产流机制
《水文学原理》第十章：流域产流机制、形成过程及产流量计算
2. 一次降雨过程中，随着降雨的继续，产 流面积不断增大，产流量也增大。
3. 对同一降雨量，其包气带起始蓄水量愈 大，则产流量也愈大，反之，起始蓄水 量愈小，产流量也愈小。
4. 未满足流域的最大蓄水容量以前， dR/dP<1,当满足以后，dR/dp=1。
0
1.0a/A
(2)流域蓄水容量面积分配曲线：
将流域中包气带最大 蓄水量等于或小于某 Sm 一给定降雨量的面积 按总面积比进行统计， 绘成曲线，即可得出 流域蓄水容量面积分 配曲线。
0
1.0a/A
流域蓄水容量面积分配曲线：
• 上述曲线一般可用函数
形式进行表达.
Sm
• (a/A)=1-(-S/Sm)n
1 直接求定法 2 相关曲线法 3 经验系数法 4 流域模型法
SSARR模型 （美国工程兵团河流合成与 水库管理模型，1958），斯坦福模型， 萨克拉门托模型，水箱模型，USDAHL 模型（美国农业部水文研究室模型， 1970），新安江模型。
某流域属蓄满产流，其蓄水容量分配曲
线如图，（1）求流域平均最大蓄水容量 （2）绘出W0=0，W0=40，W0=Wm时的 降雨径流 流域中产流是不同步的，产流最先发生于
透水性较底或土壤湿度较底的地方。 • 产流面积的变化是降雨强度的函数。
2、产流面积空间发展
• (1) 流域下渗能力面积 分配曲线：是指流域 f 中下渗能力等于或小 于某一给定降雨强度 时的面积分配曲线， 它常以相应面积与总 面积的比值来表示。
第十章 流域产流
第一节 流域产流机制
一、流域构造特征与流域产流机制
1. 缓变因素：流域下垫面组成（各种界面）。
产流机制
E
i
地面
I
包气带水分的增长主要来源于降雨；
包气带水分主要通过蒸散发而消退。
1、包气带地面对降雨的再分配
对一场降雨： (1) i≤fp (2) i>fp 降雨全部渗入地下
I1
it i f
p
i
I2
R
fp t i f
p
R
I
(i fp )t i f
p
P I1 I 2 R
一、流域产流
(一) 包气带及其结构
降水 地面 地面 毛管悬着水带 降水 地面
包气带
地下水面
中间带
田间持水量(W田)
饱和带
毛管上升水带 地下水面 地下水面
(二) 包气带对降水的再分配作用
下渗理论：
(1) i≤fp, (2) i>fp,
fa=i fa=fp
雨量全部渗入包气带 等于下渗能力的雨量渗入包气 带，其余在地面积聚
R=f(P, E, W0, i) R=f(P, E, W0)
P=E+(W上f-W上0) +(W下e-W下0)+R
P=E+(W上f-W上0) +(W下f-W下0)+R
E f上p
i
i>fp，历时短，能出现 上层I上-E上>D上，但下 层I下-E下>D下
i<fp，历时长，若只出 P=E+(W上s-W上0) 现上层W上s，且下层包 气带田间持水量得不到满足 +(W下e-W下0)+R i<fp，历时长，可使 上层W上s，且下层包 气带田间持水量得到满足
chr8_产流机制
i
和 f p 的相对大小.
Rs = f ( P, E , i, W0 )
17
2-3 Water balance equation for aeration zone
2) P-E>D(当降雨终止时达到田间持水量)
P = I + Rs Rsub + Rs P = E + W f W0 + 123 I = E + W f W0 + Rsub
23
3-2 Dunne Theory
饱和地面径流产流条件(Saturated overland flow)
临时饱和带上升到地面,之后再降的雨就不可能渗入地下产生 饱和地面径流.(上层包气带较薄较容易满足) 必要条件: ①在包气带中存在相对不透水层,上 土层较薄. ②A层(上层)土壤含水量必须达到 饱和.
记为R
R = Rsub + Rs = P E (W f W0 ),
R = f ( P, E , W0 )
18
Part 3 Physical conditions for runoff generation
A
Horton理论(Horton Theory)
B
Dunne产流理论(Dunne Theory)
地面
包气带
地下水面
毛管悬着水带 (zone of suspended capillary water) 中间带 (intermediate zone) (zone of rising capillary water) 毛管上升水带 地下水面
饱和带
1-1 Aeration zone and saturated zone
(c)非均质土层 请写出土层A和B的I,D,Rsub之间的 关系表达式
河流清水产流机制
河流清水产流机制一、引言河流是地球上最重要的水资源之一，它们对人类和自然环境都具有非常重要的影响。
河流清水产流机制是指河流中水质良好的原因，它涉及到许多因素，包括地理、气候、土地利用和人为干扰等。
本文将介绍河流清水产流机制的相关知识。
二、地理因素1. 水源河流的水源通常是来自降雨或融雪的淡水。
降雨量和融雪量决定了河流的水量和质量。
在干旱地区，河流可能会干涸或变得非常浅。
2. 流域面积河流的流域面积也会影响其清洁程度。
较大的流域面积意味着更多的土壤和植被可以过滤污染物，从而减少了对河流质量的影响。
3. 地形地形也会影响河流质量。
山区通常会有更多的陡峭岩石和悬崖峭壁，这些环境不利于污染物过滤和分解。
相比之下，平原地区的土壤更容易过滤污染物。
三、气候因素1. 降雨降雨量对河流质量有着非常重要的影响。
在干旱地区，河流可能会干涸或变得非常浅。
而在雨季，河流可能会被大量的降雨冲刷，导致水质下降。
2. 温度水温也会影响河流质量。
较高的水温通常会加速化学反应和生物活动，从而导致水质下降。
相反，较低的水温可以减缓这些过程，并有助于维持良好的水质。
四、土地利用1. 农业农业是一种重要的土地利用方式，但也是污染河流的主要来源之一。
农业活动中使用的化肥和农药等化学物质可以通过径流进入河流中，并对其造成污染。
2. 工业工业排放也是污染河流的主要来源之一。
工业废水中含有大量有毒有害物质，如果不经过处理直接排放到河流中，将会对其造成极大危害。
3. 城市化城市化也会对河流造成影响。
城市中的污水和废水通常都是直接排放到河流中，这些污染物包括有机物、重金属、病菌等，对河流生态系统和人类健康都会造成威胁。
五、人为干扰1. 河道改变人为干扰也是影响河流质量的重要因素之一。
人类活动中经常涉及到改变河道的情况，如修建堤坝、挖掘运河等，这些行为可能会破坏原有的生态系统平衡，导致水质下降。
2. 污染物排放人类活动中产生的污染物也是影响河流质量的重要因素之一。
壤中径流的产流机制
壤中径流的产流机制壤中径流是指在壤土中发生的一种水文过程，是壤土中含水量过饱和时，多余的水分通过壤土内部的痕孔或微裂缝的运动形成的水流。
壤中径流是地表径流的一种重要组成部分，对于水文循环和水资源的管理具有重要意义。
壤中径流的产流机制主要包括三个方面：土壤饱和度超过持水能力、土壤渗透率小于降雨强度、土壤的连通性和渗流路径。
首先，土壤饱和度超过持水能力是壤中径流产生的重要原因。
当降雨或灌溉使土壤中的含水量超过土壤的持水能力时，多余的水分无法被土壤吸收并留存在土壤孔隙中，进而形成壤中径流。
其次，土壤的渗透率小于降雨的强度也是壤中径流产生的原因之一。
土壤的渗透率反映了土壤对水分的透过能力，当土壤的渗透率较低时，土壤无法迅速将降雨中的水分吸收，在土壤中形成积水，进而形成壤中径流。
最后，土壤的连通性和渗流路径也对壤中径流的形成有着重要的影响。
当土壤中存在痕孔或微裂缝时，水分可以通过这些通道迅速地向下渗透，形成壤中径流。
土壤的渗流路径也会影响水分的径流速度和流量，从而影响壤中径流的形成和运动。
壤中径流的产生对水资源管理和水土保持具有重要意义。
合理利用壤中径流可以降低地表径流的强度，减少地表径流对农田、城市的冲刷和破坏，提高土壤的保水能力，促进土壤的保持和改良。
因此，在水资源管理和水土保持中，需要通过科学合理的措施和方法来降低壤中径流的生成，减少水资源的浪费和土壤的流失。
总之，壤中径流是一种重要的水文过程，产生机制主要包括土壤饱和度超过持水能力、土壤渗透率小于降雨强度、土壤的连通性和渗流路径等因素。
合理利用壤中径流对于水资源管理和水土保持具有重要意义。
在未来的研究和实践中，需要进一步深入理解壤中径流的产生机制，以指导水资源的合理利用和土壤的保持工作。
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
(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
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
主要产流机制
主要产流机制产流是指降雨后，雨水在地表或土壤中流动的过程。
主要产流机制包括地表径流、地下径流和蒸发蒸腾。
地表径流是指降雨后，雨水在地表流动的过程。
当降雨量大于地表的持水能力时，雨水无法全部渗入土壤中，形成了地表径流。
地表径流的形成受到多种因素的影响，如降雨强度、雨滴大小、地表覆盖情况等。
降雨强度越大，地表径流的量就越大；而地表覆盖情况越好，如有植被覆盖或有防护措施，地表径流的量就越小。
地表径流主要通过河流、湖泊等水体流入大海。
地下径流是指降雨后，雨水渗入土壤中流动的过程。
当降雨量大于土壤的持水能力时，雨水无法完全被土壤吸收，一部分雨水会渗入土壤深层，形成地下径流。
地下径流的形成受到土壤类型、土壤水分含量、地下水位等因素的影响。
土壤类型不同，其渗透性也不同，影响了地下径流的形成和流动。
土壤水分含量越高，地下径流的量就越大；而地下水位越高，地下径流的量就越小。
地下径流主要通过地下水系统最终流入海洋。
蒸发蒸腾是指降雨后，水分在地表和植被中蒸发的过程。
降雨后，地表和植被上的水分会被太阳照射加热，从而蒸发到大气中。
蒸发蒸腾的量受到气温、湿度、风速等因素的影响。
气温越高、湿度越低、风速越大，蒸发蒸腾的量就越大。
蒸发蒸腾是水循环的重要组成部分，将水从地表返回到大气中，维持了水循环的平衡。
总结起来，主要产流机制包括地表径流、地下径流和蒸发蒸腾。
地表径流是指雨水在地表流动的过程，受降雨强度和地表覆盖情况等因素影响；地下径流是指雨水渗入土壤流动的过程，受土壤类型、土壤水分含量和地下水位等因素影响；蒸发蒸腾是指雨水在地表和植被中蒸发的过程，受气温、湿度和风速等因素影响。
这些产流机制相互作用，共同影响着水文循环和水资源的分配与利用。
了解产流机制的特点和影响因素，对水资源管理和水灾防治具有重要意义。
《采空区特殊下垫面产汇流机制研究及水文模型建立》
《采空区特殊下垫面产汇流机制研究及水文模型建立》篇一一、引言采空区作为一种特殊的地形地貌，其地质结构和地形变化对于水文循环的产汇流机制有着重要的影响。
近年来，随着资源开采活动的增加，采空区的问题日益凸显，对于其下垫面的产汇流机制和水文模型的研究，不仅有助于深入理解采空区的地质特征和水文特性，同时也能为矿区水文地质环境治理和保护提供科学依据。
本文旨在探讨采空区特殊下垫面的产汇流机制，并建立相应的水文模型。
二、采空区特殊下垫面的特点采空区是指由于地下资源开采所形成的空洞区域，其地质结构松散、地势变化大。
特殊下垫面则是指由采空区引发的地面沉降、裂隙、滑移等变化所形成的地面形态。
这些变化不仅改变了地表的自然排水系统，也影响了地表水的流向和汇流速度。
三、产汇流机制研究（一）产流机制在采空区特殊下垫面上，由于地形的变化和地质结构的松散，地表水的产流机制发生了显著的变化。
研究发现在此区域，地表水的产流过程主要受到降雨强度、地形坡度、下垫面材料等因素的影响。
同时，由于采空区的存在，地下水和地表水的交互作用也更加复杂。
（二）汇流机制汇流机制主要研究地表水的流向和汇流速度。
在采空区特殊下垫面上，由于地形的复杂性和地表的松散性，地表水的流向更加复杂多变。
此外，采空区内部的空洞、裂隙等也提供了更多的水体汇集和传输途径。
因此，在汇流机制的研究中，需要综合考虑多种因素的作用。
四、水文模型的建立为了更好地理解和模拟采空区特殊下垫面的产汇流机制，需要建立相应的水文模型。
该模型应包括以下几个部分：（一）模型概述模型应详细描述采空区的地理位置、地形特征、地质结构等信息。
同时，也要明确模型的目的和研究对象。
（二）模型构建在模型构建过程中，应综合考虑降雨、地形、下垫面等因素对产汇流机制的影响。
可以采用分布式水文模型或集总式水文模型等方法进行建模。
其中，分布式水文模型可以更好地模拟地形的复杂性和空间异质性对水文循环的影响。
（三）模型参数确定模型的参数主要包括降雨量、地形坡度、下垫面材料等参数。
水文学第3章第2节流域产流与汇流
式中：rss为壤中径流产流率（mm／min）； rsat为饱和地 面径流产流率（mm/min）； fb为土壤入渗能力 （mm/min）。
17
饱和地面径流产流前提：产流界面－包气 带下界面（或下弱透水层上界面）。 注意：饱和后是地表产流。
11
fA rss
fB
带
12
13
壤中径流产流前提：产流界面－相对不透水层或弱 透水层。
必要条件：供水水源－上层有下渗水（fA)。 充分条件：fA>fB 产生临时饱和带；
侧向动力条件－坡度。 壤中径流产流取决于fA，与雨强不直接相关。
14
(3)地下径流的产流机制:
是指包气带较薄、地下水位较高时的地下水产流机制。 包气带下界面，在均质、非均质或层次性土壤、风化裂 隙中均可发生： 对于均质土壤：
故，影响产流方式的主要因素是下垫面、降 水特征。
24
二、流域汇流分析
1.流域汇流过程与汇流时间 流域汇流过程：流域上各处产生的各种成分的
径流，经坡地到溪沟、河系，直到流域出口的 过程，即为流域汇流过程。
25
净雨量
地表水流
河
网
汇
地下水流
流
槽面降水出流过程 地表水流出流过程
地下水流出过程
（坡地汇流） （河网汇流）
必要条件：供水水源－降水（i）
充分条件：包气带全部饱和（i > fb+rss)
18
上述四种产流机制共同规律：
1）供水：i 、f 2) i > fA 超滲地面径流；fA>fB 壤中径流
产流机制
i fB
Rint
fB
例:如右图,试写出 各部分的产流机制 (只考虑超渗地面 径流和壤中流，A fA/fB 为上层).
A:i< fA ,fA> fB,i< fB RS=0, Rint=0 B: i< fA ,fA> fB,i > fB RS=0, Rint > 0 C: i> fA ,fA> fB,i > fB Rs > 0, Rint > 0 D:RS > 0, Rint = 0 E:RS=0 , Rint= 0 F:RS > 0, Rint= 0 0 1.0 E F 1.0 D i/fB A B C
第三节 包气带对降水的再分配作用
一、包气带水分动态
包气带水分动态指包气带水分含量及水分剖 面的增长与消退过程
上下ห้องสมุดไป่ตู้面 主要原因 表示方式
二、包气带对降雨的再分配作用 1、包气带地面对降雨的再分配作用 筛子作用 2 、包气带土层对下渗水量的再分配作用 门槛作用 三、包气带水量平衡方程式
第四节 产流的基本物理条件
超渗产流：雨强大于下渗容量，且下渗量小于缺水 量；受雨强的影响 蓄满产流：下渗量大于缺水量；不受雨强的影响
产流机制的统一性和相互转化
统一性： 透水性—产流的基本条件 水量平衡方程 相互转换： 气候条件—降雨强度和历时 包气带特征—地形、土壤
第五节 产流模式
一、基本产流模式 1.Rs 型：它具有单一的超渗地面产流机制，它 实际发生的下垫面条件是包气带很厚，透水性 较差的均质或非均质土壤。 2.Rs+Rint 型：它实际发生的下垫面条件是包气 带虽很厚，但在近地面有相对不透水层，土壤 透水性中等，有孔穴，裂隙或其它透水通道。 3.Rsat+Rint 型：多发生在相对不透水层或基岩 以上土层较薄，且土壤透水性较强的山区或森 林流域，久雨之后。
水文学
一、流域产流理论产流过程是指流域中各种径流成分的生成过程，也是流域下垫面对降雨的再分配过程。
产流实质上是流域降水后，水在具有不同的阻水、吸水、持水和输水特性的下垫面土层中垂向运行时，“供水与下渗”一组矛盾相互作用的产物。
有供水而无下渗，例如，雨水降在全不透水的岩石面上，并不构成矛盾，没有产流问题，只有汇流。
有供水有下渗，则不仅存在产流问题，同时也存在不同成分的径流生成问题和不同量的时间分配问题。
供水与下渗的矛盾贯穿于整个产流过程中，它不仅时间上自始至终，而且在空间上贯穿于整个包气带和整个流域。
（一）产流机制水在沿土层的垂向运行中，供水与下渗矛盾在一定介质条件下的发展机理和过程，称为产流机制。
不同的供水条件和不同的介质条件，径流的形成过程与机理各异，因而就出现不同的产流机制，呈现不同的径流特征。
1.超渗地面径流的产流机制是指供水与下渗矛盾发生在包气带上界面（地面）的产流机制。
地面径流的形成过程是在降雨、植物截留、填洼、雨期蒸发及下渗等几个过程组合下的发展过程。
它们都是在相应的作用力下垂向运行的过程。
应当指出：同一种土壤情况下，土壤干燥时，下渗能力强，产生超渗降雨所需的降雨强度也大。
土壤湿润时，下渗能力小，产生径流所要求的降雨强度也小。
在同一降雨强度下，由于先后土壤含水量的变化，地面径流的产流率是不同的，在同一下渗能力下，尽管降水量相同，如果雨强不同，所产生的径流量也是不同的。
综上所述，超渗地面径流产生的前提条件是：产流界面是地面（包气带的上界面）；必要条件是要有供水源（降水）；充分条件是降雨强度要大于下渗能力。
三者都具备才能产生超渗地面径流。
2.壤中径流的产流机制壤中径流发生于非均质或层次性土壤中的透水层与相对不透水层界面上，它可以发生在饱和水流情况下，也可以发生在非饱和水流情况下，一般前者是主要的，是形成洪水径流的主要部分。
假定在稳定的供水情况下，下垫面为两种不同质地的土壤所构成，上层为粗质地土壤，下层为相对较细的土壤层，则上层容重小于下层，而上层的毛管传导度、饱和传导度及下渗率均大于下层。
水文预报 第二章 流域产流
地下水埋深
地下水埋小的，潜水位经常保持在毛细管作用 范围内，则土壤含水量能持久地得到补充，蒸发 均匀；反之，地下水埋深大，则蒸发率减小的变 化幅度大。
16
影响土壤蒸发的因素
土壤结构
团粒结构的土壤，蒸发量小；非团粒结构的土壤 ，蒸发量大。
土壤色泽
土壤色泽改变土壤表面反射率，从而影响蒸发 。土壤颜色愈深，蒸发量愈大。棕色土壤的蒸发 量比白色的大19％，黑色土壤的蒸发量比白色的 大32％。
21
流域蒸发能力的确定
因此，水面蒸发折算系数为改进后的E601型蒸 发器的蒸发量与其它蒸发仪器观测的蒸发量的比 值：
E E 601 Kc E器
实际计算中，水面蒸发折算系数的取值常按不 同时段（月、年、冰期、汛期、非汛期等）来划 分。
22
流域蒸发
三、流域蒸发量推求 流域蒸发量计算方法有两类：水量平衡法；模 式计算法。 （一）水量平衡法 根据降水、径流、流域蓄水量变化等资料估算 总蒸发量。 在资料充分而可靠的条件下，推求多年平均总 蒸发量，精度较高。但随着计算时段的缩短，运 用这种方法，要正确给定时段始末的流域蓄水量 是有困难的。
退水曲线的方程 Q Q0 e t / K
Q0 起退流量
K 流域水流平均汇流时间。
36
退水指数方程
Q
Q0
Qt
t
退水曲线 或 退水曲线
Qt 1
Qt t Qt e t / K C g Qt
C g 流量消退系数。
37
退水指数方程
求流域退水曲线的方法—最小二乘法： step1、选定 t ，在多场实测流量过程的退水 Qi 段上取n对流量（ Q i 、 ），i 1,2, L , n 。
第九章 单点产流 水文学原理课件
fA/fB
流).
• A:i< fA ,fA> fB,i< fB RS=0, RSS=0
A
B
• B: i< fA ,fA> fB,i > fB
C
RS=0, RSS > 0
• C: i> fA ,fA> fB,i > fB
1.0 E
Rs > 0, RSS > 0 • D:RS > 0, RSS = 0 • E:RS=0 , RSS= 0
式中W(t)、W(0)—为该层t
时刻与起始时刻的含水量。
rss —为壤中径流的产流率。
i› fB
产生条件：
• 要有供水（fA）。
fA
Rss
• 要有界面，即A~B层交界
面，fA‹fB。 • 供水强度大于fB 。
fB
fB
• 形成临时饱和带。
• 例:如右图,试写出各部
分的产流机制(只考虑 超渗地面径流和壤中
f
二、壤中径流的产流机制—RSS机制
壤中径流的产流
是发生与非均质或
层次性土壤中易透
i› fB
水层与相对不透水
层交界面上的产流 fA
Rss
机制。
fB
fB
A,B界面以上的水量平衡方程式:
t
t
t
1) i > fA W tW 00fAd t0fBd t0rsd s t
2) fA > i> fB W tW 00 tid t0 tfB d t0 trsd s t
一、超渗地面产流机制—RS机制
1. 超渗地面产流机制是指供水与下渗矛盾发生 于包气带上界面的产流机制。
t
7.2.1产流机制水文学概论
壤中流产流机制
产流机制
当地下水埋深较浅，包气带厚度不大，土壤透水性较强时，在连续降雨过程中， 下渗锋面达到毛管水带上缘，这时表层影响土层与地下水建立了水力联系，同 时包气带含水量超过了田间持水量或接近饱和，产生自由重力水而补给地下水， 于是便产生地下径流。
下径流产流机制
产流机制
回归流原先为壤中流，后又渗出地面而变成饱和地面径流的成 分。（非原生径流成分，派生出来的）。
相对不透水层
在天然条件下，一般是具有一定坡度的坡地。坡脚处，由于不断接受上部土壤壤中流而使水面上升达 到地表，并沿坡向上延伸，形成沿坡饱和层的不均匀分布。坡脚底部经常处于饱和状态，而坡顶相对 干燥。饱和带达到地表部分的坡地，后续降雨便产生了饱和地表径流。还有部分地表以下的壤中流， 有一部分在已饱和的坡面上渗出，以地表径流的形式加入坡面流或注入河槽，这种水流称为回归流。
ห้องสมุดไป่ตู้
产流机制
表层土壤具有很强透水性，下层相对不透水层， 雨强大于下渗容量，产生临时的饱和带，这个临时 饱和带随着降雨不断向上发展，最终达到对面，后 续的降雨积聚在对面，形成地面径流。
饱和地表径流
产流机制
壤中流的产流发生于非均质或层状土壤中易透水层与相对不透水层交 界面上的产流机制。
壤中流是土壤水分在这类土壤中运行时，供水与下渗矛盾在界面上发 展的直接结果。这类具有层理的土层，在自然界广泛存在着，如林区 的枯枝落叶腐殖质层，石质山区的风化表土层、密实结构土壤的耕作 表层等，都比其下层的透水性强，下层土壤即为相对不透水层，交界 面上及易形成壤中流。
回归流产流机制
产流机制
产流机制的名词解释
产流机制的名词解释产流机制是指水在地表流动的过程中所涉及的各种过程和因素。
它是水文学中重要的研究内容，对于深入理解水文循环和水资源管理具有重要意义。
一、产流机制的基本概念和分类产流机制是指在降雨过程中，降雨水分在地表径流和地下径流之间的分配过程。
产流机制可根据不同的因素进行分类，主要包括表面径流和地下径流两类。
1. 表面径流：表面径流是水在地表流动的过程中受到地形因素的影响，沿着地表地形坡降流动，并最终汇入河流、湖泊或海洋。
表面径流又可分为快速产流和慢速产流两种。
快速产流是在雨滴落在地表后，流经微地形凹陷和裂隙、脚手坑等，形成大量的微型沟道，迅速流入干沟或小河道的过程。
快速产流主要发生在降雨强烈、地表土壤较硬且水分渗透较差的地区。
它具有瞬时性强、产流响应迅速的特点。
慢速产流则是在快速产流饱和之后，剩余雨水在地表上慢慢渗透进入土壤层，并在土壤层中形成水流。
慢速产流主要受土壤渗透性和土壤水分吸力等地下水动力学因素的影响，对农田和林地水文循环具有重要影响。
2. 地下径流：地下径流指降雨水分在土壤中逐渐渗透至不透水层之间并向下流动，最终汇入地下水体的过程。
地下径流主要受土壤类型和厚度、地下水位、地下水含量等因素的影响。
二、产流机制的形成原因产流机制的形成原因复杂多样，主要包括以下几个方面的因素。
1. 降雨特征：降雨的强度、分布和持续时间等降雨特征对产流机制具有重要影响。
降雨过程中的强度越大，地表产流的可能性越高，特别是在地表土壤无法有效渗透的条件下。
此外，降雨的分布和持续时间也会影响地表水分的积聚和径流的形成。
2. 地表地貌和植被覆盖：地表地貌的起伏和植被的分布对产流机制起到重要的调控作用。
地表地貌的起伏程度越大，产流的可能性越高。
植被覆盖能够通过增加土壤的覆盖度和改善土壤的渗透性，减少快速产流的发生。
3. 土壤类型和土壤含水量：土壤类型和土壤含水量对产流机制有着重要影响。
不同类型的土壤具有不同的渗透性能，而土壤含水量过高或过低都会导致产流机制的改变。
水文学原理第8章
包气带蓄水量变化量 ΔW = W2 - W1
包气带水量平衡方程 W F E 2R sbR g
包气带水量平衡方程
包气带蓄水量的变化 WW2W1
总蒸发量 EE1E2
地表处水量平衡 PFRsE1 下渗水量的转换 FE 2R sbR g W
上两式相加
W P E R s R s b R g
总径流量中各种径流成分是如何发现的？
在图上得到 有多个转折点的连续折线段， 这些折线段代表不同退水速度的成分水流。
可以推理： 有不同成分的径流在时间上是先后形成的， 它们的产流速度不同及 来源不同， 从而构成了河道断面的总水量。
为何在涨水段没有这种明显的现象？
涨水阶段的 洪水过程线陡升， 涨水部分绘在单对数纸或双对数纸上， 没有明显的流量变化转折点。
河网汇流阶段: 净雨水量再沿着各级干支流的河槽, 从上游向下游汇集到 流域出口断面的过程。
提示：下面讲述思路
1. 为何有四种径流成分， 四种径流成分如何在洪水过程线中体现出来？
2. 详述各种径流类型的产生机制 3. 介绍霍顿传统产流观点，
总结霍顿产流观点的局限性 4. 再介绍基于霍顿产流认识的产流理论发展历程
第八章 产流机制
1. 包气带水量平衡 2. 产流过程概述 3. 产流机制 4. 单点产流类型与单点产流模式
P94 公式8-11，，少下标 “sb” rsat =i-rsb-fBC
8.1 包气带水量平衡
1. 什么是包气带 、水分带结构、潜水 2. 包气带分层及分层内水分运动特征 3. 为何先讲包气带水量平衡 4. 包气带不同层位的水量平衡
考察某时段内，包气带的水量平衡要素
P E1+E2
地面
坡面产流机制
• 产流部分：有多少降雨称为暴雨水文过程；
（难点）
地表径流 地下径流
• 径流演进部分（汇流）：形成暴雨水文过程的形态。 （考虑时间上的分布）
径流形成过程：自降雨开始到水流汇集到 流域出口断面，形成径流的那部分水量即为产流 量，以mm计； • 降雨损失包括：植物截留，下渗（主要、复杂），填 洼和蒸发；
(c)蓄满坡面漫流 （Cappus,1960;Dunne,1970）
• 地表径流产生在具有高低表下渗能 力的土壤上； • 产生地下径流；
(d)地下暴雨径流 （Hursh,1936;Hewlett,1961）
• 土壤严重风化，高下渗能力； • 径流限制于河槽中； • 受地下响应控制；
山坡对降雨响应过程机制的分类
山坡对降雨响应的过程机制的分类
(a)超渗坡面漫流（Horton,1933）
• 径流是整个山坡上超渗机制产生；
(b)部分区域超渗坡面漫流 （Beston，1964）
• 局部区域产流； • 下渗能力随土壤湿度增加逐减； • 坡脚处湿度较大，地表径流产生于河 槽附近，向坡上延伸；
山坡对降雨响应过程机制的分类
水文过程主要由Horton地 表漫流产生，地下暴雨径 流作用较为次要 陡而直的山 坡：深厚、 高渗透性土 壤；窄谷底
地 形 与 土 壤
水文过程主要由表面暴雨径流产生， 洪峰流量由回归流和直接降雨产生
干旱及半干旱气候；植被 稀疏或受人类活动影响 气候、植被及土地
湿润气候；植被茂 密
同位素示踪认知水文过程
蓄满产流（1960.Cappus&1970.Dunne）
• • • •
常发生在南方湿润地区或北方多雨季节，平原区； 不仅产生地表径流，也产生地下径流； 因降水使土壤包气带和饱水带基本饱和而产生径流； 模型表示：R=P-(wm-wo) R:已经降雨径流量，P：一次降雨总量， wm:包气带蓄水容量，wo:降雨前包气带蓄水量
产流机制
(三)影响植物截留的因素 三 影响植物截留的因素
一类是植物本身的特性，如树种、树龄、 一类是植物本身的特性，如树种、树龄、林冠 植物本身的特性 厚度、茂密度等 厚度、茂密度等。 另一类是气象、气候因素，如降雨量、降雨强 另一类是气象、气候因素， 降雨量、 气象 度、气温、风和前期枝叶湿度等。 气温、风和前期枝叶湿度等。
25
生物在土壤形成中的作用
生物是促进土壤发生发展的最活跃的因素。 生物是促进土壤发生发展的最活跃的因素。通过生物 的循环，才能把大量的太阳能纳入成土过程， 的循环，才能把大量的太阳能纳入成土过程，才能使 分散于岩石圈、水圈和大气圈的多种养分物质聚集于 分散于岩石圈、水圈和大气圈的多种养分物质聚集于 土壤之中，才能使土壤具有肥力并使之不断更新。 土壤之中，才能使土壤具有肥力并使之不断更新。因 此，成土过程实质上就是母质在一定条件下为生物不 断改造的过程。没有生物的作用便没有土壤的形成。 断改造的过程。没有生物的作用便没有土壤的形成。 尤其是陆生植物与土壤彼此之间具有一定的从属性。 尤其是陆生植物与土壤彼此之间具有一定的从属性。
30
按照裂隙的含水性和导水性，又可分为开裂隙、 按照裂隙的含水性和导水性，又可分为开裂隙、闭裂 含水性和导水性 开裂隙 隙和隐裂隙三类 三类。 隙和隐裂隙三类。 开裂隙上下相连通，因而具有较好的含水性和导水 开裂隙上下相连通，因而具有较好的含水性和导水 较好 性。 闭裂隙存在于岩石之中，上下不相通， 闭裂隙存在于岩石之中，上下不相通，不具有导水 性。 隐裂隙则由于裂隙极细，所以也不具有含水性和导 隐裂隙则由于裂隙极细，所以也不具有含水性和导 不具有 水性。 水性。
18
(三) 洼地分配曲线 三
为流域上的洼地蓄水 设S为流域上的洼地蓄水 为流域上的 深。a表示蓄水深小于等 表示蓄水深小于等 于s的洼地的面积占流域 的洼地的面积占流域 面积的比重， 面积的比重，则a与S必 与 必 存在正变函数关系， 存在正变函数关系，即S 增大时， 也必增大 也必增大， 增大时，a也必增大，
水文学原理-第八章
第二节
6、包气带为零时的产流
产流机制
不透水基岩出露地面、河流湖泊沼泽、城市道路、屋面和飞 机场跑道等，均可认为是包气带厚度等于零的情况。当包气 带厚度为零时，其表面的下渗容量为零，因此只要满足降雨 强度大于蒸发强度，就产流
Rd (i e)dt
i e
在不透水面积上形成的径流称为直接径流
全流域产流极其罕见，一船只是在流域的局部面积上产流
第二节
二、产流机制
产流机制
1.超渗地表径流（Rs）的产流机 制
超渗产流机制：供水与下渗矛盾发生于地表（包气带上界面）的产流
机制
Rs (t ) idt in dt edt Sd dt fdt
0 0 0 0 0
t
t
t
o 0
t
t
非均质土层水量平衡方程
W (t ) W (0) f c dt rg dt rss dt
o 0 0
t
t
t
第二节 4、饱和地面径流（Rsat）
产流机制
问题的提出
对于表层透水性很强的包气带，由于地面的下渗容量很大，一 般的降雨难以超过它而形成超渗地面径流，但还有地面径流现 象发生，原因何在？
退过程
包气带水分的增长：来源于上界面的降水（或灌溉）和下界 面的地下水补给。上界面的降水是土壤水分增长的主要原因，
并通过下渗作用补充土壤水分，按照下渗理论，地下水的补
给量
I f p t it
i f p i f p
第一节
包气带的水文特征
包气带水分的消退：包气带水分的消退发生在它的上、下界面，上 界面的蒸散发是包气带水分消退的主要原因，主要取决于气象条件 和土壤含水量
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2 、包气带土层对下渗水量的再分配作用 门槛作用
三、包气带水量平衡方程式
第四节 产流的基本物理条件
一、霍顿产流理论（4个图件）
降雨产流受控于两个条件：
超渗地面径流Rs产生的物理条件：雨强大于下 渗能力
地下水径流Rg产生的物理条件：整个包气带土
壤含水量达到田间持水量
二、壤中流Rint
1、层次包气带的情况 产生的物理条件： 包气带中存在相对不透水 层，并且上层土壤质地比 下层粗 至少上层土壤的含水量达 f A 到田间持水量 2 、土壤质地渐变的包气带 的情况 fB 形成壤中流的界面不是固 定的，随雨强变化而变化。
第五节 产流模式
一、基本产流模式
1.Rs 型：它具有单一的超渗地面产流机制，它 实际发生的下垫面条件是包气带很厚，透水性 较差的均质或非均质土壤。
2.Rs+Rint 型：它实际发生的下垫面条件是包气 带虽很厚，但在近地面有相对不透水层，土壤 透水性中等，有孔穴，裂隙或其它透水通道。 3.Rsat+Rint 型：多发生在相对不透水层或基岩 以上土层较薄，且土壤透水性较强的山区或森 林流域，久雨之后。
植物截留量的推求方法：截留量和蒸发量
二、填洼
洼地、填洼量 填洼过程 最终消耗于下渗和蒸散发 填洼曲线
第二节 包气带及其结构
一、包气带和饱和带
包气带（非饱和带）： 土壤颗粒、水分、空气
三相系统。
饱和带：土壤颗粒、水 分二相系统 包气带划分三层； 影响土层-毛管悬着水带
二、包气带结构
4.Rs+Rg 型：包气带中等或薄，下有地下水。土 层为均质，透水性较差。
5.Rsat+Rg 型：条件基本同 4 ，但土壤透水性强。
6.Rint+Rg 型：包气带中等以上厚度，土壤透水 性强，有裂隙或孔洞等。
7.Rint 型：中等厚度的均质强透水层，下有基岩； 土壤有孔洞，根穴,裂隙等。
何谓超渗产流和蓄满产流？ 它们的主要区别是什么？
超渗产流：不管土壤含水量是否达到田间持水 量，只要雨强大于下渗容量就产生地面径流。 蓄满产流：指一次降水过程中，当包气带的含 水量达到田间持水量以后才产流，且以后的有 效降雨全部变为径流。 二者的区别在于：
超渗产流：雨强大于下渗容量，且下渗量小于缺水 量；受雨强的影响 蓄满产流：下渗量大于缺水量；不受雨强的影响
8.Rs+Rint+ Rg 型：包气带厚度中等，有层次土 壤，透水性中等。 9.Rsat+Rint+ Rg 型：包气带厚度中等，有层次土 壤。
二、次降雨—径流关系
只有超渗地面径流 只要总径流中包含地下径流 总径流中包含壤中流而不包含地下水
超渗产流：受雨强的影响 蓄满产流：不受雨强的影响
第八章 产流机制
截留与填洼 包气带对降水的再分配 产流的基本物理条件 组合产流类型和基本产流模式
第一节 截留和填洼
一、植物截留
定义：降雨在植物枝叶表面吸着力、承托力和水分重力、
表面长力等作用下储存于枝叶表面的现象。
影响因素：植物特性；气象、气候因素 植物截留与降雨强度的关系特点：
初期-无关，雨强-相应稳定截留量，最大截留量
且上层土壤透水性很
强，下层相对很弱
上层土壤含水量达到 饱和含水量
rint
fB
四、回归流
回归流是指壤中流渗出地面的那部分水流。
产生条件： 山坡上壤中流比较发育。 土壤饱和达及地面。 要具有利于其渗透出的坡度及地形 或地质构造。
产流机制的统一性和相互转化
统一性： 透水性—产流的基本条件 水量平衡方程 相互转换： 气候条件—降雨强度和历时 包气带特征—地形、土壤
i› fB
Rint
fB
例:如右图,试写出 各部分的产流机制 (只考虑超渗地面 fA/fB 径流和壤中流，A 为上层).
A:i< fA ,fA> fB,i< fB RS=0, Rint=0 A B C 1.0 0 E F
B: i< fA ,fA> fB,i > fB RS=0, Rint > 0
1、土壤结构：溶提层，淀积层，土壤母 质层，基岩 2 、特殊包气带：岩石裂隙和溶隙结构、 冻土包气带
第三节 包气带对降水的再分配作用
一、包气带水分动态
包气带水分动态指包气带水分含量及水分剖 面的增长与消退过程
上下界面
主要原因
表示方式
二、包气带对降雨的再分配作用 1、包气带地面对降雨的再分配作用 筛子作用
C: i> fA ,fA> fB,i > fB
Rs > 0, Rint > 0
D
D:RS > 0, Rint = 0 E:RS=0 , Rint= 0
1.0
i/fB
F:RS > 0, Rint= 0
三、饱和地面径流Rsat
产生的物理条件：
i fA
全层饱和 A B
rsat
存在相对不透水层，