【精品】产流机制研究精品ppt课件.ppt

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1、产流机制研究第八章第八章 重点重点1.包气包气带水量平衡要素及平衡方程水量平衡要素及平衡方程2.四种径流成分的四种径流成分的产流机制流机制3.霍霍顿产流机制的核心流机制的核心论点与局限性点与局限性4.九种九种产流流类型的型的组合合5.九种九种产流流类型型归为两种两种产流模式的水文意流模式的水文意义8.1降水形成产流的一般过程概述降水在完全降落到地面以前降水在完全降落到地面以前要要经过地面地面植被的截留植被的截留，并，并满足足地面地面低洼低洼处的蓄水存量的蓄水存量、包气包气带下渗下渗要求后，才会在流域内要求后，才会在流域内从局部地点从局部地点产生径流生径流，并随降水的延并随降水的延续及相及相应条

2、件的条件的满足后，足后，流域的流域的产流面流面积逐逐渐扩展展。并并不是降水后不是降水后，流域内，流域内所有的点都同所有的点都同时产生径流生径流，各点的各点的产流有先后之分。流有先后之分。产流流过程程 不同成分的不同成分的净雨水量形成雨水量形成过程程汇流流过程程径流形成过程径流形成过程坡地坡地汇流流过程程河网河网汇流流过程程径流形成过程分解为产流过程与汇流过程是是降雨到达地表降雨到达地表经植物截留、地表填洼、植物截留、地表填洼、入渗、入渗、蒸蒸发损失失后，后，转化化为不同成分的不同成分的净雨量雨量（称（称产流流过程），程），净雨雨 再再汇集到集到 流域出口断面的流域出口断面的过程（程（称称汇流流

3、过程程）典型流量过程线中的水量构成流量过程线中的水量构成洪水流量与洪水流量与洪水流量与洪水流量与时间时间之之之之间间的的的的对应对应关系关系关系关系,有几个明有几个明有几个明有几个明显变显变化点，水流化点，水流化点，水流化点，水流产产生速度不一生速度不一生速度不一生速度不一样样，机制不一，机制不一，机制不一，机制不一样样超渗坡面流超渗坡面流饱和坡面流和坡面流回回归流流饱和壤中流和壤中流非非饱和壤中流和壤中流地下径流地下径流总径流量中各种径流成分是如何总径流量中各种径流成分是如何体现体现的？的？将典型将典型洪水洪水过程程线的的退水部分退水部分绘在在 单对数或双数或双对数数纸坐坐标系内系内,横坐横

4、坐标是是时间，纵坐坐标是是对流量取流量取对数后的数数后的数值。在在图上得到上得到有有多个多个转折点的折点的连续折折线段，段，这些些折折线段代表不同退水速度的成分水流。段代表不同退水速度的成分水流。总径流量中各种径流成分是如何发现的？总径流量中各种径流成分是如何发现的？可以推理：可以推理：有有不同成分的径流在不同成分的径流在时间上是先后形成的上是先后形成的，它它们的的产流速度不同及流速度不同及 来源不同来源不同，从而构成从而构成了河道断面的了河道断面的总水量。水量。涨水水阶段的段的 洪水洪水过程程线陡升陡升，涨水部分水部分绘在在单对数数纸或双或双对数数纸上，上，没有明没有明显的流量的流量变化化转

5、折点。折点。为何在何在涨水段没有水段没有这种明种明显的的现象？象？退水段折线段代表不同形成机制的径流退水段折线段代表不同形成机制的径流退水最快的退水最快的曲曲线段段 代表代表 的是的是 地面径流地面径流，退水最慢的退水最慢的曲曲线段段 代表代表 的是的是 地下径流，地下径流，壤中径流壤中径流（快速与慢速）的退水速度（快速与慢速）的退水速度在前两者之在前两者之间。8.2 包气带水量平衡包气带水量平衡1.什么是包气什么是包气带、水分、水分带结构构2.包气包气带分分层及分及分层内水分运内水分运动特征特征3.包气包气带不同不同层位的水量平衡位的水量平衡 包气包气带 饱和和带隔水隔水层承承压含水含水层越

6、流越流包气带（zone of aeration）位于位于土壤表面土壤表面 以下以下，潜水面潜水面以上以上 的的 不不饱和土壤和土壤层。不不饱和土壤和土壤层的厚度的厚度也就是也就是包气包气带的厚度的厚度。包气带特征包气带特征基本上是不饱和土壤特征基本上是不饱和土壤特征1.包裹空气包裹空气 的的 不不饱和土壤水和土壤水带，土壤土壤孔孔隙没有完全隙没有完全被液被液态水充水充满。2.土水土水势 主要由主要由基基质势与与渗透渗透势构成构成,土水土水势为负值3.水分迁移水分迁移主要由主要由基基质势梯度梯度驱动包气带厚度包气带厚度地面地面 到到 地下潜水面地下潜水面 的的 距离距离，包气包气带的厚度受地下潜

7、水面的的厚度受地下潜水面的变动而而变动影响包气带厚度的因素影响包气带厚度的因素水量收支水量收支1.上游河道天然来水量的上游河道天然来水量的补给2.降水或灌降水或灌溉3.地下水的抽取地下水的抽取4.植物蒸植物蒸腾5.土壤蒸土壤蒸发包气带增厚地下水埋深增大植物用水上游来减少水上游来减少水，地下水位下降，地下水位下降，包气包气带厚度增大厚度增大，植物植物根系吸收不到根系吸收不到地下水，地下水，枯死枯死。区域年均降水量区域年均降水量40mm，生，生长完全依完全依赖地下水。地下水。枯死荒漠化枯死荒漠化 区域区域环境需水境需水 生生态水文水文问题潜水埋深潜水埋深 包气带厚度变化对对植物生长影响包气带厚度变

8、化对对植物生长影响到达地表的降水，分配与转换有三个过程到达地表的降水，分配与转换有三个过程1.地面以上地面以上 2.地表地表处 3.地面以下地面以下 植物植物对降水截留及地表填洼降水截留及地表填洼 降水降水强度与下渗度与下渗强度决定度决定 也就是土壤包气也就是土壤包气带内，内，土壤分土壤分层水力、含水量差异决定水力、含水量差异决定包气带是不同成分径流类型的发生场所流域流域陆面面由由不同下不同下垫面面类型型构成构成，不同不同下下垫面面包气包气带所所处的的坡位、坡向、植被坡位、坡向、植被类型、型、土壤土壤质地、厚度、水力特性、土壤水分状况地、厚度、水力特性、土壤水分状况不同，不同，则在在 同一次降

9、水事件同一次降水事件中，中，对应有不同的有不同的产流流类型和型和产流模式。流模式。产流有先后、流有先后、产流量大小不同、流量大小不同、产流流场所所层位不同。位不同。所以，要先所以，要先讲 包气包气带相关知相关知识。包气包气包气包气带带饱饱和和和和带带典型包气带 水分结构带的三个分层依据依据 包气包气带内内 毛管水分毛管水分的的来源来源和和 它与它与 外界水分交外界水分交换 之之间的关系，的关系，把把 包气包气带 分三个分三个带毛管毛管毛管毛管悬悬着水着水着水着水带带中中中中间带间带毛管支持水毛管支持水毛管支持水毛管支持水带带包气带水量平衡 研究思路：研究思路：考察各个考察各个水量平衡要素水量平

10、衡要素的的变化化 研究方法：研究方法：水量平衡原理水量平衡原理 研究研究对象：象：典型的、有代表性的典型的、有代表性的 包气包气带，分两分两层 研究研究时段：段：任一任一时段内，段内，假假设有一次降水事件有一次降水事件发生，生，时段末段末时刻并不是降水停止的刻并不是降水停止的时刻。刻。P 降水量降水量E1 降雨期降雨期间的截留与蒸的截留与蒸发量量E2 储存土壤水的蒸存土壤水的蒸发量量F 下渗水量下渗水量Rs 地表径流量地表径流量Rsb 壤中径流量壤中径流量Rg 地下径流量地下径流量W1 土土层A与与B的平均初始蓄水量的平均初始蓄水量W2 土土层A与与B 时段末平均蓄水量段末平均蓄水量P P +

11、E+E2 2R Rsbsb地面地面地面地面潜水面潜水面潜水面潜水面R Rg gR Rs s土土土土层层A A土土土土层层B BF FE E1 1WW1 1WW2 2考察某时段内，包气带的水量平衡要素考察某时段内，包气带的水量平衡要素W1 土土层A与与B的平均初始蓄水量的平均初始蓄水量W2 土土层A与与B 时段末平均蓄水量段末平均蓄水量到达地表的降雨蒸到达地表的降雨蒸发 E1P P 地面地面地面地面潜水面潜水面潜水面潜水面R Rs s土土土土层层A A土土土土层层B BF FE E1 1地表处水量平衡方程地表处水量平衡方程WW1 1研究研究时段内，段内，积水用于蒸水用于蒸发与下渗与下渗地表地表处

12、：W=0地表地表处水量平衡水量平衡 方程：方程：下渗水分 F 的再分配下渗水分下渗水分 F 进入包气入包气带后，后，在土水在土水势等作用下、土壤分等作用下、土壤分层间水力差异影响下水力差异影响下，在包气在包气带内又内又进行分配，行分配，转化化为径流与土壤水分。径流与土壤水分。E E2 2R Rsbsb地面地面地面地面潜水面潜水面潜水面潜水面R Rg g土土土土层层A A土土土土层层B BF FWW1 1WW2 2包气带内下渗水分的分配及水量平衡包气带内下渗水分的分配及水量平衡包气包气带蓄水量蓄水量变化量化量包气包气带水量平衡方程水量平衡方程土壤水蒸土壤水蒸发 E2生成生成 Rsb 与与Rg 径

13、流径流W=W2-W1地表地表处水量平衡水量平衡 包气包气带蓄水量的蓄水量的变化化下渗水量的下渗水量的转换 包气带水量平衡方程包气带水量平衡方程总蒸蒸发量量 上两式相加上两式相加包气带的水量变化与降雨量的关系包气带的水量变化与降雨量的关系考察考察时段内，段内，P 0，考察考察时段内，段内，P=0，现代阶段现代阶段1970年以后年以后霍顿阶段霍顿阶段1930年代年代产流过程经水文学家认知历程的发展，径流成分从两种扩展为四种超渗地面径流超渗地面径流超渗地面径流超渗地面径流饱饱和地面径流和地面径流和地面径流和地面径流壤中径流壤中径流壤中径流壤中径流地下径流地下径流地下径流地下径流地面径流地面径流地面径

14、流地面径流地下径流地下径流地下径流地下径流50年代年代60年代年代8.3 8.3 产流机制产流机制在降雨在降雨过程中，程中，有截留有截留损失和填洼失和填洼损失。失。随降雨随降雨过程的持程的持续，土壤湿度增加，土壤湿度增加，表表层土壤的下渗能力减小，土壤的下渗能力减小，霍霍顿观测到到 超渗超渗地表径流地表径流在降水在降水强度大于土壤下渗能力度大于土壤下渗能力时产生生,地下径流地下径流在累在累计下渗量大于土壤缺水量以后下渗量大于土壤缺水量以后产生生霍顿观测发现的产流现象（1933）霍霍顿产流流现象象在干旱半干旱气候地区植被稀少，在干旱半干旱气候地区植被稀少，土壤包气土壤包气带薄、薄、硬硬质表表层荒

15、地、荒地、冻土等地土等地带发生。生。霍顿的产流观点霍顿的产流观点总结成下面两段话总结成下面两段话径流的成分有两种，径流的成分有两种，地面径流与地下径流，地面径流与地下径流，Rs 对洪水洪水涨落起主要作用落起主要作用，Rg 长期期维持持河流枯水流量，河流枯水流量，i f，全流域全流域产生地面径流生地面径流降水降水过程中，程中，形成什么形成什么类型的径流成分型的径流成分取决于取决于i(降水强度降水强度)与与 f(土壤下渗能力土壤下渗能力)，F(下渗水量下渗水量)与与 D(土壤缺水量土壤缺水量)之之间的关系的关系包气带土壤缺水量包气带土壤缺水量 D是是 土壤初始含水量土壤初始含水量W1距离距离 土壤

16、含水量土壤含水量达到达到田田间含水量含水量W田田 的的差差值 D=W田田 -W1霍顿观点霍顿观点 径流成分取决于径流成分取决于i 与与 f，F 与与 D 之间关系之间关系i f Ri D R=0 ;F D Rg g 0 0i f Ri f Rs s 0 ;F 0 ;F f Ri f Rs s 0 ;F D R 0 ;F D Rg g 0 0i f Ri f Rs s=0 ;F D R=0 ;F D Rg g=0=0无径流无径流产生，河流生，河流处于原先退水状于原先退水状态河流出河流出现尖瘦、尖瘦、涨落段落段大致大致对称称的洪水的洪水过程程线河流出河流出现矮胖、矮胖、涨落段落段大致大致对称称的洪

17、水的洪水过程程线河流出河流出现涨洪快速，落洪比洪快速，落洪比较缓，涨水段与落水段水段与落水段明明显不不对称称的洪水的洪水过程程线霍顿产流机制局限性的四个表现霍顿产流机制局限性的四个表现i if f 的降雨条件下，也的降雨条件下，也的降雨条件下，也的降雨条件下，也观测观测到地面径流的到地面径流的到地面径流的到地面径流的产产生生生生一次比一次比一次比一次比较较均匀的降水均匀的降水均匀的降水均匀的降水过过程中，却出程中，却出程中，却出程中，却出现现两个洪峰两个洪峰两个洪峰两个洪峰湿湿湿湿润润季季季季节节，微小的降雨都有明，微小的降雨都有明，微小的降雨都有明，微小的降雨都有明显显的流量的流量的流量的流

18、量过过程程程程变变化化化化全流域全流域全流域全流域产产流的情况非常罕流的情况非常罕流的情况非常罕流的情况非常罕见见19351935年以后，年以后，年以后，年以后，许许多水文学家多水文学家多水文学家多水文学家发现发现一些不能用霍一些不能用霍一些不能用霍一些不能用霍顿产顿产流流流流观观点点点点进进行解行解行解行解释释的水文的水文的水文的水文现现象：象：象：象：i fi f径流成分不径流成分不径流成分不径流成分不仅仅仅仅只有霍只有霍只有霍只有霍顿认为顿认为的两种，的两种，的两种，的两种，应该还应该还有其它成分的水分来源。但是什么成分呢？有其它成分的水分来源。但是什么成分呢？有其它成分的水分来源。但是

19、什么成分呢？有其它成分的水分来源。但是什么成分呢？现象一：i f ，也观测到地面径流产生，也观测到地面径流产生观测观测到：到：到：到：地面径流地面径流地面径流地面径流产产生，生，生，生，在出口断面出在出口断面出在出口断面出在出口断面出现现洪水洪水洪水洪水过过程。程。程。程。有有有有时时又又又又观测观测到：到：到：到：没有地面径流没有地面径流没有地面径流没有地面径流产产生，生，生，生，却在流域出口断面上却在流域出口断面上却在流域出口断面上却在流域出口断面上观测观测到洪水到洪水到洪水到洪水过过程。程。程。程。以上以上以上以上观测观测到的到的到的到的现现象象象象说说明明明明现象二现象二 ：一次比较均

20、匀的降水过程中，却出现两个洪峰一次比较均匀的降水过程中，却出现两个洪峰第一个：超渗地面径流形成第一个：超渗地面径流形成第二个：壤中径流与回第二个：壤中径流与回归流形成流形成典型的降雨径流典型的降雨径流过程程线只有一个洪峰，只有一个洪峰，一个一个涨水段水段一个退水段一个退水段说明洪水明洪水过程程线中的中的现象象有不同成分的径流有不同成分的径流类型型不同成分径流的不同成分径流的产流速度不同流速度不同形成形成场所不同所不同现象三现象三 ：湿润季节内微小的降雨都有明显的流量过程湿润季节内微小的降雨都有明显的流量过程湿润季节内微小的降雨都有明显的流量过程湿润季节内微小的降雨都有明显的流量过程湿湿湿湿润润

21、季季季季节节的多雨背景下，的多雨背景下，的多雨背景下，的多雨背景下，土壤包气土壤包气土壤包气土壤包气带带缺水量极少，缺水量极少，缺水量极少，缺水量极少，土壤剖面整个土壤剖面整个土壤剖面整个土壤剖面整个层层次基本次基本次基本次基本饱饱和，和，和，和，下渗速度接近下渗速度接近下渗速度接近下渗速度接近稳稳定渗透速率。定渗透速率。定渗透速率。定渗透速率。这时这时稍有水分稍有水分稍有水分稍有水分补给补给土壤，土壤，土壤，土壤，就会有重力水快速下渗到潜水面就会有重力水快速下渗到潜水面就会有重力水快速下渗到潜水面就会有重力水快速下渗到潜水面处处，在水在水在水在水势势梯度的作用下梯度的作用下梯度的作用下梯度的

22、作用下汇汇聚到河网内。聚到河网内。聚到河网内。聚到河网内。一般在一般在一般在一般在 坡度大、坡度大、坡度大、坡度大、包气包气包气包气带带土壤薄、土壤薄、土壤薄、土壤薄、容易达到容易达到容易达到容易达到饱饱和的的地段容易出和的的地段容易出和的的地段容易出和的的地段容易出现现。下面讲解四种径流成分的产流机制下面讲解四种径流成分的产流机制 超渗地表径流超渗地表径流 壤中径流（派生出回壤中径流（派生出回归流）流）饱和地表径流和地表径流 地下径流（狭地下径流（狭义地下径流）地下径流）下面下面图示四种径流成分的示四种径流成分的产流流场所所壤中径流或回壤中径流或回归流流超渗地面径流超渗地面径流地下径流地下径

23、流总净雨量雨量截留截留 包气包气带 饱和和带隔水隔水层承承压含水含水层RgRsb 或或RretRs或或Rsat越流越流蒸蒸发地面地面饱和径流和径流降水降水讲解过程中的符号意义i 降水降水强度度f 下渗下渗强度度F 下渗水量下渗水量D 包气包气带缺水量缺水量Rs 地表径流地表径流Rg 地下径流地下径流Rgb 壤中径流壤中径流Rsat 饱和地面径流和地面径流图示超渗地面径流产流图示超渗地面径流产流1 1 i f,rs=i-f 0i=1.5cm/hrf=2.0cm/hri=1.5cm/hrf=0.5cm/hrr s=1.0cm/hr超渗地面径流理论超渗地面径流理论降水初期降水初期i f地表积水地表积

24、水开始产流开始产流随降水再持续随降水再持续if地表地表积水增多积水增多产流量增加产流量增加图示超渗地面径流分时段产流图示超渗地面径流分时段产流2 2各分各分时段多余的降水量用来段多余的降水量用来产流流t3t2t1t4 降雨降雨强度小于下渗，没有度小于下渗，没有积水水 地表有地表有积水，水，产流流 地表有地表有积水，水，产流流 地表有地表有积水，水，产流流超渗地面径流产流机制超渗地面径流产流机制1 1建立地面建立地面水量平衡方程自降雨开始至自降雨开始至降雨降雨结束束时刻刻的的时段内段内，地面的水量平衡地面的水量平衡可用下面的方程表述：可用下面的方程表述：Rs=P E F In U 其中，其中，R

25、s 是地面径流是地面径流产流量，流量，P，E,F分分别是降雨开是降雨开时刻刻到到时刻刻t的累的累计降雨量、蒸降雨量、蒸发量、下渗量，量、下渗量，In 与与 U是植物截留量和填洼量是植物截留量和填洼量（知（知识点点1）。超渗地面径流产流机制超渗地面径流产流机制2简化简化水量平衡方程一般，降雨期一般，降雨期间的蒸的蒸发比比较小可以忽略；小可以忽略；另用于植物截留和填洼的水量不大，另用于植物截留和填洼的水量不大，在数在数值上上变化化稳定，是定，是缓变因素；因素；因此，植物截留量、填洼量和雨期蒸因此，植物截留量、填洼量和雨期蒸发量量在地面径流的形成在地面径流的形成过程中不起支配作用，程中不起支配作用，

26、可以忽略；可以忽略；则上面的水量方程上面的水量方程可可简化化为Rs=P F。（知（知识点点2）。超渗地面径流产流机制超渗地面径流产流机制3 方程讨论方程讨论若用若用强度表述上面的水量平衡方程度表述上面的水量平衡方程，则地面径流的地面径流的产流流强度度 rs 可用可用 rs=i f 表示表示；其中，其中，i 是降雨是降雨强度，度，f 是下渗是下渗强度，由上面方程知，度，由上面方程知，只有当降雨只有当降雨强度大于下渗度大于下渗强度度时，才有地面径流才有地面径流产生，生，这种径流称种径流称为超渗地面径流；超渗地面径流；而当降雨而当降雨强度小于下渗度小于下渗强度度时，降水全部消耗于下渗，没有地面径流降

27、水全部消耗于下渗，没有地面径流产生。生。以上以上论述就是超渗地面径流的形成机制述就是超渗地面径流的形成机制（知（知识点点3）。壤中径流产流机制壤中径流产流机制土壤条件土壤条件自然界中的包气自然界中的包气带中，中，上上层的土壤上覆的的土壤上覆的压力小力小，分布有大量分布有大量植物根系、植物根系、富含有机富含有机质，上上层土壤土壤颗粒粒团聚体构成土壤的固体骨架，聚体构成土壤的固体骨架，表表层土壤受降水的淋溶、土壤受降水的淋溶、动植物活植物活动的影响大的影响大使得使得土壤土壤结构疏松，孔隙率大。构疏松，孔隙率大。而而下下层土壤上覆土壤上覆压力大，土壤相力大，土壤相对密密实，孔隙度小。，孔隙度小。下下

28、层与上与上层土壤相比，透水性弱，土壤相比，透水性弱，容易在两容易在两层的界面上形成壤中径流。的界面上形成壤中径流。为为何自然多出何自然多出何自然多出何自然多出现现土壤上土壤上土壤上土壤上层层比下比下比下比下层层透水性透水性透水性透水性强强的的的的现现象？象？象？象？A层:质地地较粗粗,易透水易透水层B层:质地地较细,弱透水弱透水层C层fBfA壤中径流产生过程图示壤中径流产生过程图示临时饱和和带壤中流的壤中流的产生产生细细Bi fA相相对不透水界面不透水界面1.非均非均质性土壤或性土壤或层次性土壤次性土壤，有透水性上下不同的界面；有透水性上下不同的界面；2.上上层A获得下渗水量得下渗水量强度度f

29、A 要大于下要大于下层B获得下渗水量的得下渗水量的强度度fB；可以在可以在AB土土层界面上界面上产生生临时饱和和带；3.具有具有产生生内部内部侧向流向流动的的倾斜坡度斜坡度。i粗粗AfBfA降水下渗降水下渗过程中，程中，上上层土壤土壤A层含水量的增加含水量的增加快于快于下下层土壤土壤B层含水量的增加含水量的增加，上上层A层土壤先达到田土壤先达到田间含水量含水量，直至直至饱和和后，后，上上层A土壤土壤获得的下渗水量得的下渗水量会会以以稳定下渗率定下渗率fC,A 给 B层土壤供水土壤供水;壤中径流的产流过程分析壤中径流的产流过程分析1壤中径流的产流过程分析壤中径流的产流过程分析2后后续的降水的降水

30、 只要只要满足足 i fB ，就会就会在在AB两两层间的界面上的界面上产生生积水水，积水量水量为 i fB ，这部分部分积水水在在重力作用下沿坡的重力作用下沿坡的倾向流向流动，形成壤中径流。，形成壤中径流。壤中流壤中流在土壤内在土壤内汇聚的聚的过程中程中，会会在己在己饱和的局地坡面上和的局地坡面上渗出地面，渗出地面，以地面径流的形式以地面径流的形式成成为坡面漫流，坡面漫流，注入河槽注入河槽，这种水流种水流称称为回回归流流。它是壤中流所派生的一种径流成分，它是壤中流所派生的一种径流成分，回归流壤中流的派生径流成分回归流壤中流从壤中流从土壤土壤层与坡面与坡面相交相交处露露头，回，回归地表地表土壤回

31、归流发生条件土壤回归流发生条件一般只在极小的山坡流域，一般只在极小的山坡流域，且在壤中流比且在壤中流比较发育的情况下，育的情况下，才能才能显示出示出对流量流量过程程线形状的影响，形状的影响，从而作从而作为一种独立的径流成分而存在。一种独立的径流成分而存在。论述壤中径流产流机制论述壤中径流产流机制 4总结总结综上，上，壤中径流的形成条件可概述壤中径流的形成条件可概述为三点，三点，一是一是土壤剖面中存在相土壤剖面中存在相对不透水不透水层，上上层的透水能力大于下的透水能力大于下层；二是二是上上层向下向下层的供水的供水强度大于下度大于下层的下渗的下渗强度；度；三是三是在界面上在界面上产生生积水，形成水

32、，形成临时饱和和带，界面界面还具具备一定的坡度。一定的坡度。B层:质地地较细,弱透水弱透水层C层饱和地面径流图示饱和地面径流图示临时饱和和带饱和和带厚度增加，厚度增加，抬升到地面抬升到地面fAA层:质地地较粗粗,易透水易透水层fB产流量分析：流量分析：上部土上部土层开始充水开始充水下部土下部土层开始充水开始充水土壤土壤继续充水，快于下充水，快于下层下渗水量增加速度没有上下渗水量增加速度没有上层快快上部充水达到田间含水量上部充水达到田间含水量,下渗水来不及下渗在层内形成壤中流下渗水来不及下渗在层内形成壤中流下层土壤仍未达到田间含水量下层土壤仍未达到田间含水量壤中径流壤中径流图示壤中径流与饱和地面

33、径流的关系图示壤中径流与饱和地面径流的关系上部水量饱和，水面抬升到地表上部水量饱和，水面抬升到地表下层土壤仍未达到田间含水量下层土壤仍未达到田间含水量饱和地面径流和地面径流饱和地面径流流发生地段：饱和地面径流流发生地段：灌丛林季节冻土地带的饱和地面径流灌丛林季节冻土地带的饱和地面径流饱饱和地面径流一般在土壤缺水量少的地段和地面径流一般在土壤缺水量少的地段和地面径流一般在土壤缺水量少的地段和地面径流一般在土壤缺水量少的地段产产生，生，生，生，如沟如沟如沟如沟边边、河谷地、河谷地、河谷地、河谷地带带与坡脚部位。与坡脚部位。与坡脚部位。与坡脚部位。土壤中土壤中形成壤中径流形成壤中径流 rsb 后后，

34、后后续降雨降雨满足足，即即在在满足足B层土壤下渗土壤下渗及及产生生壤中径流壤中径流的同的同时，还剩余一部分水量剩余一部分水量使得使得A层土壤含水量土壤含水量从下向上从下向上由由田田间持水量持水量逐逐渐增加到增加到完全完全饱和和，直到直到积水厚度水厚度抬升到地表抬升到地表,在地表形成在地表形成饱和地面径流和地面径流rsat饱和地面径流产流过程分析饱和地面径流产流过程分析在壤中流形成后在壤中流形成后取决于取决于土土层内部内部上下非均上下非均值土壤分土壤分层之之间的下渗能力的下渗能力差异、差异、以及以及上上层土壤达到全土壤达到全层饱和和时所需的水量所需的水量D、降水降水强度度及及持持续时间。概述饱和

35、地面径流的产生的条件概述饱和地面径流的产生的条件细细Brsb相相对不透水界面不透水界面ifBrsat粗粗A1.1.非均非均质性土壤或性土壤或层次性土壤次性土壤，存在，存在透水性能突透水性能突变界面界面2.2.下下层土土层B供水供水强度度fA要大于要大于它本身的下渗它本身的下渗强度度fB，3.A土壤达到完全土壤达到完全饱和和后，后，层内内积水抬升到地面水抬升到地面以上，以上，4.4.降水仍降水仍继续饱和地面径流饱和地面径流产生产生fA简述饱和地面径流形成过程简述饱和地面径流形成过程在具在具备壤中流壤中流产生条件的界面上生条件的界面上，即，即fAfB当雨当雨强小于上小于上层下渗率下渗率fA而大于下

36、而大于下层下渗率下渗率fB时，界面上可形成界面上可形成临时饱和和带，产生壤中流。生壤中流。此后此后,随降雨随降雨继续，界面界面处积水不断增加，水不断增加，积水面水面将达到地面将达到地面，这时界面以上的土界面以上的土层含水量达到含水量达到饱和，和，以后的以后的降雨在地表蓄降雨在地表蓄积流流动，形成径流，形成径流，把它称把它称为饱和地面径流，和地面径流，地下水径流地下水径流蓄满产流的理论基础蓄满产流的理论基础土壤含水量达到田土壤含水量达到田间含水量以后含水量以后,这时继续下渗的水分下渗的水分，就开始就开始产生大量自由重力水生大量自由重力水将将补给潜水，形成地下径流。潜水，形成地下径流。这是蓄是蓄满

37、产流的理流的理论基基础。地下径流地下径流产流过程产流过程1、在地下水埋藏浅，包气在地下水埋藏浅，包气带厚度小，透水性厚度小，透水性强地地带。2、包气包气带接受降雨下渗接受降雨下渗补给后，下渗水向下后，下渗水向下传输，水分水分传输到达支持毛水分布到达支持毛水分布带的上的上缘，下渗水通下渗水通过土壤毛管与潜水土壤毛管与潜水带建立水力建立水力联系。系。3、若后若后续下渗的水分，使含水量达到田下渗的水分，使含水量达到田间含水量后，含水量后，后后续下渗水就会在重力作用下下渗水就会在重力作用下传输到潜水面到潜水面处，补给潜水，形成地下径流。潜水，形成地下径流。论述论述地下径流的形成机制地下径流的形成机制

38、1 土壤土壤土壤土壤包气包气带厚度不大厚度不大，土壤土壤透水性透水性强，在在连续降水降水过程中，程中，下渗下渗锋面达到毛管水面达到毛管水带上上缘，使得使得下渗水与地下水建立下渗水与地下水建立联系系（知（知识点点1）；）；论述地下径流的形成机制2水分供给若下渗的水量若下渗的水量可可满足足土壤包气土壤包气带含水量含水量超超过田田间持水量，持水量，则后后续的下渗水分的下渗水分以自由重力水的形式以自由重力水的形式补给地下水，地下水，产生地下径流生地下径流 rg （知知识点点2）论述地下径流的形成机制3平衡方程均均质土壤土壤的地下径流的地下径流产流流强度，度，可用方程可用方程 rg=f 来来表述表述，即

39、此即此时的下渗率的下渗率等于等于地下径流的地下径流的产流率；流率；对非均非均质土壤土壤来来说，由于土壤内部由于土壤内部产生生侧向的壤中流向的壤中流rsb，则地下径流地下径流产流流强度可用度可用 方程方程rg=f rsb 来表述。来表述。（知（知识点点3）产流机制的论述从三个知识点入手1.土壤条件或土壤条件或土壤水力特性土壤水力特性2.供水条件与供水条件与动力条件力条件3.建立建立平衡方程平衡方程与与讨论方程要素方程要素下面下面总结：不同径流成分不同径流成分类型型界面界面产流流的一般的一般规律律不同径流成分类型界面产流的一般规律水分来源水分来源：供水供水强度大于下渗度大于下渗强度，度，可在可在产

40、流流场所所产生生临时饱和和带。产流流场所所：界面（界面（地表地表或或层次性土壤分次性土壤分层间的分界面的分界面）动力力 条件：条件：界面具有一定坡度，界面具有一定坡度，使得使得水分有水分有侧向流向流动、归槽的槽的动力力到此，产流机制结束学学习 产流机制理流机制理论体系的体系的发展展历程程 霍霍顿产流流观点及其局限性点及其局限性其它径流成分其它径流成分产生机制的生机制的认识历程程产流流类型：型：产流模式：流模式：不同径流成分的九种共生、伴生不同径流成分的九种共生、伴生组合合或或说是是产流机制的共生、伴生流机制的共生、伴生组合合九种九种产流流类型型概化分概化分为蓄蓄满产流流模式与模式与超渗超渗产流

41、流模式模式8.4 单点产流类型与单点产流模式单点产流类型与单点产流模式单点产流类型（单点产流类型（径流成分的可能组合情况径流成分的可能组合情况）同一地点同一地点在某次降水在某次降水产流流过程中（程中（经历一个一个时间段）段），依据不同径流成分的依据不同径流成分的共生或伴生条件共生或伴生条件，会会同同时或先后或先后出出现不同形成机制不同形成机制的的几种几种径流成分，径流成分，这些些径流成分的可能径流成分的可能组合情况合情况（共有九种（共有九种组合），合），称称为单点点产流流类型。型。该点的点的总产流量流量是是这几种径流成分之和几种径流成分之和九种径流成分组合（或九种单点产流类型）九种径流成分组合

42、（或九种单点产流类型）1 （超渗）（超渗）Rs2 （超渗（超渗+壤中）壤中）Rs Rsb3 （壤中（壤中+饱和地面）和地面）Rsb Rsat4 （超渗（超渗+地下）地下）Rs Rg5 （壤中（壤中+地下）地下）Rsb Rg6 （壤中）（壤中）Rsb7 （超渗（超渗+壤中壤中+地下）地下）Rs Rsb Rg8 （饱和地面和地面+壤中壤中+地下）地下）Rsat Rsb Rg9 （地下）（地下）Rg为何只有九种径流何只有九种径流类型？型？依据不同径流成分的共生或伴生条件依据不同径流成分的共生或伴生条件只能只能组合出合出9 种情况。种情况。Rs、Rsb 、Rsat、Rg 的的组合合总数数只只组合其中一

43、种径流成分，可得合其中一种径流成分，可得 3 种径流成分种径流成分组合合 Rs型型 Rsb型型 Rg型型为何没有何没有饱和地面径流和地面径流Rsat 型型?依据据依据据饱和地面径流形成机制，和地面径流形成机制，判定判定饱和地面径流和地面径流形成一定伴生形成一定伴生壤中径流生成。壤中径流生成。所以，所以，Rsat不会以一种独立的径流不会以一种独立的径流类型出型出现，但但可与可与Rsb一起一起与其它径流与其它径流类型型伴生伴生。组合有三种类型组合有四种类型组合有四种类型只只组合其中的两种径流成分合其中的两种径流成分，可得到：，可得到：Rs Rsb 型型 RsRg 型型RsbRsat 型型 Rsb

44、Rg 型型为何没有何没有 Rsat Rs 型型 与与 Rsat+Rg 型型？依据据依据据饱和地面径流形成机制，和地面径流形成机制，Rsat形成的前提条件是有壤中径流形成的前提条件是有壤中径流产生，生，问题中的两种中的两种组合形式不会存在。合形式不会存在。但壤中流可以和另外三种径流成分但壤中流可以和另外三种径流成分组合在一起。合在一起。组合有两种类型组合有两种类型只只组合其中三种径流成分合其中三种径流成分，可得到：，可得到：Rs Rsb Rg 型型 Rsat Rsb Rg型型Rs与与Rsat 二者形成机制不相容，二者形成机制不相容，不会共存，不会共存，所以所以只有上面两种形式只有上面两种形式的的

45、总径流构成径流构成组合，合，也也没有四种径流成分共存没有四种径流成分共存的径流的径流类型。型。这样这样,四种径流成分的可能四种径流成分的可能四种径流成分的可能四种径流成分的可能组组合数只能是合数只能是合数只能是合数只能是 9 9 如何计算一次降水事件形成的流域总径流量1.径流量是各种径流成分水量的径流量是各种径流成分水量的总和。和。2.同一地点各径流成分形成快慢不一同一地点各径流成分形成快慢不一样，汇流不一流不一样？3.不同地点的径流成分形成快慢、不同地点的径流成分形成快慢、汇流也不一流也不一样?4.如何如何计算各径流成分的呢？算各径流成分的呢？只能只能概化概化计算：算：将九种将九种产流流类型

46、型进行概化分行概化分类，分分为两种两种产流模式。流模式。次降水次降水 径流关系径流关系指一次指一次连续降水降水过程（或一程（或一场降水事件）降水事件）所引起的径流所引起的径流过程中，程中，降水与径流之降水与径流之间的相关关系。的相关关系。R=f（P,x,y,z，）产流模式产流模式从次降水从次降水 径流的关系出径流的关系出发（离不开离不开这个前提个前提），），为便于便于简化化计算算一次降雨事件一次降雨事件形成的流域形成的流域总产流量，流量，在判断在判断总产流量流量与与雨雨强相关程度大小相关程度大小的基的基础上，上，对流域流域各各产流点流点在一次降雨在一次降雨过程中程中主主导流域流域总产流量的流量

47、的产流流类型型进行概化分行概化分类，将将产流模式分流模式分为蓄蓄满产流模式与流模式与超渗超渗产流模式。流模式。单点产流模式的概化归类单点产流模式的概化归类超渗超渗产流模式流模式总产流量受到降雨流量受到降雨强度影响度影响 R=f（P,i,W0,E）蓄蓄满产流模式流模式总产流量不受降雨流量不受降雨强度影响度影响 R=f（P,W0,E）两种两种单点点产流模式的概化，流模式的概化，为水文水文计算与水文算与水文过程模程模拟提供了提供了实用、用、简便的思路，便的思路，应用中的新安江模型与用中的新安江模型与陕北模型，北模型，都是在都是在这些些产流模式的理流模式的理论基基础上建立的。上建立的。概化概化归类的意

48、的意义：超渗产流、蓄满产流超渗产流、蓄满产流只和一次降水产生的径流有关只和一次降水产生的径流有关超渗超渗产流和蓄流和蓄满产流流是是针对一次降雨形成的一次降雨形成的总径流而言。径流而言。即需要即需要考察考察 次降水次降水 径流关系径流关系。离开离开这个前提，个前提，单点点产流模式的流模式的归类分法分法没有没有实际意意义。需要注意的是：需要注意的是：需要注意的是：需要注意的是：应应用蓄用蓄用蓄用蓄满产满产流理流理流理流理论计论计算算算算产产流量，流量，流量，流量，只能只能只能只能计计算出一次降雨算出一次降雨算出一次降雨算出一次降雨过过程中的程中的程中的程中的总总径流量，径流量，径流量，径流量，而不

49、能把其它径流成分分割出来，而不能把其它径流成分分割出来，而不能把其它径流成分分割出来，而不能把其它径流成分分割出来，不能精确不能精确不能精确不能精确给给出出出出产产流量在流量在流量在流量在时间时间上的分配上的分配上的分配上的分配过过程。程。程。程。复习要点名名词解解释：包气包气带、产流机制、流机制、单点点产流流类型、型、产流模式、流模式、包气包气带缺水量、田缺水量、田间持水量持水量方程：包气方程：包气带水量平衡方程、四种机制涉及的方程水量平衡方程、四种机制涉及的方程简述述径流形成径流形成过程（程（产流流过程、程、汇流流过程）程）简述述霍霍顿产流流观点的四点核心内容、两句点的四点核心内容、两句话 简述述为何土壤水分达到田何土壤水分达到田间持水量是持水量是 形成地下径流的形成地下径流的先决条件先决条件论述述四种径流成分的四种径流成分的产流机制流机制（可（可图示、示、公式符号公式符号说明明）四种径流成分的共生四种径流成分的共生组合合为何只有何只有9种种产流流类型？型？