流域内各处的净雨汇集至出口断面所经历的时间称为汇流时间。由于净雨流抵出口断面的途径不同,水流所受阻力不同,汇流速度及所需时间也就不同。因而需要分别对地表与地下径流的汇流时间进行分析。
1.地表径流汇流时间τs
地表径流汇流时间等于坡面漫流时间τl与河网汇流时间τr之和,即τs=τl+τr。坡面地表大都为植被、土壤或岩石及其风化物覆盖。人类生产生活主要在坡面上进行,例如,农田耕作、植树造林、修建水利工程和城市建筑等。这就使得坡面漫流形态异常复杂,雨水流向、流态、过水断面随时在变化;同时漫流过程中不断有雨水加入或渗入地下,受微地形影响,局地坑洼会暂时积水。且坡面漫流一般呈细沟状流,仅在雨强足够大条件下才有可能接近片状流。坡面由于植被或耕作等因素,糙率变化相当大,故相对于河网水流来说,坡面漫流的流速较小。加之坡面漫流流程一般较短,汇流时间也短,仅数十分钟。因而,从数学物理途径详细描述漫流沿程变化十分困难。
河网汇流过程实质上是河流洪水波的形成和运动过程。由于天然河网是大小不同的支流交汇构成的,降雨时坡面漫流沿各个支流相继汇入干流河道,各支流汇入处洪水波又会相互干扰。加之河网具备一定调蓄能力,可使部分水量暂时滞蓄于河网中,因而河网汇流也十分复杂。一般而言,河网中水流速度远大于坡面漫流速度,但水在河网中的流程也远比坡面长得多。通常河网汇流时间大于坡面漫流时间,仅当流域面积极小时,二者才可能接近。
2.地下径流汇流时间τg
此处,地下径流指地表之下所形成的所有径流。一般而言,下渗到地表以下的雨水由于在土壤孔隙或岩石裂隙中流动,水流所受阻力大于地表径流,流速比地表径流小很多,于是地下径流汇流时间就比地表径流的长很多。同时,地表以下,各层土壤质地、结构以及地质构造都有差异,故又将土壤划为各种层次,不同层次所形成的径流在汇流时间上也存在差异。浅层土壤,特别是耕作层较疏松,易于形成壤中流,其流速相对较大,又称为快速地下径流;而深层土壤乃至岩石裂隙中所形成的径流,即潜水径流,流速比壤中流小,故又称慢速地下径流。显然,壤中流的汇流时间比地表径流长,但比潜水径流汇流时间短。应当指出,地表径流、壤中流与地下径流在汇流时间上的差异仅表现在坡面汇流阶段。
3.流域汇流时间τm
在对某一流域各种径流成分的汇流过程进行分析时,还需要引入流域汇流时间、平均流域汇流时间和流域滞时的概念。
(1)流域汇流时间τm。τm指流域内流程最长的水质点流达出口断面所经历的时间,又称为最大流域汇流时间,可依据下式估算:
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图10.2 流域降雨径流形成过程示意图
式中:A为流域面积,km2;τ为流域内任意地点水质点流达出口断面的汇流时间,s。
(3)流域滞时τk。τk指流域净雨过程形心与相应出口断面径流过程形心之间的时间差,如图10.3所示,其表达式为
式中:M1(Q)、M1(h)分别为流域出流过程线和流域净雨过程线的一阶原点矩。
当流域内各点流速变化不大时,可以用下式估算:
式中:L0为流域形心至出口断面的直线距离,m。
图10.3 流域滞时示意图
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