工程水文学第四章ppt课件

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1、工程水文学工程水文学4.4 单位线法推求出口断面流量过程单位线法推求出口断面流量过程1 1工程水文学4.4 单位线法推求出口断面流量过程1上节回顾上节回顾4.3 产流计算产流计算 1.降雨径流相关法 降雨径流相关图 2.蓄满产流的产流量计算 产流量、流域蓄水量、净雨过程的计算以及地面、地下净雨的划分 3.超渗产流的产流量计算 初损后损法2 2上节回顾4.3 产流计算2内容提要什么是单位线如何确定单位线如何应用单位线法推求流量过程4.4 单位线法推求出口断面流量过程单位线法推求出口断面流量过程3 3内容提要什么是单位线如何确定单位线如何应用单位线法推求流量过4.4.1 单位线的基本概念单位线的基

2、本概念1.单位线的定义单位线的定义 在给定的流域上，单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨，在流域出口断面形成的地面径流过程线，称为单位线。单位净雨一般取10mm，单位时段可取1、3、6、12、24h等，依流域大小而定。单单位位线线是是以以流流量量过过程程线线形形式式表表示示的的流流域域汇汇流流曲曲线线4 44.4.1 单位线的基本概念1.单位线的定义 单位单位时段内地面净雨不是10mm，且地面净雨历时不是只有一个时段，如何进行汇流计算?4.4.1 单位线的基本概念单位线的基本概念2.基本假定基本假定分析使用时有倍比和叠加两条基本假定。5 5单位时段内地面净雨不是10mm，且地面净雨历时不是只有

3、一个时4.4.1 单位线的基本概念单位线的基本概念倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是k个单位，则形成的流量过程是单位线纵坐标的k倍。6 64.4.1 单位线的基本概念倍比假定：如果单位时段内的净雨4.4.1 单位线的基本概念单位线的基本概念叠加假定：如果净雨不是一个时段而是m个时段，则形成的流量过程是各时段净雨形成流量过程错开时段叠加。19.7mm9.0mm7.0mm19.79.07.07 74.4.1 单位线的基本概念叠加假定：如果净雨不是一个时段时段t净雨深h(mm)单位线q(t)(m3/s)各时段净雨形成的径流量Q(t)=hiq(t)/10流域出口断面的流量Q(t)=Q(t)

4、第1时段h1第2时段h2第3时段h31h1q1h1q1/10Q1=h1q1/102h2q2h1q2/10h2q1/10Q2=h1q2/10+h2q1/103h3q3h1q3/10h2q2/10h3q1/10Q3=h1q3/10+h2q2/10+h1q1/104q4h1q4/10h2q3/10h3q2/10Q4=h1q4/10+h2q3/10+h1q2/105q5h1q5/10h2q4/10h3q3/10Q5=h1q5/10+h2q4/10+h1q3/106q6h1q6/10h2q5/10h3q4/10Q6=h1q6/10+h2q5/10+h1q4/107q7h1q7/10h2q6/10h3q5

5、/108h2q7/10h3q6/109h3q7/10表表表表1 1 利用单位线推求流量过程计算表利用单位线推求流量过程计算表利用单位线推求流量过程计算表利用单位线推求流量过程计算表8 8时段净雨单位各时段净雨形成的径流量流域出口断面的流量第1时段4.4.1 单位线的基本概念单位线的基本概念3.流域出口断面流量过程线表达式流域出口断面流量过程线表达式根据上述假定，可得由单位线推求流域出口断面流量过程线表达式：uQi 流域出口断面各时刻流量值，m3/s；uhj 各时段净雨量，mm；uqi-j+1 单位线各时刻纵坐标，m3/s;ul 流域出口断面流量过程线时段数；um 净雨时段数；un 单位线时段数

6、；9 94.4.1 单位线的基本概念3.流域出口断面流量过程线表4.4.2 单位线的推求单位线的推求1.单位线推求的基本思路单位线推求的基本思路(1)单位线利用实测的降雨径流资料来推求，一般选择时空分布较均匀，历时较短的降雨形成的单峰洪水来分析；(2)求出出口断面的地面径流过程和地面净雨过程；(3)根据地面净雨过程和地面径流过程推求单位线,常用方法有分析法、最小二乘法、试错优选法等。如何得到单位线？10104.4.2 单位线的推求1.单位线推求的基本思路如何得到2.分析法推求单位线分析法推求单位线分析法基本思想分析法基本思想分析法基本思想分析法基本思想 已知二个时段的地面净雨量分别为h1、h2

7、，地面径流过程线的纵坐标为Q1、Q2、Q3、4.4.2 单位线的推求单位线的推求11112.分析法推求单位线 4.4.2 单4.4.2 单位线的推求单位线的推求递推公式递推公式 设出口断面的地面流量过程为Q1Ql，流域的地面净雨过程为h1hm，由下式构成以q1qn为未知数的线性方程组，解之则可得单位线。12124.4.2 单位线的推求递推公式124.4.2 单位线的推求单位线的推求分析法示例分析法示例 【例】某流域实测流量资料分割地下径流后的地面径流过程以及推算出的地面净雨过程见教材表4-7，试分析单位线。本例净雨时段数m=2，地面流量过程时段数l=20，计算时段t=12h。13134.4.2

8、 单位线的推求分析法示例13时间(月.日.时)地面径流Q(m3/s)净雨h(mm)单位线纵坐标q(m3/s)单位线时段数(t=12h)9.24.9009.24.2112015.77619.25.92755.914629.25.2173741539.26.9106552349.26.2184033959.27.957524069.27.2138915879.28.926110789.28.211807599.29.912853109.29.219540119.30.97331129.30.2155241310.1.940171410.1.2129121510.2.91981610.2.21125

9、1710.3.9621810.3.21101910.4.90201414时间地面径流Q(m3/s)净雨h单位线纵坐标q(m3/s)单4.4.2 单位线的推求单位线的推求分析法存在的问题分析法存在的问题实测资料及净雨推算具有一定的误差，分析法采用逐时段递推计算，会产生误差传递与积累。所以，分析法求出的单位线纵坐标有时会呈现锯齿状，甚至出现负值。uu单位线的修正与检验单位线的修正与检验单位线的修正与检验单位线的修正与检验对单位线作光滑修正对单位线作光滑修正单位线的总量必须为单位线的总量必须为10mm10mm由单位线推求流量过程，与实际流量过程比较检验由单位线推求流量过程，与实际流量过程比较检验15

10、154.4.2 单位线的推求分析法存在的问题单位线的修正与检验时间(月.日.时)地面径流Q(m3/s)净雨h(mm)单位线纵坐标q(m3/s)修正后单位线纵坐标q(m3/s)计算地面径流Q(m3/s)9.24.900009.24.2112015.77676119 9.25.92755.9146146274 9.25.21737415415738 9.26.910655235231066 9.26.21840339345850 9.27.9575240241582 9.27.21389158157389 9.28.9261107110265 9.28.211807573180 9.29.9128

11、5352125 9.29.2195404297 9.30.973313783 9.30.2155243171 10.1.940172659 10.1.2129122148 10.2.91981638 10.2.211251025 10.3.962514 10.3.211003 10.4.900 227123261616时间地面径流Q(m3/s)净雨h单位线纵坐标q(m3/s)修4.4.3 单位线的时段转换单位线的时段转换u？问题？问题单位线应用时，往往出现实际降雨时段间隔和已知单位线的时段长不相符合u解决办法解决办法解决上述问题的方法就是进行单位线的时段转换，最常用的方法是S曲线法曲线法。17

12、174.4.3 单位线的时段转换？问题解决办法171.S曲线概念曲线概念流域上保持一个强度恒为10mm/t的地面净雨，在流域出口形成的地面径流过程线。实际上就是若干条依次滞后t的单位线纵标沿时程的累积曲线。4.4.3 单位线的时段转换单位线的时段转换0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时段数时段数(t)101010 10 10 10 10 10 10 10 18181.S曲线概念4.4.3 单位线的时段转换0 1时段时段k单位单位线线部分径流部分径流S(k)h1=10h2=10 h3=10 h4=10 h5=10h6=10h7=10h8=1000001q1q10q12q2q2q10q

13、1+q23q3q3q2q10q1+q2+q34q4q4q3q2q10q1+q2+q3+q45q5q5q4q3q2q10q1+q2+q3+q4+q56q5q4q3q2q10q1+q2+q3+q4+q57q5q4q3q2q10q1+q2+q3+q4+q58q5q4q3q2q1q1+q2+q3+q4+q5 假定时段单位净雨连续不断，则流域出口断面的流量过程线称为 S 曲线。用单位线连续推流即可求得S曲线。1919时段k单位线部分径流S(k)h1=10h2=10 h3=102.时段转化时段转化将S(t)曲线向右平移T，得另一S曲线S(t-T)。两条S曲线的纵坐标差S(t)-S(t-T)，代表T时段内强

14、度为10/t的净雨所形成的流量过程线。由单位线的倍比假定：T时段的单位线q(T,t)计算式：4.4.3 单位线的时段转换单位线的时段转换20202.时段转化4.4.3 单位线的时段转换20时段时段(t=6h)原原6h单位线单位线q(t,t)S(t)S(t-3)S(t)-S(t-3)3h单位线单位线q(T,t)(1)(2)(3)(4)(5)(6)0000018501853701430430185245490765430335670263010607652955901280106022044034001460128018036016001460140280427017301600130260183

15、0173010020051801910183080160198019107014061182028198048962070202842847702098207028562120209822448402138212018362147213891891621542147714215421540010021542154【例】试将下表时段为6h的单位线转换为3h的单位线。6/3(185-0)=3702121时段(t=6h)原6h单位线q(t,t)S(t)S(4.4.4 单位线法存在的问题及处理方法单位线法存在的问题及处理方法u？问题？问题流域上各次雨洪分析的单位线常有不同，有时差别还比较大。u原因原因

16、 净雨强度的影响 暴雨中心位置的影响22224.4.4 单位线法存在的问题及处理方法？问题原因224.4.4 单位线法存在的问题及处理方法单位线法存在的问题及处理方法 净雨强度的影响净雨强度的影响净雨强度越大，则形成的大洪水流速越大，汇流越快，求得的单位线峰高且峰现时间早；反之则相反。暴雨中心位置的影响暴雨中心位置的影响暴雨中心位于上游，汇流路径长，洪水过程较平缓，单位线峰低且峰现时间偏后；若暴雨中心在下游，单位线过程尖瘦，峰高且峰现时间早。23234.4.4 单位线法存在的问题及处理方法 净雨强度的影响 4.4.4 单位线法存在的问题及处理方法单位线法存在的问题及处理方法处理办法处理办法u根据流域多次实测雨洪资料求得多条单位线；u分类综合，最终确定不同降雨情况下该流域适用的单位线。24244.4.4 单位线法存在的问题及处理方法处理办法24内容小结内容小结本节介绍了流域汇流计算的基本方法单位线法：u深刻理解单位线的基本概念和两项基本假定；u掌握推求单位线及单位线时段转化的基本方法；u熟练运用单位线推求出口断面流量过程。2525内容小结本节介绍了流域汇流计算的基本方法单位线法：25