《流域水文模拟》课程教学大纲 浏览次数：1084责任编辑：通讯作者：摄景影： 一、 课程中文名称：流域水文模拟 二、 课程英文名称：Modelling of Catchment Hydrology 三、课程编号：ZX0624120 四、课程性质：本课程属于专业课，又是其他专业课的基础课。 五、学时数、学分数、开课学期 本课程学时数共32学时，2个学分，第6学期开课。 六、课程目的与要求： 流域水文模拟是20世纪初发展起来的一种新技术，它是对流域上发生的水文过程进行模拟，建成数学模型 在计算机上实现。这种技术在解决水文实际问题与进行水文规律研究上起着显著的作用。尤其是在防洪决策调度 中。固此，该课程应是水文水资源专业的核心专业课程。通过课程学习，可以掌握水文预报方法的基本原理和建模 技术，包括：产汇流基本理论、下渗理论及模型、蓄满产流模型、超渗产流模型、蒸散发模型、河道流量演算、降 雨径流流域模型、模型结构的建立及各种模型中参数的确定和率定，并培养学生利用模型解决生产实际问题的初步 能力。 七、本课程在专业教学中的地位及与相关课程的联系 先修课程：水力学、气象学、水文学原理、地下水水文学、水文统计、计算机程序设计。 八、教学方法 课堂讲授。 九、考核方法 考核方法主要以考试为主。考试内容为讲授的所有内容。题型包括：概念性试题（填空、判断正误、概念解 释、简述题)和计算性试题。 考试方式采用闭卷考试。 十、选用教材与参考书目 教材：包为民《水文预报》河海大学出版社 参考书： (1)赵人俊《流域水文模拟一新安江模型与陕北模型》水利出版社，1984年 (2)[美Vjay.P.Singh著《水文系统流域模型》 (3)武汉大学叶守译主编《水文水利计算》中国水利水电出版社 (4)包为民《黄土地区流域水沙模拟概念模型与应用》河海大学出版社，1995年 (5)《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44一93 十一、 教学进程安排表 序号 章节教学内容 学时数 习题作业名称 作业要求 绪论 2 2 流域产流 6 3 流域汇流 4 地下径流汇流计算 出流系数法、差分法 蓄满产流模型 6 蓄满产流量计算 5 超渗产流模型 4 超渗产流量计算 6 蒸散发模型 4 蒸散发模型计算 二层蒸散发模型计算 ◇ 河道流量演算 河道流量演算 马斯京根法 8 降雨径流流域水文模型 3 9 流域模型的检验 1 合计 32
《流域水文模拟》课程教学大纲 浏览次数：1084 责任编辑： 通讯作者： 摄影： 一、课程中文名称：流域水文模拟 二、课程英文名称 ：Modelling of Catchment Hydrology 三、课程编号 ： ZX0624120 四、课程性质： 本课程属于专业课，又是其他专业课的基础课。 五、学时数、学分数、开课学期 本课程学时数共32学时，2个学分，第6学期开课。 六、课程目的与要求： 流域水文模拟是20 世纪初发展起来的一种新技术，它是对流域上发生的水文过程进行模拟，建成数学模型， 在计算机上实现。这种技术在解决水文实际问题与进行水文规律研究上起着显著的作用。尤其是在防洪决策调度 中。固此，该课程应是水文水资源专业的核心专业课程。通过课程学习，可以掌握水文预报方法的基本原理和建模 技术，包括：产汇流基本理论、下渗理论及模型、蓄满产流模型、超渗产流模型、蒸散发模型、河道流量演算、降 雨径流流域模型、模型结构的建立及各种模型中参数的确定和率定，并培养学生利用模型解决生产实际问题的初步 能力。 七、本课程在专业教学中的地位及与相关课程的联系 先修课程：水力学、气象学、水文学原理、地下水水文学、水文统计、计算机程序设计。 八、教学方法 课堂讲授。 九、考核方法 考核方法主要以考试为主。考试内容为讲授的所有内容。题型包括：概念性试题（填空、判断正误、概念解 释、简述题）和计算性试题。 考试方式采用闭卷考试。 十、选用教材与参考书目 教材：包为民《水文预报》河海大学出版社 参考书： ⑴赵人俊《流域水文模拟──新安江模型与陕北模型》 水利出版社，1984年 ⑵[美]Vijay.P.Singh 著《水文系统流域模型》 (3)武汉大学叶守译主编《水文水利计算》中国水利水电出版社 (4)包为民《黄土地区流域水沙模拟概念模型与应用》河海大学出版社，1995年 (5)《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44—93 十一、教学进程安排表 序号 章节教学内容 学时数 习题作业名称 作业要求 1 绪论 2 2 流域产流 6 3 流域汇流 4 地下径流汇流计算 出流系数法、差分法 4 蓄满产流模型 6 蓄满产流量计算 5 超渗产流模型 4 超渗产流量计算 6 蒸散发模型 4 蒸散发模型计算 二层蒸散发模型计算 7 河道流量演算 2 河道流量演算 马斯京根法 8 降雨径流流域水文模型 3 9 流域模型的检验 1 合计 32
十二、主要教学内容、重点和难点 第一章绪论 一、学习目的 通过本章的学习，从系统的角度来理解水文学主要研究的对象；了解流域水文模拟的概念、发展现状和国内外 具有代表性的模型；了解水文模型分类；熟悉应用水文学基础；掌握水文模拟的含义及水文模拟的特点。本章计划 2学时。 二、课程内容 第一节水文学研究内容 本节主要从系统的角度来阐明水文学主要研究的对像。 水文学致力于定量模拟控制陆地系统水分运动的过程或环节。 第二节流域水文模型概述 (一)发展现状 了解流域水文模拟的概念、发展现状和国内外具有代表性的模型。 (二)水文模型分类 了解水文模型分类，熟悉概念性模型、黑箱子模型的含义。 (三)概念性模型的应用水文学基础（水文方法） 简单介绍数学物理方法、单位线、经验相关、概化推理四种概念性模型的的应用水文学基础。要求熟悉应用水 文学基础。 (四)水文模拟技术 熟悉模拟的概念，掌握水文模拟的含义及水文模拟的特点。 三、重点、难点提示 概念性模型及应用水文学基础。 第二章流域产流 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉下渗及有关概念、模型，掌握Horton模型和Philip模型；熟悉流域产流的霍尔顿理论 和山坡水文学理论。本章计划6学时。 二、课程内容 第一节下渗 (一)下渗及有关概念 熟悉下渗、下渗率、累积下渗量、下渗能力、导水率、饱和导水率等基本概念。 (二)土壤水分运动 了解从雨强、土壤含水量、下渗率方面讨论土壤水分运动。 (三)降雨、下渗和径流 了解从雨强、饱和导水率 下渗能力方面讨论径流的发生。 (四)影响下渗因素 了解。 (五)下渗曲线 熟悉下渗曲线的概念。 (六)下渗模型 重点讲述二类下渗模型：经验模型，如：霍尔顿Horton、科斯加科夫Kostyakov、霍尔坦Holtan、奥卡顿 Overton、美国HEC等5种模型和概念性模型，如：格林一安普特Green-一Ampt、菲利浦Philip两项模型等。要 求掌握Horton模型和Philip模型。 第二节流域产流 (一)霍尔顿理论 熟悉霍尔顿流域产流的三种类型。 (二)山坡水文学理论 熟悉山坡水文学理论的产流特点、经典霍尔顿理论和山坡水文学理论的产流特点及与霍尔顿产流理论的区别及 发展方向
十二、主要教学内容、重点和难点 第一章 绪论 一、学习目的 通过本章的学习，从系统的角度来理解水文学主要研究的对象；了解流域水文模拟的概念、发展现状和国内外 具有代表性的模型；了解水文模型分类；熟悉应用水文学基础；掌握水文模拟的含义及水文模拟的特点。本章计划 2学时。 二、课程内容 第一节 水文学研究内容 本节主要从系统的角度来阐明水文学主要研究的对象。 水文学致力于定量模拟控制陆地系统水分运动的过程或环节。 第二节 流域水文模型概述 (一)发展现状 了解流域水文模拟的概念、发展现状和国内外具有代表性的模型。 （二）水文模型分类 了解水文模型分类，熟悉概念性模型、黑箱子模型的含义。 （三）概念性模型的应用水文学基础（水文方法） 简单介绍数学物理方法、单位线、经验相关、概化推理四种概念性模型的的应用水文学基础。要求熟悉应用水 文学基础。 （四）水文模拟技术 熟悉模拟的概念，掌握水文模拟的含义及水文模拟的特点。 三、重点、难点提示 概念性模型及应用水文学基础。 第二章 流域产流 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉下渗及有关概念、模型，掌握 Horton模型和Philip模型；熟悉流域产流的霍尔顿理论 和山坡水文学理论。本章计划6学时。 二、课程内容 第一节 下渗 （一）下渗及有关概念 熟悉下渗、下渗率、累积下渗量、下渗能力、导水率、饱和导水率等基本概念。 （二）土壤水分运动 了解从雨强、土壤含水量、下渗率方面讨论土壤水分运动。 （三）降雨、下渗和径流 了解从雨强、饱和导水率、下渗能力方面讨论径流的发生。 （四）影响下渗因素 了解。 （五）下渗曲线 熟悉下渗曲线的概念。 （六）下渗模型 重点讲述二类下渗模型：经验模型，如：霍尔顿Horton、科斯加科夫Kostyakov、霍尔坦Holtan、奥卡顿 Overton、美国HEC等5种模型和概念性模型，如：格林──安普特Green—Ampt、菲利浦Philip 两项模型等。要 求掌握 Horton模型和Philip模型。 第二节 流域产流 （一）霍尔顿理论 熟悉霍尔顿流域产流的三种类型。 （二）山坡水文学理论 熟悉山坡水文学理论的产流特点、经典霍尔顿理论和山坡水文学理论的产流特点及与霍尔顿产流理论的区别及 发展方向
三、重点、难点提示 下渗及有关概念、模型，Horton模型和Philip模型；流域产流的霍尔顿理论和山坡水文学理论的产流特 点、区别及发展方向。 第三章流域汇流 一、学习目的 通过本章的学习，主要了解河槽汇流、地下径流汇流、流域汇流的水力学计算问题，熟悉河槽汇流的河段水量 平衡方程和河段槽蓄方程；熟练掌握地下径流汇流的出流系数法； 要求掌握流域汇流的单位线法。本章计划4学时。 二、课程内容 第一节河槽汇流 本节主要分析河槽汇流的水力学计算问题，即天然河道的洪水波运动不稳定流圣维南(St.Venant)方程组及 其水文上通常应用近似简化方法一流量演算法，即差分形式合解河段水量平衡方程与河段槽蓄方程。 (一)河段水量平衡方程 熟悉河段水量平衡方程有限差分形式。 (二)河段槽蓄方程 熟悉河段槽蓄方程动力方程简化形式。 第二节地下径流汇流 了解有入渗补给的潜水含水层中地下水非稳定运动的二阶非线性偏微分方程包辛内斯克Boussinesq方程的数 值解。通过实际例题重点介绍出流系数法、差分法。要求熟练掌握出流系数法。 第三节流域汇流 本节简单介绍流域汇流计算的单位过程线法、等流时线法。要求掌握单位线法。 三、重点、难点提示 河槽汇流的河段水量平衡方程和河段槽蓄方程；地下径流汇流的出流系数法；流域汇流的单位线法。 第四章蓄满产流模型 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉蓄满产流涉及的基本概念、模型结构；熟练掌握蓄满产流量计算方法、公式和计算过 程。本章计划6学时。 二、课程内容 第一节模型结构 (一)基本概念 熟悉蓄满、蓄满产流的基本概念、模型结构。 (二)流域蓄水容量曲线 掌握蓄水容量、流域蓄水容量曲线的基本概念、流域平均蓄水容量计算公式。 (三)流域初始土壤含水量分布与计算 掌握流域初始土壤含水量分布与计算公式 (四)建立降雨径流关系及其产流量计算方法 掌握降雨径流产流量计算公式。 (五)产流量计算 熟练掌握蓄满产流量计算方法。 第二节水源划分 (一)划分直接径流和地下径流 掌握直接径流和地下径流的计算方法及计算公式。 (二)划分地面径流、壤中流和地下径流 掌握地面径流、壤中流和地下径流的计算方法及计算公式。 (三)实例 通过实例详细讲解蓄满产流量的计算过程。要求熟练掌握蓄满产流量的计算过程。 三、重点、难点提示 流域蓄水容量、流域蓄水容量曲线；三水源的划分；蓄满产流量计算方法、公式和计算过程。 第五章超渗产流模型
三、重点、难点提示 下渗及有关概念、模型， Horton模型和Philip模型；流域产流的霍尔顿理论和山坡水文学理论的产流特 点、区别及发展方向。 第三章 流域汇流 一、学习目的 通过本章的学习，主要了解河槽汇流、地下径流汇流、流域汇流的水力学计算问题，熟悉河槽汇流的河段水量 平衡方程和河段槽蓄方程；熟练掌握地下径流汇流的出流系数法； 要求掌握流域汇流的单位线法。本章计划4学时。 二、课程内容 第一节 河槽汇流 本节主要分析河槽汇流的水力学计算问题，即天然河道的洪水波运动不稳定流圣维南（St.Venant）方程组及 其水文上通常应用近似简化方法——流量演算法，即差分形式合解河段水量平衡方程与河段槽蓄方程。 （一）河段水量平衡方程 熟悉河段水量平衡方程有限差分形式。 （二）河段槽蓄方程 熟悉河段槽蓄方程动力方程简化形式。 第二节 地下径流汇流 了解有入渗补给的潜水含水层中地下水非稳定运动的二阶非线性偏微分方程包辛内斯克Boussinesq方程的数 值解。通过实际例题重点介绍出流系数法、差分法。要求熟练掌握出流系数法。 第三节 流域汇流 本节简单介绍流域汇流计算的单位过程线法、等流时线法。要求掌握单位线法。 三、重点、难点提示 河槽汇流的河段水量平衡方程和河段槽蓄方程；地下径流汇流的出流系数法；流域汇流的单位线法。 第四章 蓄满产流模型 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉蓄满产流涉及的基本概念、模型结构；熟练掌握蓄满产流量计算方法、公式和计算过 程。本章计划6学时。 二、课程内容 第一节 模型结构 （一）基本概念 熟悉蓄满、蓄满产流的基本概念、模型结构。 （二）流域蓄水容量曲线 掌握蓄水容量、流域蓄水容量曲线的基本概念、流域平均蓄水容量计算公式。 （三）流域初始土壤含水量分布与计算 掌握流域初始土壤含水量分布与计算公式。 （四）建立降雨径流关系及其产流量计算方法 掌握降雨径流产流量计算公式。 （五）产流量计算 熟练掌握蓄满产流量计算方法。 第二节 水源划分 （一）划分直接径流和地下径流 掌握直接径流和地下径流的计算方法及计算公式。 （二）划分地面径流、壤中流和地下径流 掌握地面径流、壤中流和地下径流的计算方法及计算公式。 （三）实例 通过实例详细讲解蓄满产流量的计算过程。要求熟练掌握蓄满产流量的计算过程。 三、重点、难点提示 流域蓄水容量、流域蓄水容量曲线；三水源的划分；蓄满产流量计算方法、公式和计算过程。 第五章 超渗产流模型
一、学习目的 通过本章的学习，熟悉超渗产流涉及的基本概念、模型结构；熟练掌握超渗产流量计算方法、公式和计算过 程。本章计划4学时。 二、课程内容 第一节模型结构 (一）基本概念 熟悉超渗产流的基本概念、模型结构。 (二)下渗方程和下渗曲线的相互转换 掌握下渗方程和下渗曲线的相互转换内涵及转换关系。 (三)实例 通过实例详细讲解超渗产流量的计算过程。要求熟练掌握超渗产流量的计算过程。 第二节下渗方程的求法 (一)用实测雨量与流量资料推求下渗方程 熟悉用实测雨量与流量资料推求下渗方程，以霍尔顿模型和菲利普模型为例。 (二)用下渗曲线推求下渗方程 熟悉用下渗曲线推求下渗方程，以霍尔顿模型和菲利普模型为例。 三、重点、难点提示 下渗方程和下渗曲线的相互转换内涵及转换关系；下渗方程的求法；超渗产流量计算方法、公式和计算过程。 第六章蒸散发计算模型 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉流域蒸散发涉及的基本概念、模型结构；掌握二层蒸散发计算模型建模思路及计算公 式，熟练掌握二层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。本章计划4学时。 二、课程内容 第一节蒸散发与影响因素的概化 了解基本概念、蒸散发与影响因素的概化。 第二节水面蒸发量估计 了解水面蒸发量的二种计算方法：空气动力学法和彭曼(penman)公式法。 第三节蒸散发能力的确定 熟悉确定蒸散发能力的三种方法：多年平均值法、水面蒸发实测值折算和用气象因素推算。 第四节蒸散发计算模型 (一)一层蒸散发计算模型及实例 掌握一层蒸散发计算模型的建模思路，掌握一层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。 (二)二层蒸散发计算模型及实例 掌握二层蒸散发计算模型建模思路，熟练掌握二层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。 (三)三层蒸散发计算模型及实例 了解三层蒸散发计算模型建模思路、熟悉三层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。 三、重点、难点提示 二层流域蒸散发模型；三层流域蒸散发模型。 第七章河道流量演算法一马斯京根法 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉河道流量演算法涉及的基本概念、基本方程，掌握河道流量演算法一马斯京根法。本 章计划2学时。 二、课程内容 第一节基本方程 了解圣维南方程组在扩散波条件下，合解连续性方程与动力方程得到的扩散方程，求扩散方程的差分解取其二 阶近似即得马斯京根洪水演算法。掌握经验参数的马斯京根法，包括水量平衡方程、槽蓄方程及马斯京根法的流量 演算公式。 第二节K、X和？t值的确定 掌握用试算法求K、X及？t的确定及其计算精度的讨论等
一、学习目的 通过本章的学习，熟悉超渗产流涉及的基本概念、模型结构；熟练掌握超渗产流量计算方法、公式和计算过 程。本章计划4学时。 二、课程内容 第一节 模型结构 （一）基本概念 熟悉超渗产流的基本概念、模型结构。 （二）下渗方程和下渗曲线的相互转换 掌握下渗方程和下渗曲线的相互转换内涵及转换关系。 （三）实例 通过实例详细讲解超渗产流量的计算过程。要求熟练掌握超渗产流量的计算过程。 第二节 下渗方程的求法 （一）用实测雨量与流量资料推求下渗方程 熟悉用实测雨量与流量资料推求下渗方程，以霍尔顿模型和菲利普模型为例。 （二）用下渗曲线推求下渗方程 熟悉用下渗曲线推求下渗方程，以霍尔顿模型和菲利普模型为例。 三、重点、难点提示 下渗方程和下渗曲线的相互转换内涵及转换关系；下渗方程的求法；超渗产流量计算方法、公式和计算过程。 第六章 蒸散发计算模型 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉流域蒸散发涉及的基本概念、模型结构；掌握二层蒸散发计算模型建模思路及计算公 式，熟练掌握二层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。本章计划4学时。 二、课程内容 第一节 蒸散发与影响因素的概化 了解基本概念、蒸散发与影响因素的概化。 第二节 水面蒸发量估计 了解水面蒸发量的二种计算方法：空气动力学法和彭曼（penman）公式法。 第三节 蒸散发能力的确定 熟悉确定蒸散发能力的三种方法：多年平均值法、水面蒸发实测值折算和用气象因素推算。 第四节 蒸散发计算模型 （一）一层蒸散发计算模型及实例 掌握一层蒸散发计算模型的建模思路，掌握一层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。 （二）二层蒸散发计算模型及实例 掌握二层蒸散发计算模型建模思路，熟练掌握二层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。 （三）三层蒸散发计算模型及实例 了解三层蒸散发计算模型建模思路、熟悉三层流域蒸散发模型的计算过程及其适用性。 三、重点、难点提示 二层流域蒸散发模型；三层流域蒸散发模型。 第七章 河道流量演算法──马斯京根法 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉河道流量演算法涉及的基本概念、基本方程，掌握河道流量演算法──马斯京根法。本 章计划2学时。 二、课程内容 第一节 基本方程 了解圣维南方程组在扩散波条件下，合解连续性方程与动力方程得到的扩散方程，求扩散方程的差分解取其二 阶近似即得马斯京根洪水演算法。掌握经验参数的马斯京根法，包括水量平衡方程、槽蓄方程及马斯京根法的流量 演算公式。 第二节 K、X 和?t值的确定 掌握用试算法求K、X及?t的确定及其计算精度的讨论等
第三节对Q'、K和X的分析 掌握Q'、K的物理意义及X符合的条件。 第四节马斯京根法实例 掌握河道流量演算法一马斯京根法。 三、重点、难点提示 河道流量演算法一马斯京根法。 第八章降雨径流流域水文模型 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉适用于湿润、半湿润地区的降雨径流流域模型新安江流域水文模型的结构及模型参数 及调试。了解萨克拉门托模型和水箱模型。本章计划3学时。 二、课程内容 第一节新安江流域水文模型 熟悉适用于湿润、半湿润地区的降雨径流流域模型新安江流域水文模型的结构及模型参数及调试。包括：模型 结构、产流量计算、蒸散发计算、三水源划分、差分计算的误差消除办法、消退系数KK、出流系数K的转换公式推 导、汇流计算（包括坡地汇流和河网汇流计算）、河道洪水演算等。 熟悉三水源新安江模型参数的率定及初始值的确定方法，包括：K、IMP、B、WM、C、SM、EX、KG, KSS、KKG、KKSS、UH、KE、XE等。要求掌握本节内容。 第二节萨克拉门托模型 了解本节内容。 第三节水箱模型 了解本节内容。 三、重点、难点提示 新安江流域水文模型。 第九章流域模型的检验 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉流域模型的精度检验方法，掌握模型结构检验论证的六种方法。本章计划1学时。 二、课程内容 第一节模型的精度检验 熟悉流域模型的精度检验方法。 第二节模型的结构检验 掌握模型结构检验论证的六种方法。 三、重点、难点提示 流域模型的精度检验方法，模型结构检验论证的六种方法
第三节 对Q′、K 和X 的分析 掌握Q′、K的物理意义及X符合的条件。 第四节 马斯京根法实例 掌握河道流量演算法──马斯京根法。 三、重点、难点提示 河道流量演算法──马斯京根法。 第八章 降雨径流流域水文模型 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉适用于湿润、半湿润地区的降雨径流流域模型新安江流域水文模型的结构及模型参数 及调试。了解萨克拉门托模型和水箱模型。本章计划3学时。 二、课程内容 第一节 新安江流域水文模型 熟悉适用于湿润、半湿润地区的降雨径流流域模型新安江流域水文模型的结构及模型参数及调试。包括：模型 结构、产流量计算、蒸散发计算、三水源划分、差分计算的误差消除办法、消退系数KK、出流系数K的转换公式推 导、汇流计算（包括坡地汇流和河网汇流计算）、河道洪水演算等。 熟悉三水源新安江模型参数的率定及初始值的确定方法，包括：K、IMP、B、WM、C、SM、EX、KG、 KSS、KKG、KKSS、UH、KE、XE等。要求掌握本节内容。 第二节 萨克拉门托模型 了解本节内容。 第三节 水箱模型 了解本节内容。 三、重点、难点提示 新安江流域水文模型。 第九章 流域模型的检验 一、学习目的 通过本章的学习，熟悉流域模型的精度检验方法，掌握模型结构检验论证的六种方法。本章计划1学时。 二、课程内容 第一节 模型的精度检验 熟悉流域模型的精度检验方法。 第二节 模型的结构检验 掌握模型结构检验论证的六种方法。 三、重点、难点提示 流域模型的精度检验方法，模型结构检验论证的六种方法