水文学原理 第十一章 流域产流
《水文学原理》第十章：流域产流机制、形成过程及产流量计算
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）。
工程水文学复习整理
工程水文学期末复习整理第一章 绪论1、水文现象的基本规律：周期性、随机性、地区性。
2、工程水文学的研究方法：成因分析法、数理统计法和地理综合法。
第二章 水循环与径流形成1、海洋向内陆输送水汽，内陆向海洋注入径流。
水量平衡方程： S O I ∆=-式中O I 、——给定时段内输入、输出该区域的总水量。
S ∆——时段内区域蓄水量的变量，可正可负。
2、若河床切割较深，地面分水线与地下分水线相重合，这样的流域成为闭合流域。
由于地质构造原因，地面分水线与地下分水线并不完全一致，这种流域称为非闭合流域。
3、凋萎含水量（凋萎系数），植物根系无法从土壤中吸取水分，开始凋萎，此时土壤含水量称为凋萎含水量。
4、田间持水量，指土壤中能保持的最大毛管悬着水时的土壤含水量。
当土壤含水量超过这一限度时，多余的水分不能被土壤所保持，以自由重力水的形式向下渗透。
5、当土壤孔隙被下渗水充满，下渗趋于稳定，此时的下渗率称为稳定下渗率。
6、降雨损失包括：植物截留、填洼、入渗和蒸发。
7、径流的表示方法和度量单位（1）流量Q ，是指单位时间内通过河流某一断面的水量，单位为s m /3。
（2）径流总量W ，是指时段T 内通过某一断面的总水量，常用单位为3m ，万3m ，亿3m ，有时也用其时段平均流量与时段的乘积表示。
其单位为M s m ·)/(3或d s m ·)/(3。
（3）径流深R ，是指将径流总量平铺在整个流域面积上所得水层深度，单位为mm 。
FT Q F W R 10001000== （4）径流模数M ，是流域出口断面流量与流域面积F 的比值，单位为)·/(2km s L 。
FQ M 1000= （5）径流系数α，是指某一时段的径流深度R 与相应降雨深度P 的比值。
即P R /=α 因P R <，故1<α。
第三章 水文资料的观测、收集与处理1、日平均水位的计算将当日h 24~0内水位过程线所包围的面积，除以一日时间。
流域产流
41
42
第三节 流域产流计算
一、流域产流方式 1.超渗产流：
超渗产流方式遵循超渗地面径流产流方式。超渗产流主要发生 在地下水埋藏深，包气带厚度大，土壤透水性差植被也较差的丘陵 区或干旱地区。
Rs (i f )
i 0
i n
2.蓄满（饱和）产流： 地表、壤中、地下径流，蓄满前不产流，蓄满以后全产流。 此产流方式多发生在包气带较薄、植被较好，土壤透水性强，下渗强 度大的地区。其特点是土壤比较湿润，且接近地下水面有毛管水带，土壤 层缺水量较小。一次降水下渗锋面很容易与毛管水建立水力联系，包气带 很容易达到饱和。
6
第二节
产流的基本物理条件
一、传统的产流观念（霍顿Horton观念,1933年） • 径流过程是由两种径流成分所组成。 • 一旦降雨强度超过下渗能力，则在全流域 产生地面径流。 • 地下径流产生的物理条件：整个包气带土 壤含水量达到田间持水量。
7
8
Rs＝0，Rg=0
Rs>0，Rg＝0
Rs＝0，Rg>0
• 则 rsat= i-(rint+fB)
37
5.四种产流机制的规律
（1）要有充分供水 （2）要有足够大于下渗率的供水强度 （3）对壤中流和地下径流必须产生临时饱和带，对饱和地 面径流则要全层饱和。 （4）要有侧向流动的水力坡度 （5）几种径流产生在饱和带几个界面上，上界面产生地面 径流，中界面产生壤中流和地下径流，下界面产生地下径 流。
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。
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。
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。
水文学原理 CH11 流域汇流
二、流域汇流时间 流域汇流时间——降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。坡地汇流时间 + 河网汇流时间。不同径流成分的流域汇 流时间是不一样的。下面主要讨论地面水和地下水的流域汇流时间。 地面水流域汇流时间 一般等于地面水坡面汇流时间与河网汇流时间之和，只有槽面降水才 不需要经历坡面汇流阶段。 地下水流域汇流时间 地下水流属于渗流，由于其速度一般比地面水小得多，因此地下水流 域汇流时间总是比地面水流域汇流时间大得多。 Rs,Rint,Rg在汇流时间上的差别仅表现在坡地汇流阶段。
i =0 j =0 m i n j
当只有系数 b0 ≠ 0时， S = b0Q (若b0为常系数，线性水库）
四、面积—时间曲线 假定流域上各点的流速相同，即其中任一水质点流达出口断 面的时间仅取决于它离开出口断面的远近。 等流时线——同时降落到流域，又能同时流达出口断面的水 滴连成的线。 等流时面积—相邻两条等流时线τ 和τ +Δτ 之间的流域面积。 等流时面积分配曲线——以流达时间为横坐标，以等流时面 积为纵坐标绘成的线。
1、最大流域汇流时间( τm) 流域中最长路径的水滴流到出口断面的时间。 Lm τm = V 式中：Lm —从流域出口断面沿流而上至流域分水线的最长距离；
V —水滴平均流速
2、流域平均汇流时间 流域上各水滴在流达出口断面时间的平均值。 L τ = 0 ( L0 —流域形心至流域出口断面的直线距离） V 3、流域滞时(K) 流域出口断面洪水过程线形心与流域净雨过程线形心的时差。
Thank You ！
从系统的观点出发， Q( t ) = Φ[h( t )]
2. 线性时不变系统的特点 满足叠加性和倍比性。且变换函数Φ中的参数不 随时间变化。
水文学产流理论
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。
3.当i≤f p，I-E＞D时，河流出现矮胖且涨落洪段大致对称的洪水过程线，它是由单一的地下径流形成的。
4.当i＞f p，I-E＞D时，河流中将出现涨洪快速，落洪缓慢、具有明显不对称的洪水过程线，它是由地面和地下两种径流成分混合而成的。
Horton产流理论阐明了均质包气带情况下超渗地面产流和地下水产生的物理条件，为我国在60年代提出蓄满产流和超渗产流奠定了理论基础，并成为二水源新安江流域水文模型划分地面、地下水的依据。
Horton产流理论不能解释的情况：径流中多于两种成分的存在；在下渗能力很大的地方，即使降雨强度不够大，也可以观测到地面径流现象。
山坡水文学产流理论70年代初，Kirby等人提出。
该产流理论认为：在两种透水性有差别的土层重叠而形成的相对不透水界面上可形成临时饱和带，其侧向流动即成为壤中径流；如果该界面上土层的透水性远远好于其下面土层的透水性，则随着降雨的继续，，这种临时饱和带容易向上发展，直到上层全部达到饱和含水量，这时如仍有降雨补给，则将出现地面径流现象，这种径流称为饱和地面径流。
山坡水文学产流理论是对Horton产流理论的重要补充，并成为日后新安江流域水文模型由二水源发展到三水源的理论动力，是其划分地面水、土壤水和地下水三种水源的理论依据。
流域产流过程及方式产流过程是流域中各种径流成分的生成过程，也就是下垫面对降雨的再分配过程。
水文学原理
任港 姚港
老
海
坝
九 龙 港
十二圩港口 西界港口 东界港口
通
0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
六干河口
测流断面及垂线 潮位站 临时潮位站
-3 -3 -3 0 0 0 -3 -3 -3 0 0 0 -3 -3 -3 0 0 0
-3 -3 -3 0 0 0 -3 -3 -3 0 0 0 -3 -3 -3 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0
小
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
天生港
-2 -2 -2 0 0 0 -2 -2 -2 0 0 0 -2 -2 -2 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0
南通节制闸
-2 -2 -2 0 0 0 -2 -2 -2 0 0 0 -2 -2 -2 0 0 0 -3 -3 -3 0 0 0 -3 -3 -3 0 0 0 -3 -3 -3 0 0 0
4. 现代化时期（1950年- ）
二、中国水文学的发展
第三节 水文现象的基本特点及研究方法
一、水文现象的基本特点
1.时程变化上的周期性与随机性 2.空间变化上的相似性与特殊性
沙
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
水文学
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。
流域产汇流的计算过程
水质预测
水质监测
定期对流域内的水质进行监测，包括 化学需氧量、氨氮、总磷等指标。
水质变化预测
根据历史水质数据和未来气象预测， 预测流域内水质的变化趋势。
06
流域产汇流的实践应用
水资源管理
01
02
03
预测洪水
通过计算流域产汇流，可 以预测洪水发生的时间和 流量，为防洪减灾提供科 学依据。
水资源规划
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水力学模型法
概念
水力学模型法是一种基于水力学原理，通过建立水力学模 型来模拟水流运动的方法。
优点
水力学模型法的计算过程相对简单，能够较为快速地得出 结果，同时也能够考虑流域内的水流运动规律。
计算过程
水力学模型法通常包括水流运动方程的建立、求解和验证 等环节，通过输入流域的水位、流速等数据，模型可以计 算出流域的产流量和汇流量。
植被类型
不同植被类型对土壤湿度、降雨截留和地表径流的影响不同。例如， 森林能够有效地截留降雨、减缓地表径流的形成。
土地利用方式
土地利用方式的变化也会影响流域产汇流。例如，农业用地的大量 开垦可能会导致土壤侵蚀和地表径流的增加。
05
流域产汇流的模拟与预测
水文循环模拟
降水模拟
根据气象数据和地理信息，模拟流域内的降水分 布和过程，为产流计算提供输入。
土地利用规划
流域产汇流计算有助于合理规划土地利用，避免过度开发导致的 土壤侵蚀和水土流失。
水环境治理
水质监测
通过流域产汇流计算，可以监测 水质变化情况，为水环境治理提 供依据。
水生态修复
根据流域产汇流计算ห้องสมุดไป่ตู้果，可以 制定水生态修复方案，恢复水域 生态平衡。
水文学原理-流域产流
13 Wanilyfor10hydro
基本产流模式
基本产流模式
蓄满产流
(Runoff generation on repletion of storage)
超渗产流
(Runoff generation in excess of infiltration)
14 Wanilyfor10hydro
2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storage
1)流域蓄水容量曲线(Watershed water capacity curve)
如果以包气带达到田间持水量时的土壤含水量 W ′为纵坐标，以小于等于该 m 如果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 ff /F (( α )) 为横坐标，则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线 m′所占的面积比重 W ′所占的面积比重 /F α 为横坐标，则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线
storage)
蓄满产流的流域产流量的计算 超渗产流的流域产流量计算
4
(Computation of total runoff under runoff formation in excess of infiltration)
2 Wanilyfor10hydro
Part 1 Introduction
水文学原理教学课件(for水文2010)
第十一章 Watershed Runoff Generation/Production(流域产流)
Contents
引言 1 (Introduction) 流域产流面积的变化 2
工程水文学流域产流
第二章对径流的形成过程作了定性的描述，本 章从定量的角度阐述降雨形成径流的原理和计 算方法，它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。
降雨P(t) 蒸发E(t) 数量上相等 产流计算
净雨R(t)
汇流计算
流域出口断面 径流过程Q(t)
一. 流域产汇流计算基本内容
一、下渗曲线法
用实测的雨强过程i~t,扣除下渗过程fp~他， 即可得产流量过程R~t。
不稳定下渗和 稳定下渗阶段， i>f，产流R i<f，下渗损失 后损
初渗阶段，降 雨全部损失， 不产流。 i0<f, i0 初损。
点降雨量用以下几个特征值描述： ① 降雨量（Rainfall volume ） 为一定时段内降落到地面上的总雨(mm=mm3/mm2)； ② 降雨历时（Rainfall volume） 一次降雨所经历的时间(day或h)； ③ 降雨强度（Rainfall intensity) 为单位时间内的降雨量(mm/min或mm/h)；
Q(m3/s) B
本次降雨形成的径流过程
H
前期 洪水 未退 完的 部分
C
I
A
E
F G
深层地下径流（基流）
D t(h)
二.径流量计算 （一）降雨场次划分
降雨场次的划分一定要与洪水场次的划分相对应。
如图5.10所示，当把洪水划分为两次时，暴雨也要相应地
划分为两次，且两两对应，前次暴雨Ⅰ对应前面的洪水 Ⅰ，后次暴雨Ⅱ对应后面的洪水Ⅱ，切不可混淆。
如何来表示流域的土壤含水量？ 前期影响雨量Pa、流域的蓄水量W
1.反映全流域前期土壤湿润状况的指标
①雨前流域的蓄水量W0（应用水量平衡法计算） ②流域出口径流过程线的起涨点相应的流量（起涨 流量Q’) ③前期影响雨量Pa
产汇流计算
一、流域降雨分析
单位时段的雨量称降雨强度。降雨量过程线
可以转换成雨强过程线，其纵坐标值为i = P /Δt。
以降雨开始后雨量累积值为纵坐标，相应时 间为横坐标点绘的曲线称累积雨量曲线。累积
对于包气带不厚且雨量充沛地区， WM 值在实
用上可由实测雨洪资料推求。其方法是选取久旱不
雨后一次降雨量较大且全流域产流的资料，计算出
流域平均雨量P及所产生的径流量R。由于久旱不雨，
可以认为Pa = 0，故
WM = P - R - E雨
（2－5）
流域日蒸发量 E 是该日气象条件（气温、日照、
湿度、风速等）和土壤含水量 P 的函数。当 Pa = 0 时 E = 0；Pa = WM 时，E = Em。Em称为土壤最大
i fp
i f p
RS (i f p ) i fp
P I RS
（1）
②包气带土层对下渗水量的再分配作用： 当降雨结束时包气带达到田间持水量：
I E (Wm, W0, ) RG （2）
当降雨结束时包气带未达到田间持水量：
I E (We, W0, ) （3）
二、自然界中两种基本的产流模式
R＝Rg+Rs
P
fc
Rg
R=Rs+Rg Rs
１、fc 的分析推求
例：流域降雨量如表，另外由相应的洪水过程线求得
的地面径流量和地下径流量，试计算流域的 fc值。
tc
I hg △hg
fc
hs △tc
p
Q
ＲS＝47.2mm Ｒg＝28.4mm
水文学原理课堂PPT
大气水 0.04%
河 水 0.006%
第三节 地球系统中的水及水平衡（续）
水资源问题 原因 水资源量时空分布不均匀； 水资源分布与人口、耕地分布不相适应； 水环境污染； 水资源浪费。
对策 时间和空间上的合理调配； 积极开展水污染防治； 节约用水。
三、主要参考书 山坡水文学，刘新仁译 径流形成原理，芮孝芳编著 土壤和水—物理原理和过程，D·希勒尔著 华孟译 普通水文学，邓绶林编著 工程水文学，（美）林斯莱著 城市水文学，朱元甡、金光炎著
第一章 绪论
第一节 水文学的内容和任务 一、水文学的定义 研究水的科学，核心——水文循环。
广义水文学 按分布划分
二、按降雨强度及过程特征分类
暴雨——历时短、强度大、笼罩面积不大。 气象方面规定：日降雨量> 50mm ——暴雨； 日降雨量>100mm ——大暴雨； 日降雨量>200mm ——特大暴雨。 主要影响小流域洪水。 暴雨型霪雨——历时较长、强度变化大。 影响区域洪水。 霪雨——历时很长、强度小、笼罩面积大。 影响大流域洪水。
第一章 绪 论
第二章 水文循环
第四章 降 水
第五章 土 壤 水
第六章 下 渗
第七章 蒸发与散发
第八章 产流机制
第十章 地表水流
第十一章 洪水演算
第十二章 流域产流
第十三章 流域汇流
第三章 流域和水系
课程介绍
一、水文学原理的主要内容 1. 各种水体的形成、演变； 2. 水体形成的成因、演变的规律； 3. 研究水体形成成因、演变规律的方法。 二、学习目的 1.掌握水文现象的基本规律和研究方法； 2.本课程为专业基础课，为后继课程的学习做准备。
第二章 水文循环
流域产流 ppt课件
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2.2 产流机制分析
超渗产流
当降雨强度大于下渗率时，产生地面 径流。下渗的水量不能满足包气带缺 水量，没有或基本没有地下径流
蓄满产流
渗入地面以下的降水在满足土壤缺水 后，形成地下径流，比例大
地面径流汇集过程运动在地面，汇集 地下径流汇集过程运动于土壤空隙中，
速度快，运动路径短，受流域调蓄作 流速小，运动路径长，受流域调蓄作
用小，Q~t线呈陡涨陡落，形状尖瘦， 用大，形成的Q~t线呈缓涨缓落，时
对称性好。
间上滞后地面径流，形状不对称。
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2.2 产流机制分析
形状不对称系数CS－定量描述洪水过程线的对称性
流量过程线转化为总量为1的比例过程线
CS qt (t tB )3 ( qt (t tB )2 )3 2
冠层截留
地表调蓄 河
土壤调蓄
网 调
蓄 地下调蓄
径流
河流 3
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2.1 概述
流域产流计算的意义：
① 流域产流计算是由降雨量直接计算流域出口断面的径流量 ，较河段洪水预报（根据河段上断面的水位或流量，推求 下断面的水位或流量）来说，预见期长。
② 当河段上、下断面区间面积较大时，为了提高洪水预报精 度，考虑区间降雨径流的影响，也常用降雨产流计算方法 处理；
第2章 流域产流
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第二章 流域产流
2.1 概述
2.2 产流机制分析
2.3 流域蒸发
2.4 实测径流分析
2.5 降雨径流相关法
2.6 蓄满产流
2.7 超渗产流
2.8 混合产流
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2.1 概述
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第十一章流域产流Watershed Runoff Generation/Production本章主要内容1引言(Introduction)流域产流面积的变化2(Variations in runoff producing area)蓄满产流的流域产流量的计算3(Computation of total runoff under runoff formation on repletion of storage)超渗产流的流域产流量计算4(Computation of total runoff under runoff formation in excess of infiltration)Part 1 IntroductionA径流(Runoff)B径流形成过程(Rainfall-Runoff Process)Part 1 Introduction1-1 Runoff降落在流域上的具有一定时空分布的降水，扣除损失后，在重力作用下，从地面和地下向流域出口断面汇集的水流现象称径流。
1) Definition(定义)Part 1 Introduction1-1 Runoff降水－径流过程中最根本的损失即蒸散发降落在流域上的具有一定时空分布的降水，扣除损失后，在重力作用下，从地面和地下向流域出口断面汇集的水流现象称径流。
1) Definition(定义)蒸散发土壤持水耗于蒸散发填洼耗于蒸发或继续下渗截留耗于蒸散发或下渗损失Part 1 Introduction1-1 Runoff2) 径流量降水量扣除损失量余额称为径流量，又称净雨量。
径流量的单位：体积单位(m 3, 万m 3, 亿m 3), 谈水资源量时常用m 3径流深(Runoff Depth)单位：长度单位(mm), 分析降雨径流关系时用mm3) 径流量的时程分配(Temporal distribution of runoff)降水的时程分配扣除损失量的时程分配之结果称为径流量时程分配，又称净雨量的时程分配。
Part 1 Introduction1-2 Rainfall-Runoff Process流域上承受一场具有一定时空分布降水后，在其出口断面形成流量过程的现象称为径流形成过程。
1) 现象描述出流蒸散发坡地河网降水截留填洼土壤持水量地面径流壤中水径流地下水径流汇流汇流汇流Part 1 Introduction1-2 Rainfall-Runoff Process2) 降雨径流形成的子过程a.在产流物理条件支配下产生径流量的子过程，发生在坡地上，结果产生各种径流成分径流及时程分配—流域产流.c.河网总入流加上河网水面降水向流域出口汇流的子过程，发生在河网，其结果为流域出口断面流量过程—河网汇流.b.各种径流成分分别沿地面和地下向河网汇集的子过程，发生在坡地上，其结果是河网总入流—坡地汇流.Part 1 Introduction1-2 Rainfall-Runoff ProcessPart 1 Introduction1-2 Rainfall-Runoff Process3) 两点注记(a) 对复杂的问题，为了研究必须简化，但简化必须符合物理规律和精度要求。
(b) 产流和汇流原本是耦合的过程，为研究方便，将产流、汇流割裂开来。
流域类型土壤、岩石植被、地下水位产流典型流量过程线第Ⅰ类土壤覆盖浅薄下面为岩石植被茂密表土疏松山坡较陡R sat +R int +R gR sat +R int第Ⅱ类包气带厚度中非均质土壤存在地下水位植被良好坡度中等R s +R int +R g第Ⅲ类包气带很厚均质土壤地下水埋深大植被很差R s第Ⅳ类冲积平原地下水位高地势平坦透水性好R sat +R gPart 1 Introduction1-3 山坡流域的分类流域所处气候、地理及下垫面条件1.典型山坡流域的包气带结构和水分动态2.出口断面流量过程线的形状(退水规律)3.流域中地下水动态特点4.影响次降雨－径流关系的因素5.Key points:流域产流特征的分析应力求综合，相辅相成，不宜孤立地、静止地看问题。
Part 1 Introduction1-4 流域产流特征的分析气候、地理和下垫面特征分析流域产流气候下垫面地理Part 1 Introduction流域产流气候下垫面地理长年干旱、蒸发量大、土壤缺水量大－超渗产流湿润地区，土壤缺水量少－蓄满产流气候、地理和下垫面特征分析Part 1 Introduction流域产流气候下垫面地理植被差、土壤颗粒细、地下水埋深大－超渗产流土壤颗粒大、质地疏松、植被好、地下水埋深浅－蓄满产流气候、地理和下垫面特征分析Part 1 Introduction流域产流气候下垫面地理长江以南地区：年降雨量>1000mm ，径流系数>0.4—蓄满产流西北干旱地区：年降雨量<400mm ，径流系数<0.2—超渗产流其他地区：年降雨量400~1000mm ，径流系数0.2~0.4 —混合产流区（需综合分析）气候、地理和下垫面特征分析Part 1 Introduction流量过程线分析超渗产流和蓄满产流区别？地面径流和地下径流形成流量过程线区别？Part 1 Introduction6:146:266:386:507:021959年8月20日团园沟流域洪水过程线0123Q (m /s )1280Q(m /s )18:0018:0018:006:006:00t1978年7月29日18:00~8月1日2:00孙水关流域洪水过程线流量过程线分析Part 1 Introduction定量描述洪水过程线的对称性－形状不对称系数C S∑∑--=2323))(()(B t B t S t t q t t q C Notes:不对称系数计算要求：1）进行过程线转化2）孤立洪水，不适用于复式洪水C S -不对称系数q t -比例过程线的纵坐标tB -过程线重心的时间t-时间流量过程线分析Part 1 Introduction图2-5图2-6影响降雨-径流关系因素Part 1 Introduction编号对比分析内容蓄满产流超渗产流1多年平均降雨量>1000mm <400mm 2多年平均径流系数>0.4<0.23流量过程线不对称系数大小4降雨强度对产流的影响小大5影响产流因素初始土湿和降雨量初始土湿和降雨强度6表层土质结构疏松、不易超渗密实、易超渗7缺水量小、易蓄满大、不易蓄满8地下径流比例大比例小9产流与降雨特征关系与降雨量关系密切与降雨强度关系密切定量定性综合性分析综合分析Part 1 IntroductionPart 2 Variations in runoff producing area A现象及原因(Phenomena & Causes)蓄满产流条件下总径流的产流面积变化B(Variations in the runoff producing area of total runoff underrunoff formation on repletion of storage)超渗产流地面径流产流面积变化C(Variations in the runoff producing area of surface runoff underrunoff formation in excess of infiltration)Part 2 Variations in runoff producing area2-1 Phenomena & Causes1、现象及原因降雨过程中，流域上产生径流的部分称为产流区。
产流区所包围的流域面积称为产流面积。
Key points: 产流面积是逐渐变化着的Part 2 Variations in runoff producing area2-1 Phenomena & Causes一降雨就认为全流域产流是错误的，或者不全面的，原因在于：a. 降雨空间分布不均b. 下垫面条件空间分布不均匀（植被、土层厚度、土质等）目前GIS中DEM可很好地考虑降雨、下垫面条件的不均匀性，但这里还是讲解传统的但在实际中应用效果较好的方法Part 2 Variations in runoff producing area蓄满产流(Runoff generation on repletion of storage)基本产流模式超渗产流(Runoff generation in excess of infiltration)Part 2 Variations in runoff producing area 任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流；当土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。
由此形成蓄满产流概念产流机理W WM-W 降水RPER = PE -(WM-W )计算公式带包气潜水蓄满产流计算示意图Part 2 Variations in runoff producing area若一场降雨不能使全流域蓄满，流域内也观测到径流，why?原因：流域内各点包气带厚度不一致，各点蓄水容量（土壤缺水量）也不相同，先蓄满的地方先产流，后蓄满的地方后产流，产流面积是不断变化的，这种产流状态称之部分产流（局部产流），最后逐步过渡到全面产流。
蓄水容量曲线(Watershed Capacity Curve)Part 2 Variations in runoff producing area2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storageN 个点,对于任意第i 点，测出其包气带田间持水量(体积含水量×土层深度) W 1)流域蓄水容量曲线(Watershed water capacity curve)'W ''''12m m mn W W W W <<⋅⋅⋅<<将测到的所有从小到大排序：每个点代表的面积是已知的。
Part 2 Variations in runoff producing areaa W 0W W W /()f F α'mm W M W 0W a --流域的最大点蓄水容量--流域最大平均蓄水容量--流域初始平均蓄水量--最大初始点蓄水量2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storage如果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 ′所占的面积比重f /F 为横坐标，则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线Part 2 Variations in runoff producing area流域蓄水容量曲线的特点：①单增曲线②唯一性（对一个固定流域而言，天然条件下）③最小值可以是0（流域中存在不透水区域）W W W ''m /()f F α'm /()f F α'mm mm W 2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storagePart 2 Variations in runoff producing area2)在降雨空间分布均匀的情况下，蓄满产流总径流产流面积的变化(Spatial distribution of rainfall is even)Start：0000,M MW D W W W ==-=1W 110M D W W D =-<PE1后：土壤含水量的增加量为2W2121M D W W W D =-+<（）PE2后：土壤含水量的增加量为3W D W W W W D=-+<（+）PE3后：土壤含水量的增加量为PE4时，全流域蓄满。