單位線的發展及啟示

芮孝芳,劉寧寧,凌 哲,梁 霄

(河海大學水文水資源學院,江蘇南京 210098)

1 單位線的起源

在經濟社會不發達的古代,人類在防治洪水災害時,首先直覺關注的是河道某斷面出現的洪峰水位和洪峰流量。因此,早在19世紀人們就有了如何由暴雨確定所形成的洪峰流量的愿望。Mulvany于1850年提出了水文學歷史上第一個由暴雨計算所形成的洪峰流量的公式[1],后人稱之為合理化公式。隨著經濟社會的發展,人們對防治洪水災害的要求也不斷提高,逐步認識到了解一場暴雨所形成的流域出口斷面洪水過程比僅了解洪峰水位和洪峰流量更為重要、更為全面。但流域由坡面和水系組成,坡面上的水流現象要比河道中水流現象復雜得多,以致于適用于河道水流的理論和計算方法,一般并不能直接用于坡面水流計算。因此,盡管早在1871年就有了圣維南根據牛頓力學定律導出的描寫河道洪水波運動的明渠緩變不穩定偏微分方程組,但如何由暴雨過程計算流域洪水過程的問題仍沒有得到解決。

直到20世紀二三十年代,情況才有了轉機。這一時期是水文學蓬勃發展時期,新的水文學理論和方法不斷涌現,僅為了解決流域上一場暴雨形成的洪水過程的計算問題就提出了兩種方法:一是Ross于1921年提出的時間-面積曲線概念,據此建立的方法稱為等流時線法;二是Sherman于1932年提出的單位線概念,據此建立的方法稱為Sherman單位線法。等流時線法設想在流域上存在等流時線,降落在同一條等流時線上的雨滴經過相同的匯流時間將同時刻到達流域出口斷面。……