产汇流计算-图文
第七章流域产流、汇流计算
研究内容：
流域产流机制及产流计算方法；流域汇流原理及汇流计算方法。研究
目的：
通过产流计算，由设计暴雨过程推求设计净雨过程；通过汇流计算，
由设计净雨过程推求设计洪水过程。
如第二章所述，流域降雨形成径流的过程可分为产流阶段和汇流阶段。本章讲述流域产流计算和汇流计算。产流计算是扣除降雨的各种损失，推
求净雨过程的计算；汇流计算是利用净雨过程推求径流过程的计算。
第一节降雨径流要素的分析计算
一、降雨特性分析
降雨特性通常包括降雨量、降雨历时、降雨强度、降雨面积、降雨中心、降雨分布等要素，已如前述。天然降雨在空间上的分布往往是不均匀的，流域上如有若干个雨量站，对于一场实际降雨，各站的降雨量、降雨
历时、降雨强度等会有所不同。
（一）单站降雨特性分析
1．降雨强度过程线
时雨强为纵坐标，相应时间为横坐标的曲线图（图7-1，2线），称
为瞬时雨强过程线。
2．降雨量累积曲线
降雨过程也可用降雨量累积曲线表示。降雨量累积曲线横坐标为时间，纵坐标是自降雨开始时起到各时刻的累积雨量（图7-1，3线）。该曲线
上任意一点的坡度即是该时刻的瞬时雨强，而某一时段的平均坡度就是该
时段内的平均雨强。
3．降雨强度～历时曲线用降雨强度过程线可以分析绘制降雨强度～
历时曲线。统
图7-1某雨量站一次降雨过程线及累积雨量曲线
计降雨强度过程线中各种历时
1—时段平均雨强过程线；2—瞬时雨强过程线；
3—累积雨量过程线
的最大平均雨强（图7-2，a），以最大平均雨强为纵坐标，相应历
时为横坐标即可点绘出降雨强度～历时曲线（图7-2，b）。由图7-2（b）可以看出，降雨强度～历时曲线是一条下降曲线，说明最大平均降雨强度
随历时增长而减小。
时间（h）
历时（h）
图7-2（a）不同历时平均雨强统计示意图图7-2（b）雨强～历时曲
线
（二）流域降雨特性分析
1．流域平均降雨量计算
水文计算往往需要推求流域平均雨量，计算流域平均雨量常用的方法有算术平均法、泰森多边形法和等雨量线图法。
（1）算术平均法
当流域内雨量站分布较均匀，地形起伏变化不大时，可用流域内各站雨量的算术平均值作为流域平均雨量。计算公式如下：
式中P—流域某时段平均雨量，mm；
P1P2Pn1nPPinni1（7-1）
Pi—流域内第i个雨量站同时段降雨量，mm；
n—流域内的雨量站数。
（2）泰森多边形法
该法由泰森提出故名为泰森多边形法。该法假定流域内各点的降雨量可由与其距离最近的雨量站降雨量代表。具体作法是：先用直线连结相邻雨量站（包括流域周边外不远的雨量站），构成若干个三角形（应尽量避免出现钝角三角形）；再作每个三角形各边的中垂线。这些中垂线和流域边界线将流域划分成若干个多边形，每个多边形正好对应一个雨量站，这些多边形称为泰森多边形（图7-3）；最后，计算流域平均雨量。计算公式如下：
nfnf1f2fiPp1P2PnPiFFFF（7-2）i1f式中i——第i个雨量站对应的多边形面积，km2；
F——流域面积，km2；
其余符号含义同前。（3）等雨量线图法
f1PPiiFFi1nPfii1ni式中
fi——相邻两条等雨量线之间的流域面积，km2；
Pi——相邻两条等雨量线之间面积fi上的平均雨深，一般取两相邻等雨量线的
平均值，mm。
（7-3）
其余符号含义同前。
图7-3泰森多边形示意图图7-4降雨量等值线图
2．时～面～深关系曲线
先绘制一场暴雨不同历时的等雨量线图，如历时为12h、24h、48h，再从各种历时等雨量线图上的暴雨中心开始，依次向外量取每条等雨量线包围的面积并求出各面积上的平均雨深，即可绘制平均雨深～面积～历时曲线（图7-5）。该曲线习惯上简称时～面～深关系曲线。
3．点～面关系
水文计算有时需要用点～面关系将流域中心设计点雨量折算成设计面雨量，常用的点～面关系有定点～定面关系和动点～动面关系两种。
（1）定点～定面关系
图7-5平均雨深～面积～历时曲线
该历时的点～面关系折算系数。该法称为定点～定面关系折算，因为流域中心点与流域面是固定的。
Pc，从中心向外量取各条等雨量线包围的面积记为fi，各面积上的平
Pi/Pc为纵坐标，以fi为横坐标绘制出该场暴雨的点～面关P均雨量记为i，则可以i的暴雨中心雨量为
系曲线（如图7-6中的1976.9.3暴雨点～面关系曲线）。因天然降雨的空间分布各异，
故不同的暴雨会有不同的点～面关系曲线。多场暴雨的点～面关系曲线会形成一曲线族。设计应用时，一般取该曲线族的平均曲线作为流域该历时暴雨的点～面关系折算依据，用流域面积查平均曲线求出折算系数。因暴雨中心点和等雨量线包围的
图7-6动点～动面关系曲线
面是变动的，故称为
动点～动面关系。
用动点～动面关
系推求设计面雨量包含了三个假定：第一，设计暴雨中心与流域中心重合；第二，设计暴雨的点～面关系符合本地区暴雨平均的点～面关系；第三，流域边界线与某条等雨量线重合。这些假定，在理论上缺乏足够的根据，因此应用时须慎重，可用地区定点～定面关系作验证、修正。二、径流量计算
（一）径流过程线分析
若流域内发生一场暴雨，则可在流域出口断面观测到其形成的洪水过
程线。在实测的洪水过程中，包括本次暴雨所形成的地表径流、壤中流、
浅层地下径流以及深层地下径流和前次洪水尚未退完的部分水量。产流计
算需要将本次暴雨所形成的径流量分割独立开来并计算其径流深。
从径流形成过程分析可知，地表径流与壤中流汇流情况相近，出流快、退尽早，并在洪水总量中占比例较大，故常将二者合并分析计算，称之为
地面径流。地面径流退尽后，洪水过程线只剩浅层地下径流和深层地下径流，流量明显减小，会使过程线退水段上出现一拐点。由于地下径流出流慢、退尽也慢，所以洪水过程线尾部呈缓慢下降趋势，常造成一次洪水尚
未退尽，又遭遇另一次洪水的情况。所以，要想把一次降雨所形成的各种
径流分割独立开，需要两种意义的分割：次洪水过程的分割与水源划分。
（二）次洪水过程的分割
次洪水过程分割的目的是把几次暴雨所形成的、混在一起的径流过程
线独立分割开来。此类分割常采用退水曲线进行。分割时，可将退水曲线
在待分割的洪水过程线（应
与退水曲线纵、横坐标比例一致）的横坐标上水平移动，尽可能使某
条地面退水曲线与洪水退水段吻合，沿该线绘出分割线即可。
退水曲线是反映流域蓄水量消退规律的过程线，可按下述方法综合多
次实测流量过程线的退水段求得:取若干条洪水过程线的退水段，采用相
同的纵、横坐标比例尺，绘在透明纸上。绘制时，将透明纸沿时间坐标轴
左右移动，使退水段的尾部相互重合，作出一条光滑的下包线，该下包线
即为地下水退水曲线，反映地下径流的消退规律。以下包线为图7-7退水
曲线示意图
基础，上面一组退水曲线为地面径流退
水曲线，如图7-7所示。（三）水源划分
次洪水过程的分割完成后，再进行地面径
流、浅层地下径流、深层地下径流的划分，即按水源进一步划分径流。
深层地下径流由承压水补给形成，其特点是小而稳定，常称为基流，
用
Q0表示。可以通
地面径流与浅层地下径流的分割常采用斜
图7-8分割洪水过程线示意图
线分割法：用退水曲线确定洪水退水段上的拐点k，从洪水起涨点
a向k点画一斜线，该线以上为地面径流，该线与平行线之间为浅层
地下径流（见图7-8）。
（四）径流量的计算
分割完成后，各种径流过程即可独立开，可计算其径流量，即求各自
的面积。
失量
Im相等。流域的蓄水容量曲线也就是包气带最大缺水量分布曲线。
蓄满产流取决于包气带是否达到田间持水量。当流域某处包气带达到
了田间持水量，该处就产流，否则不产流。现分析在蓄满产流情况下产流
面积的变化。设一场降雨有两个时段，各时段降雨如图7-9（b）所示。
设降雨起始时刻全流域非常干燥，发量。在第一时段降雨P1结束后，用（P1－E1）查（a）图可知流域有
W0＝0。在
降雨空间分布均匀的情况下，产流面积的变化如图7-9（a）、（c）所示，图中E为雨期蒸而产流，（1－1）的相对面积未蓄满不产流；在第二时段降雨P2结束后，用1E1P2E2P查（a）图可知，有2的相对面积产流，（1－2）的相对面积不产流。可见，随着降雨量增加，产流面积发生了变化。蓄满产流情况下，产流面积的变化有如下特点：降雨量增加，产流面积随之增加；产流面积的变化与降雨强度无关。
2.超渗产流方式下产流面积的变化
首先，分析建立流域下渗容量面积分布曲线。对于流域某一起始蓄水容量于或者等于某fp各点面积之和
'Wm1的相对面积蓄满
W0，流域
内各点的下渗能力fp是不同的，将全流域各点的fp从小到大排列，以fp为纵坐标，以小
FR占全流域面积的比例FR/F为横坐标，则可绘出
'Wmm
P2-E2P1-E1012
(a)P2
1.0
P
P1
t
(b)
2
图7-10流域下渗容量面积
分布曲线
t1(c)
t2t
图7-9流域蓄水容量曲线及产流面积变化图(a)流域蓄水容量曲线图
(b)降雨量过程线
(c)产流面积的变化
一条流域下渗容量面积分布曲线。对于不同次降雨，降雨起始蓄水量是不同的，即使是同一点，其
W0也不同,故下渗能力f也不同。因此，对不同的流域起始蓄水量，有其对
p
应的下渗容量面积分布曲线。所以，下渗容量面积分布曲线是一组以W00的下渗容量面积分布曲线为
WWM的下渗容量面积
上包线，0分布曲线为下包线的曲线族，见图7-10。显然，化。
分析在超渗产流情况下，产流面积的变化。设降雨开始时，流域蓄水
量为
图7-11超渗产流下方式下的产流面积变化
可反映产流面积的变
W0，从图7-10中选出W0相应
的下渗容量面积分布曲线，如图7-11（a）所示。设第一时段平均雨
强为1，
则在图上可求得时段末的产流面积
i1，下渗水量I1，时段末流域蓄水量为W0+I1。此即
为第二时段初的流域蓄水量。从图7-10中再选出相应的流域下渗容
量面积分布曲线，如图7-11（b），若第二时段平均雨强为
I2，时段末流域蓄水量为W0+I1+I2。如此逐时段计算下去，就可求
得一场空间分布均
i2，则可求得第二时段末的产流面积2，下渗水量
匀的降雨在超渗产流情况下产流面积的变化。
从7-11（a）、7-11（b）两图可以分析出，如果时段平均雨强增大，产流面积就会增大；比较两图，如果
i2=i1，2也将大于1。所以，超渗产流情况下产流面积的变化有
如下特点：产流面积的大小与时段初流域蓄水量及时段平均雨强有关。同雨强情况下，时段初流域蓄水量大，产流面积也大，反之亦然；时段初
流域蓄水量相同时，如果时段平均雨强大，则产流面积就大，反之亦然。
上面讨论的是降雨空间分布均匀的情况，当降雨空间分布不均匀时，
可按雨量站控制的面积分析其产流面积的变化，然后用面积加权法求全流
域的产流面积。
（三）降雨径流关系
降雨产生径流的机制十分复杂，理论研讨与实际应用应密切结合。产
流分析的目的1.蓄满产流方式的降雨径流关系
是为推求净雨量和净雨过程。因此，需要分析降雨径流关系。
W0=0，若降雨量为P，雨期蒸、散发量为E，则由图7-12（a）
，可
求得产流的相对面积d，产流量为odgo的面积。有（1-d）的相对面
积不产流，损失
量为odfco的面积。不同的降雨量P，都可求出其相应的产流量R。
根据这一关系，便
WW可得到一条0=0的P～R关系曲线。当流域起始蓄水容量0=W，见
图7-12（a），由图可看出，a的相对面积已蓄满，（1-a）的相对面积未
蓄满，说明前期已有雨量为A的降雨，因此，（P-E）的降雨产流量R为
阴影部分的面积，而abfd包围的面积为蓄
时，流域蓄水容量
可得一条
对蓄满产流方式，可根据流域蓄水容量曲线，求出P～
W0～R关系图。设降雨开始
水量增量W，依此
W0=W的
P～R关系曲线。在
0～WM范围内，取不同的
W0值，
便可得一W族以0为参数的
P～R关系曲线。如
图7-12（b）所示。该图即为降雨径流关系图。降雨径流关系图7-12流域蓄水容量曲线与降雨径流关系图
(a)流域蓄水容量曲线(b)降雨径流关系图
图的形态取决于流域蓄水容量曲线，其基本规律为：
直线部分在纵轴上的截距为WM；为一组平行线。
显然，降雨量相同时，
W0WM时，蓄水容量曲线为45°线；曲线族上部
W0=0时，
W0越大，产流量也越大；W0相同时，随着雨量增大，相对损
失量减少，当全流域蓄满后，后期降雨则无损失，故上部直线部分平行于45°线。
Pa～R三变量相关图，其规律与上述P～W0～R关系图完全一致。这从
P理论上说明，P～a～R相关图是可推广应用的。
分析建立P～
2．超渗产流方式的降雨径流关系
对于超渗产流方式的降雨径流关系，原则上可以根据流域下渗容量面积分布曲线，按同样的原理求出。
二、流域产流计算
（一）蓄满产流与降雨径流相关图法
1．蓄满产流模型及应用介绍（1）原理
从上世纪60年代初开始，我国水文学家赵人俊等人经过长期对湿润地区降雨径流关系的研究，提出了蓄满产流模型，建立P～
W0～R关系，用以计算净雨过程，并且用稳
定下渗率划分地面、地下净雨。该法与经验的P～我国湿润地区产流计算的重要方法。
Pa～R相关图法溶为一体，现已成为
在湿润地区，由于降雨量充沛，故地下水位高，包气带薄、且土壤含水量高，一般暴雨就能够使流域蓄满；由于气候湿暖，植物繁茂，植物根系作用及耕作造成表层土壤十分疏松，所以下渗能力很强，一般暴雨强度
不易超过。综合分析得出结论：流域产流方式为蓄满产流。流域中单元面
积只有蓄满才会产流，未蓄满则不产流。并椐此建立产流摸型。
（2）数学模型及应用
反映产流面积变化的参数可由下式表示：
'Wm'(Wm)11'Wmm(7-16)
'Wmm式中：B和为待定参数。B值反映流域中蓄水容量的不均匀性，
主要取决于流域的地''WWmmmm形地质状况；则取决于流域的气候和植被
等特征。一般B值约为0.2～0.4；值
B约为100～150mm。
流域最大蓄水容量WM可由下式计算：
WmWmmdWmWM1Wm1dWmW1Bmm00(7-17)
前期降雨量A值由下式求得：
WmmWmB
11BW011AWmmWM
W假设降雨起始时刻蓄水量为0=W，即图7-12（a）上oabco的面积，可以看出，a
点左边蓄满，蓄满的面积为
a，右边未蓄满，未蓄满的面积为（1－a）
。在这种情况
下，若全流域降雨量为P，蒸、散发量为E，P-E产生的总水量为矩形gfbhg的面积。因为横坐标是用相对数值，1.0表示全流域面积，所以P-E产生的总水量数值上仍等于
P-E。在蓄水容量曲线ad段右边为未蓄满部分，abfda的面积表示相应于P流域蓄水量的增量W，即损失量。ad段左边为蓄满部分，根据水量平衡方程，阴影部分ghadg的面积为产流量，故：
'APEWmm当时，
R(PE)W(PE)APEA''[1(Wm)]dWm
(PE)(WMW0)WM(1'APEWmm当时，
APE1B)'Wmm（7-18）
R(PE)(WMW0)（7-19）
W还可算出如图7-12
式（7-18）和式（7-19）即为产流量计算公式。若假定不同的0，
的降雨径流关系线。产流量计算公式也可推求产流过程。将一场暴雨过程划分为若干时段，逐时段计算其产流量，即得产流过程，也就是净雨过程。
（3）流域蓄水量计算
产流计算中，需确定出各时段时段初的流域蓄水量。设一场暴雨起始流域蓄水量为
W0，它就是第一时段初的流域蓄水量，第一时段末的流域蓄水量就是第二时段初的流域
蓄水量，依此类推，即可求出流域的蓄水过程。时段末流域蓄水量计
算公式如下：
WttWtPtEtRt（7-20）
式中
Wt、Wtt——时段初、末流域蓄水量，mm；
Pt——时段内流域平均降雨量，mm；Et——时段内流域的蒸、散发量，mm；Rt——时段内的产流量，mm。
上式中的蒸、散发量型进行计算。
①一层模型
Et，按第二章讲述的流域蒸、散发的概念，常采用以下三种模
EtWtEMtWM，因此有：
该模型假设流域蒸、散发量与流域蓄水量成正比，即
WEtEMttWM（7-21）
式中WM—流域最大蓄水量，mm；
EMt—时段内流域的最大蒸、散发量，mm，常取E—601型蒸发器观测值。
一层模型虽然简单，但这种模型没有考虑土壤水分在垂直剖面中的分
布情况。比如久旱之后，
Wt已很小，这时下了一些雨，这些雨实际上分布于表土上，很容易
蒸发。但
Wt小，计算的蒸发量很小，与实际不符，要解决这个问题，宜用二层
按一层模型，由于模型。
②二层模型
1．下渗曲线法
量。进一步分析可得：htitft该式说明净雨过程等于降雨过程扣除下渗过程。所以，只要知道下渗过程即下渗曲线即可由降雨过程推求净雨过程。
由超渗产流方式的水量平衡方程可知，若不计雨期蒸发，降雨的损失全部为下渗水
fpt~t用霍顿下渗公式表示，并对其从0~t积分有：
式中，吸收，所以
Fp(t)fct1(f0fc)1(f0fc)et（7-32）
Fpt为t时刻累积下渗水量，即累积损失量。这部分水量完全被包气带土壤Fpt也就是该时刻流域的土壤含水量Wt。
1当W0不变，令(f0fc)a,fcb，则：
tF(t)abtaep（7-33）
每次实际雨洪后的流域土壤含水量
FptW0PR（超渗产流降雨历时一般不
产流计算步骤如下：
（1）以降雨开始时流域的土壤含水量
Fpt~t的经验关系曲线，
W0(Pa,0)，查fp~W曲线，得本次降雨的
起始下渗率f0，W0、f0即为第一时段初流域的土壤含水量和下渗率。平均雨强i1与f0比较：
（2）求第一时段产流量R1、下渗水量I1及时段末流域土壤含水量
W1。将第一时段当i1≤f0，本时段不产流。时段内的降雨全部下渗，下
渗水量I1i1t1，时段末流域当i1＞f0，本时段产流。以时段初下渗率f0
在
土壤含水量W1W0I1。
fp~t曲线上找出对应历时t0，再以
fp~W曲线上查得时段末t0t1t1在fp~t曲线上查出时段末的下渗率f。
1又以f1在
土壤含水量W1。本时段下渗水量I1W1W0，则第一时段的产流量
R1i1t1I1。
（3）进行第二时段计算。第一时段末的下渗率和土壤含水量即为第
二时段初的数值。其余步骤同（2）。
计算中，如遇时段平均雨强小于时段初下渗率，但两者数值相近，时
段平均雨强可能会大于时段末的下渗率，不能肯定该时段是否产流。此时
可按步骤（2）先求得时段下渗量I，若Iit产流；I≥it不产流。
上述计算也可用图解法进行：将流域下渗累积曲线
Fp~t和雨量累积曲线
∑P~t绘在同一张图上，如图4—15所示，然后用图解法推求产流量。根据降雨开始时的流域土壤含水量W0，在
Fp~t曲线上找出对应的A点，
F~t和∑
自A点绘降雨量累积曲线∑P~t。pP~t曲线的斜率分别表示下渗强度
和雨强，比较
两曲线斜率即可判断出是否产流。例如，在图7—15中，AB段
ifp，不产流，i全部补充土壤
''ifp，故
含水量。将BC段平移至BC，该段
F~t曲线的垂直距离
该时段产流，从C’点到p图715段
图解法推求产流量示意图ifp，不产流。如此逐时段分析、比较下去，就能求得一场降雨的产流过程。
2．初损后损法
C'C''即为产流量。再将CD段平移至C''D'，该时
度过程；其次，超渗产流地区Pa值的计算，由于
Im）
，在Pa的计算过程
中无法及时校正，使系统误差不断累积，影响Pa的计算精度，也就影响下渗强度曲线的精度；再次，假定下渗强度曲线稳定不变，适用于各种降
图716初损后损法示意图雨情况，也与实际不符。由于以上原因，下渗曲线法在实际使用中并未推广，生产上常使用初损
后损法。
以I0表示；产流后的损失称为后损，后损为产流历时内平均下渗强度f与产流历时tc的乘积ftc与后期不产流的雨量P之和，见图7-17。因此，流域内一次降雨所产生的径流深可用下式表示：
RPI0ftcP（7-34）
利用上式进行产流计算，关键是要确定初损量I0和流域平均下渗强度f。
（1）初损量I0的确定
初损后损法是下渗曲线法的简化，该法把损失分成两部分，产流前的损失称为初损，
即为初损，如图7-18所示。对较大的流域，可分成若干个子流域，按上述方法求得各出口站流量过程线起涨前的累积雨量，并以其平均值或其中的最大值作为该流域的初损量。
图7-17确定初损示意图
I0值，点绘两者的相关图。如关系不密切，可加降雨强度作参数，雨强大，易超渗产流，I0就小；反之则大。也可用月份为参数，这是考虑到I0受
问答题 1.在进行流域产汇流分析计算时，为什么还要将总净雨过程分为地面、地下净雨过程?简述 蓄满产流模型法如何划分地面、地下净雨? 2 .目前常用分割基流的方法有哪几种，简述其优缺点？ 答：有斜线分割法及水平分割法等。水平分割法简单认为洪水期间地下径流消退，与其补充是相等：斜线分割则认为洪水期间地下径流补充量大于地下径流消退量，对于大多数流域来说，这种认识较符合实际。 3.何为前期影响雨量？简述其计算方法与步骤？ 答：前期影响雨量Pa是反映本次降雨之前流域土壤干湿程度的一种指标，因此对本次降雨的产流量将产生重要影响。 Pa一般按下式计算： 且 其计算步骤如下：⑴确定流域蓄水容量Wm；⑵由蒸发资料和Wm确定土壤含水量消退系数Kt；⑶由降雨P、Wm和Kt按上式计算。 4.简述流域土壤前期影响雨量折减系数的确定方法和步骤？ 答：⑴根据实测雨量资料确定流域的蓄水容量Wm；⑵根据蒸发资料计算流域多年平均的 月平均日蒸散发能力Em；⑶以折减系数公式K=1-Em/Wm计算各月的K；⑷通过产流计算 方案进一步优选。 5.土壤前期影响雨量Pa 的计算方法有哪几种，其原理和步骤？ 答：⑴用公式 逐日计算，式中P a, t+1、Pa ,t分别第t+1天、第t天的前期影响雨量；Pt为第t天的降雨量；Wm为流域蓄水容量，K为折减系数。⑵按公式：Pa，t+1=P a +Pt –Rt - E t逐日计算，式 中Rt为Pt产生的径流量，Et为第t天的流域蒸散发量。 6.何谓超渗产流，何谓蓄满产流，它们的主要区别是什么？ 答：不管当地的土壤含水量是否达田间持水量，只要降雨强度超过下渗强度就产生地表径流， 称此为超渗产流。蓄满产流则是指一次降雨过程中，仅当包气带的含水量达田间持水量后才 产流，且以后的有效降雨全部变为径流。可见这两种产流模式的主要区别在于，蓄满产流以 包气带的含水量达到田间持水量（即蓄满）作为产流的控制条件，而超渗产流则以降雨强度 大过于当地的下渗能力作为产流的控制条件，而不管蓄满与否。 7.超渗产流和蓄满产流的地面径流形成条件是否相同，为什么？ 答：超渗产流与蓄满产流形成地面径流的条件基本相同，它们都是由超渗雨形成的地面径流， 但蓄满产流模型计算超渗雨的下渗能力总是稳渗率fc，而用超渗产流模型计算地面径流，其 中的下渗能力则不一定为fc。 8.试述绘制降雨径流相关图（P~ Pa ~R）的方法步骤？ 答：⑴选取在流域上分布较均匀的，具有一定代表性的多场暴雨洪水资料和蒸发资料；⑵计 算各场雨洪的流域平均雨量P和径流深R；⑶用若干场前期十分干旱的雨洪资料，分析计算 流域的最大蓄水量Wm；⑷计算各场暴雨的前期影响雨量Pa,t；⑸以降雨量P为纵坐标,以 径流深R为横坐标，把各次降雨的P和R对应点点在坐标纸上，并在该点上注明本次降雨 开始时的Pa,t值,绘出Pa的等值线便得到一组按顺序排列的Pa等值线图,经检验合理后， 即为P~aP~R相关图。 9.简述流域蓄水容量Wm 的确定方法？ 答：根据Wm的定义，当W0=0时，一次降雨可能发生的最大损失即为所求的Wm ，一般从长期记录的雨洪资料中选择久旱无雨流域极为干燥时（W=0）又遇大雨，且雨后能
1. 水文水利计算 (1) 设计暴雨推求 有资料地区，设计暴雨的推求采用实测雨量进行分析；缺资料地区采用2003年颁布的《广东省暴雨参数等值线图》查算。 (2) 设计排涝流量 设计排涝流量一般采用平均排除法，也可采用排涝模数经验公式法。当涝区内有较大的蓄涝区时，一般需要采用产、汇流方法推求设计排涝流量过程线，供排涝演算使用。 1) 平均排除法 广东省一般采用平均排除法计算排水流量，这种计算方法适用于集水面积较小的涝区排水设计。平均排除法按涝区积水总量和设计排涝历时计算排水流量和排涝模数，其计算公式为： 43213 21)(1000q q q q T W W W h E R A C Q i i p i i ++++-----?=∑ （5-1） F Q q = 式中：Q ——设计排水流量(m 3/s)； Ci ——各地类径流系数，参考值：水稻田、鱼塘和河涌采用1.0；山岗、坡地、经济作物地类采用0.7；村庄、道路采用0.7～0.9；城镇不透水地面采用0.95； Ai ——各地类面积（km 2）； Rp ——设计暴雨量(mm)； Ei ——各地蒸发量（mm ），一般可采用4mm/d ； hi ——各地类暂存水量（mm ），水稻田采用40mm ，鱼塘采用50mm ～
100mm，河涌采用100mm； W1——水闸排水量（m3）； W2——截洪渠截流水量（m3）； W3——水库、坑塘蓄滞水量（m3）； T——排涝历时（s）； q1——堤围渗漏量（m3/s） q2——涵闸渗漏量（m3/s） q3——涝区引入水量，对灌溉是指回归水量（m3/s） q4——废污水量（m3/s） q——设计排涝模数(m3/s·km2)； F——控制排水面积（km2）。 治涝区内有水闸、泵站联合运用的情况下，一般先用水闸抢排，再电排。在用平均排除法计算泵站排涝流量时，应扣除水闸排水量和相应排水时间。 2) 排涝模数经验公式法 需求出最大排涝流量的情况，其计算公式为： n m F =（5-2）? q? R K = Q? F q 式中： K——综合系数（反映河网配套程度、排水沟坡度、降雨历时及流域形状等因素）； m——峰量指数（反映洪峰与洪量的关系）；
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；
第三章流域产流与汇流计算 第一节概述 (2) 第二节降雨径流要素计算 (3) 第三节流域产流分析 (9) 第四节产流计算 (11) 第五节流域汇流计算 (22) 小结 (30) 课前学习指导 本章要求 （1）掌握实测降雨径流要素的分析计算方法； （2）掌握蓄满产流和超渗产流的基本概念，及其产流面积变化过程的分析方法； （3）了解影响流域产流量的因素，掌握蓄满产流和超渗产流的产流量计算方法； （4）了解流域汇流的物理过程，掌握流域汇流计算方法。 课时安排 共需7个课内学时，10个课外学时 课前思考 如何由单站降雨量推求流域平均降雨量？ 为什么要对实测流量过程线的不同水源成分进行划分？ 降雨是怎么变成径流的？有哪些基本的产流方式？ 哪些因素影响流域径流的形成？如何计算一场降雨所产生的径流量？ 汇流计算的目的是什么？常用的汇流计算方法有哪些？ 什么是单位线？如何推求单位线？如何进行单位线的时段转换？ 学习重点 掌握流域产流计算和汇流计算的方法。 难点 将水文循环中蒸发、下渗、产流、汇流等过程联系起来，结合水量平衡原理实现产汇流过程的逐时段连续演算。 知识点 单站降雨特性分析 流域降雨特性分析 实测径流量计算 前期影响雨量 包气带对降水的再分配
蓄满产流和超渗产流 产流面积及其变化过程 降雨径流关系 蓄满产流的产流量计算 蒸散发计算 超渗产流的产流量计算 流域汇流过程、流域汇流时间、流域调蓄作用 单位线的基本概念、单位线的推求、单位线的时段转换 瞬时单位线的基本概念 地下径流汇流 第一节概述 内容提要 1、由降雨过程推求径流过程的基本内容与流程 2、流域产汇流计算的基本方法与思路 学习要求 掌握由降雨过程推求径流过程的主要环节与基本思路 1、流域产汇流计算基本内容与流程 由流域降雨推求流域出口的流量过程，大体上分为两个步骤： a、产流计算：降雨扣除植物截留、蒸发、下渗、填洼等各种损失之后，剩下的部分称为净雨，在数量上等于它所形成的径流深。在我国常称净雨量为产流量，降雨转化为净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称为产流计算。 b、汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后经河网汇流形成流域出口的流量过程，关于流域汇流过程的计算称为汇流计算。 计算流程如图3-1所示： 图3-1 产汇流计算流程简图 2 、流域产汇流计算的基本方法与思路 流域产汇流计算的方法很多，本课程主要介绍目前使用比较普遍和比较成熟的计算原理及其计算方法。产流计算的方法因产流方式不同而异，分别阐述蓄满产流方式和超渗产流方式的产流计算方法；汇流计算方法重点阐述时段单位线法和瞬时单位线法。
第一章流域产汇流理论及其研究进展 第一章流域产汇流理论及其研究进展 流域产汇流理论旨在探讨不同气候和下垫面条件下，降雨径流形成的物理机制、水流汇集运动的基本规律以及流域产汇流计算的基本原理和模拟技术，产汇流理论是水文预报和水文计算的基础。 1.1 流域降雨径流形成过程 流域上的降雨，扣除损失以后，经由地面和地下的途径汇入河网，通过河网的汇集形成流域出口断面的水流，称为径流。由降雨到径流的形成是一个非常复杂的过程，为了便于分析起见，一般将这个过程划分为产流过程和汇流过程。 1.1.1 产流过程 流域上的降雨降落到地面后，通过植物截留、填洼、雨期蒸发以及补充土壤缺水量等过程，将一部分雨水损失掉，这一部分降雨量称为扣损量；剩下的一部分雨水则形成径流。这里把形成径流的那部分降雨称为净雨，而把降雨扣除损失后成为净雨的过程称为产流过程。因此，净雨和它形成的径流在数量上是相等的，但二者的过程不一样，前者是径流的来源，否则是净雨的结果，前者在降雨停止时基本停止，后者却要延续很长时间。 根据Horton产流理论以及山坡水文学产流理论，按降雨产生净雨的不同场所，其径流组成主要分为地面径流、壤中流和地下径流等三种。 1.1.2 汇流过程 净雨沿坡地从地面和地下汇入河网，再沿河网汇集到流域出口断面，这一完整的过程称为流域汇流过程，前者称为坡地汇流，后者称为河网汇流。 (1) 坡地汇流 地面净雨沿着坡面流到附近的河网的过程，称为坡面漫流。坡面漫流通常没有明显固定的沟槽，其路径很短，故漫流的历时也很短。大暴雨的地面净雨，会迅速进入河网，引起暴涨暴落的洪水过程。因此，地面径流是洪水的主要成分。壤中流净雨在沿土壤相对不透水坡地向河网汇集的过程中，由于地形坡度的起伏、转折，很容易穿出地面或者形成饱和地面径流，这种水流流程较短，流速也较大。因此，它比地下水达到河网要快得多，是小洪水的主要水源。地下净雨向下渗透到地下潜水面或深层地下水体后，沿水力坡度最大的方向流入河网，称此为地下坡地汇流。地下汇流速度很慢，所以，降雨以后地下水流可以维持很长时间，较大河流可以终年不断，是河川的基本流量，因此，也称地下径流为基流。 1 第一章流域产汇流理论及其研究进展 (2) 河网汇流 净雨经坡地进入河网，在河网中从上游向下游，从支流向干流汇集到流域的出口，这种河网汇流过程称河网汇流。在河网汇流过程中，沿途不断有坡地漫流、壤中流和地下水流汇入。对于比较大的流域，河网汇流时间长，调蓄能力大。所以，
流域汇流计算的三种方法 水资源是发展社会经济的基础，水资源的调查和评估是保证水资源合理利用的基础。流域是基本单元，流域汇流计算是流域水资源利用调查评估的重要组成部分之一。本文分析总结了流域汇流计算的三种方法：溯源法、斜率法和积分法，旨在为流域水资源调查评估提供参考依据。 1、溯源法 溯源法是以流域范围性水资源调查的基础，溯源法的基本思想是从流域支流口到大流域口进行水量计算，该方法是由流域空间分布的水量溯源，从而计算流域汇流量。该方法实施原理： （1）以流域为单位，从支流口到大流域口，依次测定（或估算）支流口汇流流量； （2）将支流口汇流流量累加，得到大流域口的汇流流量。 溯源法的优点是操作简便、实施周期短、成本低，有利于对大面积流域的汇流量进行计算，但是该方法的缺点是不能准确反映流域内各支流面积比例，容易受地形影响。 2、斜率法 斜率法以地形为基础，通过地形特征确定水文流域，计算出当前期汇流量，称为斜率法。按照数学原理，在计算给定流域的汇流量时，可以把支流口以上水文流域视为一个简单小斜度斜面，简单地把流域内所有水源汇流量全部归成一个总量值，然后乘以斜面上的斜率乘以支流口的面积得到支流口的汇流量。
斜率法的优点是精度较高，且能正确反映流域内地形特征对流域汇流量的影响；缺点是实施范围受限，适用于小范围流域，流域内的支流口汇流量的计算需要大量工作量。 3、积分法 积分法也称洪水位积分法，是一种综合考虑地形、水文及滑动系数等因素，利用实测水位曲线等资料，采用计算机积分方法，计算分支流口汇流量的一种方法。该方法依据支流口至大流域口的水位差、汇流面积、滑动系数等的变化，在由大流域口至支流口的流域内施行积分计算，计算出分支流口的汇流量。 积分法的优点是能精确反映流域内汇流量的分布特性，同时考虑了水位、地形、滑动系数等因素；缺点是实施需要大量数据，实施过程需要耗费大量时间和工作量。 综上所述，流域汇流计算的三种方法主要有溯源法、斜率法和积分法，不同方法具有各自的优缺点，在选择某种方法进行流域汇流计算时，应当综合考虑实施过程所需时间、成本、精度等因素，以选择最合理的方法。
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。
产汇流计算-图文 第七章流域产流、汇流计算 研究内容： 流域产流机制及产流计算方法；流域汇流原理及汇流计算方法。研究 目的： 通过产流计算，由设计暴雨过程推求设计净雨过程；通过汇流计算， 由设计净雨过程推求设计洪水过程。 如第二章所述，流域降雨形成径流的过程可分为产流阶段和汇流阶段。本章讲述流域产流计算和汇流计算。产流计算是扣除降雨的各种损失，推 求净雨过程的计算；汇流计算是利用净雨过程推求径流过程的计算。 第一节降雨径流要素的分析计算 一、降雨特性分析 降雨特性通常包括降雨量、降雨历时、降雨强度、降雨面积、降雨中心、降雨分布等要素，已如前述。天然降雨在空间上的分布往往是不均匀的，流域上如有若干个雨量站，对于一场实际降雨，各站的降雨量、降雨 历时、降雨强度等会有所不同。 （一）单站降雨特性分析 1．降雨强度过程线 时雨强为纵坐标，相应时间为横坐标的曲线图（图7-1，2线），称 为瞬时雨强过程线。 2．降雨量累积曲线
降雨过程也可用降雨量累积曲线表示。降雨量累积曲线横坐标为时间，纵坐标是自降雨开始时起到各时刻的累积雨量（图7-1，3线）。该曲线 上任意一点的坡度即是该时刻的瞬时雨强，而某一时段的平均坡度就是该 时段内的平均雨强。 3．降雨强度～历时曲线用降雨强度过程线可以分析绘制降雨强度～ 历时曲线。统 图7-1某雨量站一次降雨过程线及累积雨量曲线 计降雨强度过程线中各种历时 1—时段平均雨强过程线；2—瞬时雨强过程线； 3—累积雨量过程线 的最大平均雨强（图7-2，a），以最大平均雨强为纵坐标，相应历 时为横坐标即可点绘出降雨强度～历时曲线（图7-2，b）。由图7-2（b）可以看出，降雨强度～历时曲线是一条下降曲线，说明最大平均降雨强度 随历时增长而减小。 时间（h） 历时（h） 图7-2（a）不同历时平均雨强统计示意图图7-2（b）雨强～历时曲 线 （二）流域降雨特性分析 1．流域平均降雨量计算
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 （一）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
推理公式法计算设计洪峰流量 推理公式法是基于暴雨形成洪水的基本原理推求设计洪水的一种方法。 1.推理公式法的基本原理 推理公式法计算设计洪峰流量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 m J L t F t t S Q t F S =<⎪⎪⎭ ⎫ ⎝ ⎛-= ≥⎪ ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛--ττ τμτ μτ 便可求得设计洪峰流量Q p ，即Q m ，及相应的流域汇流时间τ。 计算中涉及三类共7个参数，即流域特征参数F 、L 、J ；暴雨特征参数S 、n ；产汇流参数μ、m 。为了推求设计洪峰值，首先需要根据资料情况分别确定有关参数。对于没有任何观测资料的流域，需查有关图集。从公式可知，洪峰流量Q m 和汇流时间τ互为隐函数，而径流系数ψ对于全面汇流和部分汇流公式又不同，因而需有试算法或图解法求解。 1. 试算法 该法是以试算的方式联解式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），步骤如下： ① 通过对设计流域调查了解，结合水文手册及流域地形图，确定流域的几何特征值F 、L 、J ，设计暴雨的统计参数（均值、C V 、C s / C V ）及暴雨公式中的参数n （或n 1、n 2），损失参数μ及汇流参数m 。
图8.7.1 推理公式法计算设计洪峰流量流程图 ② 计算设计暴雨的S p 、x TP ，进而由损失参数μ计算设计净雨的T B 、R B 。 ③ 将F 、L 、J 、R B 、T B 、m 代入式（8.7.4）（8.7.5）和（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Q m ，代入式（8.7.6）得到一个相应的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 ，若与假设的一致（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 该法是对（8.7.4）（8.7.5）和（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。两线交点的读数显然同时满足式（8.7.4）（8.7.5）和（8.7.6），因此交点读数Q m 、τ即为该方程组的解。 图8.7.2 交点法推求洪峰流量示意图 【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 的确定 F=104km 2，L=26km ，J=8.75‰ 2. 设计暴雨特征参数n 和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： 5 .3/,42.0,1151===V s V d C C C mm x Q mp ～τ Q mp ～t τ Q mp Q t ，τ m m p Q Q =
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。
四种水文模型的比较 摘要：水文模型是用数学的语言对现实水文过程进行模拟和预报，在进行水文规律的探讨和解决水文及生产实际问题中起着重要作用。本文分别介绍了新安江模型、萨克拉门托（SAC）模型、SWAT模型以及TOPMODEL模型，并对这四种水文模型的蒸发计算、产流机制、汇流计算、适用流域、参数以及模型特点等不同方面进行了比较分析。并结合对着4种模型之间的比较，作出了总结分析和展望。 关键词：新安江模型；SAC模型；SWA T模型；TOPMODEL模型；模型比较 引言 流域水文模型在进行水文规律研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。新安江模型是一个概念性水文模型，1973年由赵人俊教授领导的研究组在编制新安江预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计出的我国第一个完整的流域水文模型，至今仍在我国湿润和半湿润地区的洪水预报中得到广泛应用；萨克拉门托水文模型，简称SAC模型，是R.C.伯纳什（Burnash）和R.L.费雷尔（Ferral）以及R.A.麦圭儿（Mcguire）于20世纪60年代末至70年代初研制的，是一个连续模拟模型，模型研制完成时间相对较晚，其功能较为完善，兼有蓄满产流和超渗产流，广泛应用于美国水文预报中；SWAT模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型；TOPMODEL为基于地形的半分布式流域水文模型，于1979年由Beven和Kirkby提出，其主要特征是将数字高程模型（DEM）的广泛适用性与水文模型及地理信息系统（GIS）相结合，基于DEM数据推求地形指数，并以此来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响，描述水流趋势。 本文对这四中水文模型从蒸发计算、产汇流计算、适用流域以及参数等方面进行分析比较，并得出结论。 1模型简介 1.1新安江模型 新安江模型是赵人俊等在对新安江水库做入库流量预报工作中，归纳成的一个完整的降雨径流模型。20世纪70年代初提出了新安江二水源模型，80年代提出了新安江三水源模型。新安江模型可用于流域的降雨-径流的洪水模拟和预报以及水资源模拟，主要适用于我国湿润和半湿润地区。 新安江模型是一个分散性模型，把流域分成多块，对每块分别计算产汇流，总和后求得出口断面流量过程。模型有蒸散发、产流、分水源和汇流4个模块，产流计算采用蓄满产流模型，将水源划分为地表径流、壤中流和地下径流3种，流域汇流计算采用线性水库法和瞬时单位线法，河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法或滞后演算法。 新安江模型的结构特点可简单归纳为：①三分特点，即分单元计算产流、分水源坡面
第一章基本任务 本次课程设计从2013年7月8日至2012年7月12日，主要任务是对广东省东江一级支流西枝江白盆珠水库的上游宝口流域编制预报方案与产汇流计算。其基本任务为： 任务一：根据已给的资料、参数及做过的习题，自己编写程序，将流域作为整体进行产流量计算；将计算年径流与实测年径流进行比较；每人计算两年。 任务二：根据已给设计暴雨资料、参数及做过的习题,自己编写程序，将流域作为整体进行次洪产流量、划分水源、直接径流汇流、地下径流汇流计算；绘出直接径流过程、地下径流过程、总的流量过程。 第二章基本资料 2.1 流域概况 白盆珠水库位于广东省东江一级支流 西枝江的上游，坝址以上集雨面积856km2。 流域地处粤东沿海的西部，海洋性气候显 著，气候温和，雨量丰沛。暴雨成因主要是 锋面雨和台风雨，常受热带风暴影响。降雨 年际间变化大，年内分配不均，多年平均降 雨量为1800mm，实测年最大降雨量为 3417mm，汛期4—9月降雨量占年降雨量的 81％左右；径流系数0.5-0.7。 流域内地势平缓，土壤主要有黄壤和砂 壤，具有明显的腐殖层，淀积层和母质土等层次结构，透水性好。台地、丘陵多生长松、杉、樟等高大乔木；平原则以种植农作物和经济作物为主，植被良好。 流域上游有宝口水文站，流域面积为553km2，占白盆珠水库坝址以上集雨面积的64.6％。白盆珠水库有6年逐日入库流量资料、逐日蒸发资料和时段入库流量资料：流域内有7个雨量站，其中宝口以上有4个。雨量站分布较均匀，有6年逐日降水资料和时段降水资料；宝口水文站具有6年以上水位、流量资料；流域属山区性小流域且受到地形、地貌等下垫面条件影响，洪水陡涨缓落，汇流时间一般2—3小时（h），有时更短；一次洪水总历时2~5天（d）。 2.2 基本资料 2.2.1 任务一参数及相关实测资料 计算流域为白盆珠水库上游的宝口流域，其流域面积为553km2。该流域内有四个雨量站：禾多布、马山、高潭、宝口，其权重系数分别为：0.33、0.14、0.33、0.20。本次课设提供的资料为1987年至1992年该流域径流量、蒸发量及各雨量站的日实测资料，其中我计算年份为1987年与1988年，所使用的相关参数值如下表所示：
产汇流理论国内外研究进展 1.产流理论研究 1.1国外研究进展 1856年Darcy提出达西定律和1871年圣维南方程组的提出，使水文学家开始了对产流理论的研究。1933年霍顿（R.E.Horton）提出了著名的霍顿产流理论：当降雨强度小于土壤下渗能力时，降雨被土壤吸收；降雨强度大于土壤下渗能力时，下渗率等于土壤下渗能力，剩余部分为产流量。表层土壤把降雨分为两个部分：一部分形成坡面流进入河道，其余部分进入土壤，或渗透变为地下水，或通过蒸散发进入大气层（Horton et al. 1935）。霍顿产流理论成为后来研究产流的基础。1951年，Kohler和Linsley 绘制了国际上首张降雨径流相关图，同时提出了前期影响雨量的概念和计算方法，是产流理论研究的一大进步。赫魏尔特（Hewlett）和邓尼（Dunne）等人在长期研究的基础上，于二十世纪六七十年代发现了饱和地面径流，丰富了产流理论（Hewlett and Hibbert 1963）。1978 年 Dunne[7]等通过大量实验研究证实，非均质包气带具有产生壤中径流的条件。Kirkby[8]以不透水界面理论为基础提出了山坡水文学，解释了饱和地面径流和壤中径流的产生机理，对 Horton 产流理论进行补充，成为新安江三水源模型划分地面水、壤中流和地下径流的理论依据。 1.2国内研究进展 在实际降雨产流过程中，当扣除植被截流、茎干液流等损失后的净雨强度超过降雨入渗强度时，就形成超渗产流；随降雨的持续，入渗量的累积，当土壤含水量达到田间持水量后又将转化为蓄满产流。为了进一步了解流域产流机理，我国学者于维忠提出了5种径流成分和9种产流模式，并发现对于某一固定点来说，产流机制并不是固定不变的，而是随着降雨及下垫面的变化而变化。学者们开始就产流特征的区域化规律进行探究，20世纪60年代，赵人俊发现影响特定地区径流量最重要的因素是降雨量、初始流域蓄水量和雨期流域蒸发量，与降雨强度无关，提出了湿润地区以蓄满产流方式为主的理论。沈冰和范荣生（1984）探讨了三个超渗产流模型（单元面积入渗曲线法、Philip下渗公式、Green-Ampt 下渗公式）在黄土地区的适宜性。雒文生等（1992）提出在半干旱半湿润地区超
1水文 1.1流域概况 1.1.1李家岩水库流域概况 李家岩水库坝址位于四川省成都市崇州市怀远镇清峰岭社区境内青峰岭大桥上游约1.3km处，地理位置位于东经103° 07'-103°49'、北纬30° 30'-30°53'之间。该工程区处于四川盆地西北侧，地势西北高，南东低，东南侧山岭高程一般2200〜1800m，相对高差140〜1000m,西北侧山岭高程一般2200〜3400m, 相对高差1400〜2500m,属于山区丘陵地带。 李家岩水库工程为岷江三级支流上的文井江干流河段。其水系图如图1.1。 图1.1李家岩水库水系图 1.1.2水库坝址流域概况 李家岩水库下坝址位于青峰岭大桥上游约1.3km处，该坝址控制集水面积352.6 km2占文井江流域面积的99.6%。两 坝址相距约1.3km,集水面积仅相差1.6%。流域地势西北高，南东低，东南侧山岭高程一般2200〜1800m，相对高差140〜1000m,西北侧山岭高程一般2200〜3400m，相对高差1400〜2500m，属于山区丘陵地带。 1.2工程等级及洪水标准 1.2.1工程等级和工程规模 水利工程对社会经济的影响巨大，因此，应从社会经济全局的利益出发，将工程安全性与经济合理性统一考虑，进一 步将枢纽中的建筑物进行分级。水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性，按中华人民共 和国行业标准《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)(见表 1.1)进行确定。
表1.1水利水电工程分等指标 工程等 别 工程规模 水库总库容 （108m 3） 防洪 治涝 灌溉 供水 发电 保护城镇 及工矿企 业的重要 性 保护农田 （104亩） 治涝面 积（104 亩） 灌溉面积 （104亩） 供水对象 重要性 装机容量 （104CW ） I 大（1）型 三10 特别重要 三500 三200 三150 特别重要 三120 II 大（2）型 10〜1.0 重要 500〜100 200〜 60 150〜50 重要 120〜30 III 中型 1.0〜0.10 中等 100〜30 60〜15 50〜5 中等 30〜5 IV 小（型） 0.10〜0.01 一般 30〜5 15〜3 5〜0.5 一般 5〜1 V 小（2）型 0.0〜0.001 <5 <3 <0.5 <1 注：1.水库总库容是指最高水位以下的静库容； 2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。 工程分等指标： （1）水库总库容：本工程基本资料里给出的正常蓄水位高程为763.00m,根据水位一库容曲线（图1.2）, 可以得知本工程总库容为17141万m3，1亿m3<1.7141亿m3<10亿m3，根据表1.1可查得本工程等别为II 等,工程规模为大（2）型。 （2）电站装机：根据已给资料，发电站装机容量为12000kW,根据表1.1可查得本工程等别为V 等，工程 规模为小（2）型。 （3）灌溉：李家岩水库工程开发任务以城乡供水为主，兼顾灌溉、发电等综合利用，工程建成后，可以灌 溉下游5.463万亩田地。根据表1.1可查得本工程等别为m 等，工程规模为中型。 由《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）可知，对综合利用的水利水电工程，当按各综 合利用项目 )ml 位水 图1.2 水位—库容曲线
2水文 2.1流域概况 ××水库位于××西南方向，坝址高程1760m，径流面积0.78km2，主河长1.6km，平均坡降为88‰，流域平均高程1880m，径流量条形状。 ××水库属珠江水系西洋江流域源头支流，地处珠江流域与红河流域的分水岭上。河流自北向南，在坝址下游500m向西转，进入溶洞，流入其龙得河，又通过地下暗河进入头河，汇入西洋江，流域水系分布详见《××水库水系图》。 ××水库流域地处中低山区，森林种类较多，主要分布有灌木、杂草、杉木等植物，目前，森林林植被完好，覆盖率在80%以上，径流内有少量的泉点出露，来水主要靠地表径流。 2.2气象特性 西洋江流域属中亚热带高原季风气候区。夏季受东南太平洋和孟加拉湾暖湿气流影响，5～10间湿热多雨，水量充沛，其降水量占年降水量的85%左右，此期间又多集中在6—8月，占全年降水量的50%左右。冬季，受周围山脉作屏障作用，阻滞北方冷空气的入侵，使本流域干燥，凉爽少雨（11—4月），据××县象站资料统计，多年平均降水量为1046.00mm，蒸发量（d=20m）为1637.6mm，多年平均气温为16.7℃，极高最高气温为36.7℃，最低为-5.5℃。多年无霜期为306天，雨季相对湿率82%，绝对浊率19.9hp a，旱季相对湿度76%，绝对湿度10.8hp a。以上结果表明，流域具有气候温和，降水 总结
量年际变化小，年内分配均匀，集中程度高，干湿分明的特点。该气候特点决定了径流由降水补给，径流与降水规律一致。 2.3年径流分析 拟建的××水库坝址附近属无测水文气象资料地区，水库设计年径流量根据其地理位置及气候成固相似性的特点，采用查径流深等直线图和移用西洋街（二）站径流模数两种方法分析，再作综合论证后取值。 2.3.1移西洋街（二）站径流模数法 西洋街（二）站属国家基本水文站，观测内客有水位、流量、降水、蒸发，观制面积2473km2。该站有1964—2001年的流量统计系列，且该系列已具有一定的代表性，统计年限满足规范要求，用适线法将该径流系列进行频率计算，矩法初估参数，取倍比系数C5=2.5C V，计算结果如表2-1 总结
第七章流域产汇流计算 ㈠填空题 1.降雨，径流，蒸发 2.地而径流量，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.降雨使上壤含水量达到田间持水屋 6.上壤缺水量 7.径流量 8.地下 9.地而 10.前期降雨的补充量以及流域蒸散发消耗量 11.第1+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，P a.l+l < W m（流域蓄水容量） 12.第t天的降雨量，蓄水的日消退系数，P a l+l < W m（流域蓄水容量） 13.降雨强度大于土壤下渗率 14.地而 15.小于等于 16.初损，后损 17.产流开始之前，产流以后 1&降雨，前期流域蓄水疑，雨强 19.降雨，蒸发 20.平均后渗率mm/h,次降雨量n】m,次降雨地而径流深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.冬水质点到达岀口断而汇流时间相等的那些点的连线，相邻等流时线间的而积
23.流域上的最远点的净雨流达岀口的历时 24.T = T s+t m 25.部分 26.全而 27.全而 2&等流时线法 29•谢尔曼单位线法 30.相等 31.At 32.等流虽: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，眾雨强度 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 3&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]2& [F]29. [F]30. [F] 31. [F]32. [T]33. [T]34. [F]