流域汇流在线视频

各位同学大家好

欢迎来到桂林理工大学慕课水文学

我是环境工程与科学学院水文与水资源工程专业的

范玉洁老师

我们这节课的内容是

流域汇流

流域汇流是水文学里重要的一部分

那么在这里头第一个问题

流域汇流过程

流域汇流过程这个概念

从我们的水文学原理

引申过来

那么降落在流域上的降水质点

从流域各处流向流域出口断面汇集的过程

就称之为流域汇流过程

在这个过程中包括

坡地汇流阶段 河网汇流阶段

两个阶段

坡地汇流阶段过程

包括了地表汇流

壤中汇流

地下汇流

地表水流由于阻力小

流速大

流程短

相对来说汇流时间会比较短

壤中流阻力比地表水流要大

流速比地表水流要慢

相对来说汇流时间要长一点

地下水流阻力最大

流速最小

汇流时间是地表水流 壤中流和地下水流里

最长的一个

第二个问题是

流域汇流时间

流域汇流时间指

降落在流域上的降水质点

汇集到流域出口断面所经历的时间

它等于坡地汇流时间

和河网汇流时间之和

在这个过程里

流域汇流时间里头

有几个重要的回流时间概念

需要我们掌握

第一个就是最大流域汇流时间τm

流域中最长路径的水质点

流到出口断面的时间

称为最大流域汇流时间

它的表达式τ等于L比上一个平均流速

流域滞时是第二个重要的时间概念

流域出口断面洪水过程线

形心与流域净雨过程线形心的时差

被称之为流域滞时

它的表达式 流量过程 净雨过程

形心时差

第三个 流域平均汇流时间

流域平均汇流时间代表的是

流域形心距出口断面得的距离与

流域平均流速的比

第二节 出口断面与流量过程线的形成

第一个问题 流域调蓄作用

在Δt时间内

进入流域的水量是雨强和时段的乘积

流出流域的水量

是出流量乘以时段长

流域的入流水量

当你的雨强大于出流量时

流域蓄水量增加

降雨量等于出流量时

流域蓄水量保持不变

降雨量小于流域流出量时

流域需蓄水量减少

流域内随着洪水的涨落所呈现出来的

流域蓄水量的增减现象

就称之为流域的调蓄作用

引起流域调蓄作用的主要原因有两点

第一点是降水注入点

到流域出口断面的距离远近

第二点是流域上的流速分布不均匀

设τ时刻的净雨强度是i（τ）

由于流域调蓄作用的存在

τ时刻降落在流域上的净雨

不可能全部在同一时刻到达出口断面

只有那些流达时间为t减τ净雨质点

才会对t时刻的出流量有贡献

那么基于这一点

用我们的出流量和净雨强度

之间的关系来表示

出流量值就等于

净雨强度值乘上该时刻能够流出出口断面的

雨滴所占的面积值

第一个式子表达的是

即时的或者是瞬时的出流过程表达式

那么用微分的形式

对于流量过程来说

整个的0到t时段内

流量是一个连续的过程

我们可以用Q出流量表达式的积分表达

也就是我们第三个式子

那么这是出口断面的流量的表达式

第二点是流域的蓄泄关系

对于流域来讲它的蓄泄关系

主要体现在入流量 出流量

蓄水变量之间的关系

把这三个量值用I（t）Q（t）S（t）来代表

那么可以简化成

我们下式的方程组

S代表的是全流域蓄量

也就是说入流量减去出流量

就等于流域的蓄水变量值

而S它就等于出流量乘以b0这个系数值

由这一个方程组

来体现流域的蓄泄关系

第三节流域汇流计算的基本方法

前面一二节分析了流域出口断面的

流量组成

以及汇流或者是

出流时间

在这里通过上面的学习

我们给出一个流域汇流计算的一种基本方法

就是等流时线法

所谓等流时线

在讲它之前

有几个基本概念

第一个等流时线的基本假定

流域上个点的流速相同

即其中任意水质点

流达出口断面的时间

仅取决于它离开出口断面的远近

等流时线

流域上同时流达出口断面的点的连线

就称之为等流时线

等流时面积

相邻两条等流时线之间的流域面积

称之为等流时面积

等流时面积分配曲线

这是以流达时间为横坐标

以等流时面积为纵坐标绘制成的曲线

称之为等流时面积分配曲线

另外一个重要的就是

面积时间曲线

它是以流达时间为横坐标

以等流时面积随时间的变率为纵坐标

绘成的曲线

有了等流时的假定

和几个基本概念之后

应用等流实线法计算流域的汇流

也就是通过等流实线法

来求算流域出口断面的流量过程

这是一个标准的例题 我们通过这个例题

来体现等流时线法

首先是已知以时段长为Δt的

净雨过程

h1 h2 h3

二 出流时间在0到Δt

Δt到2Δt

2Δt到3Δt的等流时面积分别为

Δω1 Δω2 Δω3

那么它的流域出口断面的流量过程

就可以表示为在第一时段末

它的流量值是净雨深乘以等流时面积与时段时长的比值

第二个时段末

它的出口断面流量组成

是第二个时段的净雨乘以

乘以第一个等流时面积与第一个

时段净雨乘第二个等流时面积之和

比上Δt

第三个流量值是

第三时段的净雨

乘上第一个共时径流面积

与第二个时段净雨乘上第二个共时径流面积

与第一时段净雨乘上

第三共时径流面积

之和与时段长的比

是Δt出口断面

Q3的流量值

一次类推可以推出

Q4 Q5

那么在这个过程中我们可以分析出来

整个出口断面的流量过程

是在第一时段末

只有第一个共时径流面积上的

全部的水量值

流出出口断面

在第二个时段末

由第二时段的净雨在第一个共时径流面积上

形成的水量

和第二个共时径流面积

在第一个时段上的净雨产生的水量

这两部分之和

共同构成了第二时段末的出口断面的流量过程

以此类推

体现的是共时径流面积

和不同时段净雨之间的组合构成了出口段面的

整个的流量过程

在这种分析的基础上

我们同理可以求出更多时段的净雨

所形成的地面径流过程

同时可以分析出有三点

第一个 当降雨历时小于流域最大汇流时间τ时

部分面积及全部净雨参与形成最大流量

第二种情况

当降雨历时等于流域最大汇流时间时

全部面积及全部净雨深参与形成出口段的最大流量

第三个当

降雨历时大于流域最大汇流时间时

是全部面积上的部分净雨深

参与形成最大流量

那么经过这些个分析

可以知道任意时刻的地面流量

是由许多项组成的

第一块共时径流面积f1上的t时段的净雨

就可以用

h1比上Δt

第二块同理

第三块也是同理

那么根据这个类推我们可以得到

出口断面的流量的一个

集中表现或者统一式

它的表达式是

某一个时段的净雨

和流域面积值加上瞬次的净雨值和流域面积值

然后比上时段长

乘上一个1000比上3600

这是一个单位换算系数

那么最终的出口断面的流量过程

表达式就是0.278Δt分之一

Σ然后净雨和共时径流面积的乘积

那么径流过程线在汇流过程中有了流量值的大小

对于一个出口断面而言

掌握它的值的大小

和它的时承分配

是至关重要的

那么时承分配就是

我们所谓的流量过程线的底宽长

通过等流时线推求出的

出口断面的流量过程线的

底宽长

也就是径流过程线的底宽

相当于洪水总历时

它等于什么呢

就是净雨历时加上流域最大汇流时间

从这个底宽或者说洪水总历时来看

径流过程不仅与流域汇流时间有关

而且是随着净雨的变化而发生变化的

等流时线法对于汇流计算

推求流域出口断面的

流量过程线

是一个基本方法

当然这个方法

也存在一定的问题

等流实线法存在的问题

第一个实际流域的汇流速度是变化的

等流时线也应该是变的

但绘制等流实线时

采用流域平均汇流速度

等流时线固定不变

这个不符合实际情况

第二个问题是

降落在同一等流时面积上的净雨量

在同一时段内全部流出

这个过程并没有考虑河槽的调蓄作用

所以推得的流量过程线

一般略显尖瘦

而且呢相应的洪峰流量值偏大

这节呢我们就讲了主要是等流实线法

对流域出口断面的流量过程线的推求

好 这节课到此为止

谢谢大家