水文学原理第八章2011

溶隙水的特点：
岩溶洞隙空间大，连通性好，导水能力强，常 常形成地下河系、地下湖池及强岩溶富水带等 特殊的含水空间系统，对径流形成和地下水开 发利用显然有重要影响。
冻土结构：
在高寒地带，例如中 国的东北北部、新疆 和内蒙古一些地方， 由于冬季气候寒冷， 使得包气带的结构随 气温的变化变得复杂 起来。这主要表现在 冻土层的形成和融化 上。
三、裂隙及裂隙水
裂隙是指基岩中各种缝隙和孔隙。 类型：
成岩裂隙 构造裂隙 后生裂隙
裂隙水的特点： 1 含水性差异大 2 有方向性 3 受地质构造控制 4 水动力特性复杂
溶隙结构：
在可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、大理岩等 分布地区，由于岩溶作用形成的各种孔隙，包 括溶洞、溶蚀裂隙和溶孔等称为溶隙。
四、包气带水分的分布与动态
1 包气带水分的分布： 悬着毛管水带（极短暂存在） 包气带 上升毛管水带（长期存在） 2 包气带水分的动态： 增长 消退 由于降水与灌溉 由于蒸散发和重力排水
五、地面及包气带对降雨的再分配作用
1．地面对降雨的再分配作用
设某时刻地面的下渗强度为 f p ,降雨强 度为 i ： 当 i f p 时，实际下渗率 f i ；地面不产流。 当i
Rg 0
霍顿（Horton）产流理论基本观点 1.径流生成分两类条件，四种情况； 2.流域出口断面处的流量过程由两种径流成分 组成：地表径流与地下径流。 3.只要降雨强度超过下渗能力，就会产生地表 径流。 4.只要包气带土壤含水量超过田间持水量，就 会产生地下径流。
霍顿（Horton）观点与现实水文现象的矛盾
§8.3 产流机制
一、霍顿（Horton）产流理论
设： D为包气带缺水量，即： D we w0
i fp
I E D
Rs 0
Rs 0
Rg 0
Rg 0
i fp
i fp
i fp
I E D
I E D I E D
Rs 0
Rs 0
Rg 0
Rsat
i ( rint f pB )
[i r
int
f pB ]dt
产生饱和地面径流条件是：
1 存在相对不透水层，且上层土壤的透水性很 强，而下层土壤的透水性却弱得多。 2 上层土壤含水量全部达到饱和含水量。
2 壤中水径流：Rint
在适当条件下，沿
两种不同透水性土
壤的界面上会产生
水的侧向流动，这
种流动的径流称为
壤中水径流。 Rint
Rint
f cA i f pB
(i f
pB
)dt
i f CA
( f
cA
f pB )dt
产生壤中水径流的条件：
1 包气带中必须存在相对不透水层，并且上 层土壤的质地比下层粗。（界面） 2 上层的供水强度大于下层的入渗强度，在 界面上产生积水，有临时饱和带形成。 3 界面有一定坡度，有流动的条件。
解： z , t 1t 1 2 2 t 1t 3 2 1t 2
2 层状土壤： 上层粗下层细：
上层细下层较粗：
上层细下层很粗：
二、壤中流
壤中流是发生在土壤内部上下两层透水性质 不同、且下层透水性较弱界面上的水流。 壤中水径流产生的物理 条件是： (1)包气带中必须存在 相对不透水层，并且上 层土壤的质地比下层粗。 (2)至少要上层土壤的 含水量达到田间持水量。
fp
时，实际下渗率 f f p ，
其余部分（i f p ）成为地面径流；地面产流。
下渗水量为： I
i f p
f
p
dt
i f p
idt
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成为地面径流的水量为： Rs
i f p
(i f
p
)dt
显然总雨量：
P I Rs
2．下渗水量的再分配
w0 --初始土壤含水量； we --土壤含水量； wm --田间持水量。
§8.1 包气带及其水文特征
一、包气带和饱和带
包气带 P<0
P=0
饱和带
P>0
二、自然土壤土体构型
土壤及土壤剖面是在母质、温度、降水、生物和 地形等成土因素长时间共同作用下形成的。 包气带的土壤结构： 1 包气带的自然土层结构 2 包气带的裂隙结构 3 包气带的溶隙结构 4 包气带的冻土结构 自然土壤至上而下一般分四个层次： 残积（覆盖）层 A溶提（淋溶）层 B 淀积层 C母质层 D基岩
Rg 3 地下径流：
当包气带含水量超过田间持水量或接近饱 和时，会产生自由重力水补给地下水，便 产生地下径流。（如前述）
地表径流、壤中水径流、地下径流是自 然界客观存在的产流基本机制。
4 饱和地面径流：Rsat
与壤中流发生的情形相 类似，上下层界面上会 出现临时饱和带。这个 临时饱和带最终将达到 地面。后继降雨的一部 分将积聚在地面，而成 为一种地面径流。这样 形成的地面径流称为饱 和地面径流，Rsat
当
I E wm w0
时：有 Rg 形成：
下渗水量 I : I E ( wm w0 ) Rg
当 I E wm w0 时： Rg 0 下渗水量 I : I E ( we w0 )
3.自然界的两种基本产流方式
（1）超蓄产流(蓄满产流):
P E wm w0 Rg Rs
（2）超渗产流(非蓄满产流):
P E we w0 Rs
§8.2 包气带的水分运行
一、垂向运行
1 均质土壤： D k t z z z
均质土壤且含 水量均匀：
t 0; z 0; 0 t 0; z 0; s
观测中发现Horton观点与实际的流域产流有矛 盾的，需要从产流的物理机制加以阐述。
二、产流机制 单点产流
1 超渗地表径流：R s
t t 0 0
Rt idt sdt edt udt fdt
t t t 0 0 0
截留率 s 与植被、气象、气候因素有关 填洼率 u 与地形、降雨量有关 产生地表径流的条件： 1 有供水，有界面 （必要条件） 2 降雨强度大于下渗能力 （充分条件）