水箱模型的基本思想是假定流域中的出流及下渗量，是流域相应蓄水深的函数。从这点出发，将流域的雨洪转化过程的各个环节（产流、坡面汇流、河道汇流等）用若干个彼此相联的水箱进行模拟。以水箱中的蓄水深度为控制，计算流域的产流、汇流及下渗过程。较小的流域，可用若干个串联的直列式水箱模型模拟出流和下渗过程。考虑降雨和产、汇流的不均匀，需要分区计算的较大流域，可用若干个并联组合的水箱模型结构，模拟整个流域的雨洪转化过程。直列式水箱模型，每层水箱的侧边有出流孔，底部有下渗孔。上层水箱的入流为流域面上的降雨，下层水箱的入流为上层水箱的下渗量。各层水箱的出流量可理解为流域各蓄水层形成的不同水源的径流量。对二层水箱模型来说，上层水箱的出流量相当于地表径流，下层水箱的出流量相当于地下径流。

流域上的降水，输入第一层水箱，形成蓄水深Z1，当Z1大于出流孔高H11时，开始出流，同时它的下渗水量注入第 二层水箱，使第二层水箱的蓄水深Z2开始上升，当Z2大于出流孔高H21时，第二层水箱开始出流。若降雨继续，则各出流孔继续出流，相应时刻各出流量叠加，即得流域的总出流过程。

第一层水箱设有二个出流孔，孔高为H11、H12，下渗系数为R10。假如在T时 该层的蓄水深为Z(T)，则T时的出流量Q(T)和下渗量F(T) 的计算如下:

Q(T)=0 当Z(T)

Q(T)=[Z(T)-H11]×R11 当H11

Q(T)=[Z(T)-H11]×R11+[E(T)-H12]×R12 当Z(T)>H12

F(T)=Z(T)×R10 ，或当底孔高出底面H10时,F(T)=[Z(T)-H10]×R10

T时段末的剩余蓄水深Z`(T)为:

Z`(T)=Z(T)-Q(T)-F(T)

T+1时段的蓄水深为:

Z(T+1)=Z(T)+P(T)-E(T)

P(T)为T时段降雨,E(T)为T时段蒸发等损失。一次降雨过程的出流和下渗过程可连续计算。

第二层以下等水箱的出流和下渗量计算,除了以上一层水箱的下渗量为入流外,其余计算同上。

该结构上层水箱有二个出流孔,一个下渗孔，下层水箱一个出流孔,一个下渗孔。考虑该地区处于南北气候过渡地带，气候变化大，对上层水箱的下渗孔高出底面一个H10高度（即死藏水），这样该结构包含着9个待定系数。这9个系数确定后，便可由降雨预报出流过程。

模型参数虽有一定的物理意义，如上层水箱的H11有初损值的意义，但与初损值又不完全相同，出流系数R12、R11与退水曲线的指数方程的指数有一定的联系，但又不能直接确定。因此，这些参数的确定，都需经过分析和反复试算，以计算与实测洪水过程拟合最好为确定模型参数的准则。