1、,工程水文学,第二节 土壤湿度和蒸发量的计算,本节要点: 掌握前期影响雨量的计算; 掌握流域蒸发量的计算方法。,基本概念降雨开始时, 流域土壤的干湿程度(即土壤的含水量大小)是影响降雨形成径流过程的一个主要因素。如何来表示流域的土壤含水量?-前期影响雨量Pat-规划设计-流域的蓄水量Wt-模型计算,工程水文学,一 前期影响雨量-流域蓄水容量,第二节 土壤湿度和蒸发量的计算,流域蓄水量主要是指,在流域降雨能够影响的土层内土壤含蓄的吸着水、薄膜水和悬着毛管水,不包括重力水,是土壤能够保持而不在重力作用下流走的水分。在土壤蓄水量的计算中,往往取土壤蓄水量的最小值(相当于凋萎系数)为计算零点,称田间持
2、水量与最小蓄水量的差值为土壤蓄水容量。土壤实际蓄水量在零与蓄水容量之间变化。流域上各地点的蓄水容量是不同的,可从零变化到点最大蓄水容量,其流域平均值以Wm表示,称流域蓄水容量。,工程水文学,1.流域最大蓄水量(WM)(单位mm): 流域最大蓄水量又称为流域蓄水容量,包括截流、填洼及包气带或影响土层的蓄水容量。一般选久旱无雨后的一次降雨量较大且全流域产流的实测雨洪资料,认为前期流域蓄水量为0进行计算,则: (其中E为雨期蒸发量),第二节 土壤湿度和蒸发量的计算,一个流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力的基本特征,我国大部分地区的经验表明,WM 一般为80120mm,例如:广东95100mm,福建
3、100130mm,湖北70110mm,陕西55100mm,黑龙江140mm等等。流域的实际蓄水量W在0Wm之间变化。,式中,P为流域平均降雨量(mm);R为P产生的总径流深(mm);E为雨期蒸发(mm),工程水文学,2.消退系数K K综合反映流域蓄水量因流域蒸散发而减少的特性, 可直接用水文气象资料分析确定。 主要取决于:蒸散发能力和供水条件。 在实际应用中一般假定流域蒸散发量Et与流域蓄水量Wt成正比关系。 若第t日无雨则: 最终得出消退系数计算公式:,工程水文学,3.前期影响雨量Pa Pa表示本次降雨开始时刻流域蓄水量。 若流域前后两天无雨,则Pa定义为: 式中: 第t日的前期影响雨量,m
4、m; 第t+1日的前期影响雨量,mm; K 土壤含水量的日消退系数或折减系数。 如果第t日内有降雨Pt,但未产流,则: 如果第t日内有降雨Pt,并产流Rt,则:,工程水文学,某流域经分析求得WM=100mm,5月份多年平均流域日蒸散发能力为5mm,6月份为6.2mm,如下表所示,具体的降雨情况已经列出,由此算得: 5月份: 6月份:,例:Pa的计算,K6=1-5.6/100=0.944,Pa=0.944*(100+14.7) =108.3WM(100),Pa=0.944*100 =94.4,K7=1-6.8/100=0.932,Pa=0.932*89.1=83.0,Pa=0.932*83.0
5、=77.4,Pa=0.932*(77.4+20.2 =90.9,工程水文学,模式算法概要: 一层模式:把流域蒸发层作为一个整体,并认为蒸散发量同该层土壤含水量及流域蒸散发能力成正比。 二层模式:把流域蒸发层分为上、下两层,并认为降雨补给土壤和蒸散发消耗土壤水分都是先上层后下层,两层遵循各自的蒸发规律。 三层模式:此模式在两层模式的基础上加入深层蒸发,把蒸散发层分为上、下层和深层,降雨时先补给上层,后满足下层,最后才是深层。,二 蒸发量的计算,工程水文学,1.一层模式 该模型假定流域蒸散发量与流域蓄水量成正比,有: 式中: 时段内流域的蒸散发能力,(mm); Wm 流域的蓄水容量,(mm)。 一
6、层模型没有考虑土壤的水分在垂直剖面中的分布情况。比如久旱之后,Wt 已很小,若这时下了一些雨,这些雨实际上分布在表土,很容易蒸发,但按一层模型,由于Wt小,计算的蒸散发量很小,与实际不符。,工程水文学,2.二层模型 该模型把流域蓄水容量分为上下二层,WUm 和WLm;实际蓄水量也分为上下二层,WUt和WLt。并假定:下雨时,先补充上层缺水量,满足上层后再补充下层;蒸散发则先消耗上层WUt ,蒸发完了再消耗下层WLt 。上层按蒸散发能力蒸发,下层蒸散发量假定与下层蓄水量成正比。 在久旱以后,WLt 已很小,算出的 很小,这可能不符合实际情况,植物根系仍可将深层水分供给蒸散发。,工程水文学,3.三层模型 该模型把流域的蓄水容量Wm主要分为上、下和深三层,Wm = WUm + WLm + WDm ,实际蓄水量也相应分为上下深三层,Wt =WUt + WLt + WDt。前两层的蒸散发与二层模型相同,但只能用到 的情况,这里C是与深层蒸散发有关的系数,根据上面的二层模型,可以得到下式:,根据上面公式,做出各层蒸发量、系数C及土壤蓄水量的关系比较,进行判断。,工程水文学,根据各层蒸散发的关系不同,可以分出下面三种情况:,C值在北方半湿润地区约为0.090.12,南方湿润地区一般为0.150.20 (均为日数值),也可用实测资料优选。,