揚大水文學原理Ch8章

1、L/O/G/O第八章第八章 流域產(chǎn)流流域產(chǎn)流 降雨降雨- -徑流過程徑流過程降雨到達下墊面后，在截留、填洼、土壤持水、下滲和蒸散發(fā)等因素作用下的 余額 ； 產(chǎn)生徑流從流域各處向流域出口斷面匯集 。 包括：包括：1截留與填洼、截留與填洼、2包氣帶水文特性、包氣帶水文特性、3單點產(chǎn)流、單點產(chǎn)流、4流域產(chǎn)流流域產(chǎn)流 本章主要介紹流域產(chǎn)流，實際上是對流域蓄滲過程的物理機制本章主要介紹流域產(chǎn)流，實際上是對流域蓄滲過程的物理機制進行進一步分析，從而為降雨徑流計算奠定理論基礎。進行進一步分析，從而為降雨徑流計算奠定理論基礎。 研究思路研究思路從包氣帶水分運行與消退規(guī)律出發(fā)，研究單點產(chǎn)從包氣帶水分運行與消退規(guī)

2、律出發(fā)，研究單點產(chǎn)流的物理機制，再歸納總結(jié)流域面上的產(chǎn)流規(guī)律，并簡要介紹流域流的物理機制，再歸納總結(jié)流域面上的產(chǎn)流規(guī)律，并簡要介紹流域產(chǎn)流計算方法。產(chǎn)流計算方法。 本章重點是各種界面的產(chǎn)流規(guī)律，流域產(chǎn)流過程與產(chǎn)流量的計算。本章重點是各種界面的產(chǎn)流規(guī)律，流域產(chǎn)流過程與產(chǎn)流量的計算。 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容植物截留 (Canopy interception) interception)：降雨在植物枝葉表 面吸附力、承托力、水分重力和表 面張力等作用下儲存于植物枝葉表 面的現(xiàn)象。 植物最大截留量 (Interception capacity) 影響植物截留的因素： 植物特性和氣候氣象條件 第一節(jié)第

3、一節(jié) 截留與填洼截留與填洼填洼 (Depression detention/storage, ponding ponding)：降雨被流域 上池塘、小溝等閉合洼地 攔蓄的現(xiàn)象。 第一節(jié)第一節(jié) 截留與填洼截留與填洼：i f 填洼開始填洼開始 D = Dmax 洼地出流洼地出流 降雨終止后，填洼量耗降雨終止后，填洼量耗于入滲和蒸散發(fā)于入滲和蒸散發(fā) 一、包氣帶的結(jié)構(gòu)一、包氣帶的結(jié)構(gòu)a.土壤結(jié)構(gòu)與土壤體土壤結(jié)構(gòu)與土壤體濕潤條件下：溶提作用溶提作用顆粒較粗、孔隙較大的溶提層淀積作用淀積作用顆粒較細、孔隙較小的淀積層干旱條件下：風成說（黃土高原）b.巖石（基巖）裂隙和溶隙結(jié)構(gòu)巖石（基巖）裂隙和溶隙結(jié)構(gòu) 裂

4、隙、溶隙c.特殊包氣帶特殊包氣帶 不透水的下墊面、凍土等 第二節(jié)第二節(jié) 包氣帶的水文特性包氣帶的水文特性 二、包氣帶的水分分布特征二、包氣帶的水分分布特征 在流域上沿深度方向取一剖面，在流域上沿深度方向取一剖面，以地下水面為界可把土柱劃分成兩以地下水面為界可把土柱劃分成兩個含水帶：地下水面以下的個含水帶：地下水面以下的飽和帶飽和帶和地下水面以上的和地下水面以上的包氣帶包氣帶。 當土柱中不存在地下水面時，當土柱中不存在地下水面時，就不存在飽和帶，不透水基巖以上就不存在飽和帶，不透水基巖以上的整個土層全屬包氣帶。當不透水的整個土層全屬包氣帶。當不透水基巖露出地面時，就不存在包氣帶。基巖露出地面時，

5、就不存在包氣帶。飽和帶飽和帶包氣帶包氣帶地下水位地下水位 第二節(jié)第二節(jié) 包氣帶的水文特性包氣帶的水文特性 (1) 毛管懸著水帶毛管懸著水帶供水結(jié)束以后，供水結(jié)束以后，在包氣帶上部存在懸著毛管水，厚度在包氣帶上部存在懸著毛管水，厚度約約1.0m。其水分來源于降水，消耗于。其水分來源于降水，消耗于蒸散發(fā)。既是降水的承受面，又是土蒸散發(fā)。既是降水的承受面，又是土壤的蒸發(fā)面，水分變化劇烈，另稱為壤的蒸發(fā)面，水分變化劇烈，另稱為影響土層。影響土層。 (3) 毛管上升水帶毛管上升水帶在地下水面以上在地下水面以上存在支持毛管水，厚度在存在支持毛管水，厚度在12m左右。左右。 (2) 中間包氣帶中間包氣帶在毛

6、管懸著水帶與在毛管懸著水帶與毛管上升水帶之間的水分過渡帶。毛管上升水帶之間的水分過渡帶。毛管上毛管上升水帶升水帶毛管懸毛管懸著水帶著水帶中間包中間包氣帶氣帶Z 包氣帶又可劃分成三帶：包氣帶又可劃分成三帶：三、包氣帶的水分動態(tài)三、包氣帶的水分動態(tài) （增長（增長vs.消退）消退） 包氣帶的水分動態(tài)是指包氣帶中土包氣帶的水分動態(tài)是指包氣帶中土壤含水量及水分剖面的增長與消退過壤含水量及水分剖面的增長與消退過程。程。 1 1、包氣帶水分的增長、包氣帶水分的增長 包氣帶水分的增長來源于上界面包氣帶水分的增長來源于上界面的降水的降水( (或灌溉或灌溉) )和下界面的地下水補和下界面的地下水補給。在天然情況下

7、，地下水的補給一給。在天然情況下，地下水的補給一般處于均衡狀態(tài)。故上界面降水是主般處于均衡狀態(tài)。故上界面降水是主要原因。水分沿垂向的增長可由下滲要原因。水分沿垂向的增長可由下滲理論描述。增長量等于累積下滲量。理論描述。增長量等于累積下滲量。 深深度度2 2、包氣帶水分的消退、包氣帶水分的消退 包氣帶水分的消退是由于上包氣帶水分的消退是由于上界面的蒸散發(fā)和下界面的內(nèi)排水界面的蒸散發(fā)和下界面的內(nèi)排水補給。其中內(nèi)排水只有當包氣帶補給。其中內(nèi)排水只有當包氣帶存在自由重力水時才出現(xiàn)，故上存在自由重力水時才出現(xiàn)，故上界面蒸散發(fā)是主要原因。水分沿界面蒸散發(fā)是主要原因。水分沿垂向的消退可采用三層蒸發(fā)模式垂向的

8、消退可采用三層蒸發(fā)模式計算。消退量等于蒸發(fā)量。計算。消退量等于蒸發(fā)量。深深度度 包氣帶中孔隙和裂隙等具有吸收、儲存和輸送水分的功能。包氣帶中孔隙和裂隙等具有吸收、儲存和輸送水分的功能。 1 1、包氣帶地面對降雨的再分配作用、包氣帶地面對降雨的再分配作用 ( (“篩子作用篩子作用”) ) 降雨到達地面以后，降雨到達地面以后， 一部分消耗于植物截留、蒸發(fā)、填洼等損一部分消耗于植物截留、蒸發(fā)、填洼等損失失，剩下部分被分成兩部分：，剩下部分被分成兩部分：超過地面下滲能力超過地面下滲能力( (容量容量) )部分留在地部分留在地表，其余部分滲入地下。分配的結(jié)果是將雨水分為地面和地下兩個表，其余部分滲入地下

9、。分配的結(jié)果是將雨水分為地面和地下兩個部分。即：部分。即：P當雨強小于下滲能力時，降雨全部當雨強小于下滲能力時，降雨全部滲入地下。滲入地下。RsF 四、包氣帶對降水的再分配作用四、包氣帶對降水的再分配作用( (包氣帶在產(chǎn)流中的作用包氣帶在產(chǎn)流中的作用) ) 2 2、土層對下滲水量的再分配作用、土層對下滲水量的再分配作用( (“門檻作用門檻作用”) ) 下滲水量下滲水量( (F) )一部分以蒸發(fā)形式逸出地面一部分以蒸發(fā)形式逸出地面( (E) )。剩余部分又被分。剩余部分又被分成成“土壤蓄存土壤蓄存”和和“徑流徑流”兩個部分。兩個部分。 蓄存部分蓄存部分是指水分運動中為維持土壤含水量等于或小于田間

10、持水是指水分運動中為維持土壤含水量等于或小于田間持水量所需的下滲水分。量所需的下滲水分。 田間持水量：起始土壤含水量：)( )()()()( )()()(00000zdzzzSzzdzzzSzfHffHf 特殊地，當包氣帶的起始土壤含水量為最大分子持水量特殊地，當包氣帶的起始土壤含水量為最大分子持水量 a(z)，終，終止土壤含水量為田間持水量止土壤含水量為田間持水量 f(z)時，時，S=包氣帶的最大蓄水容量包氣帶的最大蓄水容量SM。包氣帶厚度HdzzzSHafM )()(0記記Wf為包氣帶達到田間持水量時的土壤含水量為包氣帶達到田間持水量時的土壤含水量( (mm) )， W0為包為包氣帶初始土

11、壤含水量氣帶初始土壤含水量( (mm) )，Wt為時段末包氣帶含水為時段末包氣帶含水 量量( (mm) )，即：即： 產(chǎn)生徑流部分產(chǎn)生徑流部分是指土壤含水量超過田間持水量以后，以自由重是指土壤含水量超過田間持水量以后，以自由重力水形式運行的部分。記一次降雨中包氣帶的輸水量為力水形式運行的部分。記一次降雨中包氣帶的輸水量為Tp，則：，則：)()()()(0000WWEFdzzzEdttfTfHftp若若F- -E Wf - -W0，蓄存部分蓄存部分S S= Wf - -W0 若若F- -E Ds 則：則：Rs 0 Rg 0 i fp F0 Rg =0 i Ds 則：則： Rs =0 Rg 0 i

12、 fp FDs 則：則： Rs =0 Rg =0 2、 認為地面將降雨分成地表和地下兩種徑流成分；認為地面將降雨分成地表和地下兩種徑流成分； 3、 認為產(chǎn)流是同步的，即只要認為產(chǎn)流是同步的，即只要i fp ，就全流域產(chǎn)流。，就全流域產(chǎn)流。ifpRsWMW DsF累積下滲量累積下滲量(mm) Ds流域缺水量流域缺水量(mm)Rg二、傳統(tǒng)產(chǎn)流觀念與實際水文現(xiàn)象之間的矛盾二、傳統(tǒng)產(chǎn)流觀念與實際水文現(xiàn)象之間的矛盾 如：如： i fp時，也有地表徑流產(chǎn)生；i fp ，rs= i fp地面徑流產(chǎn)流率地面徑流產(chǎn)流率 所謂產(chǎn)流機制是指水分沿土層垂向運行中，在一定的供水與下所謂產(chǎn)流機制是指水分沿土層垂向運行中，

13、在一定的供水與下滲條件下，各種徑流成分的產(chǎn)生原理和過程。滲條件下，各種徑流成分的產(chǎn)生原理和過程。（掌握原理和產(chǎn)流條件掌握原理和產(chǎn)流條件）ttdttntsfdtdtSedtdtiidttR00000)(ttsfdtidttR00)()()()(tftitrps（二）壤中流（二）壤中流( (R Rssss) )的產(chǎn)流機制的產(chǎn)流機制供水與下滲的矛盾發(fā)生于供水與下滲的矛盾發(fā)生于土壤中土壤中的相對不透水層面的相對不透水層面上的產(chǎn)流機制上的產(chǎn)流機制fAfB條件：條件：(1)(1)要有界面，存在相對不透水層，如上層要有界面，存在相對不透水層，如上層A和下層和下層B， 且下層比上層透水性差；且下層比上層透水性

14、差； (2)(2)要有供水，即滲入上層的雨水要有供水，即滲入上層的雨水( (下滲率下滲率fA) )； (3)(3)要上層供水大于下層下滲，即要上層供水大于下層下滲，即fA fB , i fB ； (4)(4)要在界面產(chǎn)生臨時飽和帶，并有側(cè)向排水條件。要在界面產(chǎn)生臨時飽和帶，并有側(cè)向排水條件。 rss= fA fB壤中徑流產(chǎn)流率壤中徑流產(chǎn)流率dtrdtfdtftWWtWtsstBtA000)()0()(0)()()(trtftfssBA)()()(tftftrBAss(1) KBiKA，可能有，可能有Rss； (2)KBKA i，可能有，可能有Rs、Rss和和Rsat 發(fā)生；發(fā)生； (3)KAK

15、B 且且KA i，可能有，可能有Rs發(fā)生。發(fā)生。KAKBi KB1.01.0（1）(2)(3)AB 下面我們接著討論對于兩層土壤層，在不同透水關(guān)系及不同降下面我們接著討論對于兩層土壤層，在不同透水關(guān)系及不同降雨強度下，其所產(chǎn)生徑流成分的組成情況。雨強度下，其所產(chǎn)生徑流成分的組成情況。 （三）地下徑流（三）地下徑流( (R Rg g) )的產(chǎn)流機制的產(chǎn)流機制 供水與下滲的矛盾發(fā)生在供水與下滲的矛盾發(fā)生在包包氣帶下界面氣帶下界面的產(chǎn)流機制的產(chǎn)流機制條件：條件：(1)(1)要有供水要有供水f； (2)(2)包氣帶薄，地下水位高；包氣帶薄，地下水位高；在地下水面以上、包氣在地下水面以上、包氣 帶帶 下

16、邊界上存在支持毛管水帶；下邊界上存在支持毛管水帶； (3)(3)整個包氣帶土壤含水量達到田間持水量。整個包氣帶土壤含水量達到田間持水量。 dtrdtftWWtWtgtc00)()0()(000dtrdtftgtc)()(tftrcg(4)(4)包氣帶下緣一旦有臨時飽和帶，即可產(chǎn)生地下徑流。包氣帶下緣一旦有臨時飽和帶，即可產(chǎn)生地下徑流。 （四）飽和地面徑流（四）飽和地面徑流( (R Rsatsat) )的產(chǎn)流機制的產(chǎn)流機制是是在壤中流基在壤中流基礎上發(fā)展礎上發(fā)展起來的一種產(chǎn)流機制起來的一種產(chǎn)流機制（）條件：條件：(1)(1)表層土壤具有較強透水性，表層土壤具有較強透水性，i fB , i fB

17、； (5)(5)側(cè)向排水條件較差，界面上產(chǎn)生的臨時飽和帶不側(cè)向排水條件較差，界面上產(chǎn)生的臨時飽和帶不 斷上升達到地面。斷上升達到地面。 rsat=i - -(rss+fB)fAfBidtrdtrdtfdtitWWtWtsattsstBt0000)()0()(00000dtrdtrdtfdtitsattsstBt)()()()(trtftitrssBsat（五）回歸流的產(chǎn)流機制（五）回歸流的產(chǎn)流機制 機制機制rR 它也是由它也是由壤中流派生出來壤中流派生出來的一種徑流成分，回歸流通常發(fā)生在的一種徑流成分，回歸流通常發(fā)生在植被覆蓋較好的山坡小流域。植被覆蓋較好的山坡小流域。 回歸流是指壤中流滲出地

18、面的那部分水流，它最終以地面徑流回歸流是指壤中流滲出地面的那部分水流，它最終以地面徑流的形式注入河槽。的形式注入河槽。它是一種由壤中流派生出來的徑流成分。通常它它是一種由壤中流派生出來的徑流成分。通常它只有在極小的山坡流域并且壤中流比較發(fā)育的情況下，才能顯示出只有在極小的山坡流域并且壤中流比較發(fā)育的情況下，才能顯示出它對過程線形狀的影響，從而作為一種獨立的徑流成分而存在。它對過程線形狀的影響，從而作為一種獨立的徑流成分而存在。 一般說來，在壤中流比較發(fā)育，并有飽和地面徑流發(fā)生的坡地，一般說來，在壤中流比較發(fā)育，并有飽和地面徑流發(fā)生的坡地，必然也同時伴隨著回歸流。必然也同時伴隨著回歸流。由于回歸

19、流在潛出坡面以前屬于壤中由于回歸流在潛出坡面以前屬于壤中流，而潛出坡面以后又具有地面徑流的性質(zhì)，因此它匯入河槽的速流，而潛出坡面以后又具有地面徑流的性質(zhì)，因此它匯入河槽的速度快于壤中流而慢于地面徑流，度快于壤中流而慢于地面徑流，實際上回歸流與飽和地面徑流是難實際上回歸流與飽和地面徑流是難以區(qū)別開來的。以區(qū)別開來的。（六）界面產(chǎn)流規(guī)律（六）界面產(chǎn)流規(guī)律四、產(chǎn)流模式四、產(chǎn)流模式（一）基本產(chǎn)流模式（一）基本產(chǎn)流模式(單點的產(chǎn)流模式單點的產(chǎn)流模式) R Rs s型型 主要發(fā)生在地下水埋深大，包氣帶厚且透水性差的地區(qū)；雨強主要發(fā)生在地下水埋深大，包氣帶厚且透水性差的地區(qū)；雨強相對較大。相對較大。 由于包

20、氣帶結(jié)構(gòu)的復雜性和降雨特性的多變性，實際發(fā)生的大由于包氣帶結(jié)構(gòu)的復雜性和降雨特性的多變性，實際發(fā)生的大多是幾種產(chǎn)流機制的組合。多是幾種產(chǎn)流機制的組合。稱稱產(chǎn)流機制的組合為產(chǎn)流模式（或產(chǎn)流產(chǎn)流機制的組合為產(chǎn)流模式（或產(chǎn)流方式）。方式）。 R Rs s+R+Rssss型型 主要發(fā)生在包氣帶厚，有相對不透水界面，上層透水性差，下主要發(fā)生在包氣帶厚，有相對不透水界面，上層透水性差，下層更差的地區(qū)；雨強相對較大。層更差的地區(qū)；雨強相對較大。 R Rsatsat+R+Rssss型型 主要發(fā)生在包氣帶厚，但近地表有相對不透水界面，上層透水主要發(fā)生在包氣帶厚，但近地表有相對不透水界面，上層透水性極好，下層透水

21、性很差的地區(qū)；雨強幾乎不超過地面下滲能力。性極好，下層透水性很差的地區(qū)；雨強幾乎不超過地面下滲能力。 R Rs s+R+Rg g型型 主要發(fā)生在包氣帶中等厚，主要發(fā)生在包氣帶中等厚，土層均質(zhì)土層均質(zhì)且透水性一般偏差，包氣且透水性一般偏差，包氣帶下有地下水的地區(qū)；降雨歷時較長。帶下有地下水的地區(qū)；降雨歷時較長。 R Rssss + R + Rg g型型 主要發(fā)生在包氣帶中等厚，但相對不透水界面較深，上層透水主要發(fā)生在包氣帶中等厚，但相對不透水界面較深，上層透水性極好，下層透水性略次，包氣帶下有地下水的地區(qū)；雨強幾乎不性極好，下層透水性略次，包氣帶下有地下水的地區(qū)；雨強幾乎不超過地面下滲能力。超過

22、地面下滲能力。 R Rssss型型 （注意區(qū)分（注意區(qū)分R Rsatsat+R+Rssss型型，前者不透水界面深，后者淺，前者不透水界面深，后者淺） 主要發(fā)生在包氣帶中等厚，但相對不透水界面較深，上層透水主要發(fā)生在包氣帶中等厚，但相對不透水界面較深，上層透水性極好，下層透水性很差的地區(qū)；雨強幾乎不超過地面下滲能力。性極好，下層透水性很差的地區(qū)；雨強幾乎不超過地面下滲能力。R Rs s+R+Rssss + R + Rg g型型 主要發(fā)生在包氣帶中等厚，存在相對不透水界面，上層透水主要發(fā)生在包氣帶中等厚，存在相對不透水界面，上層透水性差，下層透水性更差，包氣帶下有地下水的地區(qū)；雨強大，降性差，下層

23、透水性更差，包氣帶下有地下水的地區(qū)；雨強大，降雨歷時長。雨歷時長。R Rsatsat+R+Rssss + R + Rg g型型 主要發(fā)生在包氣帶中等厚，近地表有相對不透水界面，上層透主要發(fā)生在包氣帶中等厚，近地表有相對不透水界面，上層透水性極好，下層透水性很差，包氣帶下有地下水的地區(qū)；雨強小，水性極好，下層透水性很差，包氣帶下有地下水的地區(qū)；雨強小，降雨歷時長。降雨歷時長。R Rg g型型 主要發(fā)生在包氣帶中等厚，主要發(fā)生在包氣帶中等厚，土層均質(zhì)土層均質(zhì)且透水性極好，包氣帶下且透水性極好，包氣帶下有地下水的地區(qū)；雨強幾乎不超過地面下滲能力，降雨歷時長。有地下水的地區(qū)；雨強幾乎不超過地面下滲能力

24、，降雨歷時長。（二）流域產(chǎn)流模式（二）流域產(chǎn)流模式 R Rs s型型超滲產(chǎn)流型超滲產(chǎn)流型 特點：特點：(1)(1)產(chǎn)流量產(chǎn)流量R取決于取決于i和和fp ， R= ( (i f p) )i ; (2)(2)雨止時土壤含水量仍未達到田間持水量雨止時土壤含水量仍未達到田間持水量Wm； (3)(3)徑流成分單一。徑流成分單一。R Rsatsat+R+Rssss + R + Rg g型型蓄滿產(chǎn)流型蓄滿產(chǎn)流型 特點：特點：(1)(1)產(chǎn)流時土壤含水量已達到田間持水量產(chǎn)流時土壤含水量已達到田間持水量Wm ； (2)(2)產(chǎn)流量產(chǎn)流量R取決于降雨量取決于降雨量P和初始土壤含水量和初始土壤含水量 W0， R=R

25、(P,W0)=P- -(Wm- -W0) (3)(3)徑流成分復雜。徑流成分復雜。 Rs型型Rsat+Rss + Rg型型轉(zhuǎn)換型轉(zhuǎn)換型 對于一個固定地點對于一個固定地點( (或流域或流域) )，其產(chǎn)流模式并不是一層不變的，其產(chǎn)流模式并不是一層不變的，在不同的供水和下墊面水分情況下，產(chǎn)流模式可以發(fā)生轉(zhuǎn)換。在不同的供水和下墊面水分情況下，產(chǎn)流模式可以發(fā)生轉(zhuǎn)換。 條件：條件：主要發(fā)生在包氣帶中等厚度，主要發(fā)生在包氣帶中等厚度，近地表有相對不透水近地表有相對不透水 界面，土層透水性中等，降雨量變化幅度大，地下界面，土層透水性中等，降雨量變化幅度大，地下 水位變幅較大的地區(qū)。水位變幅較大的地區(qū)。 特點：

26、特點：干旱期：初始土壤含水量干旱期：初始土壤含水量W0小，地下水埋深大小，地下水埋深大 Rs型型 濕潤期：濕潤期：初始土壤含水量初始土壤含水量W0大，地下水埋深淺大，地下水埋深淺 Rsat+Rss + Rg型型 第四節(jié)第四節(jié) 流域產(chǎn)流流域產(chǎn)流 一個大流域是由許多小流域構(gòu)成的，而小流域又是由更小的一個大流域是由許多小流域構(gòu)成的，而小流域又是由更小的集水單元集水單元( (山坡流域山坡流域) )所組成的。由于流域內(nèi)地形地貌、地質(zhì)條件、所組成的。由于流域內(nèi)地形地貌、地質(zhì)條件、植被類型、土壤類型、包氣帶厚度、地下水埋深、土壤濕度及降植被類型、土壤類型、包氣帶厚度、地下水埋深、土壤濕度及降雨等存在差異，所

27、以流域各點的產(chǎn)流模式必然存在差異。雨等存在差異，所以流域各點的產(chǎn)流模式必然存在差異。整個流整個流域的產(chǎn)流機制，是由流域中各單元產(chǎn)流產(chǎn)流模式的總結(jié)合所決定域的產(chǎn)流機制，是由流域中各單元產(chǎn)流產(chǎn)流模式的總結(jié)合所決定的。對于一個具體的流域各種模式所占的比重是不相同的。而確的。對于一個具體的流域各種模式所占的比重是不相同的。而確定流域產(chǎn)流基本特征的是流域中占主導地位的產(chǎn)流模式。所以可定流域產(chǎn)流基本特征的是流域中占主導地位的產(chǎn)流模式。所以可得出得出流域產(chǎn)流機制的特點：流域產(chǎn)流機制的特點： 流域產(chǎn)流機制由不同的產(chǎn)流模式組成；流域產(chǎn)流機制由不同的產(chǎn)流模式組成； 流域中占主導地位的產(chǎn)流模式?jīng)Q定了流域產(chǎn)流的基本特

28、征；流域中占主導地位的產(chǎn)流模式?jīng)Q定了流域產(chǎn)流的基本特征； 在一定條件下，非主導產(chǎn)流模式可以轉(zhuǎn)化為主導型產(chǎn)流模式。在一定條件下，非主導產(chǎn)流模式可以轉(zhuǎn)化為主導型產(chǎn)流模式。 一、流域產(chǎn)流模式的分布及產(chǎn)流機制的基本規(guī)律一、流域產(chǎn)流模式的分布及產(chǎn)流機制的基本規(guī)律二、流域產(chǎn)流特征分析二、流域產(chǎn)流特征分析( (一一) )分析流域的氣候及下墊面特征分析流域的氣候及下墊面特征 長年氣候干燥的流域，常以超滲模式產(chǎn)流；長年氣候干燥的流域，常以超滲模式產(chǎn)流； 長年氣候濕潤的流域，常以蓄滿模式產(chǎn)流。長年氣候濕潤的流域，常以蓄滿模式產(chǎn)流。 若下墊面土壤顆粒細小、結(jié)構(gòu)密實、植被差，地下水埋深大，若下墊面土壤顆粒細小、結(jié)構(gòu)密

29、實、植被差，地下水埋深大，則常以超滲方式產(chǎn)流；則常以超滲方式產(chǎn)流； 若下墊面土壤顆粒較粗、結(jié)構(gòu)疏松、植被好，地下水位高，則若下墊面土壤顆粒較粗、結(jié)構(gòu)疏松、植被好，地下水位高，則常以蓄滿方式產(chǎn)流；常以蓄滿方式產(chǎn)流； 我國長江以南的絕大部分地區(qū)，屬典型的蓄滿產(chǎn)流區(qū)；西北干我國長江以南的絕大部分地區(qū)，屬典型的蓄滿產(chǎn)流區(qū)；西北干旱地區(qū)的一些內(nèi)陸河流，屬典型的超滲產(chǎn)流區(qū)；其余地區(qū)屬于混合旱地區(qū)的一些內(nèi)陸河流，屬典型的超滲產(chǎn)流區(qū)；其余地區(qū)屬于混合產(chǎn)流區(qū)。產(chǎn)流區(qū)。流域產(chǎn)流特征通?？蓮囊韵聨追矫孢M行分析：流域產(chǎn)流特征通?？蓮囊韵聨追矫孢M行分析： ( (二二) )分析流域出口的流量過程形狀分析流域出口的流量過程

30、形狀 蓄滿產(chǎn)流徑流量中壤中流和地下徑流的比例較大，表現(xiàn)為出口蓄滿產(chǎn)流徑流量中壤中流和地下徑流的比例較大，表現(xiàn)為出口斷面洪水過程線矮胖，退水歷時長，洪水過程線明顯不對稱；斷面洪水過程線矮胖，退水歷時長，洪水過程線明顯不對稱； 超滲產(chǎn)流徑流量中幾乎沒有地下徑流，表現(xiàn)為出口斷面洪水過超滲產(chǎn)流徑流量中幾乎沒有地下徑流，表現(xiàn)為出口斷面洪水過程線尖瘦，退水歷時短，洪水過程線較為對稱。程線尖瘦，退水歷時短，洪水過程線較為對稱。 ( (三三) )分析影響次洪產(chǎn)流量的因素分析影響次洪產(chǎn)流量的因素 蓄滿產(chǎn)流徑流量多少與流域初始土濕和降雨量有關(guān)；蓄滿產(chǎn)流徑流量多少與流域初始土濕和降雨量有關(guān)； 超滲產(chǎn)流徑流量多少與流

31、域初始土濕和降雨強度有關(guān)。超滲產(chǎn)流徑流量多少與流域初始土濕和降雨強度有關(guān)。（一）流域蓄水容量面積分配曲線（一）流域蓄水容量面積分配曲線 流域上各處包氣帶達到田間持水量時的土壤含水量不一樣。流域上各處包氣帶達到田間持水量時的土壤含水量不一樣。以包氣帶達到田間持水量時的土壤含水量以包氣帶達到田間持水量時的土壤含水量W 為縱坐標，以流域內(nèi)為縱坐標，以流域內(nèi)小于等于該小于等于該W 的面積占全流域面積比的面積占全流域面積比（f /F）為橫坐標，所繪的）為橫坐標，所繪的曲線稱為流域蓄水容量面積分配曲線。對同一個流域，蓄水容量曲線稱為流域蓄水容量面積分配曲線。對同一個流域，蓄水容量面積分配曲線是唯一的。面積

32、分配曲線是唯一的。W W mf /F1.0Wm三、流域產(chǎn)流面積的變化與發(fā)展三、流域產(chǎn)流面積的變化與發(fā)展曲線所包圍的面積，即：曲線所包圍的面積，即： 為流域平均最大蓄水容量為流域平均最大蓄水容量Wm。 W m為流域最大點蓄水容量。為流域最大點蓄水容量。（二）流域下滲容量面積分配曲線（二）流域下滲容量面積分配曲線 在一定的初始土壤含水量在一定的初始土壤含水量W0下，流域上各處的地面下滲容量下，流域上各處的地面下滲容量也不一樣。以地面下滲容量也不一樣。以地面下滲容量 fp 為縱坐標，以流域內(nèi)小于等于該為縱坐標，以流域內(nèi)小于等于該 fp的面積占全流域面積比的面積占全流域面積比( (f /F) )為橫坐

33、標，所繪的曲線稱為流域下為橫坐標，所繪的曲線稱為流域下滲容量面積分配曲線。對一個流域，下滲容量面積分配曲線是以滲容量面積分配曲線。對一個流域，下滲容量面積分配曲線是以W0為參變量的一組曲線。為參變量的一組曲線。W0=WmW0=0 1.0 fpf /F（三）蓄滿產(chǎn)流產(chǎn)流面積的變化（三）蓄滿產(chǎn)流產(chǎn)流面積的變化 蓄滿產(chǎn)流的產(chǎn)流量蓄滿產(chǎn)流的產(chǎn)流量R=PE- -(Wm- -W0) （1）土壤缺水小、先蓄滿的地方先產(chǎn)流；）土壤缺水小、先蓄滿的地方先產(chǎn)流； （2） 隨著供水的繼續(xù)，產(chǎn)流面積不斷的增大隨著供水的繼續(xù)，產(chǎn)流面積不斷的增大( (單向增加單向增加) )； （3）產(chǎn)流面積的大小與降雨量和初始土壤含水量

34、有關(guān)。）產(chǎn)流面積的大小與降雨量和初始土壤含水量有關(guān)。WWmf /F 1.0WmPE1PE2(f /F)1(f /F)2 （四）超滲產(chǎn)流產(chǎn)流面積的變化（四）超滲產(chǎn)流產(chǎn)流面積的變化（1）濕度大、透水性差，先超滲的地方先產(chǎn)流；）濕度大、透水性差，先超滲的地方先產(chǎn)流； （2）降雨過程中產(chǎn)流面積時大時小，有時甚至為）降雨過程中產(chǎn)流面積時大時小，有時甚至為0； （3）產(chǎn)流面積的大小與降雨強度和初始土壤含水量有關(guān)。）產(chǎn)流面積的大小與降雨強度和初始土壤含水量有關(guān)。超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流率超滲產(chǎn)流的產(chǎn)流率r= i - -fpt0-t1時段初始土含為時段初始土含為W0； t1-t2時段初始土含為時段初始土含為W0+I1；

35、W0=0 f /Ffpi1(f /F)1I1W0=0Wm f /Ffpi2(f /F)2I2W0= Wmf /F fpi3(f /F)3流域蓄水容量面積分配曲線流域蓄水容量面積分配曲線常用拋物線表示：常用拋物線表示：四、蓄滿產(chǎn)流產(chǎn)流量的計算四、蓄滿產(chǎn)流產(chǎn)流量的計算（一）流域蓄水容量面積分配曲線的線型（一）流域蓄水容量面積分配曲線的線型WWm1.0Wmf /F /)1 (11)/1 (0/0mdWWWdWmFfWWbmWm bmWWFf/11（二）蓄水容量面積分配曲線與降雨徑流關(guān)系（二）蓄水容量面積分配曲線與降雨徑流關(guān)系W W mf /FaPERPERW0=0W0=WmWmFfdPEdR 也就是

36、蓄滿產(chǎn)流也就是蓄滿產(chǎn)流(飽和地面徑流產(chǎn)流飽和地面徑流產(chǎn)流)的徑流系數(shù)等于其產(chǎn)流面積的相對值。的徑流系數(shù)等于其產(chǎn)流面積的相對值。 分析研究降雨徑流關(guān)系的途徑有：分析研究降雨徑流關(guān)系的途徑有： 相關(guān)法相關(guān)法建立降雨與徑流之間的相關(guān)關(guān)系。建立降雨與徑流之間的相關(guān)關(guān)系。 理論法理論法利用前面所介紹的產(chǎn)流過程理論，從理論上探討其形式，即通常利用前面所介紹的產(chǎn)流過程理論，從理論上探討其形式，即通常所說的產(chǎn)流模型所說的產(chǎn)流模型。前面所介紹的兩條統(tǒng)計曲線就是分析的理論基礎。前面所介紹的兩條統(tǒng)計曲線就是分析的理論基礎。1 1、降雨徑流相關(guān)圖、降雨徑流相關(guān)圖),(0WPfR 2 2、蓄滿產(chǎn)流（飽和地面徑流）的產(chǎn)流

37、模型、蓄滿產(chǎn)流（飽和地面徑流）的產(chǎn)流模型（三）產(chǎn)流量計算（三）產(chǎn)流量計算W W mf /FaPER)(0WWPERWaPEmm時，全流域產(chǎn)流：當1010111)1 ()()1 ()1 ()1 (|)1 ()1 ()1 ()1 (1 bmmmbmmmbmmbmmaPEabmmmbaPEammbaPEammWaPEWWWPERWaWWWWaPEWWaWPEWWWPERWWdWWWPEWdWWRWaPE時，局部產(chǎn)流：當例例 題題40mm 80mm W f /FW m0.5 1.0 (3)(3)繪出繪出W0=0、40、60mm時的時的PR曲線。曲線。 mma604020和、分別為對應的mmWm6080

38、5 . 0405 . 0(1)(1) 求求Wm；(2)(2)求求W0=20、40、50mm對應的對應的a;PERW0=60 60 45 45 W0=0 W0=40五、超滲產(chǎn)流產(chǎn)流量的計算五、超滲產(chǎn)流產(chǎn)流量的計算（一）超滲地面徑流產(chǎn)流的降雨徑流關(guān)系（一）超滲地面徑流產(chǎn)流的降雨徑流關(guān)系1 1、降雨徑流相關(guān)圖、降雨徑流相關(guān)圖 超滲地面徑流的產(chǎn)流量，除了與當時的土壤含水量有關(guān)以外，超滲地面徑流的產(chǎn)流量，除了與當時的土壤含水量有關(guān)以外，還與降雨強度有關(guān)。所以在其降雨徑流相關(guān)圖中，需要加入反映雨還與降雨強度有關(guān)。所以在其降雨徑流相關(guān)圖中，需要加入反映雨強的參數(shù)。強的參數(shù)。 月份）,(TPPfRa2 2、下

39、滲曲線法與超滲產(chǎn)流計算模型、下滲曲線法與超滲產(chǎn)流計算模型 超滲產(chǎn)流計算的基本依據(jù)是建立流域下滲能力（充分供水時的超滲產(chǎn)流計算的基本依據(jù)是建立流域下滲能力（充分供水時的下滲能力）與土壤含水量的關(guān)系，常稱為下滲儲量關(guān)系，用式子下滲能力）與土壤含水量的關(guān)系，常稱為下滲儲量關(guān)系，用式子表示即為：表示即為： )(ff 之所以是超滲產(chǎn)流計算的基本依據(jù)是因為如果建立了之所以是超滲產(chǎn)流計算的基本依據(jù)是因為如果建立了f的關(guān)系，那么只要知道雨初土壤含水量的關(guān)系，那么只要知道雨初土壤含水量 ，然后根據(jù)各時段雨量，然后根據(jù)各時段雨量 ，就可以推求出各時段產(chǎn)流量，就可以推求出各時段產(chǎn)流量 。)(ff 0iPsir 由此

40、可見，超滲產(chǎn)流計算，關(guān)鍵在于確定由此可見，超滲產(chǎn)流計算，關(guān)鍵在于確定f關(guān)系。如果已知關(guān)系。如果已知流域的下滲能力曲線流域的下滲能力曲線ft，那么我們可以將，那么我們可以將ft曲線轉(zhuǎn)換為曲線轉(zhuǎn)換為f曲線。曲線。 ttdttf0)( 所以要確定所以要確定f曲線的問題就變?yōu)榇_定流域的下滲能力曲線曲線的問題就變?yōu)榇_定流域的下滲能力曲線ft的問題。的問題。 下滲能力曲線下滲能力曲線ft的確定，目前常用方法有的確定，目前常用方法有:水文分析法、下滲模型法。水文分析法、下滲模型法。 水文分析法水文分析法基本依據(jù)是根據(jù)實測的降雨過程和流量過程，基本依據(jù)是根據(jù)實測的降雨過程和流量過程，求得求得f關(guān)系和關(guān)系和ft

41、。 下滲模型法下滲模型法是應用下滲公式中是應用下滲公式中ft的函數(shù)關(guān)系，然后再轉(zhuǎn)的函數(shù)關(guān)系，然后再轉(zhuǎn)換為換為f關(guān)系。常用的下滲公式有：關(guān)系。常用的下滲公式有： 霍頓公式：霍頓公式： KtCCeffff)(0CffKfCCeffff)(0)(菲利蒲公式菲利蒲公式 ：AtBfABABf/ )11 (22 應用前提應用前提 流域上土質(zhì)均勻，包氣帶厚度大體一致，各處下流域上土質(zhì)均勻，包氣帶厚度大體一致，各處下滲能力基本一致，而且降雨強度的空間分布均勻。只宜計算小流域滲能力基本一致，而且降雨強度的空間分布均勻。只宜計算小流域的超滲地面徑流。的超滲地面徑流。 （二）超滲產(chǎn)流產(chǎn)流量的計算（二）超滲產(chǎn)流產(chǎn)流量

42、的計算 1、流域下滲能力分布均勻時的產(chǎn)流量計算、流域下滲能力分布均勻時的產(chǎn)流量計算（1 1）列表計算法）列表計算法 : :又分直接計算法、試錯法又分直接計算法、試錯法 取單位時段長，取單位時段長，直接計算法步驟：直接計算法步驟： （a）設下滲能力只與土壤含水量有關(guān)，與其垂向分布無關(guān)，即）設下滲能力只與土壤含水量有關(guān)，與其垂向分布無關(guān)，即Ffp關(guān)系單一，由關(guān)系單一，由fp (t)函數(shù)確定函數(shù)確定Ffp關(guān)系；關(guān)系； （b）根據(jù)）根據(jù)F0查查fp1，i1與與fp1對比，確定第對比，確定第1時段的實際下滲量時段的實際下滲量f1與與超滲產(chǎn)流量超滲產(chǎn)流量rs1，F(xiàn)1=F0+f1 （c）根據(jù)）根據(jù)F1查查f

43、p2， i2與與fp2對比，確定第對比，確定第2時段的實際下滲量時段的實際下滲量f2與超與超滲產(chǎn)流量滲產(chǎn)流量rs2，F(xiàn)2=F0+f1 （如此循環(huán)（如此循環(huán)）超滲產(chǎn)流量計算表超滲產(chǎn)流量計算表 F0=20mm 時間時間 i F fp f rs 12 01 3.0 20.0 5.6 3.0 0 12 02 5.0 23.0 5.2 5.0 0 12 03 2.0 28.0 4.5 2.0 0 12 04 8.0 30.0 4.0 4.0 4.0 12 05 2.0 34.0 3.6 2.0 0 12 06 7.0 36.0 3.4 3.4 3.6試錯法步驟試錯法步驟： （a）設下滲能力只與土壤含水量有關(guān)，與其垂向分布無關(guān)，）設下滲能力只與土壤含水量有關(guān)，與其垂向分布無關(guān)，即即Ffp關(guān)系單一，由關(guān)系單一，由fp (t)函數(shù)確定函數(shù)確定Ffp關(guān)系；關(guān)系； （b）根據(jù)時段初累計下滲量）根據(jù)時段初累計下滲量F0查時段初下滲容量查時段初下滲容量fp0，假定一，假定一個時段末的下滲容量個時段末的下滲容量fp1；（c）假設時段內(nèi)下滲容量