第10章流域汇流
中科院地理所自然地理学考博水文学试题及参考答案整理2_流域产汇流
一、流域水文模型简述流域水文模型的类型及其应用问题水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？论述流域水文模型的类型及其特征？二、流域产流流域产流过程及其方式有哪些？我国南北方流域产流过程及其方式有哪些不同？三、径流形成影响径流形成的主要因素有哪些？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？试述河川径流中的基流分割主要方法及研究基流的意义。
径流形成的基本原理及其影响条件。
四、下渗影响下渗的因素由哪些？五、蒸发能力何为流域的蒸发能力？干旱和湿润地区的实际蒸发和蒸发能力之间有什么联系和区别？实际蒸发与蒸发能力之间有什么联系和区别，如何计算？六、水文循环如何理解水资源可再生（可更新）性？其意义是什么？试述水量转化及其在水资源评价中的应用。
试述流域水文循环过程及其科学问题。
论述流域水文循环和水量转化过程及其在水资源评价中的应用？七、水文学科理论你认为生态水文学的科学问题有哪些水文学的基础理论问题水文学与水资源学的关系八、人类活动对水文影响试述人类活动的水文效应及其研究方法？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？九、水资源特点及开发利用论述中国水资源开发利用问题及其对策。
论述中国水资源的时空分布特点及其开发利用对策？十、区域水文分析流域地下水的补给来源、地下水径流、地下水排泄，以及地下水动态的影响因素？如何理解湖泊、沼泽的水量平衡与调节作用？十一、新技术方法一、试题流域产流过程及其方式有哪些？我国南北方流域产流过程及其方式有哪些不同？Horton产流理论1935年，Horton指出，降雨强度(i)超过地面下渗能力(f p)和包气带缺水量(D)得到满足，即下渗到包气带中的水量(I)与其蒸发量(E)之差超过其缺水量(D)，是产流的基本物理条件。
Horton断言1.当i≤f p，I-E≤D时，无径流产生，河流处于原先的退水状态。
2.当i＞f p，I-E≤D时，河流出现尖瘦且涨落洪段大致对称的洪水过程线，它是由单一的地面径流形成的。
流域汇流
（二）单位线的推求
单位线可利用实测的降雨径流资料来求，一般选择时空分布 较均匀，历时较短的降雨的单峰洪水来分析。 由单位线定义，单位线是单位时段单位地面净雨在流域出口 形成的地面径流过程线。所以分析前要求出地面径流过程和 地面净雨过程
1、径流的分割
蓄满产流模式：采用斜线分割法，割去地 下径流得地面径流过程线。 超渗产流模式：实测流量过程线即为地面 径流过程线。
Q（t）取决于流域的产流过程 i(t)和汇流曲线。
净雨过程 i( ) 或 i(t ) 在产流计算中已介绍。
只要确定流域的汇流曲线即可求得流域出口断面 的流量过程。
三、流域调蓄作用
1、流域出口断面流量过程的推移和坦化 出流洪峰迟于净雨峰的现象称为洪水过程线的推移； 出流洪峰小于净雨峰的现象称为洪水过程线的坦化。 2、流域调蓄作用 洪水过程中，由于净雨和流量的相对变化，使得流域 内水量或增或减，这种洪水形成过程中所呈现出的流 域需水量增加或减少的现象称为~。 造成流域调蓄作用的物理原因： 降水在流域的注入点有远近之分 流域上水滴速度的分布是不均匀的。 流域出口断面流量的组成 t t
流域蓄泄关系的一般形式， 也称为流域蓄量方程。
S am I bn Q
m 0 n 0
m
m
n
n
如果至少有一个系数为I和Q的函数，则为非线性流域蓄量方程， 否则是线性流域蓄量方程。 特别的，当仅b0不为零时，S=b0Q——“水库”作用
四、等流时线及其在地面汇流分析中的应用
为计算上的方便，取计算时段 分两种情况进行讨论。
时净雨最末时刻t1降落在流域最远点的净雨正好流过出口故此时流量为s2f1一个时段的净雨在流域出口断面形成的地面径流过程等于该净雨强度与各块等流时面积的乘积即b多时段净雨在流域出口形成的地面径流过程等于它们各自在出口形成的地面径流过程叠加
工程水文及水利计算-流域产汇流计算
RS2 产生的 Q2,I (m3/s)
Q20 = 0
Q12 = Q2 Q21
Q21
=
Q11
RS 2 RS1
Q13 = Q3 Q22
Q22
= Q12
RS 2 RS1
Q1-4=Q4-Q2-3
Q23
= Q13
RS 2 RS1
……
……
计算单位线 q (m3/s)
q0 = 0
q1
=
10 RS 1
如表8-6所示，由式（8-28）即可根据地下净雨 过程求得流域的地下径流过程
§8-7 单位线法计算流域出口洪水 过程
一. 单位线定义与基本假定 （一）定义：单位时段内、分布均匀的单位地面净雨，
在流域出口断面形成的地面径流过程，如图8-15。
·单位时段 t ： t =（1/3～1/2）tr， 常选 1，3，6，12，24h
（二）分解法：对多个时段净雨的洪水过程 总的地面径流过程分解为各净雨独立产生的地面
径流过程→按缩放法由某单位时段的地面径流过程求 单位线
以两个时段净雨的流量过程为例，方法步骤如下
1. 分割地下径流，求地面径流过程 Q ~ t 和地面径
流深
RS
=
Qi t F
2. 求地面净雨过程：RS1，RS2 如降雨径流相关图法，注意计算的各时段净雨之和
一定等于RS 3. 将地面径流过程分解为各时段净雨的地面径流过程
（ Q ~ t ）1、（ Q ~ t ）2：按假定一和假定二进 行，如下表
时间 t( t )
0 1
净雨 RS,I(mm)
RS1
Qi (m3/s)
Q0=0 Q1
2
RS2
产流与汇流
一、流域降雨分析
（一）单站降雨特性分析 1、降雨强度过程线 降雨强度过程线就是降雨强度随时间的变化 过程线。
10
通常以时段平均雨强 i 为纵坐标，时间为横坐标的柱 状图表示，当 t 取很小并趋于零，过程线变为光滑 曲线，即为瞬时雨强i过程线。
11
2、降雨量累计曲线
以雨量累积值为纵坐标，相应时间为横坐
17
（1）算术平均法 当流域内雨量站分布均匀，地形起伏 变化不大时，可根据各站同时段观测的 降雨量用算术平均法推求:
18
(2)垂直平分法（泰森多边形法） 当流域雨量站分布不太均匀，为了更 好地反映各站在计算流域平均雨量中的 作用。 假设：流域各处的雨量可由与其距离最 近的雨量站代表。
19
先用直线连接相邻雨量站（包括流域周边外的雨 量站），构成若干个三角形，再作每个三角形各边 的垂直平分线，这些垂直平分线将流域分成n个多 边形，流域边界处的多边形以流域边界为界。每个 多边形内有一个雨量站，以每个多边形内雨量站的 雨量代表该多边形面积上的降雨量，最后按面积加 权推求流域平均降雨量：
i dt
而曲线上任一时段的平均坡度即为该时段平均降雨强 度 ，即 P
i
i
t
14
3、降雨强度～历时曲线 统计降雨强度过程线中各种不同历时 的最大平均雨强。
15
最大平均雨强与历时的关系即为降雨强 度～历时曲线。
16
（二）流域降雨特性分析 1、流域平均降雨量 由雨量站实测雨量记录，计算流域的平 均降雨量，常用的方法有三种： 1）算术平均法 2）垂直平分法（泰森多边形法） 3）等雨量线法
持水量。田间持水量与凋萎含水量的差值称
流域蓄水容量（Wm ）。土壤含水量与前期降 雨有密切关系，可以用参数 前期影响雨量 （Pa ）来反映。
水文与水资源学期末复习资料
12.设计xx：
13.设计xx包括的3个要素
14.推求设计xx的途径
第六章
1.河流泥沙的水力特征
（1）泥沙的沉降速度，指泥沙在静止清水中作等速沉降时的速度，它与泥沙的颗粒大小、形状、容重和水的黏滞性及泥沙沉降时的运动状态有关。
7.影响沟道侵蚀产沙与xx的因素
（1）降雨
（2）地质地貌Ａ岩性与构造，水分下渗所造成的水体体积膨胀、水分沿岩土体结构面运动是引起沟道边坡变形破坏、发生块体运动的主要原因Ｂ坡沟结构，坡沟结构特征对重力侵蚀的形成有较大的影响，各种块体运动的发生，往往与不同方位的结构面有关Ｃ地貌条件，主要是沟坡坡度、坡形及沟道下切特征Ｄ植被状况
（2）“门槛”作用：
降雨通过地面下渗到土壤中的那部分水量即下渗水量为I，首先在土壤吸力作用下被土壤颗粒吸附、保持、储存，成为土壤含水量的一部分，这其中的一些又要以蒸发散形式E逸出地面，返回到大气中去。
6.流域产流方式P114
（1）xx产流：
xx认为降雨径流的产生取决于两个条件：
A：降雨强度超过地面下渗能力B：
（3）平行水系：
支流与干流交汇时大体上程平行趋势，各支流汇集到流域出口的同时性较强，常产生较尖峭的洪水过程。
（4）混合状水系：
把两种以上的水系复合而成的水系称为混合状水系。
14.降水是一个地区最基本的水分来源，更是水量平衡方程的基本参数，它是一个地区河川径流的来源和地下水的主要补给来源，降水的空间分布与时间变化是形成水资源空间分布不均及年内分配不均的主要原因，也是引起洪涝灾害的直接原因。
（2）下垫面因素，主要是通过影响蒸发散和径流起作用的。
(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。
河海大学811水文学原理第九章 第十章
n i1
Ii
(t)
n
i1
Ii (t)
均匀性：若将输入的n倍施加于系统，则产生的系统
响应等于原输入产生的响应的n倍， 均匀性又称为
Q(t) t w(t ) i( )d
0
第三节 线性流域汇流系统分析
系统的输入是净雨过程 系统的输出是出口断面流量
过程. 系统作用就是流域调蓄作用
对系统输入I(t)施行一定运算就可以得到系统的Q(t)。
Qt I (t)
叠加性：n个输入之和产生的总的系统响应等于每个
输入产生的响应的代数和。
t x
dQ t x
即 Q Q dQ 0 联系Q对t的全导数：dQ Q Q dx
t x dA
dt t x dt
等价于以下微分方程组：
dx dt
Ck
dQ dA
dQ 0 dt
表明运动波总是向下游方向传播，Ck=dQ/dA；洪水波运动方 向，任何一个相应流量在运动过程中都不发生变化。
2、运动波是一种没有坦化现象的洪水波，但有可能产生 变形。
第九章 坡面、土壤与河道水流
第一节 河道汇流
一、洪水波特征的描述
几何特征（波长、波高、附加比降） 相应流量、相应水位 波速
波体上某一位相点沿河道的运动速度—该位相的波速。 Ck=dx/dt 传播时间 洪水波上任一位相的水位或流量出现在距离L的下断面的时差。
L 1 dx
0 Ck
当Ck为常数时，
(L0
— 流域形心至流域出口断面的距离）
第二节 流域汇流计算基础
一、汇流特性 洪水过程线的推移：出流
洪峰迟于净雨峰的现象 洪水过程线的坦化：出流
洪峰小于净雨蜂的现象
二、流域调蓄作用 dt 时段内，进入流域的水量是I(t)dt，流出流域的水量是Q(t) dt。
产流与汇流
第二节
降雨径流影响要素计算
产流方案
根据流域降雨、蒸发和
径流资料，分析确定降雨量、土壤含水 量和径流量等要素之间的关系。
汇流方案
根据流域降雨和流量资
料，推求净雨和出口流量之间的关系。
8
P（t）
R（t） P～R Q（t）
R ～Q
流域产流与汇流计算
P（t） P～R
R（t）
R ～Q Q（t）
流域产流方案与汇流方案制定
30
退水曲线是流域蓄水消退曲线，对同 一流域的各次洪水，将若干条流量过程线
的退水部分绘于透明纸上，然后沿时间轴 左右移动，使退水线尾部重合，其下包线
可作为标准的地下水退水曲线。
Q (m3/s)
地下水退水曲线
t 退水曲线
地下水退水满足线性水库微分方程
Байду номын сангаас
dW Q dt
消除 W 得 从0～t 积分
37
方法2：根据退水方程
Qt Q0 e
t Kg
有
1 ln Qt ln Q0 t Kg
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 ln Qt ln Q0 t Kg
1/kg 1.0
t
Q
R
t 退水曲线 次洪水过程线划分
t
地表径流和地下径流汇流特性不
若第t日内无雨，则
Pa,t+1= Ｋ Pa,t
若第t日内有雨无径流，则
Pa,t+1= Ｋ（Pa,t+ Pt ）
上式限制条件： 当Pa,t+1≥Wm 时， Pa,t+1=Wm
Pa,t kP 1 k P 2 k P 3 k P n
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
L0 K V
第二节
一、流域调蓄作用
流域汇流计算基础
第二节
一、流域调蓄作用
流域汇流计算基础
在流域汇流过程中，随着洪水的涨落所呈现出 的流域蓄水量增加与减少的现象称为流域调蓄
作用。
河网调蓄作用: 对进入河网水流再次分配调节， 即河网在径流形成过程中，起到降低洪峰流量， 减缓洪水过程的作用，这种作用即河网调蓄作 用。
二、流域蓄泄关系
流域汇流计算基础
令流域蓄量为S，则上述讨论的流域调蓄作用必受到下 列流域水量平衡方程式的支配： I(t)-Q(t)=dS(t)/dt 在上式中，只有净雨过程I(t)是已知的，因此，它包含 有两个未知函数，出流量过程Q(t)和流域蓄量过程S(t)。 如果能进一步找出S(t)与I(t)、Q(t)之间的关系，那么将 其与上式联解，能求出一场净雨过程所形成的出流过 程。 S(t)与I(t)、Q(t)之间的关系称为流域蓄泄关系。
不同水源成分由于汇集到流域出口断面所经历的时间 不同，因此在出口断面洪水过程线的退水段上表现出 不同的终止时刻。 槽面降水形成的出流终止时刻tr最早，坡地地面径流形 成的出流终止时刻ts较次，坡地地下径流形成的出流终 止时刻tg最迟。
第一节
二、汇流历时
概述
（1）地表径流汇流时间 坡面被土壤、植被、岩石及其风化层所覆盖。 人类活动，例如农业耕作、水土保持、植树造 林、水利化及城市化等也都主要在坡面上进行。 由于坡面微地形的影响，坡面水流一般呈沟状 流。但当降雨强度很大时，也有可能呈片状流。 坡面阻力一般较大，因而流速较小，但坡面水 流的流程不长，常只有百 m 至数百 m ，所以坡 面汇流时间往往不长，只有几十分钟左右。
第一节
一、流域汇流过程
概述
降落在流域上的降水质点，从流域各处向流域出口
断面汇集的过程称为流域汇流。
通常可以把流域划分为坡地与河网两个基本部分。 河网是由各级河流组成的网络。按斯特拉勒(Strahler)河 流的级一般定义为：从河源出发的河流称为一级河流，两 条Ω级河流汇合成的河流称为Ω+1级河流(Ω±1，2，...)； 两条不同级河流汇合成的河流的级是两条河流中较高的级。 坡地则是指水流能直接汇入各级河流的那部分流域面积。
第一节
二、汇流历时
概述
最大流域汇流时间是指流域中最长路 径的水质点流到出口断面的时间，按 下式近似计算：
Lm m V
第一节
二、汇流历时
概述
流域滞时 有些水文学者认为流域滞时 是一个比最大流域汇流时间 更有意义的术语。它的定义 是： K=v(Q)-v(I) 如果流域各处流速变化不大， 则流域滞时大体相当于流域 平均汇流时间，并可按下式 估算。
第一节
二、汇流历时
概述
（1）地表径流汇流时间 河网由大大小小的河流交汇而成。由于在河网交汇 处存在着不同程度的洪水波相互干扰作用，因此， 河网汇流要比河道洪水波运动更难处理。 另外，坡面水流是沿着河道两侧汇入河网的，所以 河网汇流又是一种具有旁侧人流的河道洪水波运动。 河网中的流速通常比坡面水流大得多，但河网的长 度更长，随着流域面积的增大，流域中最长的河流 将是坡面长度的数倍、数百倍、数千倍，至数万倍。 因此，除了小流域以外，河网的汇流时间一般远大 于坡面的汇流时间。
第一节
汇流过程
概述
流域汇流由坡地表面水流运动、坡地地下水流运动和河网水流运 动所组成。 不仅流域汇流被划分为坡地汇流与河网汇流两个阶段，流域出口 断面的洪水过程一般由槽面降水、坡地地面径流和坡地地下径流 (包括壤中流和地下水径流)三种主要水源汇集至流域出口断面所 形成。
第一节二、汇流历时源自概述第一节二、汇流历时
概述
（3）流域汇流时间 落在流域上的降水质点汇集到流域出口断面所 经历的时间称为流域汇流时间。 地面水的流域汇流时间等于地面水坡面汇流时 间与河网汇流时间之和。 令ts表示地面水坡面汇流时间， tr表示地面水河 网汇流时间， tw表示地面水流域汇流时间，则 有： tw =ts +tr
第一节
二、汇流历时
概述
（2）地下径流汇流时间 渗入坡面以下土层中的水质点流动较缓，故壤 中流及地下水径流的流域汇流时间总是比地面 水的流域汇流时间长得多。 壤中流及地下水径流虽都是地面以下岩土孔隙 中的水流，但在表层较疏松土层中形成的壤中 流，流速相对较大；而在地下水面以下土层中 形成的地下水流，流速相对较小。因此，两者 之中，地下水流的流域汇流时间又要更大些。
第一节
概述
第一节
流域汇流现象
概述
降落在河流槽面上的降水质点，将直接通过河网 汇集至流域出口断面。 降落在坡地上的降水质点，一般要从两条不同的 途径汇集至流域出口断面：
一条是留在坡地表面的降水质点，首先沿着坡地表面汇人
附近的河流，接着汇入更高级的河流，最后汇集到流域出 口断面； 另一条是下渗到坡地表面以下土层中的降水质点，在满足 一定的条件后，也要通过土层中各种孔隙汇集至流域出口 断面。 在实际情况中，以上两条汇流途径常常交替进行，成为所 谓串流现象。
第二节
一、流域调蓄作用
流域汇流计算基础
造成流域调蓄作用的物理原因 ①降水并非从一个地点 注人流域。 ②实际上由于流域各处 水力条件 ( 如糙率、坡 度、……) 不同，流域 各处水质点的速度也 将不同。换言之，流 域上的流速分布是不 均匀的。
流域出口断面流量的组成公式
流域调蓄作用，不仅能很好地解释流域出口断面洪水过 程线与净雨过程之间差别的原因，而且还可以据此导出 流域出口断面流量的组成公式。设τ时刻的净雨率为 i(τ)。显然，由于流域调蓄作用的存在，τ时刻降落在 流域上的净雨不可能全部在同一时刻流到出口断面，只 有那些流达时间为(t-τ)的净雨质点才对t时刻的出流量有 贡献，成为t时刻出流量的一部分(图7—7)，于是
dQ(t ) i( )A(t )
或
A(t ) dQ (t ) i ( )d
因为所有0至t时刻的净雨均对t时刻出流有一定贡献， 所以一场降雨形成的t时刻的总的出流量为
A(t ) Q (t ) i ( ) d 0
t
(7 5)
第二节