第十章 流域汇流
流域产汇流规律
流域产汇流规律嘿，朋友们！今天咱来聊聊流域产汇流规律这个有意思的事儿。
你想想看，那一条条河流就像大地的血脉一样，而流域产汇流规律呢，就是这些血脉流淌的秘密。
水从天空落下来，就像一场奇妙的旅行开始啦！这水呀，有的渗到地下，就像个调皮的孩子找个地方藏起来了；有的在地面汇聚成小水流，然后一路奔跑，汇聚成更大的水流。
这不就跟咱人一样嘛，有的喜欢安静地待着，有的就爱热热闹闹地凑一块儿。
流域就像是个大舞台，各种角色都在上演着自己的故事。
那些山坡、山谷、平原，都是这场大戏的不同场景。
水在不同的地方流动的速度、方式都不一样，有时候快得像风，有时候又慢悠悠的，是不是很神奇？比如说，一场大雨过后，水会迅速地聚集起来，形成小河、小溪。
这就好像突然来了一群小伙伴，一下子就热闹起来了。
然后这些小河小溪又会汇聚到更大的河流里，就像大家一起去参加一个更大的派对。
我们可不能小瞧了这流域产汇流规律，它对我们的生活影响可大着呢！要是不了解它，那发大水的时候可就麻烦啦，就像没头苍蝇一样不知所措。
但要是我们搞清楚了它，就能更好地利用水资源，还能做好防洪减灾的工作。
你说，这是不是很重要？就像我们了解朋友的脾气性格一样，知道了才能更好地相处呀！而且哦，这流域产汇流规律还会影响到生态环境呢。
水的流动会带动各种物质的运输和交换，对动植物的生存和繁衍都有着重要的作用。
如果这个规律被打乱了，那生态平衡不就被破坏了吗？这后果可不堪设想啊！所以啊，我们得好好研究它，就像对待一个珍贵的宝贝一样。
要保护好我们的流域，让水能够自然、顺畅地流动。
总之呢，流域产汇流规律就像是大自然的一个秘密密码，我们要努力去解开它，才能更好地和大自然和谐相处。
让我们一起加油，去探索这个神奇而又重要的规律吧！别不当回事儿哦，这可是关乎我们生活的大事呢！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
第10章流域汇流
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。
水文学原理第10章10月19日24日
什么是河槽洪水演算
Q I
河段
根据河道上断面的洪水过程 推求河道下断面的洪水过程。 在水文预报、水利工程防洪控制等有重要应用。
河段洪水演算的研究对象和内容
洪水演算的研究对象： 已知上断面流量过程，推求下断面的流量 进入河段上下游两断面间的水体（洪水波），
洪水演算关心的研究内容：
河段上下断面的流量、水位随流程与时间的变化。 水文学研究中依据一些假设或经验， 利用上断面的流量过程来推求下断面的流量过程， 涉及到的核心内容是两个断面间蓄水量的变化。
dQdV
Q A 0 L t
dQdV
d Q 1 2 Q Q Q t d t d t 1 2 Q Q L L Q Q L L t ( Q Q L L ) d t d t
dQQ Ldt12QLdtdt
L
2Lt
d V 1 2 A A A L L L 1 2 A A t d t A A L L t( A A L L ) d t L
A A'
B
D
B'
C
D'
要素 波体 波峰 波高 波长
波前 波后
T 时刻 VABCDA
B BD AC
VBCD VBDA
二者关系
>
<
> <
T+dt 时刻 VA’B’C’D’A’
B’ B’D’ A’C’
VB’C’D’ VB’D’A’
C ' 稳定流水
描述洪水波运动特征的要素
位相：洪水波与大气交界面上（或轮廓线上）任一点的位置 同位相：
A
12AdV dtL NhomakorabeadtLL
t
2Lt
Q L d t 1 2 Q L d td t A d tL 1 2 A d tL L
第十章 流域汇流
m
n
周文德认为：如果降雨随时间保持不变，则出流先是随时间渐 增，当达到平衡后，就处于稳定状态。即
I I
Q Q
且I 和Q对时间t的各阶导数必为零。因此，流域达到平衡后，可 认为流域蓄量与稳定状态时的入流和出流成正比，即
S f ( I , Q ) a 0 I b0Q
第二节
第十章
流域汇流
目
录
概述 流域汇流计算基础 流域汇流系统分析 线性分布式流域汇流模型 流域汇流的非线性处理
第一节
概 述
一、流域汇流过程
流域汇流过程：降雨在流域上的降水水滴，扣除损失后，从流域各处向 流域出口断面汇集的过程即为流域汇流过程，它讨论流域出口断面洪水
过程的形成原理和计算方法
第一节
概 述
不同径流成分由于汇集至流
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
第一节
概 述
二、流域汇流时间
流域汇流时间：降雨在流域上的降水水滴汇集至流域出口断面所 经历的时间。由于汇集到流域出口断面的具体条件不同，不同径
流成分的流域汇流时间不一样
系数a和b中只要有一个为I和Q的函数，为非线性汇流系统 如果所有的系数均为常数，则为线性时不变汇流系统；如果至少有 一个系数是时间t的函数，则为域汇流系统分析
倍比性
[nI (t )] n[ I (t )]
[ I i (t )] [ I i (t )]
最大流域汇流时间：流域中最长汇流路径的水滴与其平均速度的比
值
Lm m v
1 d F F
平均流域汇流时间
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。
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
水文学原理试题及答案
水文学原理试题及答案篇一：2011年水文学原理题】第一章绪论1.水文学主要研究水的循环、分布、变化和利用等内容。
2.人类面临的主要水问题包括水资源短缺、水污染和水灾害等，解决这些问题需要加强水资源管理、水环境保护和水灾害防治等措施。
3.水文现象是指与水相关的各种现象，包括降水、径流、蒸发、地下水等。
水文现象具有一定的规律和特性，如降水量在时间和空间上的分布不均、径流量与降水量之间存在一定的关系等。
4.水文学的主要分支学科包括水文气象学、水文地质学、水文地理学、水文工程学等。
5.水文学经历了观测、实验、定量分析和综合研究等发展阶段。
6.水文学研究的特点包括需要跨学科综合研究、需要进行定量分析和模拟、需要考虑时间和空间的变化等。
第二章水文循环1.水的自然属性包括流动性、挥发性、溶解性等，社会属性包括供水、排水、灌溉等。
2.水循环包括蒸发、降水、径流、地下水等环节。
3.研究水文循环需要考虑不同尺度，如大气尺度、流域尺度、点尺度等。
水文现象包括降水、径流、蒸发、地下水等。
4.全球和流域（区域）水量平衡及方程式是衡量水循环的重要指标。
6.大气中的水分更新期为/=0.022年，即8.03天。
7.合理利用水资源、节约水资源需要遵循水资源可持续利用的原则，采取科学管理、节约用水、水环境保护等措施。
第三章河流与流域1.流域是指一定范围内的地面和地下水流入同一水系的区域。
流域可以按照分水岭、水系、流域面积等来分类，其主要特征包括水文、地形、地质等。
2.河流的主要特征包括流量、径流、水位、横截面等。
3.水系形状可以分为树状、网状、平行河道等，不同水系对汇流的影响也不同。
4.建库以后多年平均流量q0=20m3/s*（1000+100）/1000=22m3/s。
5.多年平均年蒸发总量为476.1mm-66.1mm=410mm，多年平均径流系数为66.1/476.1=0.139，蒸发系数为410/476.1=0.861.第四章降水1.降水基本要素包括降水量、降水强度、降水时长等。
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。
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地面水流域汇流时间：为地面水坡面汇流时间与河网汇流时间之 和。坡面汇流时间不长，大约只有几十分钟。河网汇流比河道洪 水波运动复杂很多，坡面水流是沿着河道两侧汇入河网的，河网 汇流是一种具有旁侧入流的河道洪水波运动。河网中的流速通常
比坡面水流流速大得多，但河网的长度很长，因此，河网汇流时
间远大于坡面汇流时间
(t )
dQ(t ) I ( ) (t ) (t ) I ( )d
(t ) Q(t ) I ( )d 0
t
第二节
流域汇流计算基础
流域形状为矩形， 面积时间曲线为 水平线
第二节
流域汇流计算基础
流域形状为扇形，面积时 间曲线为单一峰曲线
第一节
概 述
地下水流域汇流时间：时间比地面大很多
地下水径流为77％，其汇流时间为20.5h，地
面水径流为23%，其汇流时间为6.5h，地下水 为地面水的3.2倍
第一节
概 述
隶溪流域，166km2，南方山区，植被好，土层浅薄，基 岩透水性差，地下径流以壤中水径流为主。壤中水径流10 天流出，一年中首尾流量大体相同
第三节 2. 推求单位线的方法
流域汇流系统分析
推求单位线的原则
误差最小。由UH推得出流与实测出流间误差最小。单位 线常采用试错法，根据实测资料先采用一定方法分析出一 条初始单位线，然后根据分析原则进行合理性分析或再修
正UH
合理性。单位线要符合汇流曲线的特征，如坐标非负性， 总量为1单位，过程无跳动等
流域按一定要求划分为若干块(称为子系统)，进
行汇流分析计算时各块的输入不同或参数不同，
最后按一定方式汇总得到流域汇流过程，即为分 散型流域汇流系统
第三节
流域汇流系统分析
二、单位线法
1. 单位线的定义和基本假定
定 义
在给定的流域上,单位 时段内均匀降落单位深度 的地面净雨，在流域出口
断面形成的地面径流过程
一时刻流达出口断面，只有那些流达时间为t-τ（流达时间为2小时）的净 雨才对t时刻（例如10点）的流量有贡献，成为t时刻出流量的一部分
dQ(t ) i(t )A(t )
能在t时刻到达流域
流量出口断面流 量的组成
出口断面的净雨滴
占有的面积
第二节
流域汇流计算基础
A(t ) dQ(t ) i ( )d
i 1 i 1 n n
叠加性
满足倍比性和叠加性原理的流域汇流系统称为线性流域汇流系统， 否则为非线性流域汇流系统
在线性流域汇流系统中，如果系统输入和系统响应之间运算关系
的算符Φ 中包含的参数均为常数，则为线性时不变流域汇流系统，
否则，为线性时变流域汇流系统
第三节
流域汇流系统分析
集总流域汇流系统：当把流域作为一个整体采取 同一组系数进行汇流计算
二. 调蓄作用物理原因
流域汇流中降水注入点有远近之分：即使水滴
具有的速度相同，同一时刻流入的净雨量也不
可能同时流出流域，那些距离较远的雨滴将留
在流域中，引起时段内蓄水量的变化，导致洪
水过程线的推移和坦化
流域上水滴速度的分布是不均匀的
第二节
流域汇流计算基础
由于流域调蓄作用的存在，τ时刻（例如8点）的净雨不可能全部在同
dS dSl dS p dSr dS g dt dt dt dt dt
坡地和湖泊蓄量不大 河网和地下水蓄量大
第二节
流域汇流计算基础
三. 面积－时间曲线
面积时间曲线：以等流时面积为纵坐标，以其中水滴到达出口断面
的时间为横坐标，构成的曲线
等流时面积
第二节
流域汇流计算基础
τ时刻净雨对t时刻出流有贡献的等流时面积
m
n
周文德认为：如果降雨随时间保持不变，则出流先是随时间渐 增，当达到平衡后，就处于稳定状态。即
I I
Q Q
且I 和Q对时间t的各阶导数必为零。因此，流域达到平衡后，可 认为流域蓄量与稳定状态时的入流和出流成正比，即
S f ( I , Q ) a 0 I b0Q
第二节
线，称为单位线。单位净 雨一般取10mm,单位时段可 取1、3、6、12、24h等,依 流域大小而定
第三节
流域汇流系统分析
假 定
•
倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是k个单位,
则形成的流量过程是单位线纵标的k倍
第三节
流域汇流系统分析
假 定
•
叠加假定：如果净雨不是一个时段而是m个时段,则形成的流
第二节
流域汇流计算基础
流域形状不为矩形，面积 时间曲线为双峰线
第三节
流域汇流系统分析
一. 系统概念与流域汇流系统
1. 系统概念
系统输入
系统输出 系统作用
流域出口断面的流量过程称为流域对净雨过程的响应，简称为 流域响应。流域响应Q(t)与净雨输入I(t)之间的关系为
Q(t ) [ I (t )]
第一节
概 述
不同径流成分由于汇集至流
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
第一节
概 述
二、流域汇流时间
流域汇流时间：降雨在流域上的降水水滴汇集至流域出口断面所 经历的时间。由于汇集到流域出口断面的具体条件不同，不同径
流成分的流域汇流时间不一样
t
第二节
流域汇流计算基础
二. 流域蓄泄关系
流域水量平衡方程
dS (t ) i(t ) Q(t ) dt
•
i(t)已知，而Q(t)，s(t)未知
第二节
流域汇流计算基础
流域蓄量不仅与入流和出流有关，还与它们的各阶导数有关
,Q ,, Q) , I ,, I , Q, Q S f (I , I
第三节
流域汇流系统分析
d n 1Q d nQ dQ bn n 1 bn 1 n b0 Q dt dt dt d m 1 I dm I dI I am m 1 am 1 m a0 dt dt dt
d D dt
am D m1 am1D m a0 D 1 Q n 1 n b D b D b D 1 I [ I (t )] n n 1 0
量过程是各时段净雨形成的部分流量过程错开时段叠加
第三节
流域汇流系统分析
推流公式
Qd ,t rd ,i qt i 1
i 1
m
无因次化
式中，Qd,t为流域出口断面各时刻流量值，m3/s；rd,i为各时段净雨量，mm； qt-i+1为单位线各时刻纵坐标，m3/s；t=m+n-1为流域出口断面流量过程线时 段数；m为净雨时段数；n为单位线时段数
m n
I , I ,
, I , Q , Q ,
, Q 0
第二节
流域汇流计算基础
m n
,Q ,, Q) , I ,, I , Q, Q S f (I , I
S f ( I , Q ) (a0 I b0Q ) a0 I a1I ' b0Q b1Q' bnQ ( m)
第三节
流域汇流系统分析
资料准备
确定计算时间长度Δt。常与流域大小成正比
Δt起迄时间的选定。按照两个要求：一是时段内雨强尽量均
匀，不使主要产流时段的雨强因人为分段而破坏；二是要控 制峰形，使洪峰和过程控制点尽量摘到
线性水库型的流
am I ( m )
流域蓄泄方程的一般形式为
域调蓄方程
S am I
m 0
m
( m)
bnQ
n 0
n
( m)
S b0Q
第二节
流域汇流计算基础
蓄量S(t)与包括河网蓄量Sr,湖泊水库和洼地蓄量Sl，坡面滞蓄 量Sp和地下蓄量Sg
S Sl S p Sr Sg
第一节
概 述 口头流域，155km2，北方山
区，植被差，基岩出露地表， 裂隙发达，地下径流以地下 水径流为主。一次降雨形成 的地下水径流需要10个月流 出
第一节
概 述
流域汇流时间的确定：位于流域上不同地点的水滴，由于流速和汇
流路径的不同，将具有不同的汇流时间。因此，采用什么物理量来 反映流域汇流时间呢？一般使用最大汇流时间和平均汇流时间来描 述
( I I )
n n
m
m
I
m
(Q Q )
Q
n
]
第二节
流域汇流计算基础
令
f f f a0 , a1 , , am m I I I f f f b0 , b1 , , bn n Q Q Q
如果忽略二次以上的项，并考虑到下式为各个稳定状态时对时 间的导数，全为零
第十章
流域汇流
目
录
概述 流域汇流计算基础 流域汇流系统分析 线性分布式流域汇流模型 流域汇流的非线性处理
第一节
概 述
一、流域汇流过程
流域汇流过程：降雨在流域上的降水水滴，扣除损失后，从流域各处向 流域出口断过程的形成原理和计算方法
最大流域汇流时间：流域中最长汇流路径的水滴与其平均速度的比
值
Lm m v
1 d F F
平均流域汇流时间
第一节
概 述