《水文学原理》第十章：流域产流机制、形成过程及产流量计算
流域产流与汇流计算
土壤含水量变动地带
包气带 浅层地下水层
不透水层 深层地下水层
不透水层
包气带 潜水层
不透水层 承压水层
前期影响雨量计算采用递推形式：
Pa,t+1= Ｋ（Pa,t+ Pt - Rt ）
简化形式：
Pa,t+1= Ｋ（Pa,t+ Pt ）
上式限制条件：
当Pa,t+1≥Wm 时， Pa,t+1=Wm
在实际工作中，Wm 可看作流域十分干旱
到起始误差的5％。
长时间无雨时，可取起始Pa 值较小些， 或令Pa ＝ 0 。
一次大雨后，土壤比较饱和，可取起始
Pa＝Wm。
【例】某流域Wm=100mm， 6月份Em＝5.6mm/d,7月份Em＝ 6.8mm/d。推求7月2日－3日的P和雨前Pa值。
K6＝1－5.6/100=0.944 K7＝ 1－6.8/100=0.932
lnQ0
1 Kg
t
由若干个Qt 点绘 lnQt～t 图，直线的
斜率为-1/Kg，从而定出Kg。
LnQt
1/kg 1.0
lnQt
lnQ0
1 Kg
t
t
Q
t 退水曲线
R
t 次洪水过程线划分
地表径流和地下径流汇流特性不 同，一般还要划分地面径流和地下径 流。
斜线分割法：从起涨点Ａ到地面 径流终止点Ｂ绘制直线AB ，AB线以上 为地面径流，以下为地下径流。
算得地下径流总量值与实际值相等时即为所求
fc 。分析多次洪水，定出流域fc的平均值。
3与下产F8.C13【径流m8＝设.流面1例mffm量c积。c】×=m＝3再2某8相∆.0R.假t1m流差/m×P设m域e很m产/hf一小c，流=，次。试1面得.6降推积m∑水求fmRc过=稳G/h=1程定，4.67如下.∑m1表渗mRmGm率3/=h-，3f4c8不.。所6等m示于m，，地
流域产汇流过程的理论探讨及其应用
流域产汇流过程的理论探讨及其应用一、本文概述本文旨在深入探讨流域产汇流过程的理论基础及其在实际应用中的重要性。
流域产汇流是水文循环中的关键环节，它涉及到水从地表、大气和地下水体中被汇集到河流、湖泊等水体中的过程。
这一过程的深入理解对于水资源管理、洪水预报、生态环境保护等领域具有重要意义。
本文将首先回顾流域产汇流过程的基本理论，包括产流机制和汇流机制。
在此基础上，我们将探讨不同流域类型、不同气候条件下的产汇流特性，以及这些特性如何影响流域的水文过程。
随后，我们将重点讨论流域产汇流模型的发展和应用，包括物理模型、数学模型和遥感技术的应用。
本文还将关注流域产汇流过程在实际应用中的案例研究。
我们将通过具体案例，分析流域产汇流过程在不同领域的应用，如洪水预报、水资源规划、生态环境保护等。
通过案例分析，我们将展示流域产汇流过程理论在解决实际问题中的有效性，并探讨其在实际应用中的挑战和发展方向。
本文旨在全面深入地探讨流域产汇流过程的理论基础和应用实践，为相关领域的研究和实践提供有益参考。
通过本文的阐述，我们期望能够增强对流域产汇流过程的理解，推动其在水资源管理、生态环境保护等领域的广泛应用。
二、流域产汇流过程的理论基础流域产汇流过程的理论基础主要源于水文学、水力学、气象学以及地理学等多个学科。
这些学科共同构成了理解和分析流域产汇流过程的框架。
产汇流过程描述了雨水或融雪如何在流域内分布、转化和汇集，并最终形成地表径流或地下水流的过程。
在产汇流过程中，降雨或融雪首先转化为地表径流或入渗成为土壤水。
这个过程受到许多因素的影响，包括降雨强度、土壤类型、植被覆盖、地形坡度等。
土壤水一部分会转化为地下水流，一部分则通过蒸发、植物蒸腾等作用回到大气中。
地表径流则会沿地形流动，汇集到河流或湖泊中。
产汇流模型是描述这一过程的数学模型。
常见的产汇流模型有流域水文模型、单位线模型、SCS曲线模型等。
这些模型通过数学公式和参数，模拟降雨或融雪在流域内的转化和汇集过程，从而预测流域的径流量和洪水过程。
(完整)流域产流与汇流计算
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。
水文学原理 CH9 流域产流
第Ⅰ类
第Ⅱ类
Rs+Rint+Rg
第Ⅲ类
Rs
第Ⅳ类
冲积平原
Rsat+Rg
流量过程线上的主要尖峰都是由槽面降水形 成的直接径流（Rs） ，或者由逐步扩大的 饱和地面径流（Rsat）所造成的，而过程线 总量则主要是由壤中水径流（Rint）组成 的。
第三节 流域产流特征分析
一个大流域是由许多小流域构成的，而小流域又是由更 小的集水单元(山坡流域)所组成的。由于流域内地形地貌、 地质条件、植被类型、土壤类型、包气带厚度、地下水埋 深、土壤湿度及降雨等存在差异，所以流域各点的产流特征 必然存在差异。流域产流的特点： 流域产流由不同的产流模式组成； 流域中占主导地位的产流模式决定了流域产流的基本特征； 在一定条件下，非主导产流模式可以转化为主导型产流模 式。
A1 A2 A3
A6
A5
A4
三、水源划分 前面所求的为总径流量R：R=Rs+Rg 。这里所 讲的是两水源划分方法。 地面径流和地下径流汇流的规律是不相同的。 因此，由已知 PE 求得径流量 R 后，还需再分成地 面和地下两部分，以便进行汇流计算。 按照蓄满产流模型：产流面积上，包气带缺水 量已经满足，产流量 R 按稳定下渗率 fc 下渗，下 渗的水量形成地下径流 Rg ，超过稳定下渗率的部 分形成地面径流 Rs 。（只有在产流面积上才有地 下径流产生）
流域产流特征可从以下几方面进行分析： 1、分析流域的气候及下垫面特征
长年气候干燥的流域，常以超渗模式产流； 长年气候湿润的流域，常以蓄满模式产流。 若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋 深大，则常以超渗方式产流； 若下垫面土壤颗粒较粗、结构疏松、植被好，地下水位 高，则常以蓄满方式产流； 我国长江以南的绝大部分地区，属典型的蓄满产流 区；西北干旱地区的一些内陆河流，属典型的超渗产流 区；其余地区属于混合产流区。
水文学原理
10
2-3 Basic solution
简单入流的解称为基本解，又称为(河段)汇流曲线(flow concentration curve)。 如果河段入流为单位入流函 数H(t)，则下断面出流为S曲 线，又称为单位过程线(Unit Hydrograph) 如果某河段上断面入流为单 位瞬时脉冲入流δ(t)，则河 段下断面出流称为瞬时单位 线u(0,t)，简写为u(t)
6
2-2 Processing of inflow hydrograph
(1)简单入流过程(Simple inflow hydrograph)
a)单位入流过程(Unit Inflow hydrograph)：一直维持1个单位流量的入 流过程(例如 1m3/s)
工程水文学题库第章习题流域产汇流计算
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。
产汇流计算-图文
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。
河海大学811水文学原理第十章 地表水流
二、枯水的消退规律
蓄量方程式为线性时，退水方程为指数函数， 蓄量方程为幂函数时，退水方程也是一个幂函 数。
三、影响枯水消退的因素
一是退水开始时洪峰流量的大小。 洪峰流量大，相应的地面蓄水量多，枯水期退水就比 较缓慢，反之则地面蓄水量少，枯水期退水就较快。
1.4 0.5
4.9
蓄水量计算表
时间(月.日)
P
4
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
E 14.8
8.5
39
R
0.4 0.3 0.5 1.5 1.9 4.3 4.5 5.4
4 0.6 0.6 0.7 1.2 1.3
W 1.4 0.5
4.9
41.3 40.9 40.6 40.1
52 50.1 53.8 49.3 43.9 39.9 39.3 38.7
三、 流域蓄水容量曲线
（一）流域蓄水容量曲线：以包气带达到田间 持水量时的土壤含水量w’m为纵坐标，以小于 等于该W’m所占的流域面积比重a为横坐标， 则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线。
（二）流域蓄水容量曲线性质
(1)流域蓄水容量曲线是一条单增曲线。 (2)曲线上任—点的纵横坐标值表示流域中小于
二是潜水蒸发。 潜水蒸发是影响地下水退水的主要因素。一般在潜水 蒸发大的季节地下水退水快，而在潜水蒸发小的季节 地下水退水较慢。
三是径流成分的比重。 在湿润地区，流域蓄水量一般包括地面蓄水量 和地下蓄水量，其比值与降雨强度有关。
四是枯水量沿河长的分布情况。 当蓄水量主要集中在上游时，枯水期的流量消 退就较慢。
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2. 一次降雨过程中，随着降雨的继续，产 流面积不断增大，产流量也增大。
3. 对同一降雨量，其包气带起始蓄水量愈 大，则产流量也愈大，反之，起始蓄水 量愈小，产流量也愈小。
4. 未满足流域的最大蓄水容量以前， dR/dP<1,当满足以后，dR/dp=1。
0
1.0a/A
(2)流域蓄水容量面积分配曲线：
将流域中包气带最大 蓄水量等于或小于某 Sm 一给定降雨量的面积 按总面积比进行统计， 绘成曲线，即可得出 流域蓄水容量面积分 配曲线。
0
1.0a/A
流域蓄水容量面积分配曲线：
• 上述曲线一般可用函数
形式进行表达.
Sm
• (a/A)=1-(-S/Sm)n
1 直接求定法 2 相关曲线法 3 经验系数法 4 流域模型法
SSARR模型 （美国工程兵团河流合成与 水库管理模型，1958），斯坦福模型， 萨克拉门托模型，水箱模型，USDAHL 模型（美国农业部水文研究室模型， 1970），新安江模型。
某流域属蓄满产流，其蓄水容量分配曲
线如图，（1）求流域平均最大蓄水容量 （2）绘出W0=0，W0=40，W0=Wm时的 降雨径流 流域中产流是不同步的，产流最先发生于
透水性较底或土壤湿度较底的地方。 • 产流面积的变化是降雨强度的函数。
2、产流面积空间发展
• (1) 流域下渗能力面积 分配曲线：是指流域 f 中下渗能力等于或小 于某一给定降雨强度 时的面积分配曲线， 它常以相应面积与总 面积的比值来表示。
第十章 流域产流
第一节 流域产流机制
一、流域构造特征与流域产流机制
1. 缓变因素：流域下垫面组成（各种界面）。
2. 变动因素：降雨、蒸发、土壤湿度、下渗 能力、地下水位等。
二、产流模式在流域中的分布
1. 抓主要的：流域产流的主导机制，它确定 了流域产流的基本特征。
2. 忽略次要的。
三、产流面积在流域空间上的发展
二、超渗地面径流的产流过程
1. i>f时,产生地面径流 2. 产流量与降雨强度及下渗能力有关。 3. 产生面积并不是随降雨的继续单向增长，
而是有增有减。
三 降雨径流关系
例：今有某流域的蓄水容量面积分配曲线如下图，试给 出其降雨径流关系曲线的图形。
W（mm)
R
180
60
0
0.5
1.0a/A
P
第五节 产流量的计算方法
• 式中
A:流域面积
a :产流面积
Sm:流域最大蓄水量
S:流域蓄水量
0
n:参数
1.0a/A
第二节 流域产流过程与产流量 一 饱和地面径流的产流过程.
P
W
曲线右下方阴影
部分为满足包气
带蓄水的部分,左
上方为产流部分。
P1
R1 W1
与曲线的交点a 为雨止时的产流
面积比数。
t0
a
1.0a/A
将降雨过程与蓄水容量面积分配相联 系，基本上反映出了饱和产流型的产流特 征，它们是：
（3）已知一场降雨过程如下表所列，试 求出Wm=40mm时各时段产流量
80
时间(时) 8-14 14-20 20-2
40
雨量(mm) 20 20 10
雨量
0.5
1.0a/A