二、地下径流的汇流计算
在湿润地区的洪水过程中，地下径流的比重一般可达总径流量的20％-30％，甚至更多。但地下径流的汇流速度远较地面径流为慢，因此地下径流过程较为平缓。
地下径流过程的推求可以采用地下线性水库演算法和概化三角形法。
(一)地下线性水库演算法
，经地下水库调蓄后该法把地下径流过程看成是渗入地下的那部分净雨h
下
形成的(这里未考虑包气带对下渗量的滞蓄作用)。可以认为地下水库的蓄量W
下的关系为线性函数，再与水量平衡方程联解，即可求得地下径流与其出流量Q
下
过程。方程组如下：
式中——时段内进入地下水库的平均入流(m3/s)；
Q下1,Q下2——时段始、末地下水库出流量(m3/s);
W下1,W下2——时段始、末地下水库蓄水量(m3/s);
K下——反映地下水汇流时间的常数，可根据地下水退水曲线制成W下~Q下
。
线，其斜率即为K
下
又（7-73）
式中f c——稳定下渗强度（mm/h）；
t c——净雨历时（h）；
Δt——计算时段长（h）；
F——流域面积km2。
将式(7-79)代入式(7-78)解得
（7-74）
根据式(7-74)就可计算地下水汇流过程。
例7-6 某站流域面积F＝5290km2，根据资料分析得f c=1.35mm/h，K下=9.5 d=228h（由地下水退水曲线求得），试将1965年4月的一次地下净雨演算成地下径流的过程。
取计算时段Δt=6h，则由已知参数得：
（7-75）
取第一时段起始流量为零，可按上式逐时段计算地下径流过程。见表7-16。
表7-16 地下径流汇流计算
（二）概化三角形法
上种演算方法较繁，而对设计洪水计算来讲，重点在洪峰部分，因此，采用简化法计算地下净雨形成的地下径流过程，对设计洪水过程的精度无多大影响，一般方法是将地下径流过程概化成三角形，即将地下径流总量按三角形分配。
地下径流过程的推求主要是确定其洪峰流量和峰现时刻，以及地下径流总历时。
洪峰流量可按三角形面积公式计算。
地下径流总量为
W下=0.1∑h下﹒F（7-76）
又可按下式计算
根据三角形面积计算公式，W
下
（7-77）故（7-78）——地下径流总量(104m3)；
式中W
下
∑h下——地下净雨总量（mm）；
Q m下——地下径流洪峰流量(m3/s)
T下—一地下径流过程总历时(s)；
F——流域面积(km2)。
地下径流的洪峰Q m下位于地面径流的终止点。
一般设地下径流过程总历时等于地面径流过程底长T面的2倍~3倍。
二、地下径流的汇流计算 在湿润地区的洪水过程中，地下径流的比重一般可达总径流量的20％-30％，甚至更多。但地下径流的汇流速度远较地面径流为慢，因此地下径流过程较为平缓。 地下径流过程的推求可以采用地下线性水库演算法和概化三角形法。 (一)地下线性水库演算法 ，经地下水库调蓄后该法把地下径流过程看成是渗入地下的那部分净雨h 下 形成的(这里未考虑包气带对下渗量的滞蓄作用)。可以认为地下水库的蓄量W 下的关系为线性函数，再与水量平衡方程联解，即可求得地下径流与其出流量Q 下 过程。方程组如下： 式中——时段内进入地下水库的平均入流(m3/s)； Q下1,Q下2——时段始、末地下水库出流量(m3/s); W下1,W下2——时段始、末地下水库蓄水量(m3/s); K下——反映地下水汇流时间的常数，可根据地下水退水曲线制成W下~Q下 。 线，其斜率即为K 下 又（7-73） 式中f c——稳定下渗强度（mm/h）； t c——净雨历时（h）； Δt——计算时段长（h）； F——流域面积km2。 将式(7-79)代入式(7-78)解得 （7-74） 根据式(7-74)就可计算地下水汇流过程。 例7-6 某站流域面积F＝5290km2，根据资料分析得f c=1.35mm/h，K下=9.5 d=228h（由地下水退水曲线求得），试将1965年4月的一次地下净雨演算成地下径流的过程。 取计算时段Δt=6h，则由已知参数得： （7-75）
取第一时段起始流量为零，可按上式逐时段计算地下径流过程。见表7-16。 表7-16 地下径流汇流计算 （二）概化三角形法 上种演算方法较繁，而对设计洪水计算来讲，重点在洪峰部分，因此，采用简化法计算地下净雨形成的地下径流过程，对设计洪水过程的精度无多大影响，一般方法是将地下径流过程概化成三角形，即将地下径流总量按三角形分配。 地下径流过程的推求主要是确定其洪峰流量和峰现时刻，以及地下径流总历时。 洪峰流量可按三角形面积公式计算。 地下径流总量为 W下=0.1∑h下﹒F（7-76） 又可按下式计算 根据三角形面积计算公式，W 下 （7-77）故（7-78）——地下径流总量(104m3)； 式中W 下 ∑h下——地下净雨总量（mm）； Q m下——地下径流洪峰流量(m3/s) T下—一地下径流过程总历时(s)； F——流域面积(km2)。 地下径流的洪峰Q m下位于地面径流的终止点。 一般设地下径流过程总历时等于地面径流过程底长T面的2倍~3倍。
第二章新安江流域水文模型 60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人授等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做人库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。 当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到单元流域的出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程。 划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀．并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。 2.1新安江两水源模型 1．模型结构和参数 新安江两水源模型的产流子模型采用蓄满产流模型，蒸发计算采用三层蒸发计算模型。利用稳定下渗率FC将径流划分为地面径流和地下径流两种水源。地面径流采用单位线汇流，地下径流采用一次线性水库汇流。模型把流域面积划分为透水面积和不透水面积两部分，不透水面积上的降水在满足蒸发后将直接转化为地面径流。透水面积上将发生下渗，下渗的水量一部分存储于土壤层，后期耗于蒸发；满足了流域土壤蓄水容量后的下渗水量才能转化为径流。 不透水面积用参数IMP表示，它是用流域内不透水面积占全流域面积的百分比表示的。新安江模型的输出是流域出流过程t Q～和流域蒸散发过程t E～，输入则为时段降雨量P、蒸发皿观测蒸发量EI。 新安江两水源模型共有9个参数，一条单位线。 K——流域蒸发折算系数，是流域蒸散发能力与蒸发皿蒸发量之比； C——深层蒸散发系数；
新安江模型基本原理 1.1 新安江模型原理 原华东水利学院（现为河海大学）的赵人俊教授于 1963 年初次提出湿润地区以 蓄满产流为主的观点， 主要根据是次洪的降雨径流关系与雨强无关， 而只有用蓄满产 流概念才能解释这一现象。上个世纪 70 年代国外对产流问题展开了理论研究，最有 代表性的著作是 1978 年出版的《山坡水文学》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一 致：传统的超渗流概念只适用于干旱地区， 而在湿润地区， 地面径流的机制是饱和坡 面流、壤中流的作用很明显。 20世纪 70 年代初建立的新安江模型采用蓄满概念是正 确的。但对于湿润地区，由于没有划出壤中流，导致汇流的非线性程度偏高，效果不 好。 80 年代初引进了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。新安江三水源 模型流程图见下图 1.1。 图 1.1 三水源新安江模型流程图 新安江水文模型按照三层蒸散发模式计算流域蒸散发， 按蓄满产流概念计算降雨 产生的总径流量， 采用流域蓄水曲线考虑下垫面不均匀对产流面积变化的影响。 在径 流成分划分方面，对三水源情况，按“山坡水文学”产流理论用一个具有有限容积和 测孔、孔底的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、 壤中水径流和地下水径流。 在汇流计算方面， 单元面积的地面径流汇流一般采用单位线法， 壤中水径流和地下水 径流的汇流则采用线性水库法。河网汇流一般采用分段连续演算的 Muskingum 法或 UH 或L ， CS 单元 面积 出流 KE XE IM WM B UM S KG LM C 不透水面积产流 RB 壤中总 入流QI CG 地下流 RG SM EX
第四章流域产流与汇流计算 第一节概述 根据第二章的论述，由降雨形成流域出口断面径流的过程是非常复杂的，为了进行定量阐述，将这一过程概化为产流和汇流两个阶段进行讨论。实际上，在流域降雨径流形成过程中，产流和汇流过程几乎是同时发生的，在这里提到的所谓产流阶段和汇流阶段，并不是时间顺序含义上的前后两个阶段，仅仅是对流域径流形成过程的概化，以便根据产流和汇流的特性，采用不同的原理和方法分别进行计算。 产流阶段是指降雨经植物截留、填洼、下渗的损失过程。降雨扣除这些损失后，剩余的部分称为净雨，净雨在数量上等于它所形成的径流量，净雨量的计算称为产流计算。由流域降雨量推求径流量，必须具备流域产流方案。产流方案是对流域降雨径流之间关系的定量描述，可以是数学方程也可以是图表形式。产流方案的制定需充分利用实测的流域降雨、蒸发和径流资料，根据流域的产流模式，分析建立流域降雨径流之间的定量关系。 汇流阶段是指净雨沿地面和地下汇入河网，并经河网汇集形成流域出口断面流量的过程。由净雨推求流域出口断面流量过程称为汇流计算。流域汇流过程又可以分为两个阶段，由净雨经地面或地下汇入河网的过程称为坡面汇流；进入河网的水流自上游向下游运动，经流域出口断面流出的过程称为河网汇流。由净雨推求流域出口流量过程，必须具备流域汇流方案。流域汇流方案是根据流域净雨计算流域出口断面流量过程，应根据流域雨量、流量及下垫面特征等资料条件及计算要求制定。 就径流的来源而论，流域出口断面的流量过程是由地面径流、壤中流、浅层地下径流和深层地下径流组成的，这四类径流的汇流特性是有差别的。在常规的汇流计算中，为了计算简便，常将径流概化为直接径流和地下径流两种水源。地面径流和壤中流在坡面汇流过程中经常相互交换，且相对于河网汇流，坡面汇流速度较快，几乎是直接进入河网，故可以合并考虑，称为直接径流，但在很多情况仍称为地面径流。浅层地下径流和深层地下径流合称为地下径流，其特点是坡面汇流速度较慢，常持续数十天乃至数年之久。目前，在一些描述降雨径流的流域水文模型中，为了更确切地反映流域径流形成的过程，采用了三水源或四水源进行模拟计算。
推理公式法计算设计洪峰流量 推理公式法就是基于暴雨形成洪水得基本原理推求设计洪水得一种方法。 1、推理公式法得基本原理 推理公式法计算设计洪峰流量就是联解如下一组方程 ) 6.7.8(278.0)5.7.8(,278.0) 4.7.8(,278.04 /13/11m c c n c p m c n p Q mJ L t F t t S Q t F S =
③ 将F 、Ｌ、J 、R B 、T B 、m 代入式（８。7．4）(8、7、5）与（8、7、6)，其中仅剩下Q m 、τ、R s,τ未知,但R s ，τ与τ有关，故可求解. ④ 用试算法求解。先设一个Ｑm ,代入式（８.７.6）得到一个相应得τ，将它与t c 比较,判断属于何种汇流情况，再将该τ值代入式(8、7、4)或式（8、7、5)，又求得一个Q m ,若与假设得一致（误差不超过1％）,则该Q m 及τ即为所求;否则,另设Q m 仿以上步骤试算，直到两式都能共同满足为止。 试算法计算框图如图８．７。1。 ２、 图解交点法 该法就是对（8。7。４)（8、7、5)与(8、７、６）分别作曲线Q m ~τ及τ~ Q ｍ，点绘在一张图上，如图8、7、２所示。两线交点得读数显然同时满足式（8、7、４)（8、7、5)与（8、7、6),因此交点读数Q m 、τ即为该方程组得解. 【例８、３】江西省××流域上需要建小水库一座,要求用推理公式法推求百年一遇设计洪峰流量。 计算步骤如下： 1、 流域特征参数Ｆ、Ｌ、J 得确定 F ＝104km ２ ，L=26k ｍ,Ｊ=８、75‰ 2、 设计暴雨特征参数n 与S p 暴雨衰减指数n 由各省（区)实测暴雨资料发现定量,查当地水文手册可获得，一般n 得数值以定点雨量资料代替面雨量资料,不作修正。 从江西省水文手册中查得设计流域最大1日雨量得统计参数为： 暴雨衰减指数 ｎ2=0、60, ()8.84241312.342.01151.12416.01,242=?+???==--n p p x S mm/h ３、 产汇流参数μ、ｍ得确定 可查有关水文手册，本例查得得结果就是μ=3.0ｍm ／h 、m=0、70。 4、 图解法求设计洪峰流量 (1)采用全面汇流公式计算,即假定t c ≥τ。将有关参数代入式（8。7.4）、(８、7、6）与式（3-45），得Q m 及τ得计算式如下：
第七章流域产汇流计算 本章学习的内容和意义：本章从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法，包括流域的产流计算和汇流计算。产流计算主要研究流域上降雨扣除植物截留、补充土壤缺水量、填洼、蒸发等损失，转化为净雨过程的计算方法。汇流计算主要研究净雨沿地表和地下汇入河网，并经河网汇集形成流域出口断面径流过程的计算方法。本章研究的流域产汇流计算是工程水文学中最基本的概念和方法之一，是以后学习由暴雨资料推求设计洪水，降雨径流预报等内容的基础。 本章习题内容主要涉及：流域产汇流计算基本资料的整理与分析；前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算；降雨径流相关图法推求净雨；初损后损法计算地面净雨过程；流域汇流分析；单位线法推求流域出口洪水过程；瞬时单位线法推求流域出口洪水过程；综合单位线法计算流域出口洪水过程。 一、概念题 （九）填空题 1. 流域产汇流计算所需要的基本资料一般包括_____________,______________,_______________, 三大套资料。 2. 图1-7-1是一次实测洪水过程,ac为分割线,ad为水平线,请指出下列各面积的含义:abca代表_______________; acdefa代表__________________; abcdefa代表___________________。 图1-7-1 一次实测洪水过程 3. 常用的地面地下径流分割方法有_________________和_________________。
4. 蒸发能力E m,它反映了_______________________________________等气象因素的作用。 5. 蓄满产流是以________________________________为产流的控制条件。 6. 按蓄满产流模式，当降雨使土壤未达到田间持水量时，降雨全部用以补充 __________________。 7. 按蓄满产流模式,当流域蓄满时,以后的降雨减去雨期蒸发后，剩余的雨水全部转化为 __________。 8. 按蓄满产流模式，当流域蓄满以后，下渗的水量将成为___________径流。 9. 按蓄满产流模式，当流域蓄满后，超过下渗雨水的部分将成为___________径流。 10. 前期影响雨量P a的大小主要取决于_________________________________________________。 11. 我国常用的流域前期影响雨量P a的计算公式为，其中为 _________；为_________；为第t天的降雨量；为蓄水的日消退系数，并必须控制____________________。 12. 我国常用的流域前期影响雨量P a的计算公式为，其中、 分别为第t+1天和第t天开始时的前期影响雨量；为_________；为_________,并必须控制____________________。 13. 超渗产流是以______________________________为产流控制条件。 14. 按超渗产流原理，当满足初期损失后，若雨强大于下渗率，则超渗部分产生___________径流。 15. 流域上一次降雨的最大损失量一般______流域上土壤蓄水容量。 16. 初损后损法将下渗损失简化为____________和____________两个阶段。 17. 初损后损法中的初损是指___________________________的损失，后损则是 _______________的损失。 18. 对同一流域来讲，影响产流量大小的主要因素为_____________________, __________________, ________________。 19. 土壤含水量的增加主要靠___________补充，土壤含水量的亏耗取决于流域的___________。 20. 推求后损率的公式=中,各符号的意义和单位分别是: 为______________, P为__________, 为____________, I0为___________,为___________,t R为____________。
一、流域产流理论 产流过程是指流域中各种径流成分的生成过程，也是流域下垫面对降雨的再分配过程。产流实质上是流域降水后，水在具有不同的阻水、吸水、持水和输水特性的下垫面土层中垂向运行时，“供水与下渗”一组矛盾相互作用的产物。有供水而无下渗，例如，雨水降在全不透水的岩石面上，并不构成矛盾，没有产流问题，只有汇流。有供水有下渗，则不仅存在产流问题，同时也存在不同成分的径流生成问题和不同量的时间分配问题。供水与下渗的矛盾贯穿于整个产流过程中，它不仅时间上自始至终，而且在空间上贯穿于整个包气带和整个流域。 （一）产流机制 水在沿土层的垂向运行中，供水与下渗矛盾在一定介质条件下的发展机理和过程，称为产流机制。不同的供水条件和不同的介质条件，径流的形成过程与机理各异，因而就出现不同的产流机制，呈现不同的径流特征。 1.超渗地面径流的产流机制是指供水与下渗矛盾发生在包气带上界面（地面）的产流机制。地面径流的形成过程是在降雨、植物截留、填洼、雨期蒸发及下渗等几个过程组合下的发展过程。它们都是在相应的作用力下垂向运行的过程。 应当指出：同一种土壤情况下，土壤干燥时，下渗能力强，产生超渗降雨所需的降雨强度也大。土壤湿润时，下渗能力小，产生径流所要求的降雨强度也小。在同一降雨强度下，由于先后土壤含水量的变化，地面径流的产流率是不同的，在同一下渗能力下，尽管降水量相同，如果雨强不同，所产生的径流量也是不同的。 综上所述，超渗地面径流产生的前提条件是：产流界面是地面（包气带的上界面）；必要条件是要有供水源（降水）；充分条件是降雨强度要大于下渗能力。三者都具备才能产生超渗地面径流。 2.壤中径流的产流机制壤中径流发生于非均质或层次性土壤中的透水层与相对不透水层界面上，它可以发生在饱和水流情况下，也可以发生在非饱和水流情况下，一般前者是主要的，是形成洪水径流的主要部分。 假定在稳定的供水情况下，下垫面为两种不同质地的土壤所构成，上层为粗质地土壤，下层为相对较细的土壤层，则上层容重小于下层，而上层的毛管传导度、饱和传导度及下渗率均大于下层。现以小于或等于上层饱和传导度的降雨强度向上层供水，则上层土壤中最终会呈现以毛管传导度等于该降雨强度的水的分布剖面，并按此值向下渗透水。在下层，由于土质细，传导能力较小，即使在饱和情况下，也要比上层供水率小得多。当上层水流渗达两层交界面时，因下层传导度小于上层，故在交界面上形成饱和积水，当上层土壤含水量大于其田间持水量时，在下层（相对隔水层）界面上形成自由水，并随上层的继续供水，积水层增厚，形成临时饱和水带，从而形成壤中径流。 壤中径流的产生也符合供水与下渗矛盾规律，其产流条件是：①要有供水、即上层有下渗水（必要条件）；②要有比上层下渗能力小的界面（前提条件）；③供水强度要大于下渗强度（充分条件）；④产生临时饱和带，还要具有产生侧向流动的动力条件，即坡度及水流归槽条件（充分条件）。 壤中径流的产生与降雨强度没有直接关系，它只取决于上层的下渗率。当降雨强度小于上层下渗率时，只要上层下渗率大于下层下渗率，形成临时饱和带，即可产生壤中径流，而且此时只有壤中径流而无地面径流。当降雨强度为最大，上层下渗率次之，下层下渗率最小时，既有地面径流，又有壤中径流发生。 3.地下径流的产流机制地下径流的产流机制是指包气带较薄、地下水位较高时的地下水产流机制。地下径流的产流同样也服从供水与下渗矛盾的产流规律。其产流条件基本与壤中径流相同，只是其界面为包气带的下界面，除了可以发生在非均质或层次性土壤层中外，也
一、阐述水文模拟中蒸散发及实际蒸散发计算的主要方法。 1流域蒸散发：流域上不同蒸发面(水面、裸土、岩石、植被等)的蒸发和散发总称为流域蒸散发。 蒸散量的计算方法： （1）野外试验方法(水面蒸发观测、蒸渗仪试验、气孔计蒸腾测量以及活枝离体称重法等)（小尺度） （2）流域水量平衡法。（较大尺度） （3）热力学和空气动力学原理为基础的质量输送法、空气动力学法、能量平衡法、Penman 综合法、辐射一气温相关法等 2 实际蒸散发的估算： 关于实际蒸散发的估算方法有多种，主要包括：水量平衡法、水热平衡法、互补相关法和遥感法等。 (1)水量平衡法：根据水量平衡原理，对于一个闭合流域，其水量平衡方程 式中：P 、E 、R 、ΔW ——流域降水量、蒸散发量、径流量和蓄水量变化值，mm 。 对于多年平均情况，流域蓄水量变化值趋于0，因此，流域水量平衡方程可简化为： R P E -= (2)概念性模型中常用的方法 实际蒸发是潜在蒸发和土壤干燥程度的函数。 基本形式：()SMC SMT f ET AET ?= （3）水热平衡法：综合考虑水量和热量的平衡关系计算流域蒸散发的方法，经常使用的几种基于水热平衡的蒸散发计算公式包括：Schreiber 公式、OL ’dekop 公式、Budyko 公式、傅抱璞公式和Zhang L.公式等。 (4)互补相关法： a. Bouchet 认为，可能蒸散发的大小取决于实际蒸散发，即实际蒸散发是因，可能蒸散发是果。实际蒸散发与可能蒸散发成反比。 b. Morton 用大量的实验数据证明了局地蒸发潜力与实际蒸散发之间的互补相关确实存在，而且两者成负指数关系。 (5)遥感（RS ）法 目前，利用遥感研究蒸散发的方法有很多，可概况为以下三种： a.统计模型。 b.物理模型。 c.数值模型。 d.全遥感信息模型 二、主要的下渗模型 1、近似理论模型 （1）格林安普特模型 又称活塞模型，模型研究的是初始干燥的土壤在薄层积水时的入渗问题。基本假定：入渗时存在明确的水平湿润锋面，将湿润和未湿润的区域截然分开。 W R E P ?=--
第七章 流域产汇流计算 一、概念题 ㈠填空题 1. 降雨，径流，蒸发 2. 地面径流量，地下径流量，场次洪水总量 3. 水平线分割法，斜线分割法 4. 气温，湿度，日照，风 5. 降雨使土壤含水量达到田间持水量 6. 土壤缺水量 7. 径流量 8. 地下 9. 地面 10. 前期降雨的补充量以及流域蒸散发消耗量 11. 第t+1天开始时的前期影响雨量，第t 天开始时的前期影响雨量，m 1t ,a W P ≤+（流域蓄水 容量） 12. 第t 天的降雨量，蓄水的日消退系数，m 1t ,a W P ≤+（流域蓄水容量） 13. 降雨强度大于土壤下渗率 14. 地面 15. 小于等于 16. 初损，后损 17. 产流开始之前，产流以后 18. 降雨，前期流域蓄水量，雨强 19. 降雨，蒸发 20. 平均后渗率mm/h ，次降雨量mm ，次降雨地面径流深mm ，初损量mm ，后期不产流的雨量 mm ，后期产流历时h. 21. 流域汇流时间 22. 各水质点到达出口断面汇流时间相等的那些点的连线，相邻等流时线间的面积 23. 流域上的最远点的净雨流达出口的历时
24. m s t T T += 25. 部分 26. 全面 27. 全面 28. 等流时线法 29. 谢尔曼单位线法 30. 相等 31. Δt 32. 等流量线法，谢尔曼单位线法，瞬时单位线法 33. Tq+Ts-1 34. 暴雨中心位置，暴雨强度 35. 瞬时单位线u(0,t)的积分曲线 36. 降雨过程，流量过程 37. 减小 38. 增大 ㈡选择题 1．[a] 2. [b] 3. [c] 4. [c] 5. [b] 6. [c] 7. [b] 8. [d] 9. [b] 10.[c] 11.[a] 12.[c] 13.[d] 14.[b] 15.[d] 16.[b] 17.[c] 18.[c] 19.[b] 20.[b] 21.[c] 22.[a] 23.[c] 24.[b] 25.[a] 26.[a] 27.[b] ㈢判断题 1. ［T ］ 2. ［T ］ 3.［T ］ 4. ［F ］ 5. ［T ］ 6. ［F ］ 7. ［F ］ 8. ［T ］ 9.［T ］ 10.［T ］ 11.［T ］ 12.［F ］ 13.［F ］ 14.［T ］ 15.［F ］ 16.［F ］ 17.［F ］ 18.［T ］ 19.［F ］ 20.［F ］ 21.［T ］ 22.［T ］ 23.［F ］ 24.［F ］ 25.［F ］ 26.［T ］ 27.［T ］ 28.［F ］ 29.［F ］ 30.［F ］ 31.［F ］ 32.［T ］ 33.［T ］ 34.［F ］
工程水文及水利计算（ A ）本科 含答案 一、名词解释 1. 流域 ：某一封闭的地形单元，该单元内有溪流或河川排泄某一断面以上全部面积的径流。 2. 下渗能力：是指水分从土壤表面向土壤内部渗入的过程。 3. 经验频率曲线：是指由实测样本资料绘制的频率曲线 二、问答题 1. 水库调洪计算的基本原理及方法分别是什么？ 答： 1）基本原理：以水库的水量平衡方程代替连续方程，以水库蓄泄关系代替运动方程 2）方法：列表试算法和图解法。 2. 设计洪水资料的审查包含哪些内容？ 答： 1）资料的可靠性、一致性、代表性、独立性审查 3. 水库死水位选择需要考虑的因素有哪些？ 答： 1）泥沙淤积的需要 2）自流灌溉引水高程的需要 3）水力发电的需要 3）其他用水部门的需要 4. 简述由设计暴雨推求设计洪水的方法和步骤。 答： 1）由设计暴雨推求设计净雨：拟定产流方案，确定设计暴雨的前期流域需水量 2）由 设计净雨推求设计洪水：拟定地面汇流计算方法，计算地面径流和地下径流过程 三、计算题 1. 某闭合流域面积 F=1000km 2，流域多年平均降水量为 1400mm ，多年平均流量为 20m 3/s ， 今后拟在本流域修建水库，由此增加的水面面积为 100 km 2 ，按当地蒸发皿实测多年平均蒸发值为 2000mm ，蒸发皿折算系数为 0.8，该流域原来的水面面积极小，可忽略。若修建水 库后流域的气候条件保持不变，试问建库后多年平均流量为多少？ 解： 1）计算多年平均陆面蒸发量：建库前，流域水面面积甚微，流域蒸发基本等于陆面蒸 Q T 20 365 86400 发，故 E 陆 P 1400 1000 769.3mm F 1000 1000 2 2）计算建库后多年平均蒸发量：建库后流域水面蒸发不能忽略，因此 E 1 [(F F )E 陆 Fk E 器 F 1 （[1000 -100） 769.3 100* 0.8* 2000] 852.4mm 3）计算建库后流域多年平均径流深 R P E 1400 852.4 547.6mm 4）计算建库后多年平均流量 Q ' F R 1000 1000 2 547.6 T 365 86400 17.7m 3 / s 1000 2. 某水库坝址处有 1954-1984 年实测最大洪峰流量资料，其中最大的四年洪峰流量依次为： 3 3 3 3 的大洪水，是 1883 年以来的最大一次洪水，且 1883-1953 年间其余洪水的洪峰流量均在 3 的经验频率。
新安江模型基本原理 1-1新安江模型原理 原华东水利学院（现为河海大学）的赵人俊教授于1963年初次提出湿润地区以蓄满 产流为主的观点，主要根据是次洪的降雨径流矢系与雨强无尖，而只有用蓄满产流概念 才能解释这一现象。上个世纪70年代国外对产流问题展开了理论研究，最有代表性的著 作是1978年出版的《LL ［坡水文学》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一致：传统的超 渗流概念只适用于干旱地区，而在湿润地区，地面径流的机制是饱和坡 面流、壤中流的 作用很明显。20世纪70年代初建立的新安江模型采用蓄满概念是正确的。但对于湿润地 区，由于没有划出壤中流，导致汇流的非线性程度偏高，效果不 好。80年代初引进了山 坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。新安江三水源 模型流程图见下图。 地下流 CG 地下总入流 RG QG 图1.1三水源新安江模型流程图 新安江水文模型按照三层蒸散发模式计算流域蒸散发，按蓄满产流概念计算降雨产生 的总径流量，采用流域蓄水曲线考虑下垫面不均匀对产流面积变化的影响。在径 流成分 划分方面，对三水源情况，按“山坡水文学”产流理论用一个具有有限容积和测孔、孔底 的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、壤中水径流和地下水径流。在汇流计算方 面，单元面积的地面径流汇流一般采用单位线法，壤中水径流和地下水径流的汇流则采 用线性水库法。河网汇流一般采用分段连续演算的Muskingum 法或 输出 玄散发E 输入 降雨P ・水面蒸发EM IM 透水面枳产流R 不产流面 产流面积 积-FR FR 张力水W 表层 自由 水 上层WU 下层WL 地面径 地面总入流 流RS QS KI 壤中流 表层 CI 深层壤 RI 壤中流 中流 河网 总入 流 元 积流 单 面出 UH 或人 KEXE B WM ，＜ WD s SM EX 不透水面积产流 壤中总 入流QI
径流与径流量 流域地表面的降水，如雨、雪等，沿流域的不同路径向河流、湖泊和海洋汇集的水流叫径流。在某一时段内通过河流某一过水断面的水量称为该断面的径流量。径流是水循环的主要环节，径流量是陆地上最重要的水文要素之一，是水量平衡的基本要素。 径流量的表示方法及其度量单位： (1) 流量Q 。指单位时间内通过某一过水断面的水量。常用单位为立方米每秒（m3/s）。各个时刻的流量是指该时刻的瞬时流量，此外还有日平均流量、月平均流量、年平均流量和多年平均流量等。 (2) 径流总量W。时段Δｔ内通过河流某一断面的总水量。以所计算时段的时间乘以该时段内的平均流量，就得径流总量W，即W=QΔｔ。它的单位是立方米(m3)。以时间为横坐标，以流量为纵坐标点绘出来的流量随时间的变化过程就是流量过程线。流量过程线和横座标所包围的面积即为径流量。 (3) 径流深R。指计算时段内的径流总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深度。它的常用单位为毫米（mm）。 若时段为Δt(s)，平均流量为Q(m3/s)，流域面积为A(km2)，则径流深R(mm)由下式计算：R=Q Δt / (1000A) (4) 径流模数M。一定时段内单位面积上所产生的平均流量称为径流模数M。它的常用单位为m3/(skm2)，计算公式为： M=Q/A (5)径流系数α。为一定时段内降水所产生的径流量与该时段降水量的比值，以小数或百分数计。 径流的形成过程 从降雨到达地面至水流汇集、流经流域出口断面的整个过程，称为径流形成过程。 径流的形成是一个极为复杂的过程，为了在概念上有一定的认识，可把它概化为两个阶段，即产流阶段和汇流阶段。
1.产流阶段。当降雨满足了植物截留、洼地蓄水和表层土壤储存后，后续降雨强度又超过下渗强度，其超过下渗强度的雨量，降到地面以后，开始沿地表坡面流动，称为坡面漫流，是产流的开始。如果雨量继续增大，漫流的范围也就增大，形成全面漫流，这种超渗雨沿坡面流动注入河槽，称为坡面径流。地面漫流的过程，即为产流阶段。 2汇流阶段。降雨产生的径流，汇集到附近河网后，又从上游流向下游，最后全部流经流域出口断面，叫做河网汇流，这种河网汇流过程，即为汇流阶段。
地面汇流计算 地面汇流计算是一种用于确定降雨径流的方法。降雨径流是指降雨过程中形成的地表径流和地下径流的总和。地面汇流计算可以帮助我们了解降雨对地表水系统的影响，对于水资源管理和防洪工程具有重要意义。 地面汇流是指降雨水在地表流动的过程。当降雨发生时，一部分水分会渗入土壤中，成为地下水。另一部分水分则会在地表流动，形成地表径流。地面汇流计算即是通过一系列的计算方法和公式，来确定降雨水在地表的流动过程和量。 地面汇流计算的基本原理是根据降雨和地表特征，通过一系列的参数和方程式来估算地表径流量。常用的地面汇流计算方法有单位线法、比例因子法和坡面尺度模型等。 单位线法是一种简化的地面汇流计算方法，它假设降雨过程是均匀的，并且降雨强度在时间上是恒定的。通过单位线法，可以将降雨过程分解为一系列单位降雨，然后通过一系列的计算步骤，来估算单位降雨下的地表径流量。最后将单位降雨下的地表径流量相加，就可以得到整个降雨过程的地表径流量。 比例因子法是一种基于流域形状和坡度的地面汇流计算方法。它假设降雨过程是非均匀的，降雨强度在时间上是变化的。通过比例因子法，可以将流域划分为一系列的子流域，然后通过一系列的参数
和方程式，来估算每个子流域下的地表径流量。最后将各个子流域的地表径流量相加，就可以得到整个流域的地表径流量。 坡面尺度模型是一种基于流域地表特征和地形的地面汇流计算方法。它通过分析流域的土壤类型、坡度、坡向等因素，来估算地表径流量。坡面尺度模型可以更准确地反映地表水的流动过程，但对于数据的要求也更高。 地面汇流计算在水文学和工程学领域具有广泛的应用。它可以帮助我们了解降雨对地表水系统的影响，为水资源管理和防洪工程提供科学依据。通过地面汇流计算，我们可以估算出流域的地表径流量，从而为水资源的合理利用和洪水的预测与防治提供数据支持。 地面汇流计算是一种用于确定降雨径流的方法，通过一系列的计算方法和公式，来估算降雨水在地表的流动过程和量。它在水文学和工程学领域有着重要的应用价值，可以帮助我们了解降雨对地表水系统的影响，为水资源管理和防洪工程提供科学依据。地面汇流计算的发展和应用，将进一步推动水资源管理和防洪工程的发展。
边沟计算书 在1K+710至1K+910之间的左侧挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计为沥青混凝土路面，路堑边坡按照1：1、1：1、1：1、1：1.25、1：1.25放坡，每级高度为10米，坡面防护采用锚杆框架+拱形骨架防护，边坡边坡处设置2m 宽碎落台，坡度为3%，路基宽度为24.5m ，取单侧路面和路肩排水宽度为12.25m ，路拱横坡为2%，此段在竖曲线上，纵坡为3.7%，路肩边缘设置矩形边沟，计算简图如图所示： 沥青路面中心线 拱式护面墙，二级边坡排水，1：1 拱式护面墙，三级边坡排水，1 ： 1 拱式护面墙，四级边坡排水，1：1.25 拱式护面墙，五级边坡排水，1：1.25 汇水面积计算简图 1、计算汇水面积和径流系数 路堑一侧边坡汇水面积A 1=14×200×3+16×200×2=14800m 2，查《公路排水设计规范》（JTGT D —2012），拱式护面墙防护的坡面径流系数C 1=0.78； 碎落台汇水面积A 2=2×200×5=2000m 2，径流系数C 2=0.75； 沥青路面中线至边沟汇水面积A 3=12.25×200=2450m 2，查的沥青路面径流系数C 3=0.95； 总的汇水面积F = A 1+ A 2+ A 3=19250 m 2； 汇水区的径流系数C ： 112233 0.80AC A C A C C F ++= =
2、计算汇流历时 汇流历时按下式计算： 0.467 1.445 sL t ⎛⎫ = 式中：t——坡面汇流历时，min； L p——坡面流的长度，m； i p——坡面流的坡度； s——地表粗度系数，按《公路排水设计规范》（JTGT D—2012）9.1.4确定。 拱式护面墙防护路堑边坡的粗度系数s1=0.4，坡度分别为1：1、1：1、1：1、1：1.25、1：1.25，坡面汇流历时： 0.467 1 1.445 3.23min t=⨯= 0.467 2 1.445 3.62min t=⨯= 碎落台的粗度系数s2=0.4，横向坡度为3%，汇流历时： 0.467 3 1.445 2.95min t=⨯= 沥青路面的粗度系数s3=0.013，横坡为2%，坡面流长度为12.25m，汇流历时： 0.467 4 1.445 1.53min t=⨯= 按照规范，在断面尺寸、坡度变化初分段计算各段汇流历时，再叠加，因此，坡面汇流历时： 123 32531.68min t t t t '=⨯+⨯+⨯= 设边沟底宽b=0.6m，高h=0.6m，浆砌片石砌筑，沟底粗糙系数n=0.025，设计水深为0.4m（0.2m安全高度），过水断面面积A=0.6×0.4=0.24m2，水力半径R=bh/（b+2h）=0.171m，沟内平均流速为：
路基排水计算书 计算： 复核： 2010年04月15日
路基排水水文、水力计算 本着高速公路路侧景观美化的原那么，排水沟尺寸不宜过大，本地区降雨较少，路基排水沟采用0.4m×0.4m的梯形断面，沟底最小排水纵坡采用6‰进行计算，排水沟预留平安高度10cm。 1.汇水面积和径流系数 路面单侧排水宽度13.0m，按?公路排水设计标准?表，沥青混凝土路面径流系数可取为ψ1=0.95。路基以平均高度4m计算，路基边坡为1∶1.5，路基护坡道宽度取，路基边坡的径流系数可取为ψ2=0.5。 假设最大排水沟长度为L=500m，该长度范围内的汇水面积计算如下： 半幅路面汇水面积：A1=13L㎡ 边坡及护坡道汇水面积：A2=〔4×1.5+1.0〕L=7L㎡ 总汇水面积为：F= A1+ A2=20×500=10000㎡ 汇水区的径流系数为： ψ= =〔12L×0.95+7L×0.5〕／21L=0.79 2.汇流历时计算 ①路面及边坡汇流历时计算 按?公路排水设计标准?式，坡面汇流历时t=1.445(m1L s／I s 1/2) 式中：m1—地表粗度系数，由表得知，沥青路面粗度系数为m1=0.013，砼预制块拱形骨架防护设置流水槽，路面水在边坡上集中排除，因此边坡粗度系数取m1=0.025。 L s—坡面汇流长度，路基平均高度以4m计，路基边坡为1∶1.5，那么坡面流长度 L s1/2+1=8.21m；半幅路面汇流长度L s =13.0m。 I s—坡面流的坡度。路面横坡I s =0.02，路基边坡I s =1／1.5=0.667。 路面汇流历时t1=1.445×(0.013×131/2)= 1.57 min 路基边坡汇流历时t2=1.445×(0.025×8.211/2)6min ②路基排水沟汇流历时计算 假定排水沟底宽为0.40m、深0.40m、两侧坡率为1∶1，排水沟水面距顶面的平安高度为10cm，那么
1、图1为Koch曲线，计算其分维数。土壤作为一种多孔介质，可用哪些指标来表征其分形特征。 Koch曲线的长度为无穷大，因为以上的变换都是一条线段变四条线段，每一条线段的长度是上一级的1/3，因此操作n步的总长度是(4/3)n：若n→∞，则总长度趋于无穷。Koch曲线的分形维数是log 4/log 3 ≈ 1.26。 分形指标： ①孔隙曲度分维d T，L t(λ) L0 =(L0 λ )d T −1 ②孔隙谱维数ds，P ∝t d S 2 ③孔隙面积分维数d A，A(α≥r)～(πr2)2−d A ④孔隙和颗粒分布分维数d N，N(L≥r)=(λmax λ)d N，N(A≥α)=(αmax α )d N2 2、写出能量余项法估算蒸散发的公式，并解释各变量的含义。简述Shuttleworth-Wallace（S-W）二层蒸散模型的原理。 ET=Rn-G-H，式中ET为蒸散发，Rn为净辐射通量，G为土壤热通量，H为显热通量。 能量余项法的基本思想是, 在不考虑平流作用和生物体内需水情况下, 将潜热通量作为能量平衡方程的余项进行估算。二层模型可以分别计算植被及其下层土壤的潜热和显热通量, 将一层模型中的表面阻抗分解为冠层阻抗和土壤表面阻抗两部分, 分离了作物蒸腾和土壤蒸发, 并用遥感表面温度计算土壤和植被温度, 解释了空气动力学温度和表面辐射温度之间的差别。 3、水资源系统对气候变化的敏感性、脆弱性以及适应性各自的定义是什么？研究方法有哪些？ 水资源系统对气候变化的脆弱性是指气候变化对水资源系统可能造成损害的程度。它是两个因素的函数，一是水资源系统对气候变化的敏感性；二是水资源系统对气候变化的适应性。 水资源系统对气候变化及变异的敏感性是指位于某气候区、某种集水面积上的年、月径流量及洪涝、干旱对气候变化的响应程度，由于降水、气温、风速等气候要素与地表径流、土壤水及基流间的非线性关系。 水资源系统对气候变化的适应性是指水资源系统的实践、运行或其结构对预测的或实际的气候变化所产生的影响进行可能调整的程度。 对气候均值变化的敏感性研究有两种方法： 一种是利用事先给定的降水、气温变化幅度作为未来可能的气候变化情景 另一种是用大气环流模型输出(GCM)值，当大气温室气体浓度增加一倍时的降水、气温变化值作为气候变化情景，将它们分别叠加在位于不同气候区的流域的降水、气温长系列观测值上，用此变化了的降水、气温系列值输入流域水文模型，从而得到不同流域的年、月径流的响应值，依照响应值大小判断径流对气候变化的敏感程度。 4、新安江模型与超渗-蓄满兼容产流模型，在水源划分上有何不同？
矿井涌水量的计算与评述 钱学溥 （国土资源部，北京 100812） 摘要：文章讨论了矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字。文章推荐了反求影响半径、作图法求解矿井涌水量的方法。 关键词：矿井涌水量；勘查；计算；精度级别；允许误差；有效数字 根据1998年国务院“三定方案”的规定，地下水由水利部门统一管理。水利部2005年发布了技术文件SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则（试行）》。该技术文件6.7款规定，地下水资源包括地下水、地热水、天然矿泉水和矿坑排水。6.1.2款规定，计算的地下水资源量要认定它的精度级别。我们认为，认定计算的矿井涌水量的级别和允许误差，不仅是水利部门要求编写《建设项目水资源论证》的需要，而且有利于设计部门的使用。在发生经济纠纷的情况下，也有利于报告提交单位和报告评审机构为自己进行客观的申辩。下面，围绕这一问题，对矿井涌水量的勘查、计算、精度级别、允许误差和有效数字等方面，作一些论述和讨论。 1 矿井涌水量与水文地质勘查 矿井涌水量比较大，要求计算的矿井涌水量精度就比较高，也就需要投入比较多的水文地质勘查研究工作。表1，可以作为部署水文地质工作的参考。 表 1 矿井涌水量与水文地质勘查 Table 1 Mine inflow and hydrogeological exploration
注：○1多年生产的矿山是指：开采水平不变、开采面积基本不变的多年生产的矿山，如即将闭坑或是即将破产的矿山，即是这种多年生产的矿山。○2多孔抽水试验，是指带观测孔的一个抽水主孔的抽水试验，持续抽水几天。○3群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔的抽水试验，其抽水总量，一般要达到计算矿井涌水量的1/3～3/4，持续抽水几十天。○4利用地下水动力学计算公式，计算矿井涌水量，就属于解析法的范畴。大井法、集水廊道法就是常用的解析法。○5数理统计包括一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、系统理论分析、频率计算等（参考钱学溥，娘子关泉水流量几种回归分析的比较，《工程勘察》1983第4期，中国建筑工业出版社）。可以把水位抽降、巷道开拓面积、矿产产量、降水量等作为自变量，把矿井涌水量作为因变量。○6数值法也就是计算机模拟，是通过利用计算机模拟地下水流场的变化，计算矿井涌水量的一种方法。○7常用的大井法、集水廊道法等解析法计算矿井涌水量，只考虑了含水层的导水性，没有考虑地下水的补给量。因此，只有进行了解析法和水均衡的计算，用地下水的补给量验证解析法计算的结果，计算的矿井涌水量的精度才能达到C级。 2 稳定流、非稳定流公式应用的主要条件 2.1一般报告采用的解析解大井法、集水廊道法，是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。它要求地下水有比较充分的补给条件，要求在该水平开采的几年到几十年内，矿井排水计算的地下水影响半径边界上的水头高度，永远稳定在计算采用的高度上。 2.2基于非稳定流理论推导的地下水动力学计算公式，恰恰相反，它的使用条件是地下水没有补给，含水层分布无限，地下水影响半径不断向外扩大。 2.3由于采用大井法、集水廊道法，一般都没有考虑地下水补给量的问题，因此，