流域水纹模型.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * (一）单一水箱蓄量与时段出流量、时段下渗量的关系图 H1为时段初的蓄水量，Q1为时段出流量，F1为时段下渗量，均以深度表示；α为出流孔时段出流系数，其中α0为下渗孔，均以水深的比例表示；h为出流孔高度。 * 由图7—11： Q1＝0 H1＜h1 一孔出流： Q1＝（H1－h1）α1 h2≥H1＞h1 二孔出流：Q＝（H1－h1）α1+（H1－h2）α2 H1h2 F1＝H1α0 H1hS 式中HS为饱和深度；若水箱内H1超过HS，则下渗量达饱和值FS： ? FS＝HS·α0 ? 设时段末的蓄水深为H2，时段雨量为P，蒸散发为E，则：H2＝H1-P-E-Q1-F1 ? * 水箱的出流孔有2个或更多 流量与蓄量的关系不是线性的。随着蓄量的增加，当H＞h2 (图示G点)，径流将加速增长，H—Q关系在G点转折。因此，增加出流孔可以模拟Q与H间的非线性关系。 举一个极端的例子，如果设有无穷多个出流孔(图7—11b)，则Q—H为一平滑曲线。 * 单一水箱蓄量与时段出流量、时段下渗量的关系图 * （二）湿润地区的简单水箱模型 1、模型结构 2、蒸散发量E计算 * 1、模型结构 ○常用几个垂直串联的直列式水箱模型模拟降雨径流关系。通常顶层水箱设置2个或3个出流孔，其它层水箱每一层只设1个出流孔，最底层水箱的出流孔常安排在与水箱底同一水平上。 ○一般认为，顶层相应于地表结构，产生地面径流，第二层水箱相应于壤中流，第三、四层水箱相应于地下径流。 ○各层水箱右侧出流孔的流量相加，即为流域总流量过程。为考虑河槽调蓄，可以再并联一个水箱，令由以上计算的结果再经过一次线性水库的调蓄。 * 模型水分运动 有效降雨首先注入顶层水箱中，当雨深超过出流孔高，右侧孔开始出流，下渗则与降雨注入同时发生，并由底孔渗出。上一层的下渗即下一层的入流。出流与下渗各按前述Q、F计算． * 2、蒸散发量E计算 大多数河流采用以下简单的方法：年内各天都用常数值。此值约为蒸发皿E值的70～80％。 如雨量小于E，从剩余蓄水深中扣除剩余E部分，不够时，从下渗量中扣除，再不够，从下一层水箱的蓄水深中扣除。 无雨时，扣除E从顶部水箱蓄水深开始，其余同上。 * （三）非湿润地区的并联水箱模型 模型结构与湿润地区不同点为：①考虑土壤含水量的影响，在顶层水箱底部设置土壤含水量的结构。②考虑产流面积的不均一，在流域上分带。 在非湿润流域，部分地区湿润，其余地区干旱，只有在湿润面上才产生地面径流。而在干旱面积上，全部雨量被土壤吸收成为土壤含水量。雨季开始后，湿润面积沿河谷向上逐渐扩展。为模拟这种变化，把流域从河岸到山区，分成几个带。 * 流域分带示意图 * 1、模型结构 每一带用几个垂直串联的水箱来模拟，其中顶层水箱具有土壤含水量结构，各带结构可以不同。 顶层以下，各带同层次水箱的结构相同。如此组成了由n(垂向水箱数)×m(分带数)个水箱组成的并联水箱模型。 * 非湿润地区的并联水箱模型结构示意图 * 2、模型水分运动 ○模型把构成土壤含水量的水分称封存水，其它称自由水。 ○自由水沿水平和垂直二个方向运动，同带各层水箱，水分由上向下流动，同时，还有一个向上的输送水，即由毛细管作用，将下层自由水传递给封存水。水平方向是异带同级水箱由分水岭逐次向下一带流出。 ○顶层水箱设有两种出流孔，A型孔出流量直接进入河槽，B型孔出流量进入下一带同层水箱。 * 3、蒸发计算 基本上同湿润地区 ○干化过程： 流域上水分干化过程是最高带最先变干，然后第二、第三等带变成干旱。这是由于自由水流向河谷的水平运动，最高带消退最快。当下层没有自由水补充封存水时，土壤含水量开始由于蒸散发而减少，最高带首先干化，然后向河谷方向发展。较低带还要接受上一带的水平来水，所以不易干旱。 ○湿化过程 湿化过程则反之，最低带首先湿润，然后逐级向上。 * 计算实例 湖南省湘江水系东江站曾用简单水箱模型编制了预报方案，用两层直列水箱。模型参数如下（试算）： 计算时段为6h * 概念性水文模型的局限性 由于流域水文过程中的空间分异性和复杂性，使得水文研究人员至今还不能采用数学物理方程来描述径流形成过程中的各个子过