3--流域徑流形成過程

1、第二章第二章 流域徑流形成過程流域徑流形成過程一、河流和流域一、河流和流域二、降水二、降水三、下滲三、下滲四、蒸散發(fā)四、蒸散發(fā)五、徑流五、徑流三、下滲三、下滲1、地下水類型、地下水類型包氣帶水包氣帶水：存在于包氣帶中的地下水。：存在于包氣帶中的地下水。結(jié)合水（分吸濕水、薄膜水）結(jié)合水（分吸濕水、薄膜水）毛管水（分毛管懸著水與毛管上升水）毛管水（分毛管懸著水與毛管上升水） 重力水（分上層滯水與滲透重力水）重力水（分上層滯水與滲透重力水）飽和水帶飽和水帶：存在于飽和帶中的地下水：存在于飽和帶中的地下水潛水潛水 具有自由水面具有自由水面承壓水（分自流水與非自流水）承壓水（分自流水與非自流水）成規(guī)?？?/p>

2、以利用的主要有：上層滯水、潛水、承壓水成規(guī)模可以利用的主要有：上層滯水、潛水、承壓水2、土壤水、土壤水（1 1）吸著水：包括吸濕水和薄膜水吸著水：包括吸濕水和薄膜水。吸濕水被緊束于。吸濕水被緊束于土粒表面，不能在重力和毛管力的作用下移動。薄膜水土粒表面，不能在重力和毛管力的作用下移動。薄膜水吸附于吸濕水的外部，能沿土粒表面進行數(shù)度極小的移吸附于吸濕水的外部，能沿土粒表面進行數(shù)度極小的移動。動。（2 2）毛管水毛管水: :是在毛管力作用下土壤中所能保持的那是在毛管力作用下土壤中所能保持的那部分水分。分為上升毛管水和懸著毛管水。上升毛管水部分水分。分為上升毛管水和懸著毛管水。上升毛管水是指地下水沿

3、著土壤毛細管上升的部分，懸著毛管水來是指地下水沿著土壤毛細管上升的部分，懸著毛管水來自降雨或灌水，在不受地下水補給時，上層土壤由于毛自降雨或灌水，在不受地下水補給時，上層土壤由于毛管作用下所能保持的地面滲入的水分。管作用下所能保持的地面滲入的水分。（3 3）重力水重力水：土壤中超出毛管含水率的水分在重力作：土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很易排出，這種水分稱為重力水。用下很易排出，這種水分稱為重力水。2、土壤水、土壤水幾個重要的含水量：幾個重要的含水量：飽和含水量（最大持水量）飽和含水量（最大持水量）田間持水量：田間持水量：凋萎系數(shù)：凋萎系數(shù)：為保證旱作物豐產(chǎn)和水資源的高效利用，一般要求

4、為保證旱作物豐產(chǎn)和水資源的高效利用，一般要求 土壤含水量在土壤含水量在_和和_之間。之間。3、下滲、下滲 下滲是指下滲是指降落到地面上的雨水從地表滲入土壤內(nèi)降落到地面上的雨水從地表滲入土壤內(nèi)的運動過程。下滲不僅直接決定地面徑流量的大小，的運動過程。下滲不僅直接決定地面徑流量的大小，同時也影響土壤水分的增長，以及表層流與地下徑同時也影響土壤水分的增長，以及表層流與地下徑流的形成。因此，分析下滲的物理過程和規(guī)律，對流的形成。因此，分析下滲的物理過程和規(guī)律，對認識徑流形成的物理機制有重要的意義。認識徑流形成的物理機制有重要的意義。3、下滲、下滲下滲過程：下滲過程：滲潤階段（分子力）：滲潤階段（分子力

5、）：下滲開始時，土壤干燥，分子下滲開始時，土壤干燥，分子力很強，可達力很強，可達1000010000個大氣壓，土壤分子力很快把水個大氣壓，土壤分子力很快把水吸附在土粒周圍，形成薄膜水。隨著入滲的繼續(xù)，薄吸附在土粒周圍，形成薄膜水。隨著入滲的繼續(xù)，薄膜厚度增大，分子力迅速衰減到消失。（引力與距離膜厚度增大，分子力迅速衰減到消失。（引力與距離平方成反比）平方成反比）3、下滲、下滲下滲過程：下滲過程：滲漏階段（毛管力）：滲漏階段（毛管力）：入滲水分填充了土粒間的空隙，入滲水分填充了土粒間的空隙，空隙連通，形成毛管，水沿管壁運動，構(gòu)成彎曲面，空隙連通，形成毛管，水沿管壁運動，構(gòu)成彎曲面，在表面張力作用

6、下產(chǎn)生毛管力。表面張力的合力指向在表面張力作用下產(chǎn)生毛管力。表面張力的合力指向無水方，使水迅速入滲。當水逐漸填滿毛管后，毛管無水方，使水迅速入滲。當水逐漸填滿毛管后，毛管力消失。力消失。滲透階段（重力）：滲透階段（重力）：毛管力消失后，只剩下重力起作毛管力消失后，只剩下重力起作用，重力穩(wěn)定向下，一直起作用，可使下滲穩(wěn)定進行。用，重力穩(wěn)定向下，一直起作用，可使下滲穩(wěn)定進行。3、下滲、下滲下滲曲線：下滲曲線：圖 下滲曲線和下滲累積曲線3、下滲、下滲經(jīng)驗公式（霍頓公式）經(jīng)驗公式（霍頓公式） ：ctctfefff)(0其中，下滲率其中，下滲率f f，表示在單位時間內(nèi)，單位面積上，表示在單位時間內(nèi)，單位

7、面積上滲入土中的水量（滲入土中的水量（mm/hmm/h） ftft：t t時刻的下滲率，時刻的下滲率，f0f0：初始下滲率，：初始下滲率，e e：自然對數(shù)的底，自然對數(shù)的底，：遞減指數(shù)。：遞減指數(shù)。 f0f0、fcfc、與土壤性質(zhì)有關，需根據(jù)實測資與土壤性質(zhì)有關，需根據(jù)實測資料或?qū)嶒炠Y料分析確定。料或?qū)嶒炠Y料分析確定。蒸發(fā)蒸發(fā)：水由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過程稱為蒸發(fā)。：水由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過程稱為蒸發(fā)。流域蒸發(fā)包括三個方面流域蒸發(fā)包括三個方面： 水面蒸發(fā)；土壤蒸發(fā)；植物散發(fā)。水面蒸發(fā)；土壤蒸發(fā)；植物散發(fā)。四、蒸散發(fā)四、蒸散發(fā)1、量測、量測器測法是應用蒸發(fā)器或蒸發(fā)池直接觀測水面蒸發(fā)量。器測

8、法是應用蒸發(fā)器或蒸發(fā)池直接觀測水面蒸發(fā)量。我國水文和氣象部門采用的水面蒸發(fā)器有：我國水文和氣象部門采用的水面蒸發(fā)器有：-20-20型、型、8080套盆式、套盆式、E-601E-601型蒸發(fā)器，以及水面面型蒸發(fā)器，以及水面面積為積為20 m220 m2和和100 m2100 m2的大型蒸發(fā)池。的大型蒸發(fā)池。1.1 水面蒸發(fā)水面蒸發(fā)用蒸發(fā)器或蒸發(fā)池觀測水面蒸發(fā)。用蒸發(fā)器或蒸發(fā)池觀測水面蒸發(fā)。 E=kEE=kE 式中，式中，E E為天然水面蒸發(fā)量；為天然水面蒸發(fā)量；E E 為蒸發(fā)器實測蒸發(fā)量；為蒸發(fā)器實測蒸發(fā)量；k k為蒸發(fā)器折算系數(shù)為蒸發(fā)器折算系數(shù)。 1.2 土壤蒸發(fā)土壤蒸發(fā) 土壤蒸發(fā)是土壤中所含

9、水分以水汽的形式逸入大土壤蒸發(fā)是土壤中所含水分以水汽的形式逸入大氣的現(xiàn)象，土壤蒸發(fā)過程是土壤失去水分或干化氣的現(xiàn)象，土壤蒸發(fā)過程是土壤失去水分或干化過程。過程。 第一階段：土壤充分濕潤，供水充足，第一階段：土壤充分濕潤，供水充足，E E接近最接近最大蒸發(fā)能力大蒸發(fā)能力EMEM；第二階段：土壤水分減少，第二階段：土壤水分減少，WWWW田，供水條件變田，供水條件變差，差，E E逐漸減?。恢饾u減?。?E=W/W E=W/W田田EMEM第三階段：第三階段：WWWW斷，水分運動十分緩慢，蒸發(fā)率斷，水分運動十分緩慢，蒸發(fā)率很小。很小。1.2 土壤蒸發(fā)土壤蒸發(fā)1.3 植物散發(fā)植物散發(fā)在植物生長期，在植物生長

10、期，植物根系吸收水分，再從葉面和枝植物根系吸收水分，再從葉面和枝干散發(fā)出去的過程，是一種生物物理過程干散發(fā)出去的過程，是一種生物物理過程，比水面，比水面蒸發(fā)及土壤蒸發(fā)更為復雜，它與土壤環(huán)境、植物的蒸發(fā)及土壤蒸發(fā)更為復雜，它與土壤環(huán)境、植物的生理結(jié)構(gòu)以及大氣狀況有密切的關系，很難觀測。生理結(jié)構(gòu)以及大氣狀況有密切的關系，很難觀測。美國做過少量農(nóng)作物實驗，我國自美國做過少量農(nóng)作物實驗，我國自8080年代末也有一年代末也有一些研究單位開始從事這方面的研究。些研究單位開始從事這方面的研究。 從降水到達地面至水流從流域出口斷面流出的過從降水到達地面至水流從流域出口斷面流出的過程即為河川徑流形成過程。程即為

11、河川徑流形成過程。 徑流為徑流為流域表面的降水由地面與地下匯入河川，流域表面的降水由地面與地下匯入河川，并流出流域出口斷面的水流過程。河川徑流的來源是并流出流域出口斷面的水流過程。河川徑流的來源是大氣降水。降水的形式不同，徑流形成過程也不同。大氣降水。降水的形式不同，徑流形成過程也不同。降雨徑流多見，融雪徑流一般為局部。降雨徑流多見，融雪徑流一般為局部。 徑流過程可劃分為徑流過程可劃分為產(chǎn)流、匯流產(chǎn)流、匯流兩個階段。兩個階段。五、徑流五、徑流1.1 徑流形成過程徑流形成過程產(chǎn)流過程產(chǎn)流過程降水過程降水過程流域蓄滲過程流域蓄滲過程匯流過程匯流過程坡面漫流過程坡面漫流過程河槽集流過程河槽集流過程S

12、土壤蓄水土壤蓄水填洼量填洼量Vd植物截流植物截流Is降雨降雨P蒸發(fā)蒸發(fā)E壤中流壤中流Rin淺層地下徑流淺層地下徑流Rgs深層地下徑流深層地下徑流Rgd 坡面漫流坡面漫流Rs1.1 徑流形成過程徑流形成過程1.1.1 產(chǎn)流過程產(chǎn)流過程 流域流域產(chǎn)流（蓄滲）產(chǎn)流（蓄滲）指降雨的雨指降雨的雨水耗于植物截留、下滲和填洼等綜水耗于植物截留、下滲和填洼等綜合過程。降雨形成地面徑流之前，合過程。降雨形成地面徑流之前，在流域中會被以上幾個方面所消耗，在流域中會被以上幾個方面所消耗，不參與徑流的形成不參與徑流的形成.1.1.2 匯流過程匯流過程 坡面匯流坡面匯流 壤中流壤中流 地下徑流地下徑流小 溝小 溝 小

13、溪小 溪 小 河小 河 大大河河1.2 影響徑流的主要因素影響徑流的主要因素人類活動人類活動農(nóng)業(yè)措施農(nóng)業(yè)措施林牧業(yè)措施林牧業(yè)措施水利措施水利措施下墊面因素下墊面因素地形地形土壤和地質(zhì)土壤和地質(zhì)植被和湖沼植被和湖沼流域形狀流域形狀和面積和面積氣象氣候因素氣象氣候因素降水降水蒸發(fā)蒸發(fā)1.3 徑流的表示方法徑流的表示方法流量流量QQ 指單位時間內(nèi)通過流域出口斷面的水量，指單位時間內(nèi)通過流域出口斷面的水量，常用單位為常用單位為m3/sm3/s。Q=AVQ=AV。流量。流量Q Q隨時間隨時間t t的變化過的變化過程，稱為流量過程線程，稱為流量過程線QtQt。 1.3 徑流的表示方法徑流的表示方法徑流總量

14、徑流總量WW 指一段時間內(nèi)通過流域出口斷面的總水量，指一段時間內(nèi)通過流域出口斷面的總水量，單位為單位為m3m3、萬、萬m3 m3 、億、億m3 m3 。計算公式為：計算公式為：TQ)tt (Qdt) t (QW122t1tt1t2TWQQt1.3 徑流的表示方法徑流的表示方法徑流深徑流深RR 把徑流總量把徑流總量W W平鋪在流域面積平鋪在流域面積F F上所得到的水上所得到的水深，稱為徑流深，深，稱為徑流深，單位單位mmmm。其關系式為：其關系式為： R=W/(1000F) R=W/(1000F) 式中，式中，W W的單位為的單位為m3m3，F(xiàn) F的單位為的單位為km2km2。可計算?？捎嬎愀鞣N

15、時間尺度各種時間尺度( (日、月、年日、月、年) )的徑流深。的徑流深。1.3 徑流的表示方法徑流的表示方法徑流模數(shù)徑流模數(shù)MM 指單位流域面積上所產(chǎn)生的流量，單位為指單位流域面積上所產(chǎn)生的流量，單位為L/(s.km2) L/(s.km2) 。即：。即： M=1000Q/FM=1000Q/F徑流系數(shù)徑流系數(shù) 指同一時段內(nèi)的徑流深指同一時段內(nèi)的徑流深R R與對應時段降雨量與對應時段降雨量P P之比值。即：之比值。即：=R/P=R/P例：某水文站流域面積例：某水文站流域面積F F54500 km254500 km2，多，多年平均降雨量年平均降雨量1650 mm1650 mm，多年平均流量，多年平均流量1680 m31680 m3s s。根據(jù)這些資料可算得：。根據(jù)這些資料可算得：(1)(1)多年平均徑流量多年平均徑流量 W W Q Q* *T T1680168036536586400=53086400=530億億m3;m3;(2) (2) 多年平均徑流深多年平均徑流深 R= W/1000F=530/1000R= W/1000F=53