第2-2章-流域产流
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水文预报(第二章 流域产流-蓄满产流)
0.2
5.8
5.0 5.2 5.4 6.9
10.29.6 9.0 源自.4 7.80.80.6 0.6 0.6 0.7
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
一层模式适用于土壤含水量较大的情况。
一层模式未考虑土壤水分垂向分布，对久旱之 后的小雨，因土壤水分少，计算的总蒸发量明显 偏小。
1970.8.13
1970.8.14 1970.8.15 1970.8.16 1970.8.17
0.2
5.8
5.0 5.2 5.4 6.9
8.3
7.5 6.9 6.3 5.7
0.2
0 0 0 0
0.8
0.6 0.6 0.6 0.7
1.0
0.6 0.6 0.6 0.7
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
下垫面 underlaying surface
地形、地质、土壤、植被等。
河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
二、流量过程线分析 不同流域的降水，经产汇流形成的流量过程线具 有不同的特征。 流量过程线形状不对称系数
Q m3 / s
3
Q m3 / s
150
2
1 0
100
2、产流机制的分析
根据流域产流所表现出来的特点（结果）以及 影响产流过程的因素（原因），分析一个具体流 域所属的产流模式。 河北工程大学水电学院
Hydrological Forecasting
3、产流机制分析的主要内容 影响产流过程的主要因素：气候、下垫面等。
气候 climate
降水、蒸发、气温、湿度、风速风向等。
水文学基本知识
（3）流域平均宽度B（km） 流域面积 与流域长度的比值
B ＝ F / L
（4）流域形状系数 流域长度的比值 流域平均宽度与
f ＝ B / L
＝ F / L
2
（5）河网密度
单位面积河流总长度。
表示一个地区河网的疏密程度。
河网
lii源自F2.1河流与流域
二、流域基本特征
3. 流域自然地理特征
承雨器
虹吸管
浮子
时钟
记录纸
储水瓶 自记笔 容器
雨量器 虹吸式自记雨量计
翻斗式雨量计
翻斗每承接0.1mm雨水向记录器输送一个脉冲 信号。较为适用作遥测雨量计。
称重式式雨量计
虹吸式雨量计
雷达探测
气象雷达利用云、雨、雪等对无线电 波的反射来发现目标。根据雷达探测到 的降水回波位臵、移动方向、移动速度 和变化趋势等资料，可预报探测范围内 的降水量、降水强度及起迄时刻。
r2r1fep包气带通气层潜水vr3潜水层浅层地下水层降水蒸发下渗植物截留与洼蓄地表径流壤中径流河流不透水层不透水层深层地下水不透水层径流形成过程流域产流r4深层地下水层压力水层进入河网的水流从上游向下游从支流向干流汇集最后全部先后流经流域出口断面这个汇流过程称为河网汇流
第二章
水文学基本知识
2.1 河流与流域 2.2 降水与下渗 2.3 河川径流 2.4 水文测验与信息采集
式中:
fi
fi
—两条相邻等雨量线间的面积；Pi —
上的平均雨深。
优点：精度高 缺点：工作量大，应用受限 适用条件：流域雨量站足够多
（3）泰森多边形法（加权平均法）
当流域内雨量站分布不均匀时，假定流域
各处的降水量由距离最近的雨量站代表。流
第2章_06-07蓄满产流计算分析
R Pe W0 Wm
A
Wm' m[1
(1
W0 Wm
1
)1 b
]
Wm' m (1 b)Wm
Wt 1 Wt Pt Et Rt
蓄满产流计算
蓄满产流计算过程
Wm b
P (t ) Em (t )
W´mm W0
Wm' m (1 b)Wm
A
Wm' m[1
(1
W0 Wm
1
)1 b
]
A R
Pe
4 6 46.5 46.5 1.000 12.0 9.6 12.0 9.6
5 6 14.8 14.8 1.000 12.0 9.6 12.0 9.6
61
1.1 1.1 1.000 2.0
1.6
1.1
1.1
∑
118.1
47.1 38.6
（2）fc 的应用
【例】 已知某流域流域降雨径流相关图和
稳定入渗率fc ＝1.5mm/h,一次实测暴雨过程如表 （1）（2）栏。请根据 fc 将净雨划分为地表净 雨hs和地下净雨hg。
超渗产流计算
下渗曲线法
产 流 计 算
初损后损法
下渗曲线法
一、下渗曲线法
超渗产流地区降雨强度对下渗起显著作用，由 而降雨推求径流可以采用下渗曲线。
下渗曲线是干燥士壤在充分供水条件下流域下 渗能力过程线。将降雨强度减去下渗率就可得到净 雨强度过程。这样求得的净雨量，代表地面径流， 不包括地下径流部分。
Wmm
b反映流域内蓄水容量空间分布 不均匀性的参数，取值范围一般
0
为0.2-0.4
W 'mm
Wm
1.0
第二章 流域产流 (2)
流域蓄水容量曲线
流域平均蓄水容量WM（按y轴积分）
1 (1
WM ' WMM )
b
WMM
WM
WM
0
WMM
(1 ) d W M '
WM ' WMM
WMM
0
(1
) dW M '
WM ' WMM
b
W M M
0
(1
WM ' WMM
) d (1
b
)
WMM 1 b
0.3
0.35
0.4
0.45
二、下渗曲线
下渗能力随时间的变化过程线，称 为下渗能力曲线，简称下渗曲线。 以fp(t)~t表示。 渗的水量用累积下渗量Fp随时间的 增长曲线来表示：Fp(t)~t。
（一）物理概念公式(Green-Ampt公式）：
f K (Z
f :
简 化
f
h )/ Z
f
入渗速率 地面积水深度 湿润锋面的毛管压力
干旱和半干旱地区的地下水埋藏很深，包气 带可达几十米甚至上百米，降水不易使包气 带蓄满，下渗的水量一般不会产生地下径流。 只有降水强度超过下渗率时才有地面径流产 生，地下径流量RG很少。这种产流方式，称 为超渗产流。
一、超渗产流模型原理
0
RS= PE-F PE>F F的确定是关键 --下渗速率fc
b 1
A
W0 0 p 1.0
A WMM
b 1
A
[1 (1
) ]d W M '
b
PE
)
b 1
(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。
第2章_04_05-产流模型
令 FR 因
b Wm 1 (1 ) Wmm a b 1 (1 ) Wmm a W Wm 1 1 W mm
23
蓄水容量曲线
2、蓄水容量曲线 storage capacity curve 反映流域内各处（包气带）蓄水容量的面积分 布关系 。
b Wm 1 (1 ) Wmm
Wmm 流域蓄水容量的最大值
b 反映流域蓄水容量分布 的不均匀性
1.0
Wm
Wmm
24
蓄水容量曲线
流域平均蓄水容量 Wm
退水曲线的方程 Q Q0et / K
Q0 起退流量
K 流域水流平均汇流时间。
3
退水指数方程
Q
Q0
Qt
t
退水曲线 或 退水曲线
Qt 1
Qt t Qt et / K Cg Qt
Cg 流量消退系数。
4
地下水退水满足线性水库微分方程
dW Q dt
W K gQ
dQ 1 消除 W 得 Q dt Kg
Rs R S Sm
R
Rs
RI K I Sm K I 壤中流的出流系数
Sm
S
Rg K g Sm
K g 地下径流的出流系数
RI
Rg
自由水蓄水库
当 R S Sm 时，
Rs 0
RI K I ( R S )
Rg K g ( R S )
41
划分地面径流、壤中流与地下径流
0
S1
1.0
因为蓄满产流的产流量仅发生在产流面积 上， 故自由水蓄水库也是建立在该产流面积上的。 则上式应改为
水文水资源教程-水文情报预报试题库(附答案)
第一章 河道洪水预报一、填空题：1、描述洪水波运动的特征量有 附加比降 、 位相 、 相应流量 、 波速 。
2、依据圣维南方程组的动力方程中各项作用力的对比关系，可忽略某些次要项，根据简化的情况，可将洪水波分成 运动波 、 扩散波 、 惯性波 和 动力波 。
3、如图为三种简单入流函数的图形，其名称依次为：将它们依次输入系统所形成的响应函数依次为：（a ） S （t ）曲线 (b) U （t ∆，t ） (c) U （0，t ）4、用单位入流函数和单位矩形入流函数来表达一般的入流过程时，其精度取决于 矩形条块的底宽 。
5、附加比降∆i 是洪水波的主要特征之一,稳定流时, ∆i =0；涨洪时, ∆i __>0__ ；落洪时，∆i _<0__。
6、洪水波在传播过程中不断发生形变，洪水波变形有两种形态, 即_展开__和__扭曲___。
造成洪水波变形的原因一般有 洪水波本身的水利特性 、 洪水波传进的边界条件 、河段旁侧的入流 、 。
7、常用的河段洪水预报方法有 相应水位（流量法） 、 流量演算法 。
8、天然河道槽蓄曲线的类型有 单值关系 、 顺时针绳套 和 逆时针绳套 。
9、某河段1989年8月12日发生一次洪水，12日15时上游站洪峰水位为 137.21m,此时的下游站水位为69.78m ，13日8时该次洪水在下游站的洪峰水位。
为71.43m,故该次洪水的上、下游相应水位,传播时间,下游站同时水位分别为___137.21m 、 _______71.43m_______、 ______17h 、 ___69.78m_ 。
10、马斯京根法的假定是示储流量与槽蓄量成线性关系 、 示储流量与入流、出流量成线性关系 。
11、马斯京根流量演算法中的两个参数分别是_蓄量常数K 、 __河槽调节能力参数X 。
12、对同一河段而言,大洪水的传播时间较____短 _ ，小洪水的传播时间较 _____长 。
产流与汇流
7
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
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
水文预报试题库(2017年培训班)
第一章 河道洪水预报一、填空题：1、附加比降∆i 是洪水波的主要特征之一,稳定流时, ∆i _________；涨洪时, ∆i _______ ；落洪时，∆i ______。
2、洪水波在传播过程中不断发生形变，洪水波变形有两种形态, 即________和_________。
造成洪水波变形的原因一般有 、 、 、 。
3、常用的河段洪水预报方法有 、 。
4、天然河道槽蓄曲线的类型有 、 和 。
5、某河段1989年8月12日发生一次洪水，12日15时上游站洪峰水位为 137.21m,此时的下游站水位为69.78m ，13日8时该次洪水在下游站的洪峰水位。
为71.43m,故该次洪水的上、下游相应水位,传播时间,下游站同时水位分别为____________ 、 ______________、 ______________ 、 _____________ 。
6、马斯京根法的假定是 、 。
7、马斯京根流量演算法中的两个参数分别是_____________ 、 _____________ 。
8、对同一河段而言,大洪水的传播时间较______ _ ，小洪水的传播时间较 _______ 。
9、相应水位是指______________________________________________ _；同时水位是指_______________________________________________ 。
10、示储流量是指_______________________________________________ 。
11、马斯京根流量演算法中的两个参数分别是__________________, __________________ 。
12、河段相应水位(流量)预报的预见期为____________________________ _。
13、当实际河长L 大于特征河长 时,该河段的槽蓄曲线形状为_________________________。
水文学第3章第2节流域产流与汇流
是在表层土壤具有较强透水性情况下的地面产流机制。 包气带薄，f大，包气带饱和后产生地面径流。包气带的 饱和蓄水量控制地面径流。当全层饱和时：
式中：rss为壤中径流产流率（mm／min）； rsat为饱和地 面径流产流率（mm/min）； fb为土壤入渗能力 （mm/min）。
17
饱和地面径流产流前提：产流界面－包气 带下界面（或下弱透水层上界面）。 注意：饱和后是地表产流。
11
fA rss
fB
带
12
13
壤中径流产流前提：产流界面－相对不透水层或弱 透水层。
必要条件：供水水源－上层有下渗水（fA)。 充分条件：fA>fB 产生临时饱和带；
侧向动力条件－坡度。 壤中径流产流取决于fA，与雨强不直接相关。
14
(3)地下径流的产流机制:
是指包气带较薄、地下水位较高时的地下水产流机制。 包气带下界面，在均质、非均质或层次性土壤、风化裂 隙中均可发生： 对于均质土壤：
故，影响产流方式的主要因素是下垫面、降 水特征。
24
二、流域汇流分析
1.流域汇流过程与汇流时间 流域汇流过程：流域上各处产生的各种成分的
径流，经坡地到溪沟、河系，直到流域出口的 过程，即为流域汇流过程。
25
净雨量
地表水流
河
网
汇
地下水流
流
槽面降水出流过程 地表水流出流过程
地下水流出过程
（坡地汇流） （河网汇流）
必要条件：供水水源－降水（i）
充分条件：包气带全部饱和（i > fb+rss)
18
上述四种产流机制共同规律：
1）供水：i 、f 2) i > fA 超滲地面径流；fA>fB 壤中径流
式中：rss为壤中径流产流率（mm／min）； rsat为饱和地 面径流产流率（mm/min）； fb为土壤入渗能力 （mm/min）。
17
饱和地面径流产流前提：产流界面－包气 带下界面（或下弱透水层上界面）。 注意：饱和后是地表产流。
11
fA rss
fB
带
12
13
壤中径流产流前提：产流界面－相对不透水层或弱 透水层。
必要条件：供水水源－上层有下渗水（fA)。 充分条件：fA>fB 产生临时饱和带；
侧向动力条件－坡度。 壤中径流产流取决于fA，与雨强不直接相关。
14
(3)地下径流的产流机制:
是指包气带较薄、地下水位较高时的地下水产流机制。 包气带下界面，在均质、非均质或层次性土壤、风化裂 隙中均可发生： 对于均质土壤：
故，影响产流方式的主要因素是下垫面、降 水特征。
24
二、流域汇流分析
1.流域汇流过程与汇流时间 流域汇流过程：流域上各处产生的各种成分的
径流，经坡地到溪沟、河系，直到流域出口的 过程，即为流域汇流过程。
25
净雨量
地表水流
河
网
汇
地下水流
流
槽面降水出流过程 地表水流出流过程
地下水流出过程
（坡地汇流） （河网汇流）
必要条件：供水水源－降水（i）
充分条件：包气带全部饱和（i > fb+rss)
18
上述四种产流机制共同规律：
1）供水：i 、f 2) i > fA 超滲地面径流；fA>fB 壤中径流
第二章 径流形成过程
蒸散发
降水
植物截留
填洼及地面滞 蓄量
不透水面积 坡面流
土壤蓄量 地下水蓄量
壤中流 潜水流
深层地 下水
径流形成过程框图
河 网 汇 流
出流过 程
2.1 径流形成过程描述
据此框图，可把径流形成过程划分为下列几个过程：
1.降水过程 从径流形成的角度看，供水过程，是径流形成的必要 条件。属于气象学的任务。
ss sm (1 eai )
式中 a 为经验常数
2.2.1植物截留
Rutter冠层截留量的计算公式如下
其中
C Q Keb(CS ) t
Q
PP11PP22
( (
P P
EPC EP )
/
S
)
当C S 当C S
式中：C是冠层实际的含水量；S是冠层蓄水容量（mm）； P1是地表植被覆盖率；P2是总的叶面面积与植被覆盖的地面面积之比； K，b参数。
供水充分：ES=Ep 又：EP=f(气象因素) =f(E0)
ES=ES(EP,W)
2.2.3 流域蒸散发量计算
二、蒸发能力的确定 水面（器皿）蒸发与流域蒸发能力的区别：
1）水面（器皿）蒸发的水体是整体的，系敞开式 2）流域蒸发受土体影响，其水体存在于介质的孔隙中， 是不完整的，与周围环境热交换条件也与水面蒸发不同
2.1 径流形成过程描述
径流形成过程是一个复杂连续的物理过程.它始于降 雨过程，终于流域出口流量过程。径流形成过程可以划 分为五个：
（1）无雨期。降水前的干旱期。流域上无径流产生， 河槽处于低水期，主要靠地下水补给。
（2）初雨期。其特征是除槽面降水产生微量径流外， 流域中的降水，主要耗于植物截留、下渗、填洼和蒸散 发等。
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 。
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
§4.3 流域产流分析 工程水文学
W M0 W m m[1(W m )]dW m
整理课件
蓄满产流情况下 流域产流面积的 变化情况分析
W’m P4-E4W’源自mP3-E3 P2-E2P1-E1
0 α1
α2 α3
α
1.0
P
降雨柱状图
P4
P2 P1
P3
1.0 α
α3 α2 α整01理课件
t 产流面积变化
t
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
6 表层土质结构 7 缺水量
疏松，不易超渗 小，易蓄满
密实，易超渗 大，不易蓄满
8 地下径流
比例大
比例小
9 产流与降雨特征的关系 与降雨量关系密切 与降雨强度关系密切 整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 在湿润地区，由于雨量充沛，地下水位较高，包 气带通常不到几米，其下部经常保持在田间持水 量，上部则因蒸发而缺水。汛期包气带上部缺水 极易为一次降雨所蓄满。如果每次大雨后，流域 平均蓄水量都能达W’m ，则产流量可由降雨量Pe 减去降雨开始时的土壤缺水量(W’m - W’0)求得。 R = Pe-(W’m - W’0) 式中，Pe = P - E
整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 1.包气带地面对降雨的再分配作用
根据降雨强度i和地面下渗能力fp的大小关系，包气带地面 把其所承受的降雨划分为下渗的水量I和地面径流RS两个 部分。 当i＞fp，则实际下渗率为fp，其余部分(i-fp)形成地面径流； 当i≤fp ，则全部降雨都渗入土壤中。 其中： i- 降雨强度
• 蓄满产流情况下产流面积的变化特点： ➢ 随着降雨量的增加，产流面积也随之增加 ➢ 产流面积增加与降雨强度无关
整理课件
蓄满产流情况下 流域产流面积的 变化情况分析
W’m P4-E4W’源自mP3-E3 P2-E2P1-E1
0 α1
α2 α3
α
1.0
P
降雨柱状图
P4
P2 P1
P3
1.0 α
α3 α2 α整01理课件
t 产流面积变化
t
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
6 表层土质结构 7 缺水量
疏松，不易超渗 小，易蓄满
密实，易超渗 大，不易蓄满
8 地下径流
比例大
比例小
9 产流与降雨特征的关系 与降雨量关系密切 与降雨强度关系密切 整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 在湿润地区，由于雨量充沛，地下水位较高，包 气带通常不到几米，其下部经常保持在田间持水 量，上部则因蒸发而缺水。汛期包气带上部缺水 极易为一次降雨所蓄满。如果每次大雨后，流域 平均蓄水量都能达W’m ，则产流量可由降雨量Pe 减去降雨开始时的土壤缺水量(W’m - W’0)求得。 R = Pe-(W’m - W’0) 式中，Pe = P - E
整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.1 包气带对水分的 再分配作用
• 1.包气带地面对降雨的再分配作用
根据降雨强度i和地面下渗能力fp的大小关系，包气带地面 把其所承受的降雨划分为下渗的水量I和地面径流RS两个 部分。 当i＞fp，则实际下渗率为fp，其余部分(i-fp)形成地面径流； 当i≤fp ，则全部降雨都渗入土壤中。 其中： i- 降雨强度
• 蓄满产流情况下产流面积的变化特点： ➢ 随着降雨量的增加，产流面积也随之增加 ➢ 产流面积增加与降雨强度无关
第二章 降雨产流量预报
5
第二节 产流方式论证
6
第三节 流域蒸散发量计算
7
第三节 流域蒸散发量计算
一、土壤蒸发与影响因素关系概化 土壤蒸发的主要影响因素有： 土壤蒸发的主要影响因素有： 气象因素； 气象因素； 土壤供水条件； 土壤供水条件； 土壤结构 二、土壤蒸发能力的确定 注意：蒸发能力的含义——供水充分条件下，取决于气象条件 供水充分条件下， 注意：蒸发能力的含义 供水充分条件下 Ep=KcE0 其中： 蒸发量折算系数。由三部分组成： 其中：Kc 蒸发量折算系数。由三部分组成： K1 反映水面与陆面蒸发的差异； 反映水面与陆面蒸发的差异； K2 主要反映流域与蒸发站所在地气象条件的差异 主要反映流域与蒸发站所在地气象条件的差异; K3 反映器皿 与类型有关)与水面的蒸发差异 反映器皿(与类型有关 与水面的蒸发差异 与类型有关 与水面的蒸发差异.
S
SM
RS
RI RG
32
第六节 蓄满产流模型 2.自由水蓄积容量分布曲线 自由水蓄积容量分布曲线 自由水 下垫面有不均匀性，自由水蓄积容量在空间(产流面积 分布不均匀。 产流面积)分布不均匀 下垫面有不均匀性，自由水蓄积容量在空间 产流面积 分布不均匀。
S
Smm
SM SM RI α α
0 RG
1.0
20
前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
参数Pa的计算 参数 的计算
21
前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
(二) 四变数相关图的制作 二 1、资料的选择 、 (1) 洪水量级代表性。即选取大、中、小不同量级的洪水，大洪水可以 洪水量级代表性。即选取大、 小不同量级的洪水， 适当多选。 适当多选。 (2) 洪水发生季节代表性。以选取主汛期洪水为主，还应考虑非主汛期 洪水发生季节代表性。以选取主汛期洪水为主， 的一些洪水。 的一些洪水。 (3) 雨型代表性。选取的洪水要包括由各种降雨特性所形成的。 雨型代表性。选取的洪水要包括由各种降雨特性所形成的。 (4) 前期条件代表性
第二节 产流方式论证
6
第三节 流域蒸散发量计算
7
第三节 流域蒸散发量计算
一、土壤蒸发与影响因素关系概化 土壤蒸发的主要影响因素有： 土壤蒸发的主要影响因素有： 气象因素； 气象因素； 土壤供水条件； 土壤供水条件； 土壤结构 二、土壤蒸发能力的确定 注意：蒸发能力的含义——供水充分条件下，取决于气象条件 供水充分条件下， 注意：蒸发能力的含义 供水充分条件下 Ep=KcE0 其中： 蒸发量折算系数。由三部分组成： 其中：Kc 蒸发量折算系数。由三部分组成： K1 反映水面与陆面蒸发的差异； 反映水面与陆面蒸发的差异； K2 主要反映流域与蒸发站所在地气象条件的差异 主要反映流域与蒸发站所在地气象条件的差异; K3 反映器皿 与类型有关)与水面的蒸发差异 反映器皿(与类型有关 与水面的蒸发差异 与类型有关 与水面的蒸发差异.
S
SM
RS
RI RG
32
第六节 蓄满产流模型 2.自由水蓄积容量分布曲线 自由水蓄积容量分布曲线 自由水 下垫面有不均匀性，自由水蓄积容量在空间(产流面积 分布不均匀。 产流面积)分布不均匀 下垫面有不均匀性，自由水蓄积容量在空间 产流面积 分布不均匀。
S
Smm
SM SM RI α α
0 RG
1.0
20
前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
参数Pa的计算 参数 的计算
21
前期雨量指数(API)模型 第五节 前期雨量指数(API)模型
(二) 四变数相关图的制作 二 1、资料的选择 、 (1) 洪水量级代表性。即选取大、中、小不同量级的洪水，大洪水可以 洪水量级代表性。即选取大、 小不同量级的洪水， 适当多选。 适当多选。 (2) 洪水发生季节代表性。以选取主汛期洪水为主，还应考虑非主汛期 洪水发生季节代表性。以选取主汛期洪水为主， 的一些洪水。 的一些洪水。 (3) 雨型代表性。选取的洪水要包括由各种降雨特性所形成的。 雨型代表性。选取的洪水要包括由各种降雨特性所形成的。 (4) 前期条件代表性
水 文 学 原 理(十二流域产流)
§2 流域产流特征的分析
流域面积601km2。流域内雨量丰沛，气 候湿润，植被良好，有较大的森林覆盖 面积。流域坡度大，土层薄而疏松，糙 率较大，阻水明显。 河谷地带土层相对较厚，且由于其临近 河流，土壤常年比较湿润。 流域内灰岩在上，页岩在下，走向大体 指向河流，裂隙不够发育，透水性较差。 枯季流量不大，历年最枯流量大约只有 3m3/s。枯季退水慢而稳定，由于流域 内地面高程变化大，故气温、降雨和蒸 散发的垂直变化规律比较明显。
§1 山坡流域的分类
流域类型 土壤、岩石 土壤覆盖浅薄 下面为岩石 包气带厚度中 非均质土壤 包气带很厚 均质土壤 植被、地下水 位 植被茂密 表土疏松 山坡较陡 存在地下水位 植被良好 坡度中等 地下水埋深大 植被很差 地下水位高 地势平坦 透水性好 产流 Rsat+Rint+Rg Rsat+Rint 典型流量过 程线
§3 产流面积的变化
1、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。 产流区 产流区所包围的流域面积称为产流面积 产流面积。 产流面积
Key points: 产流面积是逐渐变化着的
Cause: 降雨空间分布不均匀 下垫面条件空间分布不均匀
§3 产流面积的变化
降雨开始前，河流中的水量主要来自流域中包气带较厚的 中下游地区的地下水补给。 降雨开始后，流域中易产流的地区先产流，因此河流中的 水量主要来自于易产流地区，这些易产流地区主要是土层 浅薄的地区，或河沟附近土壤含水量较大的地区，或雨强 大的地区。这时河沟开始逐渐向上游延伸，河网密度开始 增加。 随着降雨的持续，产流面积不断扩大，河网密度不断增 加，从而组成了不同时刻的出口断面流量过程线。
3)产流量计算
(1)根据前期实测降雨量和蒸散发计算模式，推算本次 降雨初始时的流域土湿W0 (2)计算本次降雨的流域平均值P，扣除雨期蒸发后得 PE值 (3)查降雨径流相关图或者根据公式计算R
2第二章_河川水文基础知识
•
1.答：（1）搜集指定断面以上河流所在地区的地形图；（2） 在地形图上画出地面集水区的分水线；（3）用求积仪量出 地面分水线包围的面积，即流域面积。
•
2.答:闭合流域：（1）流域在非岩溶地区，没有暗河、天坑； （2）径流系数小于1；（3）出口断面能下切至岩层。
3.答:（1）毁林开荒使山区的植被受到破坏，暴雨时将会造 成严重的水土流失，使下游河道淤塞，排水不畅；（2）裸 露的坡地，下渗差，暴雨时产生地面径流大，汇流速度快， 将使洪峰大大增高。 4.答: 围垦湖泊，主要使湖泊的蓄洪容积大大减小；同时， 被围垦的土地，还要大量排渍，使河流洪水显著加剧。
Q T y 10 6 F 10 1000 F
3
Q M 103 F
y a x
例：已知某流域F=100km2，多年平均年降水量 =1200mm，多年平均年径流深＝600mm。 试求：多年平均流量、多年平均年蒸发量、多 年平均年径流系数、多年平均年径流模数M。
Q
Q=0.6*100*1000*1000/(365*24*3600)=1.9m3/s Z= 1200-600=600 mm
a = 600/1200=0.5
M = 19 L/s.km2
1．已知某断面2000年年平均流量为2000m3/s，
该断面以上的积水面积为688421 km2，分别
计算年径流量、径流深、径流模数。
R 365 86400 2000 6.3072 10 m
10
10
3
R 6.3072 10 Y 91.62mm 1000 A 1000 688421
Q 2000 M 0.003 A 688421
（四）我国河流的水量补给
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WM—流域平均蓄水容量
WMM
1 (1
WM ' b ) WMM
WM
0
0
(1 )dWM '
WM ' b (1 ) dWM ' WMM
WMM
b——是常数，反映了流域包气带 蓄水容量分布的不均匀性，越大表 示越不均匀。
WMM
WMM
WM dWM' 1-
0
(1
第二章 流域产流
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
2.6 蓄满产流
基本概念
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）流域最大蓄水量又称流域蓄水容量，相当于田间持水量与凋 萎含水量的差值（田间持水量：土壤保持水分的最大量）
主 要 内 容
下渗能 力的确 定
• 1.物理概念 公式 • 2.经验下渗 方程 • 3.经验相关 关系图
相关 概念
超渗 产流 模型
超渗 产流 模型 计算 步骤
超渗 产流 模型 优缺 点
2.7 超渗产流
基本概念
下渗现象与下渗率 下渗现象：水分通过下渗面向土壤中运动的现象。
影响因素 内因 土壤结构（具有空隙，分子力、毛管力、重力） 土壤含水量 外因 供水条件（自然界降雨；人工灌溉）
0 RS= PE-F PE>F PE<=F 式中：RS：时段地面径流量； PE：扣除蒸发量的时段降雨量； F： 时段下渗量。 单位：mm/∆t --下渗速率fc
2.6 蓄满产流
二水源划分 基本原理
第1时段：PE1< fcΔ t (或FC)，总径流r1
直接径流
地下径流
rs1 =0 rg 1 r1 r1 PE1 PE1 PE1
土壤水分增量
W1 PE （ 1-1） 1
第2时段：PE1> fcΔ t (或FC)，总径流r2 r 地下径流 rg 2 fc t 2 PE2 直接径流 r =r f t r2 = PE f t r2
0
1.0
代入蓄水容量曲线 可得0
1 (1
WM ' b ) WMM
2.6 蓄满产流
降雨产流量计算(蓄满) 当A+PE<WMM时（局部产流）
A PE
当A+PE>WMM时（全流 域产流）
R dPE
A PE
A
(1 )dWM '
R PE (WM W0 )
WM' WMM WMM PE R R ∆W ∆W
或R
A PE
A
dWM '
WM ' b ) ]dWM ' WMM
[1 (1
A
WMM WM ' b 1 A PE PE (1 ) |A 1 b WMM A PE b 1 A b 1 PE WM (1 ) WM (1 ) WMM WMM A A b 1 W0 WM [1 (1 ) ] WMM A PE b 1 R PE W0 WM WM (1 ) WMM PE
时 段 1 2 3 4 5 6 ∑
∆t (h) 6 4 6 6 6 1
Pe (mm) 14.5 4.6 44.4 46.5 14.8 1.1
r (mm) 7.6 3.7 44.4 46.5 14.8 1.1 118.1
α 0.524 0.804 1.000 1.000 1.000 1.000
时段最大下渗量FC (mm)
2.6 蓄满产流
二水源划分——fc 的推求
在水源划分中，fc 是一个重要参数，它是土壤、地质、植被等的综合反映， 可根据实测雨洪资料分析得到。具体过程为： 首先根据蓄满产流原理由降雨过程P～t推求净雨过程h～t；根据本章2.4节方 法推求相应的实测地下径流总量Rg ；然后采用试错法确定fc，即假设一个fc 代入公式计算，当Rg计算 =Rg实测时,假设的fc即为所求 。分析多次洪水，定出 流域fc的平均值。 已知： Pe ，r ,Rg实测=3 8.1mm,计算fc？ 设 fc= 2.0mm/h ，得 ∑Rg= 47.1mm ，不等于38.1mm 。再假设 fc= 1.6 mm/h ， ∑Rg= 38.6 mm ，与 38.1 mm 相差很小。 fc= 1.6 mm/h
W0 b1 A WMM [1 (1 ) 1 ] WM
代入蓄水容量曲线 可得0
1 (1
WM ' b ) WMM
PE W0 WM WM (1
R PE (WM W0 )
作业：
1. p36，蓄满产流模型产流量计算。
小结
2.6
1.
2. 3. 4.
1)超渗产流只有地面径流，水源划分主要针对蓄满产流； 2)按蓄满产流方式，一次降雨所产生的径流总量包括地面 径流和地下径流两部分，在推求洪水过程线时要分别处理。 即将净雨R分成地面径流Rs和地下径流Rg。
2.6 蓄满产流
二水源划分(直接径流＋地下径流) 基本原理
由蓄满产流概念可知，包气带土壤含水量达到田间持水量（称“蓄满 ”）前，降雨全部补充土壤缺水量，不产流；蓄满后开始产流，此后 的降雨扣除雨期蒸散发后全部形成净雨。 稳定下渗率fc：注意，只有在蓄满的地方才产流，产流期的下渗为稳 定下渗率fc，且稳定下渗只有在产流面积上才发生。下渗的雨量形成 地下径流rg ，降雨强度超过稳定入渗（超渗）的雨量成为地面径流rs 。 产流面积α ：只有在蓄满的地方产流，此时，时段的总产流量由水量 Fr 平衡方程可知， R t ( P t E t ) F Fr R t 由此可得 F P t E t 即产流面积比等于径流系数。 根据产流面积α 和稳定下渗率fc可划分rs和rg。
s2 2 c
土壤水分增量
W2 PE （ 1-2） 2 r 总地下径流：RG f c t i PEi i
PEi FC
PE2
2
c
PE2
i PEi FC
ri
总直接径流：RS
PEi FC
ri （ PE f t ） i c PEi i
划分的关键在于推求稳定下渗率fc 。
P1 - E1
WM' WMM
P2 - E2
R2 R1 I1
I2
1
1.0
2.6 蓄满产流
降雨产流量计算(蓄满)
WM' WMM
一般情况下，降雨前初始土 壤含水量W0不为零，对应的 最大流域蓄水容量为A； 全流域有比例为0的面积已 经蓄满，降落在该面积的雨 量形成径流，降在1-0的面 积上的降雨不能形成径流
W0
0 p
1.0
2.6 蓄满产流
汇总 WM ' b 1 (1 )
WMM
WMM
当A+PE<WMM时（局部产流）
A PE
WM
A
0
WMM (1 )dWM ' 1 b
R
A
dWM '
A PE b1 ))dWM ' WM [1 (1 ) ] WMM 当A+PE>WMM时（全流域产流） 0
fc=2.0 6.3 6.4 12.0 12.0 12.0 2.0
fc=1.6 5.0 5.1 9.6 9.6 9.6 1.6
Rg( mm ) fc=2.0 fc=1.6 6.3 5.0 3.7 3.7 12.0 9.6 12.0 9.6 12.0 9.6 1.1 1.1 47.1 38.6
2.7 超渗产流
2.6 蓄满产流
蓄水容量曲线——表征土壤缺水量空间分布的不均匀性
流域部分产流主要是因为流域各处蓄水容量不同所致。如果将流域内 各点的蓄水容量从小到大排列，并计算小于某一蓄水容量W′m的面积 占流域面积的比重α ，便可绘出W′m～ α 关系曲线，称为流域蓄水容 量曲线。
W’ m (小到 大) W’m1 W’m2 微元 面积 dF1 dF2 <= W’mj 面积 dF1 dF1+dF2
2.7 超渗产流
概述 在干旱半干旱地区,地下水埋藏很深，包气带很厚，可达 几十米甚至上百米，缺水量大，降雨过程中下渗的水量不 易使包气带蓄满，一般不会产生地下径流。并且只有当降 雨强度大于下渗强度时才产生地面径流，所以降雨产流量 R主要由地面径流RS组成,这种产流方式称为超渗产流。 超渗产流模型原理 F的确定是关键
蓄满产流
基本概念（蓄水容量、田间持水量 、蓄满产流） 蓄水容量曲线 降雨产流量计算(蓄满) 水源划分(蓄满)——二水源
重点难点：重点见红色部分；难点为降雨产流量计算
2.6 蓄满产流
水源划分 1.二水源划分(直接径流＋地下径流) 2.三水源划分**
二水源划分(直接径流＋地下径流) Notes:
下渗率f：单位时间、单位面积下渗到土壤中的水量
2.7 超渗产流
基本概念
下渗能力与下渗曲线 下渗能力fp：供水充分情况下的下渗率。 fp反映影响下渗率的内因，或反映除供水条件以外的综合性因素。 下渗曲线