t-m水量平衡模型在流域产流计算中的应用
国内流域产汇流模型与应用分析
２ 产 汇 流研 究 考 虑 的 问题
水 文 分 析 常 用 的方法 大致 分 为 ：物 理 分 析 途
径： 系统分 析 途径一 广 泛使 用 的 是线 性 系统 分 析方
蓄的量一般不是很大 ． 需要根据 自然地理条件等作
具体 分 析
法， 也使用非线性汇流计算 ； 随机水文学。 流域水文
型 概 念 性模 型 用 概 化 的方法 表 达 流域 的水 文 过 程 。具 有 一定 的物 理基 础 ，也 具有 相 当 的经 验性 。 模 型结 构简 单 ．实用 性强 。分布 式物 理模 型 的优点
看， 就是 预报 地 表 、 中 、 下产 流 量 的多 少 和 它们 壤 地 各 自的汇 流运 动状 况 流域 产汇 流 模型 的研 制 。需 要 解 决 三个 问 题 ：
（ ） 定模 型 的总 体 结 构 ； ２ 确 定模 型 的微 结 构 ， １确 （）
即产 汇 流各个 环 节过 程 中的基 本 结 构 ；３ （ ）确 定模
（ 里主要 考 虑 降雨 形式 ） 。 流 域 下垫 面 的作 用 这 后 在 下 。在所 考虑 的流域 上 水 的分 配形 式 和运 动 状 态 ． 以及 在 流 域 内和 在 流 域 的边 界 上 随时 间和 空 间 的
子过程 ： 道演 进模 型模拟 河 网汇 流水文 子过 程 。 河 国内流 域产 汇流 的研 究 ． 从 ２ 纪 ５ 先 ０世 ０年代 学 习 国外 的先进 经验 开始 ．到 ７ ０年代 赵 人俊 提 出 新 安江 和陕 北 模 型 ” 接 着 对 引进 的 国外 各 种模 型 ． 如 水箱 （ａ ｋ模 型 、ｔｎｏｄ模 型 等 的研 究 、 用 和 Ｔｎ ） Ｓａｆｒ 应
的 问题及 可 能 的改 进措 施 最后应 用 系统论 和反 问 题对 上述 问题进行 了系统 的归 纳和分 析 总结 。
流域产流计算
流域产流计算哎呀，说起流域产流计算，这可真是个技术活儿，得有那么点耐心和细心才行。
我呢，就给你讲个故事，说说我是怎么在一次实习中，亲身体验了一把这玩意儿的。
那是一个阳光明媚的夏天，我被分配到了一个水利工程实习。
我们的任务是计算一个小型流域的产流量。
这事儿听起来简单，但实际操作起来，那可真是让人头大。
首先，我们得收集一大堆数据，包括降雨量、土壤类型、植被覆盖率等等。
这些数据就像是做蛋糕的原料，少了哪一样都不行。
我们得跑遍整个流域，测量、记录，有时候还得爬到山顶上，就为了测个降雨量。
那汗流浃背的，真是比健身房还累。
收集完数据，接下来就是坐在电脑前，对着那些复杂的公式和模型，开始计算。
我们用的是一个叫做SWAT的模型，这玩意儿就像是个黑盒子，你把数据扔进去，它就给你吐出结果。
但是，你得知道怎么调整参数，不然结果就不准。
我记得有一次，我们计算出来的产流量比实际观测的要小很多。
我们几个实习生就围在一起，挠头抓耳的，想找出问题所在。
最后发现，原来是我们忽略了一个重要的因素——流域内的地下水补给。
这就像是做蛋糕时忘了加糖，味道就差远了。
我们赶紧调整模型，重新计算。
这次，我们把地下水补给考虑进去，结果就靠谱多了。
那种成就感，就像是自己亲手烤出了一个完美的蛋糕。
最后，我们把计算结果汇报给项目负责人。
他看了我们的数据，点了点头，说：“不错，小伙子们干得不错。
”那一刻，我们几个都乐开了花，感觉所有的辛苦都值了。
所以啊，流域产流计算这事儿，虽然听起来枯燥，但当你真正投入进去，就会发现它其实挺有意思的。
它就像是解一个复杂的谜题，需要耐心、细心，还有那么一点点的创造力。
而且，当你看到自己的努力最终转化为准确的数据，那种满足感，真是无法用言语表达的。
总之，流域产流计算，这活儿虽然累，但也挺有意思的。
它让我学到了很多，也让我对水利工程有了更深的认识。
下次再有机会，我还想再试一次，看看能不能做得更好。
工程水文学_第四章
第四章 流域产汇流计算
二. 流域产汇流计算基本流程和思路 产流与汇流之间的联系可简明地表示成图4.1所示的流程图。
图4.1
基本思路:先从实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后， 用于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水，用于预报时，则由实际 暴雨预报洪水。
降降雨雨PP((tt)) 蒸蒸发发EE((tt))
产流计算
数量上相等
净雨R(t)
汇流计算
流域出口断面 径流过程Q(t)
第四章 流域产汇流计算
一. 流域产汇流计算基本内容 由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为
两个步骤： ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损
失之后，转化为净雨的计算称为产流计算。 ②汇流计算：净雨沿着坡度汇入地面和地下河网，并
第一节 降雨径流要素的分析计算
2、降雨深—面积关系
降雨深—面积关系曲线，是反映同一场降雨过程中，降 雨深与面积之间对应关系的曲线，一般规律是面积越大， 降雨深越小。
3、降雨深与面积和历时关系曲线
一般规律是：面积一定时，历时 越长平均雨深越大；历时一定时，则 面积越大，平均雨深越小。
面积
雨深—面积—历时示意图
包气带含水量达到田间持水量时的蓄水容量称该包气带 的最大蓄水容量，记为W'm,包气带含水量达到田间持水 量时,习惯上称为“蓄满”。当包气带未蓄满时，下渗水 量将滞留在土壤中；当蓄满后，再渗入的水量在重力作用 下产生壤中流RG1和浅层地下径流RG2。
综上所述，在包气带的调节、分配作用下，降雨有两种 产流方式：包气带未蓄满产流方式和包气带蓄满产流方式， 包气带未蓄满产流方式称为超渗产流方式。
流域水文模型在水资源评价中的应用
流域水文模型在水资源评价中的应用随着经济和人口的不断增长，水资源的供需矛盾日益突出。
在这种情况下，我们必须对水资源进行科学的评估和管理，以更好地保护和利用水资源。
其中，流域水文模型是一种非常重要的工具，在水资源评价中发挥着重要的作用。
一、什么是流域水文模型？流域水文模型是一种数学模型，用于研究流域水文过程。
它通常通过对流域的地形、土地覆盖、气象、植被等因素进行分析，预测流域内水的产生、流动和消失情况，进而为水资源的评价和管理提供依据。
二、流域水文模型在水资源评价中的应用1.水文循环分析流域水文模型可以对水文循环进行分析，包括降水、蒸发、径流等因素。
这些因素的分析可以帮助我们更好地了解流域内水资源的分布和变化规律，进而制定合理的水资源管理和利用方案。
2.洪水预测流域水文模型可以对不同条件下的洪水进行预测，为防洪工程的建设和管理提供依据。
通过对不同场景的模拟，可以比较不同防洪方案的效果，选择最优方案来保护洪水灾害区域的安全。
3.旱灾应对流域水文模型也可以针对旱灾进行应对。
通过对降水、蒸发、土壤水分等因素的模拟和预测，可以提前预判旱情和旱期，采取相应的灌溉措施，避免或减轻干旱对农业等生产活动的影响。
4.水资源评价流域水文模型可以用于对流域内水资源的评价。
通过对降水、蒸发、径流等因素进行模拟和分析，可以了解水资源的分布和变化规律，为水资源的合理利用和管理提供依据。
三、流域水文模型的发展趋势未来，流域水文模型将越来越智能化、精细化。
一方面，新技术的不断涌现，例如人工智能、遥感技术、云计算等，可以为流域水文模型的研究提供强大的支撑；另一方面，流域水文模型也将更加注重可持续性，将能源消耗、环境保护等因素纳入模型，与自然环境、社会经济等因素相互作用，实现良性互动。
总之，流域水文模型是一种非常重要的水资源评价工具，其应用范围非常广泛。
在未来的发展中，流域水文模型将继续得到不断完善和发展，为我们更好地管理和利用水资源提供更加科学的技术支持。
水量平衡与能量平衡模式下的VIC模型在喀什河流域的应用研究
2018年1月灌溉排水学报第37卷第1期Jan.2018Journal of Irrigation and Drainage No.1V ol.37文章编号：1672-3317（2018）01-0106-07水量平衡与能量平衡模式下的VIC模型在喀什河流域的应用研究高瑞，穆振侠，彭亮，周育琳，尹梓渊，汤瑞（新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐830052）摘要：【目的】寻找合适的拟合模式。
【方法】以天山西部山区的喀什河流域为研究区，基于1990―2000年的水文气象站点实测资料和同时间段的CFSR再分析数据，通过VIC模型模拟日和月时间尺度下水量平衡和能量平衡2种模式的径流过程，并分析了研究区内2种模式下空间分布差异较大的水文要素。
【结果】在日和月时间尺度下，能量平衡模式的径流模拟效果在模型的率定期与验证期均优于水量平衡模式；依据实际气候和地理条件，因为缺乏对降雨和降雪的条件判断，并且未能够考虑到冰冻圈层对产汇流的影响，致使水量平衡模式不能够详细合理地解释水文要素的空间分布特点与差异性。
【结论】总体而言，VIC模型能量平衡模式能够更好地模拟研究区径流过程及水文要素的空间分布特征。
关键词：VIC模型；水量平衡模式；能量平衡模式；径流过程；水文要素分布中图分类号：P339文献标志码：A doi：10.13522/ki.ggps.2017.0052高瑞，穆振侠，彭亮，等.水量平衡与能量平衡模式下的VIC模型在喀什河流域的应用研究[J].灌溉排水学报，2018，37（1）：106-112.0引言冰川、积雪和冻土区域是地球气候变化的敏感区[1]，对下游的水资源供应具有重要影响。
与此同时，此类地区也是生态环境变化的脆弱区，人类活动和气候变化对其产生重要的影响。
目前，由于高寒山区难以获得实测资料，且冰川、积雪消融规律及冻土的冻融过程受到较多因素的影响，人们对此类区域的水文循环规律以及气候变化对径流过程的影响认识还不够充分。
数学建模在梯形明渠水力计算中的应用
数学建模在梯形明渠水力计算中的应用
梯形明渠是一种常用的用于输送水的结构，在水力学中有广泛的应用。
梯形明渠水力计算是指通过对梯形明渠中液体的运动进行分析和计算，得出梯形明渠水力特性的一种数学模型。
梯形明渠水力计算涉及到许多水力学问题，如梯形明渠水深、流速、流量、水力坡降等等，这些问题需要用数学模型来解决。
其中，最基本的模型就是梯形明渠流量公式，即：
Q = (2/3)×b×h^(3/2)×(g×s)^(1/2)
其中，Q为流量，b为渠底宽度，h为水深，g为重力加速度，s为水力坡降。
此外，还可利用数学模型推导出梯形明渠的水面形态方程、流速分布式、水力距离等，这些模型可以在工程设计中快速、准确地求出梯形明渠的各种水力指标，为实际工程输水提供了参考和依据。
总之，数学建模在梯形明渠水力计算中具有重要的作用，它能够更好地指导实际工程的设计和运行，提高水能利用效率和经济效益。
工程水文学(判断)考试模拟题+参考答案
工程水文学（判断）考试模拟题+参考答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、水文频率计算中配线时，增大 Cv 可以使频率曲线变陡。
[ ]A、正确B、错误正确答案：A2、在用同倍比放大法中，已求得洪峰放大倍比为 KQ 1.5 ，洪量放大倍比为 KW 1.2 ，则按峰放大后的洪量小于设计洪量，按量放大的洪峰大于设计洪峰。
[ ]A、正确B、错误正确答案：B3、水文现象的变化，既有确定性又有随机性，因此，水文计算和水文预报中，应根据具体情况，采用成因分析法或数理统计法，或二者相结合的方法进行研究。
[ ]A、正确B、错误正确答案：A4、小流域与同一地区中等流域相比较，一般小流域的多年平均径流深Cv 值小。
[ ]A、正确B、错误正确答案：B5、变差系数CV 是衡量系列相对离散程度的一个参数。
[ ]A、正确B、错误正确答案：A6、流域蒸发由流域的水面蒸发、土壤蒸发和植物蒸散发组成，因此，通常都采用分别实测这些数值来推求。
[ ]A、正确B、错误正确答案：B7、当气压一定时，露点（Td）的高低只与空气中水汽含量有关。
[ ]A、正确B、错误正确答案：A8、在设计年径流分析计算中，若已知年径流频率曲线便可推求符合某一设计保证率的年径流量及年内分配过程。
[ ]A、正确B、错误正确答案：B9、采用流域水量平衡法推求多年平均流域蒸发量，常常是一种行之有效的计算方法。
[ ]A、正确B、错误正确答案：A10、雨量筒可观测到一场降水的瞬时强度变化过程。
[ ]A、正确B、错误正确答案：B11、干旱地区，降水量较少，年径流系数较小，从而使年径流量与年降水量关系不密切。
[ ]A、正确B、错误正确答案：A12、可能最大暴雨量即是可降水量的最大值。
[ ]A、正确B、错误正确答案：B13、在频率曲线上，频率 P 愈大，相应的设计值 xp 就愈小。
[ ]A、正确B、错误正确答案：A14、一场降雨洪水的径流深，为这场洪水流经流域出口断面的流域平均水深，常由实测的洪水资料来推求。
工程水文学题库 第7章习题_流域产汇流计算教学内容
工程水文学题库第7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。
流域产汇流计算概论1
Emt为第t日的蒸散发能力； Et——第t日的流域蒸发量：
Em,t Em ,t kw,t
Em ,t ——水面蒸发器观测值，kwt ——流域蒸发折算系数
§8-2 前期流域蓄水量及前期影响雨 量计算
二者都反映流域的干湿程度，前者由水量平衡推求，物 理概念明确，常用于水文预报；后者由经验的蓄水消退系 数估算，计算简便，规划设计中常常应用
3.6 4.7 6.5 10.3 7.1 4.2 3.8 3.6 1.9 45.7
I0 （3）
0.0 3.6 4.7 6.5
14.8
ft
（4）
3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 1.9 19.4
Rs,i （5）
6.8 3.6 0.7 0.3 0.1 0 11.5
备注
（6）
W=7.3mm; i0=4.9mm/h; I0=14.8mm; Pt,s=29.0mm
三、平均后损率 f 的确定
1．由实测降雨洪水资料分析确定：由式（8-23）得
f P RS I0 P' （8-24） tS
实测降雨洪水的P、RS、I0已知，结合其降雨过程，即
可试算得相应的 f
2. 建立 f 的相关图 如图8-12，即是根据其影响因素建立的相关图
3. 应用
四、推求地面净雨过程
一、基本原理——超渗产流（主要用于干旱、半干旱地区） 超渗产流：产流量大小决定于i与f的对比，i>f即产生地 面径流 如图8-8，将降雨产流概化为二个阶段：
初损阶段 i≦f,历时为t0, is=0, Rs=0，I0= t0间的雨量 后损阶段 ①产流历时 ts内i﹥f，取f= f ，地面净雨强度为
2
3
4
Qi
0
工程水文学第七章流域产汇流计算
Rp.t （5） 0 0 0.07 0.13 0.51 1.10 0 11.15 26.73
Wt （6） 18.93 17.38 16.06 17.80 20.65 29.11 41.36 38.81 89.70
备注
（7）
Wm=120 mm Kw,t=1.0 Wt为一 日开始 时蓄水 量（mm ）5月14 日开始 时 18.93m m，是 由前面 计算得 到的
NCWU
NCWU
月.日 （1） 5.14 15 16 17 18 19 20 21 22
Pt （2） 0 0 3 4.2 10.3 15.1 0 63.2 56.8
Ew.t （3） 9.8 9.1 8.9 8.2 7.7 7.2 7.4 3.6 3.2
Et （4） 1.55 1.32 1.19 1.22 1.33 1.75 2.55 1.16 2.39
NCWU
两时段降雨： P1=49mm P2=81mm
(130mm)
降雨开始时： Pa=60mm 由 P1=49mm,查 得R1=20.0mm。
（49mm)
由 P1 +P2=130mm, 查得R1+R2=80.0mm。 则第二时段净雨为 R2=80-20=60mm
NCWU
二 P+Pa～R两变量相关图法
第7章流域产汇流计算
研究对象:
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、下渗、填洼等损失，转化为净雨过程的计算方法。 汇流计算主要研究净雨沿地面和地下汇入河网，并经河网汇集 形成流域出口断面径流过程的计算方法。
研究目的:
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。
国内流域产汇流模型与应用分析
在湿润的植被地区， 坡面流是饱和坡面流， 并 且可以把饱和面积看成是永久性河道系统向蓄水 容量较小地区的伸延。从坡顶到坡脚， 水深与流量 不断增加， 大体上水深的增量与流量增量的 ２／３ 次 方成正比。这些均成为分布式水文模型的基础。概 念性坡面汇流模型和地貌瞬时单位线理论是研究 流域汇流传统上最常用的两条不同途径。而坡面汇 流计算有两种方法： 一为单位线， 是黑箱子性质； 另一种是等流时线， 是概化推理性质。关于寒冷地 区的产汇流研究要考虑相应的特殊的水文气象条 件。
学模型， 常用的可分为概念性模型和分布式物理模 型。概念性模型用概化的方法表达流域的水文过 程， 具有一定的物理基础， 也具有相当的经验性， 模型结构简单， 实用性强。分布式物理模型的优点 是模型的参数具有明确的物理意义， 可以通过连 续方程和动力学方程求解， 可以更准确地描述水 文过程， 具有很强的适应性。与概念性模型相比， 分布式水文模型用严格的数学物理方程表述水文 循环的各子过程， 参数和变量中充分考虑空间的 变异性， 并着重考虑不同单元间的联系， 对水量和 能量过程均采用偏微分方程模拟。因此， 在模拟土 地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应及 面 源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面的 应 用中显示出优势。参数一般不需要通过实测水文资 料来率定， 解决了参数间的不独立性和不确定性 问题， 便于在无实测水文资料的地区推广应用。水 文数学模型常用的除了前面介绍的概念性模型之 外， 还有黑箱子模型。后者又可分为随机性模型和 确定性模型， 对于确定性模型， 又可分为集总式和 分 布 式 两 种 。 流 域 水 文 模 型 必 须 很 好 解 决 的 问 题 ［５］ 有： （ １） 土壤入 渗 问 题 。 主 要 应 用 的 有 １９１１ ｏｎ 指 数 方 程 ， １９４８ 年 Ｍｅｎｅｎｏｅｖ 提 出 的 两 项 指 数 方 程 ， １９５７ 年 Ｐｈｉｌｉｐ 提 出 的 两 项 入 渗 方 程 ， １９６１ 年 Ｈｏｒｔｏｎ 提 出 的 土 壤 储 水 量 为 函 数 的 方 程 ， １９７８ 年 Ｓｍｉｔｈ 和 帕 兰 格 （ Ｐａｒｌａｎｇｅ） 提出的降雨入渗方程。对于 Ｇｒｅｅｎ－ Ａｍｐｔ 公式， Ｐｈｉｌｉｐ 于 １９５３ 年给予了仔细的研究， 此后又 有许多学者研究公式中各个物理参数的求法。（ ２） 土壤水分运动特征参数的研究。主要包括土壤非饱 和导水率 ｋ（θ）， 土壤非饱和扩散率 Ｄ（θ）， 比水容量 Ｃ （θ）， 土壤饱和导水率， 土壤水分特征曲线。（ ３） 蒸散 发的研究主要集中于两方面： 蒸散发的测定和蒸散 发的理论与计算问题。蒸散发的测定主要是使用蒸 发皿， 历史上曾参考前苏联的 Г６０１ 蒸发皿的结果。 蒸散发的理论与计算主要有： 水量平衡法， 能量平 衡法， 紊流扩散法， 模式综合法， 经验法等。（ ４） 各种 条件下水量平衡的计算研究。农作物在各种微气象 条件下的水量平衡的计算是一个复杂和困难的问 题， 这是水文学和农业气象学共同研究的问题。（ ５） 模型参数率定和拟合方法研究。主要有图解显示 法， 相关分析法， 目标最佳拟合法。最后使用试错 法 、自 动 化 优 选 法 、计 算 机 联 合 优 选 法 、最 小 二 乘 法 等对参数进行优选。
水文预报(第二章 流域产流-蓄满产流)
流域汇流
出流过程
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
流域产流是从降雨发生开始，到净雨出 现的阶段。 流域汇流是从净雨出现开始，到流域出 口断面流量过程形成的阶段。
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
第一节 概述
二层蒸发模块
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
河北工程大学水电学院
水汽压差
水汽压差：水面的饱和水汽压与水面上空一定 高度的实际水汽压之差。
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
水面的饱和水汽压 e ：
10.286T 2148 .4909 ln e T 35.85
蒸发量与水汽压差成正比。
风速
风速的大小，决定着紊动扩散的强弱。风速越 大，水面蒸发也越大。
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
（二）模式计算法
根据土壤含水量的垂直分布，流域蒸发量的计 算方法可根据情况选用一层、二层、三层模式。 1、一层模式 把可蒸发层作为一个整体，并认为蒸发量同该 层土壤含水量成正比。
W E Ep Wm
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
Hydrological Forecasting
水文预报
主讲人：任政
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
第二章
流域产流
6.第六章 流域产汇流理论与模拟技术
U(t)数学中称核函数 系统分析中为脉冲响应函数 水文中为汇流曲线
净雨量过程 ，为已知
第六章 流域产汇流理论与模拟技术
二、汇流系统概念和分析方法 2、分析方法---单位线法 定义：P63 分类： 两个基本假定 3、原型单位线（例）
一、基本概念 1、研究流域上地面径流、表层流和地下径流如何汇集为
出口断面的流量过程。 2、水流向出口断面汇流过程中具有下列特点： 各产流点水体向河网的补给是不同步和不均匀的 各点水体到出口断面的传播时间不同 各点水流沿程所受河网调蓄作用不同 流域汇流是高阻尼系统，具有高度衰减性。
第六章 流域产汇流理论与模拟技术
流域蓄水曲线用B次抛物线表示后： 流域蓄水容量WM为：
WM
1 w
' mm
0
w
' m
dWm'
w
' mm
0
1
Wm' Wm' m
dWm'
Wm' m 1 B
（1）
前次降雨a由下式求出：
起始蓄水量W0
W0
a 0
1
w
' m
dWm'
a 0 1
Wm' Wm' m
dWm'
Wm' m 1 B
时间、空间而变化。最早描述非恒定流的基本方程为圣维 南方程组，即
一阶双曲型拟线性偏微分方程组
第六章 流域产汇流理论与模拟技术
第七节 河道洪水演进与预报
一、流量演算法基本原理 2、动力方程的简化 ①扩散波 动力方程中，忽略惯性项，考虑附加比降的作用 ②运动波 动力方程中，忽略惯性项和附加比降的作用
水平衡模型在流域水文模拟中的应用
水平衡模型在流域水文模拟中的应用随着经济和科技的迅猛发展，人们对于自然资源的利用和保护越来越重视，其中水资源的管理和调度也成为重要的议题。
在流域水文模拟中，水平衡模型是一种常用的工具，通过建立水平衡方程，预测流域的水资源状况和响应。
本文将探讨水平衡模型及其在流域水文模拟中的应用。
一、水平衡模型概述水平衡模型是建立在地表水循环过程基础之上的模型，它主要关注水的平衡状态和流动过程。
水平衡模型的核心思想是通过量化各种途径输入流域的降水，并结合流域存储、蒸散发和径流等因素，建立水平衡方程，揭示流域水分的存储和转移。
水平衡模型常用于研究流域水资源的利用、管理和调度。
二、水平衡模型的组成水平衡模型主要由以下几个组成部分构成：1.降水输入：降水是流域水循环过程的关键环节，对流域水资源和生态环境的影响十分重要。
因此，降水的准确量化和分配是水平衡模型的首要任务。
2.蒸散发：蒸散发是地表水循环过程中最主要的损失方式之一，其中包括植被蒸腾、土壤蒸发和水体蒸发等。
通过建立蒸散发模型，可以更好地预测流域水文过程和水资源状况。
3.地下水和地表水的存储和转移：地下水和地表水是流域水资源管理和调度的关键因素。
通过建立地下水和地表水存储和转移模型，可以实现对流域水资源的全面管理。
4.径流过程的模拟：径流是流域水文过程中的重要组成部分，对于水文响应以及洪水预测和防范具有重要意义。
通过对径流过程的详细模拟，可以更好地理解流域水文过程。
三、水平衡模型在流域水文模拟中的应用在流域水文模拟中，水平衡模型是一种常用的工具。
它可以帮助我们更好地了解流域水资源的分配和利用情况，并推动流域水资源的全面管理和调度。
具体应用如下：1.水资源评价：通过建立水平衡模型，可以对流域的水资源进行评价，包括水资源的分布、利用状况、储量和质量等。
2.水资源管理：水平衡模型可以用于制定流域水资源管理和保护措施，包括水资源分配、节约使用、保护和修复等。
3.洪水预测和防范：水平衡模型可以用于洪水预测和防范，通过模拟径流过程和流域水分存储转移，提前预测洪水情况，从而减少灾害损失。
水文气象第六章产汇流分析(1)
➢若
We W m ,
I
E
(W
'
m
W
' 0
)
则入渗量中的一部分：I E (WeW0)
形成自由重力水 ，产生地下径流。
I E (W m W 0) R g
(6-2)
➢ 若 W e W m，则入渗量被储存在非饱和 土壤中（Rg=0）。
I E (We W0)
(6-3)
6.1.3 降雨产流的机理
两层蒸蒸发模 型 计算流域蒸发量
含水量
Wuumm 、、WWuu 分别为上层
最大和实际的蓄水量；
E
Wllmm 、Wll 分别为下层最
大和实际的蓄水量；
Wum Wu Wlm Wl
上层 下层
当 P +Wu > E0， Eu= E0 El = 0 E = Eu+ El = E0
(6-20)
当 P +Wu E0， Eu= P+Wu
及流域蓄水容量曲线参数 b ( W ’ =(1+b)W ）
mm
m
⑤ 降雨前的流域初始含水量W0(或Wu0，Wl0 )
由W00, Wmm及 PΔΔtt, EmmΔΔtt
按式(6-19) 求求
E tt
E00 Wmm
(6-2)
由式(6-2)代入式(6-1) ，得:
P E (W' W ') R R
(6-4)
m
0
sg
➢ 根据（6-4）可知，蓄满产流的特点： 0 包气带土壤含水量达到田间持水量（蓄水 容量）后，才产生地下径流 Rg；
4 径流量 R 中包括地面径流和地下径流，总 径流量为： R = Rs + Rg。
流域产流与汇流计算
标，点绘相关
。
图。
45
已知 Pa = 58mm P Pa+ ΣR R
ΣP 50 108 18 18
30 138 38 20
25 163 63 25
25 188 88 25
188 163 138 108
。
45
18 38 63 88
简化的降雨径流相关图
三、蓄满产流模型
流域内各点包气带的蓄水容量是不同的 。 以包气带达到田间持水量时的土壤含水量 Wm′为纵坐标，以流域内小于等于该 Wm′的 面积占全流域的面积比 a 为横坐标，所绘的 曲线称为流域蓄水容量曲线。
Q
Qt Qt+△t
0
Qtt Qt e Ktg
t
t +△t
t
地下水时段退水方程
确定Kg的方法
方法1：根据地下水退水曲线上每隔
△t的流量值Q（t）、Q（t+△t），可算出
Kg
t
lnQ (t)lnQ (tt)
取若干计算值的平均值作为流域的Kg。
方法2：根据退水方程
t
Qt Q0 e Kg
有
lnQt
t
P (mm)
K
Pa(mm)
6.25
60.3
0.944
计算说明
6.26
78.8
0.944
6.27
14.7
0.944
6.28
0.944
6月25日－26日总雨量很大，
100
6月27日Pa达Wm
100
Pa＝0.944（100＋14.7）= 108.3 >100 取100
6.29
0.944
94.4
Pa＝0.944×100＝94.4
水文预报 第二章 流域产流
地下水埋深
地下水埋小的，潜水位经常保持在毛细管作用 范围内，则土壤含水量能持久地得到补充，蒸发 均匀；反之，地下水埋深大，则蒸发率减小的变 化幅度大。
16
影响土壤蒸发的因素
土壤结构
团粒结构的土壤，蒸发量小；非团粒结构的土壤 ，蒸发量大。
土壤色泽
土壤色泽改变土壤表面反射率，从而影响蒸发 。土壤颜色愈深，蒸发量愈大。棕色土壤的蒸发 量比白色的大19％，黑色土壤的蒸发量比白色的 大32％。
21
流域蒸发能力的确定
因此，水面蒸发折算系数为改进后的E601型蒸 发器的蒸发量与其它蒸发仪器观测的蒸发量的比 值：
E E 601 Kc E器
实际计算中，水面蒸发折算系数的取值常按不 同时段（月、年、冰期、汛期、非汛期等）来划 分。
22
流域蒸发
三、流域蒸发量推求 流域蒸发量计算方法有两类：水量平衡法；模 式计算法。 （一）水量平衡法 根据降水、径流、流域蓄水量变化等资料估算 总蒸发量。 在资料充分而可靠的条件下，推求多年平均总 蒸发量，精度较高。但随着计算时段的缩短，运 用这种方法，要正确给定时段始末的流域蓄水量 是有困难的。
退水曲线的方程 Q Q0 e t / K
Q0 起退流量
K 流域水流平均汇流时间。
36
退水指数方程
Q
Q0
Qt
t
退水曲线 或 退水曲线
Qt 1
Qt t Qt e t / K C g Qt
C g 流量消退系数。
37
退水指数方程
求流域退水曲线的方法—最小二乘法： step1、选定 t ，在多场实测流量过程的退水 Qi 段上取n对流量（ Q i 、 ），i 1,2, L , n 。
(整理)工程水文学第3章流域产流与汇流计算
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。
水文学原理与应用 第六章 流域产汇流分析
第六章流域产汇流分析本章要点本章的主要内容包括如下部分：1）介绍流域产流的机制，重点讨论蓄满产流与超渗产流；2）介绍流域产流计算的基本原理和方法；3）介绍流域汇流的基本概念和计算方法。
6.1 概述径流是自然水文循环过程中非常重要的一个环节，径流的产生和发展过程是水文学研究的重要内容。
河道任何一点的径流过程可以通过流量曲线的变化反映，而任意一点的径流过程都是流域上游径流过程综合之后得到的结果，是对整个流域降雨、融雪和其他水量输入的响应。
因此径流产生和发展过程并不是局部空间的水文现象，而是应该在流域尺度下进行研究。
径流的产生和形成是流域尺度上的综合问题，需要综合考虑其他水文过程，如降雨、入渗、饱和及非饱和土壤中的水流运动等。
尽管对这些水文过程单独加以研究已经有了相对成熟的方法，但是如何把这些理论加以综合得到解释流域产流机理的理论尚未取得令人满意的结果，其中一个很重要的原因是流域空间中的变异性太大，各个流域在很多方面都具有差异性。
研究径流的产生和发展过程，人为的可以把整个过程概化为产流阶段和汇流阶段两个阶段。
产流（流域蓄渗）指降雨经植物（树冠）截留、下渗和填洼等过程，形成地表和地下径流的过程。
产生的径流可以分为3种形式：地表径流（坡面流 Overland flow）、壤中流（Interflow / unsaturated flow）和地下径流（Groundwater flow）。
汇流则是指降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出口断面汇集的过程。
汇流又可以分为山坡汇流和河网汇流两个阶段。
整个径流的产生和发展的过程可以用下图6-1示意：图6-1：径流产生及过程示意图本章主要研究的内容是地表径流的产流机理和汇流原理。
6.2 流域产流机理流域产流过程实质上就是流域中各种径流成分的生成过程，其实质就是水分经过流域下垫面（包括地面和包气带）作用之后对降水的再分配的过程。
因此不同的下垫面条件对应不同的流域产流机制（Streamflow Generation Mechanisms ），从而进一步影响到整个流域径流发展的过程也不相同。
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t-m水量平衡模型在流域产流计算中的应用
T-M水量平衡模型是一种用来研究地表水循环的模型。
它的全称是"Thornthwaite-Mather"水量平衡模型，由美国气象学家C.W. Thornthwaite和L.R. Mather于1955年提出。
这一模型基于对地表水循环的研究，通过对降雨、蒸发和产流的计算，来确定地表水的储量变化情况。
T-M水量平衡模型通常用于研究小流域的地表水循环，也可以用于大流域的研究。
它是基于统计学原理构建的，可以从历史气象资料中得到降雨和蒸发的数据，通过对这些数据的分析和处理，来得到流域的产流量。
在流域产流计算中，T-M水量平衡模型的应用非常广泛。
它可以用来研究流域内不同时段的产流情况，也可以用来预测未来的产流量。
这对于流域资源管理、水资源开发和灾害防范都有重要意义。
T-M水量平衡模型的基本原理是：流域内的降雨量减去蒸发量等于产流量。
也就是说，流域内的水量变化是由降雨和蒸发共同决定的。
降雨和蒸发的量之和为流域内的降雨-蒸发平衡量。
在T-M水量平衡模型中，降雨-蒸发平衡量是通过对降雨和蒸发数据的处理得到的，它可以用来反映流域内水量的变化情况。
在T-M水量平衡模型的计算中，需要用到一些基本参数，包括降雨、蒸发、土壤含水量和土壤蓄水容量等。
这些参数可以从气象站获取，也可以通过实地测量得到。
在计算过程中，还需要使用一些系数来修正计算结果，这些系数包括土壤蓄水容量系数、蒸发修正系数和产流修正系数等。
T-M水量平衡模型在流域产流计算中的应用主要有以下几个方面：
1. 研究流域内不同时段的产流情况：通过T-M水量平衡模型，可以研究流域内不同时段的降雨、蒸发和产流情况，从而了解流域内水量变化的规律。
2. 预测未来的产流量：通过T-M水量平衡模型，可以利用未来的降雨预测数据，预测未来的产流量。
这对于流域资源管理、水资源开发和灾害防范都有重要意义。
3. 评估流域内水资源开发的影响：通过T-M水量平衡模型，可以评估流域内水资
源开发的影响，包括对产流量的影响、对土壤含水量的影响以及对水环境的影响等。
这有助于确定流域内水资源开发的合理性和可行性。
4. 应用于水灾害预测和防范：T-M水量平衡模型可以应用于水灾害预测和防范，
通过对降雨和产流量的预测，可以提前确定可能出现的水灾害风险，从而采取有效的防范措施。
总的来说，T-M水量平衡模型在流域产流计算中的应用非常广泛，它可以帮助我们
了解流域内水量变化的规律，预测未来的产流量，评估水资源开发的影响以及应用于水灾害预测和防范等。