刚讲的最常见两个经验公式之一

我们可以看到上面的话是ft和Ft之间的公式

这里面有两个参数A和B

这两个参数一般话都已经知道了

现在只要知道Ft就能算出ft

当我们算出ft之后

我们根据降雨量和ft之间的差值关系

就能够计算出径流量

下面这个例子可以看到这个表格

第一列是P是我们的降雨量

这个时候的话降雨量是已知的

我们要知道的是入渗速率是怎么变化

先是第一个我们可以根据它实际的含水量

把这个含水量带到我们ft这个公式里面去

算出我们这个实时的入渗速率

那么这个时候的入渗速率ft

是远远小于我们的P降雨量

说明它没有超过我们的降雨强度

那么根据我们超渗产流的产流机制

当降雨强度小于入渗强度的时候

是不产流

那么不产流入渗这些水分是到哪去呢

它跟蓄满产流一样也是变成了土壤含水量

那么根据土壤含水量的变化

我们再继续计算入渗速率 迭代运算

那么这样的话我们就可以一直得到入渗强度

根据降雨强度和入渗强度之间的相关关系

我们就可以算出总的累计的降雨量

这个就是超渗地表径流的计算公式也是计算方法

我们这节课进行一个简单的小节

我们这里面主要是简单介绍了

蓄满产流和超渗产流

两种的计算原理 计算方法

那么详细的计算过程 计算的程序

在我们后面的课程水文预报里面会进行详细的讲解

我们这里要熟悉它计算的原理和计算流程

还要思考一个问题

就是我们经常讲的最出名的模型里面

新安江模型里面它的产流计算

到底是蓄满产流还是超渗产流

请大家思考一下

然后看看它的产流是怎么样才能够实现的计算过程

这就是我们这节课产流量的主要内容

谢谢大家