水 文 学 原 理(八产流机制)

§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
2 不同的产流机制
c 壤中水径流(Rint)的产流机制 壤中水径流(Rint)
fA fB
在两种不同透水性土壤的界面上形成的, 在适当条件下可以沿界面流动的径流.
Rint = ∫
Rint =
物理条件: 物理条件:
f cA ≥i ≥ f pB
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
Rs = ∫
i> f p
(i f p )dt = ∫ (i f p )dt + ∫ (i f p )dt
t1 t3
t2
t4
RS的计算
Rs =
i> f p
∑ (i f
p
)t = ∑ (i f p )t + ∑ (i f p )t
溶隙: 溶隙: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.
特殊包气带: c 特殊包气带:
不透水的下垫面,冻土等 不透水的下垫面,
§2 包气带水分动态及对降雨的再分配作用
1 包气带水分动态
～包气带中水分含量及水分剖面的增长与消退过程
包气带水分的增长: 包气带水分的增长:
t1 t3
t2
t4
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
b 地下水径流(Rg)的产流机制 地下水径流(Rg)
物理条件:整个包气带土壤含水量达到田间持水量
Rg = ∫
i≥ fc
f c dt + ∫ idt
i< fc
Rg = ∑ f c t + ∑ it
i≥ fc i< fc
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
3 山坡产流
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
4 产流机制的统一性和相互转化
产流的基本条件: 产流的基本条件: 1)在两种不透水性物质的界面上产生的 2)上层介质的透水性必须好于下层介质的透水性 产流量的分析计算: 产流量的分析计算: 1)产流量的大小取决于对下渗面的供水强度与下渗面下 渗容量的对比关系-"筛子"作用 2)土层的水量平衡方程式-I=E+(We-W0)+F+R:"门槛" 作用
～上界面的降水是包气带水分增长的主要原因 下渗理论: 下渗理论:
i>fp, i<=fp,
f=fp f=i
I=
i> f p
∑ f p t + ∑it
i≤ f p
§2 包气带水分动态及对降雨的再分配作用
包气带水分的消退: 包气带水分的消退:
～蒸散发是包气带水分消退的主要原因
(θ ≥ θ a ) E = Em , 1 C (θ a θ ) Em , (θ b < θ < θ a ) E = 1 θ a θb E = CEm , (θ ≤ θ b )
"超渗"产流模式:次降雨与总径流的关系受雨强影响 超渗"产流模式:
(1)雨止时,土壤含水量仍未达到田间持水量; 雨止时,土壤含水量仍未达到田间持水量; 产流与雨强有关; (2)产流与雨强有关; (3)径流成分比较单一
�
I E<D
I = E + (We W0 )
D:包气带缺水量 Wf:包气带达到田间持水量时的土 壤含水量 W0:包气带初始土壤含水量 Rsub:包气带排出的自由重力水 We:雨末包气带含水量
§2 包气带水分动态及对降雨的再分配作用
3 包气带水量平衡方程
P = E + (W f W0 ) + Rs + Rsub
§2 包气带水分动态及对降雨的再分配作用
§2 包气带水分动态及对降雨的再分配作用
2 包气带对降雨的再分配作用
a 包气带地面对降雨的再分配作用～"筛子作用" 包气带地面对降雨的再分配作用～ 筛子作用"
For 一场降雨:
P
Rs I
P = ∑ it
I =
i> f p
∑
f p t +
i≤ f p
∑ i t
e 回归流的产流机制 相对不透水层
Definition: 原先为壤中流,后又渗出地面 而变成饱和地面径流的成分称为~. (非原生径流成分,派生出来的)
物理条件: 物理条件: (1)山坡上壤中水径流比较发育 山坡上壤中水径流比较发育 (2) 坡脚处又易形成到达地面的饱和带
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
§4 基本产流模式
1 可能径流成分的组合
Rs
R s + R int
超渗地面径流产流机制 地下水径流产流机制 壤中水径流产流机制 饱和地面径流产流机制
R sat + R int
Rs + Rg
R int + R g
Rint
Rs + Rint + Rg
I E > D I E ≤ D
P = E + (We W0 ) + Rs
EA A层 层 B层 层 C层 层 EB EC ED F FA Rss,A Rss,B
FB Rss,C FC
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
1 霍顿产流理论
降雨产流受控于两个条件: (a)雨强大于地面下渗容量～超渗地面径流 )雨强大于地面下渗容量～ (b)整个包气带土壤含水量达到田间持水量～地下水径流 )整个包气带土壤含水量达到田间持水量～
第八章 产流机制
主要内容
包气带及其结构 包气带水分动态及对降雨的再分配作用 产流的基本物理条件 基本产流模式
降雨径流过程
降雨到达下垫面后,在截留,填洼,土壤持水,下渗和蒸散发等因素作用下的余额～ 降雨到达下垫面后,在截留,填洼,土壤持水,下渗和蒸散发等因素作用下的余额～产流 产生的径流从流域各处向流域出口断面汇集的过程～ 产生的径流从流域各处向流域出口断面汇集的过程～汇流过程
2 不同的产流机制
a 超渗地面径流(Rs)的产流机制 超渗地面径流(Rs)
i fp
物理条件: 物理条件: (1)要有界面,即地面(下渗能力fp); 1)要有界面,即地面(下渗能力 要有界面 (2)要有供水,即降雨(雨强i); 2)要有供水,即降雨(雨强 ) 要有供水 (3)要供水大于下渗,即i >fp ,rs= i –fp 3)要供水大于下渗, 要供水大于下渗
i fp
Rs
i ≤ fp,I E ≤ D
Rs = 0, R g = 0 Rs > 0, Rg = 0 Rs = 0, Rg > 0 Rs > 0, Rg > 0
WM Ds W
i > fp,I E ≤ D i ≤ fp,I E > D i > fp,I E > D
Rg
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
(i f pB )dt + ∫
pB
i > f cA
( f cA f pB )dt
f pB )dt
f cA ≥i ≥ f pB
∑ (i f
)dt +
i > f cA
∑( f
cA
(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 包气带中必须存在相对不透水层, 包气带中必须存在相对不透水层 (2)至少要上层的土壤含水量达到田间持水量 至少要上层的土壤含水量达到田间持水量
物理条件: 物理条件:
fB
(1)存在相对不透水层,且上层土壤的透水性远强于下层土壤的透水性 存在相对不透水层, 存在相对不透水层 (2) 上层土壤含水量达到饱和含水量
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
计算方法: 计算方法:
Rsat = ∫
Rsat =
i > ( rint + f pB )
§1 包气带及其结构
1 包气带和饱和带
地面
包气带
地下水面
毛管悬着水带
中间带
饱和带
毛管上升水带 地下水面
§1 包气带及其结构
2 包气带结构
a 结构
残积层 溶 提 层
—— 积 ——
层 积层
淀 积 层
母 质 层
基 岩
§1 包气带及其结构
2 包气带结构
岩石裂隙和溶隙结构: b 岩石裂隙和溶隙结构:
裂隙分类: 裂隙分类: 按成因分 成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙 按裂隙的含水 性和导水性 开裂隙 闭裂隙 隐裂隙
根据质量守恒:
Rs =
i> f p
∑ (i f p )t
P = I + Rs
§2 包气带水Fra Baidu bibliotek动态及对降雨的再分配作用
2 包气带对降雨的再分配作用
b 包气带土层对下渗水量的再分配作用～"门槛作用" 包气带土层对下渗水量的再分配作用～ 门槛作用"
I = E + (W f W0 ) + Rsub
I E≥D
R sat + Rint + R g
Rg
§4 基本产流模式
2 总径流的影响因素 3 基本产流模式
"蓄满"产流模式:次降雨与总径流的关系不受雨强影响 蓄满"产流模式:
(1)产流时,土壤含水量达到田间持水量; 产流时,土壤含水量达到田间持水量; 产流与雨强无关,与总降雨量,蒸发量,初始土壤含水量有关; (2)产流与雨强无关,与总降雨量,蒸发量,初始土壤含水量有关; (3)径流成分比较复杂
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
形成土壤水径流的界面并非固 定不变,而是随降雨强度的变 化而变动的.
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
2 不同的产流机制
d 饱和地面径流(Rsat)的产流机制 饱和地面径流(Rsat)
i fA
Definition: 表层土壤具有很强透水性,下层相对不 透水层,雨强大于下层下渗容量,产生临时饱和 带,这个临时饱和带随着降雨不断向上发展,最 终达到地面,后继的降雨积聚在地面,形成地面 径流,称~.
[i (rint + f pB )]dt
+ f pB )]dt
i fpA fpB
i > ( rint + f pB )
∑ [i (r
int
当下层为不透水岩层时:
Rsat =
i > rint
∑ (i r
int
)t
§3 产流的基本物理条件(单点产流) 产流的基本物理条件(单点产流)
2 不同的产流机制