第四章流域产汇流计算(1518)
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流域产汇流
历时 实测雨 最大平均雨 量（mm） （1h） 强（mm/h） 5.72 43.74 12.46 0.92 1 2 3 4 43.74 28.10 20.64 15.71
40 30 20 10 0 0 1 2 3 历时（h) 4 5
西安理工大学
一、流域降雨分析
2 流域降雨特性分析 （1）流域平均降雨量 方法1—算术平均法：流域内各站同一时段的雨量进行算 术平均
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二 蓄满产流与超渗产流
蓄满产流和超渗产流方式对比
产流方式 产流条件 损失量 产流量 径流成分 决定产流量的 因素 蓄满产流 包气带土湿达田间持水量 包气带雨始土湿达田间持水 量的缺水量 包气带达田间持水量后的后 续降雨量 地面径流与地下径流 降雨量，前期影响雨量
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超渗产流 雨强超过渗强 雨期下渗量 超渗时期雨强与渗强 之差 地面径流 雨强，前期影响雨量
合 计
16285
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5550
104
10735
三、前期影响雨量
水文上间接表示土壤含水量：一种前期影响雨量Pa，一 种是流域蓄水量W 定义：用于衡量流域干湿程度的指标 1 前期影响雨量Pa的计算公式
流域蓄水 容量
Pa,t 1 K ( Pa,t Pt )，且Pa,t Wm
日折减 系数
1 n P Pi n 1
适用于雨量站分布均匀、地形起伏变化不大的流域
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一、流域降雨分析
方法2—泰森多边形法
n p1 f 1 P2 f 2 Pn f n f P Pi i F F i 1
适用于地形变化不大的流域
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一、流域降雨分析
方法3—等雨量线法
第四章 流域产流与汇流计算2011.9
田间持水量：土层中最大毛管悬着水量，当土壤含水量超过这一值 时，过剩水分以重力形式下渗。
第三节 蓄满产流计算
用公式说明：
蓄满前： P E W2 W1 蓄满后： P E R Wm W1
蓄水容量
总产流＝直接径流Rs＋浅层地下径流Rg
Rs=P-E-Fc Rg=Fc
稳定下渗量
第三节 蓄满产流计算
p i, fi
P1 f1 P2 f 2 Pn f 2 1 n P Pi fi F F i 1
第二节 流域降雨径流要素计算
Areal Precipitation Estimates: Thiessen Polygon Method 泰森多边形法
Station Observed Rainfall mm Area km2 Weighted Rainfall mm. km2
斜线分割法: Q(m3/s)
N B
N 0.84F 0.2
本次降雨形成的径流过程
H
直接径流
实测洪水过程线
C B’
起涨点
I
地面径流终止点
A E G
地下径流
C’ D
F
D’
t(h)
深层地下径流（基流）
第二节 流域降雨径流要素计算
斜线分割法:对地下径流比重大、洪水连续时间长的 流域较为合理。 水平分割法：
Station P2 P3 P4 P5 Observed Rainfall
mm
20 30 40 50 140
Ave. Rainfall = 140/4 = 35 mm
第二节 流域降雨径流要素计算
2)泰森多边形法（垂直平分法）
地形起伏变化不大的流域
方法：
第三节 蓄满产流计算
用公式说明：
蓄满前： P E W2 W1 蓄满后： P E R Wm W1
蓄水容量
总产流＝直接径流Rs＋浅层地下径流Rg
Rs=P-E-Fc Rg=Fc
稳定下渗量
第三节 蓄满产流计算
p i, fi
P1 f1 P2 f 2 Pn f 2 1 n P Pi fi F F i 1
第二节 流域降雨径流要素计算
Areal Precipitation Estimates: Thiessen Polygon Method 泰森多边形法
Station Observed Rainfall mm Area km2 Weighted Rainfall mm. km2
斜线分割法: Q(m3/s)
N B
N 0.84F 0.2
本次降雨形成的径流过程
H
直接径流
实测洪水过程线
C B’
起涨点
I
地面径流终止点
A E G
地下径流
C’ D
F
D’
t(h)
深层地下径流（基流）
第二节 流域降雨径流要素计算
斜线分割法:对地下径流比重大、洪水连续时间长的 流域较为合理。 水平分割法：
Station P2 P3 P4 P5 Observed Rainfall
mm
20 30 40 50 140
Ave. Rainfall = 140/4 = 35 mm
第二节 流域降雨径流要素计算
2)泰森多边形法（垂直平分法）
地形起伏变化不大的流域
方法：
工程水文学之流域产汇流计算
工程水文学之流域产汇流计算●降雨径流要素计算●流域降雨分析●单站降雨特性分析●降雨强度过程线●降雨强度～历时曲线●降雨量累计曲线●流域降雨特性分析●流域平均降雨量●算术平均法●垂直平分法/泰森多边形法●等雨量线法●时～面～深关系曲线●点～面关系曲线●径流量计算●径流过程线分析●流量过程的分割●非本次降雨的径流分割●水源的划分将本次降雨形成的地面、地下径流分割开●水平直线分割●斜直线分割●目估法●标准退水曲线法●径流量计算●流域的土壤含水量间接表示●前期影响雨量●前期影响雨量Pa的计算公式●流域的蓄水量●流域最大蓄水量WM和消退系数K●流域产流分析●包气带对降雨的再分配作用●包气带地面对降雨的再分配作用●包气带土层对下渗水量的再分配作用●产流机制●蓄满产流●超渗产流●产流面积的变化●蓄满产流情况下产流面积的变化●超渗产流情况下产流面积的变化●降雨径流关系●产流计算●降雨径流相关法●蓄满产流的产流量计算●概述●蓄满产流的产流量计算●产流量计算公式●流域蓄水量计算●一层模型●二层模型●三层模型●产流过程（净雨过程）计算●地面地下径流（净雨）的划分●超渗产流的产流量计算●概述●下渗曲线法●超渗产流的产流量计算●应用fp~t和fp～W关系推求产流量●图解法●初损后损法●初损量I0的确定●平均后损率f的确定●产流量计算●流域汇流计算●流域出口断面流量的组成●单位线法●单位线的基本概念●倍比假定●叠加假定●单位线的推求●分析法●最小二乘法●单位线的时段转换●单位线的应用●单位线存在的问题及处理方法●洪水大小的影响●暴雨中心位置的影响●基本步骤●选择资料●确定单位时段●求地面径流过程●求地面净雨过程●由已知的地面净雨过程和地面径流过程推求单位线●瞬时单位线法●S曲线●等流时线法●地貌瞬时单位线法●地下径流汇流计算●线性水库法。
第四章 流域产流与汇流计算
1 K
Qt
C e
1 K
K 1 / ln C
C: 流量消退系数，反映退水速率快慢。(C<1)
C的推求方法二
直线段坡度 －地下水消 退系数C
tan Qt / Qt 1 1 / C C
(2)径流量计算
当洪水的起涨流量小于后继洪水的起涨流量时，用流 域平均退水曲线将退水过程延长到与起涨流量相等。
2、蓄满产流概念形成
PE
PE PE pa
周次
R R R
历时
pa
PE+W0
蓄满点
PE
W0
R
R
3.基本方程
包 降 水
R
PE
Wm-W0
气
带
W
Wt 1 Wt P t Et Rt
R PE W0 Wm
潜 水
蓄满产流计算示意图
4.蓄水容量曲线 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。
根据105站资料绘制
根据26站资料绘制
对一场降雨，对应某指定的 历时，变动起讫时间求得相应该 历时的最大平均降雨强度，并点 绘成曲线。该曲线反映降水的时 间变化特性。
时
间
累积降雨 0 11.5 60.0
时段降雨 0 11.5 48.5
13:00 14:00 15:00
16:00
17:00 18:00
P
P1+ P2+ P3 P1+ P2
4工程水文第四章产汇流计算.ppt
Σ
10.9
1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 6.5
9.9 6.5 3.3 2.7 1.8 24.2
汇流计算
• 地面径流---单位线法：单位净雨产生的流量过程 • 地下径流---线型水库 汇流计算有关因素 等流时面积 流达出口时间τ
dQ(t)=it-τ dF(τ) Q(t)=∫0tdQ(t)
单位线假定:倍比、叠加
Q
上
下 ΔS
0
Δt
t
不稳定流量、稳定流、槽蓄量
Z下 落洪 稳定流
S~Z下绳套型 S~Q非线性多值函数
多采用单值： 非线性：S=KQm 线性：S=KQ
涨洪
S
柱蓄与楔蓄
Z上 楔蓄
x(SQ上- SQ下) SQ上
Z下
柱蓄SQ下
S=SQ下+x(SQ上- SQ下)= xSQ上+ (1-x)SQ下)
槽蓄量
Z上 楔蓄
第四章 产汇流计算
• • • • • 降雨计算 径流计算 土壤含水量 产流计算 汇流计算
降雨计算
1、点 • 降雨强度过程线 • 降雨量累积曲线 • 降雨强度历时曲线 2、面 • 面平均降雨量 • 时面深关系曲线 • 点面关系曲线
降雨强度过程线i~t
P mm
P~t
i mm/h
0
1 2 3
t
降雨强度历时曲线
设计洪水过程推算表
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 。。。 合计 5.565071 162.5616 0.556507 16.25616 37.2944 3.72944 15.5088 1.55088 27.6 162.6 37.3 15.5 8.4 49.6 33.8 24.6 17.4 10.8 7.0 4.4 1.8 0.0 4.7 27.6 18.8 13.7 9.7 6.0 3.9 2.4 1.0 0.0 0.0 136.6 806.3 549.5 399.9 282.9 175.6 113.8 71.5 29.3 0.0 0.0 31.3 185.0 126.1 91.7 64.9 40.3 26.1 16.4 6.7 0.0 0.0 13.0 76.9 52.4 38.2 27.0 16.7 10.9 6.8 2.8 0.0 4.7 164.2 856.4 761.2 612.6 433.0 282.5 183.5 115.4 56.5 13.5 2.8 0.0 2.7 5.5 8.2 11.0 13.7 16.5 19.2 22.0 24.7 27.5 30.2 33.0 35.7 33.0 30.2 27.5 24.7 22.0 19.2 16.5 13.7 11.0
第四章流域产与汇流计算优秀课件
第一节 降雨径流要素计算 第二节 蓄满产流计算 第三节 超渗产流计算 第四节 流域汇流计算 第五节 河道汇流计算
研究对象：
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计算方法。
净雨（产流量）（Excess rainfall）：降水扣除损失后的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量。
汇流（Runoff concentration）：扣除损失后的雨水或雪水沿地表、地 下汇集于河网或汇集到流域出口断面的现象。
坡面汇流（Overland flow concentration）：降水扣除损失后形成的水 流，沿坡面向河槽的汇集过程。
蒸发能力（Evaporation capability）：在一定的气象和下垫面条件下， 有充分供水时，单位时段内蒸发的水汽量。
稳渗（Steady infiltration）：当土壤孔隙被水充满达到饱和时，水在重 力作用下呈饱和水流运动，下渗率维持稳定。
降雨径流（Rainfall runoff）：由降雨所形成的河川径流。 暴雨径流（Storm runoff）：由暴雨所形成的河川径流。 融雪径流（Snowmelt runoff）：积雪（冰）融化所形成的河川径流。 暴雨洪水（Storm flood）：由暴雨所形成的洪水。 大气环流（Atmospheric circulation）：大气层具有一定稳定性的各种 气流运行的综合现象，一般指给定时段内大范围大气运动的基本状况。
等雨量线法（Isohyeetal method）：用两相邻等雨量线雨量的平均值， 以相应两相邻等雨量线间面积为权重来计算面雨量的方法。
研究对象：
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计算方法。
净雨（产流量）（Excess rainfall）：降水扣除损失后的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量。
汇流（Runoff concentration）：扣除损失后的雨水或雪水沿地表、地 下汇集于河网或汇集到流域出口断面的现象。
坡面汇流（Overland flow concentration）：降水扣除损失后形成的水 流，沿坡面向河槽的汇集过程。
蒸发能力（Evaporation capability）：在一定的气象和下垫面条件下， 有充分供水时，单位时段内蒸发的水汽量。
稳渗（Steady infiltration）：当土壤孔隙被水充满达到饱和时，水在重 力作用下呈饱和水流运动，下渗率维持稳定。
降雨径流（Rainfall runoff）：由降雨所形成的河川径流。 暴雨径流（Storm runoff）：由暴雨所形成的河川径流。 融雪径流（Snowmelt runoff）：积雪（冰）融化所形成的河川径流。 暴雨洪水（Storm flood）：由暴雨所形成的洪水。 大气环流（Atmospheric circulation）：大气层具有一定稳定性的各种 气流运行的综合现象，一般指给定时段内大范围大气运动的基本状况。
等雨量线法（Isohyeetal method）：用两相邻等雨量线雨量的平均值， 以相应两相邻等雨量线间面积为权重来计算面雨量的方法。
4 流域产汇流计算
例题：某流域经分析求得 ，5月份多年平 均的流域日蒸散发能力为5mm，6月份为6.2mm， Pa计算示例 由此算得：
月.日 (1) 5.18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Pt(mm) (2) 78.2 35.6 10.1 1.2 K (3) Pa(mm) (4) 月.日 (1) 28 29 30 31 6.1 2 3 4 5 7.6 32.6 16.0 11.3 0.5 Wm=10 0mm Pa为一 日开始 时的前 期影响 雨量 (mm) Pt(mm) (2) K (3) Pa(mm) (4) 备注 (5)
R = ( P − E ) − (WM − W0 )
1.蓄满产流模型认为，在湿润地区，降雨使包气带未 达到田间持水量之前不产流。 2.按蓄满产流的概念，仅在蓄满的面积上产生净雨。 3.按蓄满产流的概念，当流域蓄满后，超渗的部分形 成径流，该部分径流包括地面径流和地下径流。 4.对流域中某点而言，按蓄满产流概念，蓄满前的降 雨不产流，净雨量为零。 5.净雨强度大于下渗强度的部分形成地下径流，小于 的部分形成地面径流。 7.在湿润地区，当流域蓄满后，若雨强i大于稳渗率fc， 则此时下渗率f为[____] a、f > i b、 f = i c、f = fc d、f < fc
4 流域产汇流计算
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，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，关于净雨的计算称之为 产流计算。 ②汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后 经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流域汇流 过程的计算称之为汇流计算。 它们之间的联系可简明地表示成图7-1-1所示的流程 图。
4 第四章 流域产汇流计算
40
由于流域内各处下垫面条件不一样，因此， 流域内各点包气带的蓄水容量 Wm' 是不同的。将 全流域内各点的 Wm' 从小到大排列，计算小于或 等于某一 Wm' 值各点的面积之和FR占全流域面积 ' 的比重 ( FR / F ) ，则可绘出 Wm ~ 关系曲线 。该曲线即为流域蓄水容量面积分布曲线，简称 为流域蓄水容量曲线。
P I RS
' 0
得雨末包气带未达到田间持水量，包气带的水量
平衡方程：
P E (W W ) RS
' e
37
' 式 P E (Wm W0' ) RS RG 表明，只有当包
气带达到田间持水量后才产生RG，这种产流方式称
为“蓄满产流”。
P E (We' W0' ) RS 中，因包气带未达 在式
7
2、降雨量过程线 （1）降雨强度过程线 表示降雨强度随时间的变化过程。
8
（2）累积雨量过程线
9
10
二、径流量计算
（一）径流过程线分析
若流域内发生一场暴雨，则可在流域出口断面 观测到其形成的洪水过程线。在实测的洪水过程中， 包括本次暴雨所形成的地表径流、壤中流、浅层地 下径流以及深层地下径流和前次洪水尚未退完的部 分水量。产流计算需要将本次暴雨所形成的径流量 分割独立开来并计算其径流深。
K 1
EM WM
Pa ,t 1 K ( Pa ,t Pt )
EM K 1 WM
WM 100 mm
K6=1-5.6/100=0.944 Pa=0.944*(100+14.7) =108.3>WM(100) Pa=0.944*100 =94.4 K7=1-6.8/100=0.932 Pa=0.932*89.1=83.0 Pa=0.932*83.0 =77.4 Pa=0.932*(77.4+20.2 =90.9
第4章流域产汇流计算
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
6.30
0.944
89.1
Pa＝0.944×94.5＝89.1
7.1
0.932
84.1
Pa＝0.944×89..1＝84.1
7.2
20.2
0.932
78.4
Pa＝0.932×84.1＝78.4
7.3
21.9
0.932
7.4
2.2
0.932
P＝20.2＋21.9＝42.1mm Pa＝78.4mm
21:42
某流域降雨径流要素测验与计算结果
洪号
P
Pa
R
750712
21:42
在降雨过程中，流域上产生径流的区域 称为产流区，其面积称为产流面积，一般以 占全流域面积的百分比表示。
在产流面积上，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 （包括壤中流） 。
21:42
Pe
R＝Rg+Rs
F
△t
径流深计算
Qn t (h)
Q (m3/s)
流量过程线分割
次径流量
t (h)
21:42
2、流量过程线分割
地面径流退水较快，而地下径流退水历时 较长。实测流量过程线往往是由若干次暴雨所 形成的洪水径流组成。
§4 流域产汇流计算 工程水文学课件
1
§4.1 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 。
4
§4.1 概 述
• 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河川径流，大体上分 为两个步骤：
5
§4.1 概 述
➢ ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发 等损失之后，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 雨的计算称之为产流计算。
➢ ②汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然 后经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流 域汇流过程的计算称之为汇流计算。
15
16
§4.2 降雨径流要素计算-§4.2.2 径流量计算
• 由图4-2-1可知，如果能求得退水曲线ag和abca'df，便能求得降 雨Ⅰ所形成的洪水的总量W，即abca'df线与agf线之间所夹的面 积。推求W比较简便的方法，是利用地下径流退水线相当稳定 的性质来推求。近似认为，前期降雨所形成的在a点以后的地下 径流过程线ag，与a'点（与a点同流量）以后的a'df线趋势一致, 即ag线向后平移至的一段时间便可与a'df线相重合。具体做法是， 过起涨点a作一水平线，交本次洪水过程线退水段于a'点，计算 abca'包围面积所代表的水量，既为W，除以流域面积F得到径流 深为：R=W/F
§4.2 降雨径流要素计算-§4.2.2 径流量计算
地面径流
表层流径流 本次洪水形成
一次洪水流量过程 地下径流
前期洪水未退完的部分水量 非本次降雨补给的深层地下径流
§4.1 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 。
4
§4.1 概 述
• 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河川径流，大体上分 为两个步骤：
5
§4.1 概 述
➢ ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发 等损失之后，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 雨的计算称之为产流计算。
➢ ②汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然 后经河网汇流形成流域出口的径流过程，关于流 域汇流过程的计算称之为汇流计算。
15
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§4.2 降雨径流要素计算-§4.2.2 径流量计算
• 由图4-2-1可知，如果能求得退水曲线ag和abca'df，便能求得降 雨Ⅰ所形成的洪水的总量W，即abca'df线与agf线之间所夹的面 积。推求W比较简便的方法，是利用地下径流退水线相当稳定 的性质来推求。近似认为，前期降雨所形成的在a点以后的地下 径流过程线ag，与a'点（与a点同流量）以后的a'df线趋势一致, 即ag线向后平移至的一段时间便可与a'df线相重合。具体做法是， 过起涨点a作一水平线，交本次洪水过程线退水段于a'点，计算 abca'包围面积所代表的水量，既为W，除以流域面积F得到径流 深为：R=W/F
§4.2 降雨径流要素计算-§4.2.2 径流量计算
地面径流
表层流径流 本次洪水形成
一次洪水流量过程 地下径流
前期洪水未退完的部分水量 非本次降雨补给的深层地下径流
第四章 流域产汇流分析与计算
第四章 流域产汇流计算
研究内容 从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法。
P~t
研究目的
Байду номын сангаас
Q~t
为学习由暴雨资料推求设计洪水、进行降雨径流预 报、建立流域水文模型等奠定基础。
要求
1.能够推求任一场降雨产生的洪水过程。 2.掌握资料分析方法，会建立产汇流方案。
第一节 概述内容提要
1. 流域产汇流计算基本内容
累积雨量过程线
70 60
累积雨量(mm)
50 40 30 20 10 0 0 1 2 时段（1h） 3 4 5
时段（1h） 雨强（mm/h） 累积雨量（mm）
1 5.72 5.72
2 43.74 49.46
3 12.46 61.92
4 0.92 62.84
关系?
雨强过程线
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 时段(1h)
(1)最大值限制问题 当计算出的Pa值大于WM时,取WM作为该日的Pa 值。 （2）Pa起始值的确定
一般前期较长一段时间无雨，令Pa=0；
一场大雨或连续几次大雨之后，取Pa=WM。 （3）流域日蒸发能力EM 取E601型蒸发器观测的水面蒸发值作为近似值。 一般按晴天和雨天或按月份分别选取。
（4）流域蓄水容量Wm的计算 选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产 流的雨洪资料，计算流域平均降雨量P及相应的产 流量R，此时：
一场降雨的雨强历时曲线
50 45 40 35
雨强(mm/h)
30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 历时(h) 3 4 5
（二）流域降雨特性分析
流域平均降雨量（面雨量） 算术平均法 垂直平分法
研究内容 从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法。
P~t
研究目的
Байду номын сангаас
Q~t
为学习由暴雨资料推求设计洪水、进行降雨径流预 报、建立流域水文模型等奠定基础。
要求
1.能够推求任一场降雨产生的洪水过程。 2.掌握资料分析方法，会建立产汇流方案。
第一节 概述内容提要
1. 流域产汇流计算基本内容
累积雨量过程线
70 60
累积雨量(mm)
50 40 30 20 10 0 0 1 2 时段（1h） 3 4 5
时段（1h） 雨强（mm/h） 累积雨量（mm）
1 5.72 5.72
2 43.74 49.46
3 12.46 61.92
4 0.92 62.84
关系?
雨强过程线
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 时段(1h)
(1)最大值限制问题 当计算出的Pa值大于WM时,取WM作为该日的Pa 值。 （2）Pa起始值的确定
一般前期较长一段时间无雨，令Pa=0；
一场大雨或连续几次大雨之后，取Pa=WM。 （3）流域日蒸发能力EM 取E601型蒸发器观测的水面蒸发值作为近似值。 一般按晴天和雨天或按月份分别选取。
（4）流域蓄水容量Wm的计算 选取久旱无雨后一次降雨量较大且全流域产 流的雨洪资料，计算流域平均降雨量P及相应的产 流量R，此时：
一场降雨的雨强历时曲线
50 45 40 35
雨强(mm/h)
30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 历时(h) 3 4 5
（二）流域降雨特性分析
流域平均降雨量（面雨量） 算术平均法 垂直平分法
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
THANKS
感谢观看
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。
流域产汇流计算 降雨径流影响要素的计算
第四章 流域产汇流计算
第一节 降雨径流影响要素的计算 第二节 流域产流分析 第三节 产流计算 第四节 流域汇流计算
12:02
流域产流与汇流概念
在一次降雨中，地面径流、壤中径流和地
下径流量值称为径流量R（t）或净雨量h（t）
，径流量的计算称为产流计算。
降雨产生的径流，汇集到河网后，自上游
向下游流动，形成流域出口流量 Q（t），其
Wm 时，E = Em。
Em称为土壤日蒸发能力，常采用下式推求 E m= α E 水
式中，E水－水面蒸发量，mm;
α －经验系数。
12:02
假定Et与Pat 成线性关系，则
Et Pat Em Wm
即 Em Et Pat Wm
无雨日：
P a, t 1 P a,t Et
P a,t Em P a,t Wm
12:02
P (mm)
40
ΣP
(mm)
200
30
150
20
100
10
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
雨量直方图与累积雨量过程线
12:02
降雨强度历时曲线
12:02
时面深关系
点面深关系
12:02
二、径流量计算
1、径流深计算
Q (m3/s)
计算称为汇流计算。
12:02
第一节
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。
第一节 降雨径流影响要素的计算 第二节 流域产流分析 第三节 产流计算 第四节 流域汇流计算
12:02
流域产流与汇流概念
在一次降雨中，地面径流、壤中径流和地
下径流量值称为径流量R（t）或净雨量h（t）
，径流量的计算称为产流计算。
降雨产生的径流，汇集到河网后，自上游
向下游流动，形成流域出口流量 Q（t），其
Wm 时，E = Em。
Em称为土壤日蒸发能力，常采用下式推求 E m= α E 水
式中，E水－水面蒸发量，mm;
α －经验系数。
12:02
假定Et与Pat 成线性关系，则
Et Pat Em Wm
即 Em Et Pat Wm
无雨日：
P a, t 1 P a,t Et
P a,t Em P a,t Wm
12:02
P (mm)
40
ΣP
(mm)
200
30
150
20
100
10
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
雨量直方图与累积雨量过程线
12:02
降雨强度历时曲线
12:02
时面深关系
点面深关系
12:02
二、径流量计算
1、径流深计算
Q (m3/s)
计算称为汇流计算。
12:02
第一节
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。
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• 不同的水源，其退水规律是不一样的。地面径流消退快，先退尽，表层 径流次之，浅层地下径流消退慢，后退尽，深层地下径流小而稳定。地 表径流和地下径流具有不同的汇流特性所以求得次径流总量之后，还需
划分地表径流和地下径流。最简便的方法是斜线分割法。
也可以用经验公式来 确定出洪峰流量出现 时刻至地表径流终止 点的时距N（日数）就 可以定出B点。
• 已知fc，分割总径流量
时间
累积雨量 时段雨量 累积净雨量 时段净雨量 稳渗率 地下径流量 地面径流量
月、日、时 P(mm)
1
2
h(mm) 3
mm 4
h(mm) 5
fc(mm/h) =fc.△t(mm) (mm)
6
7
8
8 10 0
1.4
0
0.5
1
0.5
6 1.4
4.3
0.5
1.5
1.5
12 5.7
Principles of Hydrology and Hydrological Survey
第四章 流域产汇流计算
• 主要内容： • 4.1降雨要素计算 • 4.2流域产流分析 • 4.3产流计算 • 4.4流域汇流计算
第一节 降雨径流要素计算
❖ 一、概述： (降雨形成径流的原理和计算方法，是工程水文学中最基本概
N 0.84F 0.2
• 四、前期影响雨量
• 土壤含水量的实测资料很少，因此水文学上用间接的方法来表示流域的 土壤含水量。目前，常用的方法有两种，一种是前期影响雨量Pa，另影响雨量Pa的计算公式
如果流域内前后两天无雨，前 期影响雨量的定义为
Pa,t 1 KPa,t
tc(h) 4
r(mm/h) fc(mm/h) RG(mm)
5
6
7
RS(mm) 8
1.3
3.3 1.36
1.7
2.6
6.0
5.9 1.36
8.2
26.9
6.0
4.3 1.36
8.2
17.7
6.0
0.5
2.8
6.0
1.3
7.5
25.3
28.4
47.2
• 推算时，先试算各时段的平均雨强i，然后求总历时平均雨强，直 到 fc i 时，停止试算。
•和雨量累积曲线 P ~ t
• 总径流量分割： • 已知地下径流和地表径流量，求fc(书中P133例）
时间
时段雨量 净雨深
月、日、时 P(mm) h(mm)
1
2
3
8 15 2 2.4
8 5.8
14 20.1 4.3
20 35.1 35.1
16 2 25.9 25.9
8 2.8
2.8
14 7.5
7.5
合计
99.6 75.6
净雨历时 净雨强度 稳渗率 地下径流量 地面径流量
• 2、超渗产流的产流量计算
• （1）应用fP~t和fP~W关系推求产流量
以降雨开始时流域的土壤含水量 W0， 查fP~W曲线，得f0，W0、f0为流域第 一时段的土壤含水量和下渗率
i1 f0
i1 f0
W1 W0 i1t1
R1 i1t1 I1 I1 W1 W0
• （2）图解法
• •将流域下渗累积曲线 Fp ~ t
I f pdt idt
i fp
i fp
• 而形成的地面径流为：
RS (i f p )dt i fp
• 根据水量平衡原理，显然有：
P I RS
• 2、包气带土层对下渗水量的再分配作用 • 渗入土壤中那部分水量，一部分首先被土壤颗粒吸收，成为土壤
含水量的增量，一部分以蒸散发E的形式逸出地面，返回大气。
65.9
14.4
6.0
8.4
12 110.7 5.0
80.1
5.0
6.0
18 115.7
85.1
5.0
• 三、超渗产流的产流量计算
• 在干旱和半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺 水量很大，只有当降雨强度大于下渗强度时才产生地面径流 。
• 关键要绘制雨强过程线和下渗过程线 • 1、由损失累积曲线推求下渗曲线
α——小于或等于某一Wm值各点的面 积之和占全流域面积的比重
Wm' 各点包气带的蓄水容量
• 2、超渗产流情况下产流面积的变化
• 首先绘制流域下渗容量面积曲线 • 其次超渗产流时，降雨时产流面积的变化。 • 超渗产流情况下，产流面积的变化特点：（1）随降雨历时的增
长，产流面积时大时小；（2）产流面积的大小与时段初流域蓄 水量及降雨强度有关。
• 上面讨论的是降雨空间分布均匀的情况，当降雨空间分布不均匀时，可 按雨量站控制的面积分析其产流面积的变化，然后用面积加权求全流域 的产流面积。
• 三、降雨径流关系 • 对蓄满产流方式，根据流域蓄水容量曲线，可求出降雨~径流关
系。
•
α小于或等于该fP各点的面积之和FR占全流域面积F的比重
第三节 产流计算
• 3、蓄满产流和超渗产流
• 当雨末包气带达到田间持水量，则包气带水量平衡方程为：
P I RS I E R G(Wm' W0') RG
P E (Wm' W0' ) RS RG
• 这种产流方式为蓄满产流。 • 当雨末包气带未达到田间持水量，则
P I RS
I E (We' W0' )
• 1、蓄满产流情况下产流面积的变化
流域蓄水容量曲线是一条单增曲线，可以写成： (Wm' )
曲线以下包围的面积就是流域的最大蓄水量WM,即：
WM
Wm' m 0
[1
(Wm'
)]dWm'
• 蓄满产流情况下产流面积的变化有如下特点：（1）随着降雨量的增加， 产流面积也随之增加；（2）产流面积的变化与降雨强度无关
下渗曲线fP(t)~t用用霍顿公 式，从 0~t积分得
Fp (t)
fct
1
( f0
fc)
1
( f0
fc )et
•每次实际雨洪后的流域土壤含
水量 Fp (t) W0 P R
一次降雨的下渗过程可分为初渗、不稳定下渗和稳定下渗三个阶段。
判断降雨是否产流的标准是 雨强 i是否是否超过下渗能力 fP，由实测的雨强过程扣除掉 下渗过程，就可得净雨过程， 如图中阴影部分。这种计算 产流量的方法称为下渗曲线 法.
• 三、径流量计算
• 一次洪水流量过程除包括本次洪水所形成的地面径流、表层流径流和地 下径流外，往往还包括前期洪水尚未退完的部分水量及非本次降雨补给 的深层地下径流。因此，计算时，需要把后两项从洪水过程线中分割出 去。
• 1、径流过程线分析
• 2、流量过程线的分割
• 目的：割去非本次降雨形成的径流、将本次洪水径流总量划分为不同的 水源。
流域产汇流课堂练习（2）
某流域经分析WM=100mm，6、7月平均EM分别为 5.6mm/d和6.8mm/d。试计算表中6月25日~7月5日的逐日
Pa值。
月
日 P(mm) EM(mm/d) K
Pa
25 60.3
26 78.8
6
27 14.7
5.6
28
29
30
1
2 20.2
7
3 21.9
6.8
4
2.2
念和方法之一，也是学习暴雨资料推求设计洪水，降雨径流预报，流域水 文模型等内容的基础。)
• 流域内降雨形成流域出口断面的径流过程分为两个阶段： • 1、降雨经植物截留、下渗、填洼等损失过程。降雨扣除这些损失
后，剩余的部分称为净雨。降雨转化为净雨的过程称为产流过程， 净雨量(径流量）的计算称为产流计算。 • 2、净雨沿地面和地下汇入河网，并经过河网汇集形成流域出口断 面的过程，称为流域汇流过程，与之相应的计算称为汇流计算。 • 二者合称流域产汇流计算。 • 二、雨量（见前面章节）
图法。
•
建立这种经验相关图，必须有足够多的实测资料，才能反映不同降
雨特性和流域特征的综合经验关系。
•
(1)P相同时,Pa越大，损失越小， R越大， 故Pa等值线的数值自左向右增大；
(2) Pa相同时， P越大，损失相对于P越 小，径流系数越大，P~R线的坡度随 P 的增大而减缓，但不应小于45°
• 二、蓄满产流的产流量计算
• Kg大表示地下水退水慢，反之则快。
• Kg确定：
(t t )
t
Q(t t) Q(0)e Kg Q(t)e Kg
Kg
t ln Q(t) ln Q(t
t)
• 3、径流量计算
3.6 Qt
•
R
深 • R——次洪径流
F
• Q——每隔一个△t流量值
• △t——计算时段
• F——流域面积
• 4、水源的划分
• 2、流域最大蓄水量WM和消退系数K
➢ 流域最大蓄水量又称为流域蓄水容量，包括植物截留、填洼以及包
气带或影响土层的蓄水容量，相当于田间持水量与凋萎系数的差值。
WM是流域综合平均指标，一般用实测雨洪资料分析确定。
若久旱无雨 Pa 0 WM P R E
流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力。
➢ 消退系数K
5
第二节 流域产流分析
• 产流：是指流域各种径流成分的生成过程，其实质是水分在下垫 面垂直运行中，在各种因素综合作用下的发展过程，也是流域下 垫面（包括地面和包气带）对降雨的再分配过程。
• 一、包气带对降雨的再分配作用 • 1、包气带地面对降雨的再分配的作用
• 对一场总降雨量P的降雨过程来说，下渗到包气带土层中的水量为：
划分地表径流和地下径流。最简便的方法是斜线分割法。
也可以用经验公式来 确定出洪峰流量出现 时刻至地表径流终止 点的时距N（日数）就 可以定出B点。
• 已知fc，分割总径流量
时间
累积雨量 时段雨量 累积净雨量 时段净雨量 稳渗率 地下径流量 地面径流量
月、日、时 P(mm)
1
2
h(mm) 3
mm 4
h(mm) 5
fc(mm/h) =fc.△t(mm) (mm)
6
7
8
8 10 0
1.4
0
0.5
1
0.5
6 1.4
4.3
0.5
1.5
1.5
12 5.7
Principles of Hydrology and Hydrological Survey
第四章 流域产汇流计算
• 主要内容： • 4.1降雨要素计算 • 4.2流域产流分析 • 4.3产流计算 • 4.4流域汇流计算
第一节 降雨径流要素计算
❖ 一、概述： (降雨形成径流的原理和计算方法，是工程水文学中最基本概
N 0.84F 0.2
• 四、前期影响雨量
• 土壤含水量的实测资料很少，因此水文学上用间接的方法来表示流域的 土壤含水量。目前，常用的方法有两种，一种是前期影响雨量Pa，另影响雨量Pa的计算公式
如果流域内前后两天无雨，前 期影响雨量的定义为
Pa,t 1 KPa,t
tc(h) 4
r(mm/h) fc(mm/h) RG(mm)
5
6
7
RS(mm) 8
1.3
3.3 1.36
1.7
2.6
6.0
5.9 1.36
8.2
26.9
6.0
4.3 1.36
8.2
17.7
6.0
0.5
2.8
6.0
1.3
7.5
25.3
28.4
47.2
• 推算时，先试算各时段的平均雨强i，然后求总历时平均雨强，直 到 fc i 时，停止试算。
•和雨量累积曲线 P ~ t
• 总径流量分割： • 已知地下径流和地表径流量，求fc(书中P133例）
时间
时段雨量 净雨深
月、日、时 P(mm) h(mm)
1
2
3
8 15 2 2.4
8 5.8
14 20.1 4.3
20 35.1 35.1
16 2 25.9 25.9
8 2.8
2.8
14 7.5
7.5
合计
99.6 75.6
净雨历时 净雨强度 稳渗率 地下径流量 地面径流量
• 2、超渗产流的产流量计算
• （1）应用fP~t和fP~W关系推求产流量
以降雨开始时流域的土壤含水量 W0， 查fP~W曲线，得f0，W0、f0为流域第 一时段的土壤含水量和下渗率
i1 f0
i1 f0
W1 W0 i1t1
R1 i1t1 I1 I1 W1 W0
• （2）图解法
• •将流域下渗累积曲线 Fp ~ t
I f pdt idt
i fp
i fp
• 而形成的地面径流为：
RS (i f p )dt i fp
• 根据水量平衡原理，显然有：
P I RS
• 2、包气带土层对下渗水量的再分配作用 • 渗入土壤中那部分水量，一部分首先被土壤颗粒吸收，成为土壤
含水量的增量，一部分以蒸散发E的形式逸出地面，返回大气。
65.9
14.4
6.0
8.4
12 110.7 5.0
80.1
5.0
6.0
18 115.7
85.1
5.0
• 三、超渗产流的产流量计算
• 在干旱和半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺 水量很大，只有当降雨强度大于下渗强度时才产生地面径流 。
• 关键要绘制雨强过程线和下渗过程线 • 1、由损失累积曲线推求下渗曲线
α——小于或等于某一Wm值各点的面 积之和占全流域面积的比重
Wm' 各点包气带的蓄水容量
• 2、超渗产流情况下产流面积的变化
• 首先绘制流域下渗容量面积曲线 • 其次超渗产流时，降雨时产流面积的变化。 • 超渗产流情况下，产流面积的变化特点：（1）随降雨历时的增
长，产流面积时大时小；（2）产流面积的大小与时段初流域蓄 水量及降雨强度有关。
• 上面讨论的是降雨空间分布均匀的情况，当降雨空间分布不均匀时，可 按雨量站控制的面积分析其产流面积的变化，然后用面积加权求全流域 的产流面积。
• 三、降雨径流关系 • 对蓄满产流方式，根据流域蓄水容量曲线，可求出降雨~径流关
系。
•
α小于或等于该fP各点的面积之和FR占全流域面积F的比重
第三节 产流计算
• 3、蓄满产流和超渗产流
• 当雨末包气带达到田间持水量，则包气带水量平衡方程为：
P I RS I E R G(Wm' W0') RG
P E (Wm' W0' ) RS RG
• 这种产流方式为蓄满产流。 • 当雨末包气带未达到田间持水量，则
P I RS
I E (We' W0' )
• 1、蓄满产流情况下产流面积的变化
流域蓄水容量曲线是一条单增曲线，可以写成： (Wm' )
曲线以下包围的面积就是流域的最大蓄水量WM,即：
WM
Wm' m 0
[1
(Wm'
)]dWm'
• 蓄满产流情况下产流面积的变化有如下特点：（1）随着降雨量的增加， 产流面积也随之增加；（2）产流面积的变化与降雨强度无关
下渗曲线fP(t)~t用用霍顿公 式，从 0~t积分得
Fp (t)
fct
1
( f0
fc)
1
( f0
fc )et
•每次实际雨洪后的流域土壤含
水量 Fp (t) W0 P R
一次降雨的下渗过程可分为初渗、不稳定下渗和稳定下渗三个阶段。
判断降雨是否产流的标准是 雨强 i是否是否超过下渗能力 fP，由实测的雨强过程扣除掉 下渗过程，就可得净雨过程， 如图中阴影部分。这种计算 产流量的方法称为下渗曲线 法.
• 三、径流量计算
• 一次洪水流量过程除包括本次洪水所形成的地面径流、表层流径流和地 下径流外，往往还包括前期洪水尚未退完的部分水量及非本次降雨补给 的深层地下径流。因此，计算时，需要把后两项从洪水过程线中分割出 去。
• 1、径流过程线分析
• 2、流量过程线的分割
• 目的：割去非本次降雨形成的径流、将本次洪水径流总量划分为不同的 水源。
流域产汇流课堂练习（2）
某流域经分析WM=100mm，6、7月平均EM分别为 5.6mm/d和6.8mm/d。试计算表中6月25日~7月5日的逐日
Pa值。
月
日 P(mm) EM(mm/d) K
Pa
25 60.3
26 78.8
6
27 14.7
5.6
28
29
30
1
2 20.2
7
3 21.9
6.8
4
2.2
念和方法之一，也是学习暴雨资料推求设计洪水，降雨径流预报，流域水 文模型等内容的基础。)
• 流域内降雨形成流域出口断面的径流过程分为两个阶段： • 1、降雨经植物截留、下渗、填洼等损失过程。降雨扣除这些损失
后，剩余的部分称为净雨。降雨转化为净雨的过程称为产流过程， 净雨量(径流量）的计算称为产流计算。 • 2、净雨沿地面和地下汇入河网，并经过河网汇集形成流域出口断 面的过程，称为流域汇流过程，与之相应的计算称为汇流计算。 • 二者合称流域产汇流计算。 • 二、雨量（见前面章节）
图法。
•
建立这种经验相关图，必须有足够多的实测资料，才能反映不同降
雨特性和流域特征的综合经验关系。
•
(1)P相同时,Pa越大，损失越小， R越大， 故Pa等值线的数值自左向右增大；
(2) Pa相同时， P越大，损失相对于P越 小，径流系数越大，P~R线的坡度随 P 的增大而减缓，但不应小于45°
• 二、蓄满产流的产流量计算
• Kg大表示地下水退水慢，反之则快。
• Kg确定：
(t t )
t
Q(t t) Q(0)e Kg Q(t)e Kg
Kg
t ln Q(t) ln Q(t
t)
• 3、径流量计算
3.6 Qt
•
R
深 • R——次洪径流
F
• Q——每隔一个△t流量值
• △t——计算时段
• F——流域面积
• 4、水源的划分
• 2、流域最大蓄水量WM和消退系数K
➢ 流域最大蓄水量又称为流域蓄水容量，包括植物截留、填洼以及包
气带或影响土层的蓄水容量，相当于田间持水量与凋萎系数的差值。
WM是流域综合平均指标，一般用实测雨洪资料分析确定。
若久旱无雨 Pa 0 WM P R E
流域的最大蓄水量是反映该流域蓄水能力。
➢ 消退系数K
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第二节 流域产流分析
• 产流：是指流域各种径流成分的生成过程，其实质是水分在下垫 面垂直运行中，在各种因素综合作用下的发展过程，也是流域下 垫面（包括地面和包气带）对降雨的再分配过程。
• 一、包气带对降雨的再分配作用 • 1、包气带地面对降雨的再分配的作用
• 对一场总降雨量P的降雨过程来说，下渗到包气带土层中的水量为：