流域产流过程及其方式有哪些
第2-2章-流域产流
WM ' b WM ' ) d (1 ) WMM WMM
WMM WM ' b 1 WMM (1 ) | 0 1 b WMM
WMM 1 b
流域蓄水容量曲线
2.6 蓄满产流
降雨产流量计算(蓄满) P分布均匀
第1个时段： 初始土壤含水量W01=0；蒸发量 E1；降雨量P1 R1、I1、 1 第2个时段： 初始土壤含水量W02= I1 ；蒸发 量E2；降雨量P2 R2、I2、 2 WMM有上限，降水总量达到 一定深度后全流域产流。
0
1.0
代入蓄水容量曲线 可得0
1 (1
WM ' b ) WMM
2.6 蓄满产流
降雨产流量计算(蓄满) 当A+PE<WMM时（局部产流）
A PE
当A+PE>WMM时（全流 域产流）
R dPE
A PE
A
(1 )dWM '
R PE (WM W0 )
A W0
0
1.0
2.6 蓄满产流
降雨产流量计算(蓄满)
WMM
同 WM
A
0
(1 )dWM '
WMM 1 b
WM' WMM
W0 (1 ) dWM '
0
(1
0
A
WM ' )dWM ' WMM
A W0
WMM WMM A (1 )b 1 1 b 1 b WMM WMM A [1 (1 )b 1 ] 1 b WMM A WM [1 (1 )b 1 ] WMM W0 b1 A WMM [1 (1 ) 1 ] WM
《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）。
流域产流过程及其方式有哪些
流域产流过程及其方式有哪些试题流域产流过程及其方式有哪些？我国南北方流域产流过程及其方式有哪些不同？Horton产流理论1935年，Horton指出，降雨强度(i)超过地面下渗能力(f p)和包气带缺水量(D)得到满足，即下渗到包气带中的水量(I)与其蒸发量(E)之差超过其缺水量(D)，是产流的基本物理条件。
Horton断言1.当i≤f p，I-E≤D时，无径流产生，河流处于原先的退水状态。
2.当i＞f p，I-E≤D时，河流出现尖瘦且涨落洪段大致对称的洪水过程线，它是由单一的地面径流形成的。
3.当i≤f p，I-E＞D时，河流出现矮胖且涨落洪段大致对称的洪水过程线，它是由单一的地下径流形成的。
4.当i＞f p，I-E＞D时，河流中将出现涨洪快速，落洪缓慢、具有明显不对称的洪水过程线，它是由地面和地下两种径流成分混合而成的。
Horton产流理论阐明了均质包气带情况下超渗地面产流和地下水产生的物理条件，为我国在60年代提出蓄满产流和超渗产流奠定了理论基础，并成为二水源新安江流域水文模型划分地面、地下水的依据。
Horton产流理论不能解释的情况：径流中多于两种成分的存在；在下渗能力很大的地方，即使降雨强度不够大，也可以观测到地面径流现象。
山坡水文学产流理论70年代初，Kirby等人提出。
该产流理论认为：在两种透水性有差别的土层重叠而形成的相对不透水界面上可形成临时饱和带，其侧向流动即成为壤中径流；如果该界面上土层的透水性远远好于其下面土层的透水性，则随着降雨的继续，，这种临时饱和带容易向上发展，直到上层全部达到饱和含水量，这时如仍有降雨补给，则将出现地面径流现象，这种径流称为饱和地面径流。
山坡水文学产流理论是对Horton产流理论的重要补充，并成为日后新安江流域水文模型由二水源发展到三水源的理论动力，是其划分地面水、土壤水和地下水三种水源的理论依据。
流域产流过程及方式产流过程是流域中各种径流成分的生成过程，也就是下垫面对降雨的再分配过程。
流域产流
41
42
第三节 流域产流计算
一、流域产流方式 1.超渗产流：
超渗产流方式遵循超渗地面径流产流方式。超渗产流主要发生 在地下水埋藏深，包气带厚度大，土壤透水性差植被也较差的丘陵 区或干旱地区。
Rs (i f )
i 0
i n
2.蓄满（饱和）产流： 地表、壤中、地下径流，蓄满前不产流，蓄满以后全产流。 此产流方式多发生在包气带较薄、植被较好，土壤透水性强，下渗强 度大的地区。其特点是土壤比较湿润，且接近地下水面有毛管水带，土壤 层缺水量较小。一次降水下渗锋面很容易与毛管水建立水力联系，包气带 很容易达到饱和。
6
第二节
产流的基本物理条件
一、传统的产流观念（霍顿Horton观念,1933年） • 径流过程是由两种径流成分所组成。 • 一旦降雨强度超过下渗能力，则在全流域 产生地面径流。 • 地下径流产生的物理条件：整个包气带土 壤含水量达到田间持水量。
7
8
Rs＝0，Rg=0
Rs>0，Rg＝0
Rs＝0，Rg>0
• 则 rsat= i-(rint+fB)
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5.四种产流机制的规律
（1）要有充分供水 （2）要有足够大于下渗率的供水强度 （3）对壤中流和地下径流必须产生临时饱和带，对饱和地 面径流则要全层饱和。 （4）要有侧向流动的水力坡度 （5）几种径流产生在饱和带几个界面上，上界面产生地面 径流，中界面产生壤中流和地下径流，下界面产生地下径 流。
河流流域的水循环与水资源管理
河流流域的水循环与水资源管理河流是自然界中水循环的重要组成部分，它承载着生态系统的稳定运行和人类社会的发展。
河流流域的水循环是指水从大气中蒸发，形成云，通过降雨、融雪等形式返回地表，最终通过河流流入大海。
水循环的畅通与否直接关系到流域的水资源管理，而水资源管理的有效与否则决定着流域的可持续发展。
因此，深入了解河流流域的水循环过程以及采取合理的水资源管理措施显得尤为重要。
一、水循环的过程水循环是一个复杂的过程，可以分为蒸发、降雨和径流三个阶段。
首先，水由地面蒸发成为水蒸气，形成云。
蒸发过程主要由太阳能和地面的热量提供能量，当达到一定的湿度和温度条件时，水蒸气凝结成云，形成降水的条件。
接着，云中的水滴不断增长和凝结，形成降雨。
降雨是水循环中最直接的形式，也是流域水资源的重要补给源。
降雨的量和频率直接影响着流域的水资源供需平衡，对于农业、工业和城市用水等方面都有重要的影响。
最后，降水过后的水分以河流水系、湖泊和地下水形式聚集成径流。
径流是流域内地表和地下水水文循环的结果。
有效地管理和利用径流水资源对于流域的生态平衡和社会经济发展至关重要。
二、流域管理的挑战河流流域的水资源管理面临着许多挑战。
首先，气候变化对流域的水循环和水资源供应产生了巨大的影响。
全球变暖导致了降雨分布的不均衡，给流域带来了干旱和洪涝等极端天气现象的增加。
其次，人类活动的影响也对流域的水系统造成了巨大的压力。
大规模的城市化和农业发展导致了水资源需求的急剧增加，水污染和水土流失等问题也严重威胁着水质和水环境的改善。
再者，不同流域之间的水资源分配不均也增加了流域管理的困难。
跨境河流的管理和合作是一个世界性的难题，需要各国共同努力来实现水资源的合理开发和利用。
三、合理的水资源管理措施为了有效管理流域的水资源，我们应采取一系列的措施。
首先，建立完善的水资源监测与评估体系，对流域的水循环和水资源供需现状进行全面了解，及时评估水资源的可持续性。
同时，加强水资源保护和生态修复工作，改善流域的水环境质量，提高生态系统的可持续性和抗干旱能力。
流域产流 ppt课件
11
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2.2 产流机制分析
超渗产流
当降雨强度大于下渗率时，产生地面 径流。下渗的水量不能满足包气带缺 水量，没有或基本没有地下径流
蓄满产流
渗入地面以下的降水在满足土壤缺水 后，形成地下径流，比例大
地面径流汇集过程运动在地面，汇集 地下径流汇集过程运动于土壤空隙中，
速度快，运动路径短，受流域调蓄作 流速小，运动路径长，受流域调蓄作
用小，Q~t线呈陡涨陡落，形状尖瘦， 用大，形成的Q~t线呈缓涨缓落，时
对称性好。
间上滞后地面径流，形状不对称。
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2.2 产流机制分析
形状不对称系数CS－定量描述洪水过程线的对称性
流量过程线转化为总量为1的比例过程线
CS qt (t tB )3 ( qt (t tB )2 )3 2
冠层截留
地表调蓄 河
土壤调蓄
网 调
蓄 地下调蓄
径流
河流 3
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2.1 概述
流域产流计算的意义：
① 流域产流计算是由降雨量直接计算流域出口断面的径流量 ，较河段洪水预报（根据河段上断面的水位或流量，推求 下断面的水位或流量）来说，预见期长。
② 当河段上、下断面区间面积较大时，为了提高洪水预报精 度，考虑区间降雨径流的影响，也常用降雨产流计算方法 处理；
第2章 流域产流
1
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第二章 流域产流
2.1 概述
2.2 产流机制分析
2.3 流域蒸发
2.4 实测径流分析
2.5 降雨径流相关法
2.6 蓄满产流
2.7 超渗产流
2.8 混合产流
2
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2.1 概述
流域径流形成过程
2.5、蒸散发
（2）土壤蒸发
指在自然条件下，土壤保持的水分从液态转化为气态逸出土壤进 入大气的物理过程。湿润的土壤蒸发过程一般可以分为三个阶段
气象条件 影响因子 土壤含水量 无影响
含水量大 含水量小
含水量很小
2.5、蒸散发
（3）植物蒸发
在植物生长期，水分通过植物的叶面和枝干进入大气的过程，又称蒸腾
2.4、下渗
(4)地下水——地下水的特征
两者对比
第二章 流域径流形成过程
2.1、概述 2.2、河流与流域
主要内容
2.3、降水
2.4、下渗
2.5、蒸散发
2.6、径流
2.5、蒸散发
2.5、蒸散发
蒸散发是水文循环中自降水到达地面后由液态或固态转化为水汽 返回大气的阶段。
陆地上一年的降水 约66％通过蒸散 发返回大气，由此
土壤含水量
又称为土壤湿度，它表示一定量的土壤中所含水分的数量。
实际工作中．为了便于同降雨、径流及蒸发量进行比较与计算，将 某个土层所含的水量以相应水层深度来表示土壤含水量，以mm计 水分常数（6个） (1)最大吸湿量：在饱和空气中，土壤能够吸附的最大水汽量称为 最大吸湿量。它表示土壤吸附气态水的能力。 (2)最大分子持水量：由土粒分子力所结合的水分的最大量称为 最大分子持水量。薄膜水厚度此时达到最大值。
气孔是植物蒸腾失水的“门户”，也是气体交换的“窗口”。它是由一 对半月形的细胞——保卫细胞围成的空腔。奇妙的是保卫细胞的形状是 能够调节的，气孔既能张开，又能闭台。
2.5、蒸散发
（4）流域总蒸发
流域总蒸发包括水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发和 植物散发。但由于下垫面情况非常复杂，所以流域总蒸 发量通常综合估计，常用的方法有水量平衡法;如建立流 域多年平均水量平衡方程：
水文学原理 CH9 流域产流
第Ⅰ类
第Ⅱ类
Rs+Rint+Rg
第Ⅲ类
Rs
第Ⅳ类
冲积平原
Rsat+Rg
流量过程线上的主要尖峰都是由槽面降水形 成的直接径流（Rs） ，或者由逐步扩大的 饱和地面径流（Rsat）所造成的，而过程线 总量则主要是由壤中水径流（Rint）组成 的。
第三节 流域产流特征分析
一个大流域是由许多小流域构成的，而小流域又是由更 小的集水单元(山坡流域)所组成的。由于流域内地形地貌、 地质条件、植被类型、土壤类型、包气带厚度、地下水埋 深、土壤湿度及降雨等存在差异，所以流域各点的产流特征 必然存在差异。流域产流的特点： 流域产流由不同的产流模式组成； 流域中占主导地位的产流模式决定了流域产流的基本特征； 在一定条件下，非主导产流模式可以转化为主导型产流模 式。
A1 A2 A3
A6
A5
A4
三、水源划分 前面所求的为总径流量R：R=Rs+Rg 。这里所 讲的是两水源划分方法。 地面径流和地下径流汇流的规律是不相同的。 因此，由已知 PE 求得径流量 R 后，还需再分成地 面和地下两部分，以便进行汇流计算。 按照蓄满产流模型：产流面积上，包气带缺水 量已经满足，产流量 R 按稳定下渗率 fc 下渗，下 渗的水量形成地下径流 Rg ，超过稳定下渗率的部 分形成地面径流 Rs 。（只有在产流面积上才有地 下径流产生）
流域产流特征可从以下几方面进行分析： 1、分析流域的气候及下垫面特征
长年气候干燥的流域，常以超渗模式产流； 长年气候湿润的流域，常以蓄满模式产流。 若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋 深大，则常以超渗方式产流； 若下垫面土壤颗粒较粗、结构疏松、植被好，地下水位 高，则常以蓄满方式产流； 我国长江以南的绝大部分地区，属典型的蓄满产流 区；西北干旱地区的一些内陆河流，属典型的超渗产流 区；其余地区属于混合产流区。
中国科学院地理科学与资源所水文学历年考博真题
水文学试题一一、 简答题1．流域产流过程及其方式有哪些？2．何为流域的蒸发能力？干旱和湿润地区的实际蒸发和蒸发能力之间有什么联系和区别？3．研究流域水文过程有哪些新技术方法？4．影响径流形成的主要因素有哪些？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？5．如何理解水资源可再生（可更新）性？其意义是什么？二、论述题1．试述流域水文循环过程及其科学问题。
2．简述流域水文模型的类型及其应用问题。
3．试述河川径流中的基流分割主要方法及研究基流的意义。
4．试述水量转化及其在水资源评价中的应用。
5．论述中国水资源开发利用问题及其对策。
水文学试题二水文学（5选4）1.你认为生态水文学的科学问题有哪些2.水文学的基础理论问题3.水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？4.径流形成的基本原理及其影响条件5.水文学与水资源学的关系水文学试题三1 我国南北方流域产流过程及其方式有哪些不同？2 实际蒸发与蒸发能力之间有什么联系和区别，如何计算？3 影响下渗的因素由哪些？4 分析流域地下水的补给来源、地下水径流、地下水排泄，以及地下水动态的影响因素？5 如何理解湖泊、沼泽的水量平衡与调节作用？6 论述流域水文模型的类型及其特征？7 论述流域水文循环和水量转化过程及其在水资源评价中的应用？8 试述人类活动的水文效应及其研究方法？9 论述题：论述中国水资源的时空分布特点及其开发利用对策？2007名词解释：水力半径；达西定律；彭曼公式；河流断面流量及测定问答流域水文模型分类21世纪中国水资源问题及对策径流形成的影响因素水文学考得比较广。
全是大题（6选5，或7选6），你注意一下以下几个方向：地质水文过程，径流过程，生态需水（去年考过），SPAC（去年考过），气象方面的水文内容。
2009年一、论述题（5选3）1.流域水文循环过程及其科学问题2.水文模型的类型及其应用3.气候变化及人类活动如何影响径流形成4.从森林对径流的影响分析植被与水的关系5.生态需水量二、简答题1. 地表水水质的分类标准2. 水资源量评价中的天然流量系列3. 确定蒸散发量的方法4. 曼宁公式5. 灌溉定额、灌水定额？。
第八章 流域产流
第一节
包气带的水文特征
产流部分
产流部分为土壤含水量超过田间持水量后，以自由重力水形式有 包气带输出的水量
Tp F ( f 0 )
Tp Rss Rg
第二节
包气带的水分运行
垂向运动：包括降水、植被截留、填 洼、下渗、蒸发以及土壤水分运动
侧向运动：包括坡面流、壤中流、地
产生超渗流的条件
• 要有供水 • 降雨强度大于下渗强度
第三节 2. 壤中流的产流机制
产流机制
壤中流产流机制：包气带中存在透水性不同，且下层比上层透水性小的
层理分布土壤交界面；上层向界面上的供水强度大于下层下渗强度；界
面上产生的积水，形成临时饱和带，界面还需具备一定的坡度
K A KB
Ks , A Ks , B
第二节
包气带的水分运行
四、流域径流过程特征及其径流成分关系
1.流域对降水的再分配功能
径流成分分配 径流时程分配
第二节
包气带的水分运行
2.径流成分不同时流量过程线的特点
第三节
一、霍顿产流理论
产流机制
降雨该产流基础是包气带的“筛子”作用和“门槛”作用，产流受控 于两个条件，一是降雨强度超过下渗容量，二是包气带的土壤含水量 超过田间持水量
E E p , a Kt E Eme , a f E C , a
第一节
包气带的水文特征
包气带水分的消退
第一节
六、包气带水量平衡方程
包气带的水文特征
包气带对降雨的再分配作用，即“筛子”和“门槛”作
用，可以统一在包气带水量平衡方程式中
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。
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(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。
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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)
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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
流域产汇流的计算过程
水质预测
水质监测
定期对流域内的水质进行监测，包括 化学需氧量、氨氮、总磷等指标。
水质变化预测
根据历史水质数据和未来气象预测， 预测流域内水质的变化趋势。
06
流域产汇流的实践应用
水资源管理
01
02
03
预测洪水
通过计算流域产汇流，可 以预测洪水发生的时间和 流量，为防洪减灾提供科 学依据。
水资源规划
THANKS
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水力学模型法
概念
水力学模型法是一种基于水力学原理，通过建立水力学模 型来模拟水流运动的方法。
优点
水力学模型法的计算过程相对简单，能够较为快速地得出 结果，同时也能够考虑流域内的水流运动规律。
计算过程
水力学模型法通常包括水流运动方程的建立、求解和验证 等环节，通过输入流域的水位、流速等数据，模型可以计 算出流域的产流量和汇流量。
植被类型
不同植被类型对土壤湿度、降雨截留和地表径流的影响不同。例如， 森林能够有效地截留降雨、减缓地表径流的形成。
土地利用方式
土地利用方式的变化也会影响流域产汇流。例如，农业用地的大量 开垦可能会导致土壤侵蚀和地表径流的增加。
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流域产汇流的模拟与预测
水文循环模拟
降水模拟
根据气象数据和地理信息，模拟流域内的降水分 布和过程，为产流计算提供输入。
土地利用规划
流域产汇流计算有助于合理规划土地利用，避免过度开发导致的 土壤侵蚀和水土流失。
水环境治理
水质监测
通过流域产汇流计算，可以监测 水质变化情况，为水环境治理提 供依据。
水生态修复
根据流域产汇流计算ห้องสมุดไป่ตู้果，可以 制定水生态修复方案，恢复水域 生态平衡。
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。
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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％。
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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。
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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。
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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 。
水文学原理-第9章-流域产流
2022/3/3
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（三）包气带水分动态及对降雨的再分配作用
包气带水分动态及对 降雨的再分配作用
包气带水分动态
包气带水分的增长 包气带水分的消耗
冻土地区包气带的水分动态
包气带对降雨的再分 配
包气带的水量平衡
包气带地面对降雨的再 分配左右
包气带土层对下渗水量 的再分配作用
中国一些地区的包气带水分动态
开裂隙上下相连通，因而具有较好的含水性和导水性。开裂隙一般 存在于火成岩中。张性裂隙、扭性裂隙一般也是开裂隙。 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水性。
2022/3/3
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（2）裂隙水的特点
基岩裂隙水的特点表现在以下几个方面： ➢①裂隙水一般是存在于岩石裂隙和溶隙中，裂隙的含水性随裂隙的 成因以及裂隙的发育程度的不同而不同，裂隙层的含水性各处差异很 大，造成裂隙水的分布不均匀。 ➢②由于裂隙发育具有一定的方向性，故造成沿裂隙发育方向导水性 强，水力联系好，径流通畅；反之，导水性差，径流不通畅。 ➢③地质构造对裂隙水控制作用非常明显。 ➢④裂隙水的动力性质比较复杂，水流状态也比较复杂。
2022/3/3
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(3)影响植物截留的因素 一类是植物本身的特性，如树种、树龄、林冠厚度、茂密度等。 另一类是气象、气候因素，如降雨量、降雨强度、气温、风和前期 枝叶湿度等。
A、茂密度 ➢对不同的树种，枝叶的茂密度是不同的。茂密度大的植物截流量也 大。 ➢对同一树种，茂密度与树龄有关。树木自幼年至壮年的生长过程中， 枝叶越来越密。而由壮年至老年期又出现自然的稀疏过程。
2022/3/3
26Leabharlann （2）包气带水分的消耗～蒸散发是包气带水分消退的主要原因 包气带的水分消耗主要也发生在其上、下界面处，消耗过程的水分 运行方向与增长过程完全相反。上层水分主要消耗于土壤蒸发和植物 散发。下界面处水分主要消耗通过内排水过程完成，但只有当包气带 全层有自由重力水时才会出现内排水。因此在一般情况下，土壤蒸发 和植物散发是包气带水分消耗的主要原因。 根据蒸散发理论，蒸散发所消耗的水分主要取决于气象条件和土壤 含水量。土壤水分消退采用三段模式进行计算。
河海大学811水文学原理第八章 流域产流
47
3、土壤水分的内排水过程 内排水的实质也是下渗水流的再分配过程。发生
在地下水位较高或者地下水埋深虽然较深，但 包气带处于饱和状态，包气带与饱和带的水分 之间有水力联系。
48
非饱和下渗方程：
[D(） ] dK (）
43
（1） 上层粗下层细
上层土壤的饱和水力传导度大于下层土壤的饱和水力 传导度。供水开始后的下渗首先受控于上层土壤。当 湿润锋面到达上、下两层土壤的界面时，下渗又变为 受控于下层土境。
如果初始时刻下层土壤已达到饱和含水量，则在交界面 上将形成临时积水，并逐渐上升，产生压力水头。
如果初始时刻下层土壤干燥的？
33
包气带土层的“门槛”作用
田间持水量起着控制作用，它好像“门槛”一
样。 I E W0 Wf
，
表明包气带土层的储水量超过这一“门槛”，因此会有水分
“溢出”土层，
而当
I E W0 Wf
则表明包气带土层的储水量低于这个“门槛”，因
此就不会有水分“溢出”土层，即没有产流。
包气带土层对下渗水量的再分配作用可形象化地称为“门槛” 作用。
裂隙按含水层分
开裂隙 闭裂隙 隐裂隙
19
三、包气带的水分分布特征
20
21
四、 包气带水分动态
1、描述包气带水分动态，包括增长过程和消退 过程。
2、分析出包气带地面对降雨的再分配作用。 3、分析包气带土层对下渗水量的再分配作用。 4、写出包气带各层的水量平衡公式。 5、了解中国不同气候带包气带的水分动态。
9
三、裂隙和裂隙水（一）裂隙分类 按其成因可分为成裂隙、构造型隙和后生裂隙三类。
水 文 学 原 理(十二流域产流)
§5 总径流量的划分
PE
R＝Rg+Rs ＝
Rs fc Rg
潜
水
§5 总径流量的划分
R
PE
Wm
W0
0
Fr
Fr ＝ R / PE
§5 总径流量的划分
如果已知稳定下渗率fc，可以根据净雨过程划分水源：
PEi = P − Ei ≥ fc .∆t i
Ri RGi = fc∆t PEi
RSi = Ri − RGi
长江三峡地区沿渡河流域
§2 流域产流特征的分析
由于一个流域的径流形成特点取决于流域的降雨 降雨 特征和下垫面特征 特征 下垫面特征，而流域出口断面流量过程线 下垫面特征 则是两方面特征的综合产物。因此，通过对流量 流量 过程线的多方面分析，一般可获得关于流域径流 过程线 形成的一些重要信息。
§2 流域产流特征的分析
§3 产流面积的变化
2)降雨空间分布均匀情况下，蓄满产流总径流产流面积的变化 降雨空间分布均匀情况下， 降雨空间分布均匀情况下
特点: 特点 (1)土壤缺水量小、先蓄满的地 方先产流 (2)产流面积随着降雨继续而不 断增大 (3)产流面积大小与降雨量和初 始土壤含水量有关，与降雨强 度无关。
P
全面产流
(1)现象描述
降水 蒸散发
截留 填洼
土壤持水量
地面径流 壤中水径流 地下水径流 出流
坡地
河网
2、降雨径流形成过程 、
(2)降雨径流形成的子过程
在产流物理条件支配下，产生径流量的子过程，发生在坡地上，结果产 生各种径流成分径流量及其时程分配－－流域产流 流域产流 各种径流成分分别沿地面和地下向河网汇集的过程，发生在坡地上，结 果产生河网总入流－－坡地汇流 地面、壤中水、地下水径流汇流) 坡地汇流( 坡地汇流 河网总入流加上河网水面降水向流域出口断面汇流的子过程，发生在河 网中，结果就是出口断面流量过程－－河网汇流 河网汇流 坡地汇流 流域汇流 河网汇流
§4.3 流域产流分析 工程水文学
§4.4 产流计算-§4.4.1 降雨径流相关法
• 1. P~Pa~R三 变量相关图法
以次降雨量P为 纵坐标、次洪径 流深R为横坐标， 降雨开始时前期 影响雨量Pa为参 数建立起来的相 关图。适应于湿 润、半湿润地区。
整理课件
§4.4 产流计算-§4.4.1 降雨径流相关法
• 该关系图应符合以下的规律：
• 蓄满产流情况下产流面积的变化特点： ➢ 随着降雨量的增加，产流面积也随之增加 ➢ 产流面积增加与降雨强度无关
整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 2.超渗产流情况下产流面积的变化 • 下渗容量面积分布曲线：
• 流域起始蓄水容量W0不同，流域各点的下渗能力fp也 不同。
• 将全流域各点的fp从小到大排序，以fp为纵坐标，计算 小于和等于某一值各点的面积之和FR占全流域面积的 比重(α=FR/F)为横坐标，即可绘出关系曲线。
整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
图 流域下渗容量面积分布曲线 整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
• 下渗容量分布曲线是一组以W0=0为上包线， W0= WM为下包线的曲线族。可用函数表示：
(W0, fp)
整理课件
§4.3 流域产流分析-§4.3.2产流面积的变化
才能反映出不同降雨特性和流域特征的综合经验关系。
整理课件
§4.4 产流计算-§4.4.1 降雨径流相关法
• 3. 多变量降雨径流相关图
以W或Pa 为参数的三变量相关图，一般只适用于我国湿润 地区，对于干旱、半干旱地区，除考虑上述两个因素外， 还要考虑降雨历时等更多变量的相关图。
整理课件
流域产流
Em
0 0 0 0 0 0 0.143 0.143 0.143 0.143 0.154 0.154 0.154 0.154
E
0
R
0
Rs
0
Rg
0
Wu
0
Wl
61.83
W
61.83
某流域超蓄产流的产流量计算表（二层蒸散发模型）
时 间
6•27•17 20 23 28 • 2 5 8 11 14 17 20 23 29 • 2 5 8
P
0 0.5 38.1 28.9 6.8 19.7 46.7 24.5 3.8 2.3 4.6 0.1 0.7 2.3
Em
0 0 0 0 0 0 0.143 0.143 0.143 0.143 0.154 0.154 0.154 0.154
E
0 0 0 0 0 0 0.143 0.143 0.143 0.143 0.154 0.154 0.154 0.154
退水曲线，其它的是地表水退水曲线。
地表水退水曲线
流量 Q 地下水退水曲线
时间 t
(1)退水曲线 ：是流域蓄水量的消退过程线。 推求方法： 取多次独立洪水过程线的退水部分，绘在 透明纸上，然后沿时间轴平移，使它们的尾部 重合。这一组曲线光滑的下包线是标准的地下 水退水曲线，其它的是地表水退水曲线。 用途： 分割次洪水、划分地表地下径流等。 地下水退水曲线的数学表达式 ：
当W
当
0
a
时：
P E a 0
R ( P E )
P E wm
1 dw ( we ) e
或
P E wm a
时，为部分面积超
蓄产流，分别按上述二式计算 R 。 当
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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试题
流域产流过程及其方式有哪些？
我国南北方流域产流过程及其方式有哪些不同？
Horton产流理论
1935年，Horton指出，降雨强度(i)超过地面下渗能力(f p)和包气带缺水量(D)得到满足，即下渗到包气带中的水量(I)与其蒸发量(E)之差超过其缺水量(D)，是产流的基本物理条件。
Horton断言
1.当i≤f p，I-E≤D时，无径流产生，河流处于原先的退水状态。
2.当i＞f p，I-E≤D时，河流出现尖瘦且涨落洪段大致对称的洪水过程线，
它是由单一的地面径流形成的。
3.当i≤f p，I-E＞D时，河流出现矮胖且涨落洪段大致对称的洪水过程线，
它是由单一的地下径流形成的。
4.当i＞f p，I-E＞D时，河流中将出现涨洪快速，落洪缓慢、具有明显不
对称的洪水过程线，它是由地面和地下两种径流成分混合而成的。
Horton产流理论阐明了均质包气带情况下超渗地面产流和地下水产生的物理条件，为我国在60年代提出蓄满产流和超渗产流奠定了理论基础，并成为二水源新安江流域水文模型划分地面、地下水的依据。
Horton产流理论不能解释的情况：径流中多于两种成分的存在；在下渗能力很大的地方，即使降雨强度不够大，也可以观测到地面径流现象。
山坡水文学产流理论
70年代初，Kirby等人提出。
该产流理论认为：
在两种透水性有差别的土层重叠而形成的相对不透水界面上可形成临时饱和带，其侧向流动即成为壤中径流；如果该界面上土层的透水性远远好于其下面土层的透水性，则随着降雨的继续，，这种临时饱和带容易向上发展，直到上层全部达到饱和含水量，这时如仍有降雨补给，则将出现地面径流现象，这种径流称为饱和地面径流。
山坡水文学产流理论是对Horton产流理论的重要补充，并成为日后新安江流域水文模型由二水源发展到三水源的理论动力，是其划分地面水、土壤水和地下水三种水源的理论依据。
流域产流过程及方式
产流过程是流域中各种径流成分的生成过程，也就是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行垂向运行时，供水和下渗一组矛盾的产物。
1、超渗地面径流的产生在地面，其产流的条件是：要有供水源（降水），
且降雨强度要大于下渗能力。
2、壤中流的产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，其产流条件是：上层有供水；下层下渗能力小于上层叠；供
水强度要大于下层的下渗强度；产生临时饱和带，还要具有产生侧
向流动的动力条件。
3、地下径流产生于包气带的下界面，其产流条件与壤中流基本相同。
4、饱和地面径流产生于表层具有较强透水性的情况下，当下层有相对
弱透水层存在时，可形成临时饱和带，其侧向流动即成为壤中径流；
如果该界面上土层的透水性远远好于其下面土层的透水性，则随着
降雨的继续，，这种临时饱和带容易向上发展，直到上层全部达到饱
和含水量，这时如仍有降雨补给，则将出现地面径流现象，这种径
流称为饱和地面径流。
流域的产流方式指各种产流机制的组合方式，产流方式决定了流域产流的基本特征。
常见的大流域的产流方式主要有以下3种：
1、超渗产流方式：超渗产流方式遵循地面径流产流机制。
主要发生在
地下水埋藏深、包气带厚度大、土壤透水性差、植被也较差的丘陵
区或干旱区。
这里土壤含水量经常较低，在通常的降水条件下，下
渗湿润锋面范围很小，一般在0.5米以内，达不到整个包气带的厚
度。
超渗产流最基本的特点是：降雨强度大于下渗强度时才产生地
面径流，而径流量与产流面积并不是随降雨的继续而增长，而是有
增有减，径流量与产流面积主配降雨强度与下渗能力有关。
2、饱和产流（蓄满产流）方式：饱和产流方式可包含饱和地面径流、
壤中流和地下径流类型，或饱和地面径流和壤中径流类型，或饱和
地面径流和地下径流类型。
饱和产流方式多发生在包气带较薄、植
被较好、土壤透水性强、下渗强度大的地区。
其特点是土壤比较湿
润，且接近地下水面有毛管水带，土壤层缺水量较小，一次降水下
渗锋面很容易与毛管水建立水力联系，包气带很容易达到饱和。
包
气带饱和生，下渗趋于稳定，稳定下渗的水量产生地下径流，逐渐
补给河流，降雨强度超过稳定下渗率部分的水量产生地面径流。
饱
和产流的主要特点是：先满足包气带最大蓄水容量的地方先产流；
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
相应增大；对同一降水量，包气带起始蓄水量大，则产流量也大，
反之产流量也小。
3、超渗产流与饱和产流交替型方式：主要发生在包气带厚度约2－4
米左右，土壤透水性中等，年内及多年降水量很不均匀，且地下水
位较大的地区。
在年内：在干旱，地下水位较低，降雨以超渗地面
径流的产流机制为主。
汛期，地下水比较集中，地下水位升高，有
时甚至可上升到地面，则以饱和地面径流的产流机制为主。
多年变
化上，少水年以超渗产流为主，丰水年以饱和产流为主。
4、我国一些地区的产流方式：
1)我国淮河以南，雨量比较丰富的湿润地区，大体上是以饱和地面产
流类型为主。
2)在东北，尽管年降水量只有450－550毫米，但由于有冻土存在，在
一些森林茂密的流域，土层覆盖薄，表土疏松，下渗能力大，降雨
相对集中，变以饱和地面产流为主。
3)西北地区，气候干燥，土层厚，地下水埋藏较深，多具有超渗地面
产流型的特征。
但在常年积雪补给的地区，也会以饱和地面产流为
主。
4)华北、东北的西南部，一般均以超渗地面产流居多。
5)在滨海平原，由于地势低洼，地下水埋深浅，以及由于年内降水分
配不均等，多出现超渗与饱和产流交替型。
由上可见，下垫面构成的特性，虽然是决定流域产流方式的主导因素，而降水特性，包括雨量、雨强、变率等也是影响流域产流方式的重要因素。