坡面产流机制

• 最初由Sklash,Farvolden发表（1979）； • 湿润环境中，水文过程重要部分可能由蓄积水（旧水） 组成；
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(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
蓄满产流（1960.Cappus&1970.Dunne）
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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
(e)滞水饱Hale Waihona Puke Baidu及穿透流 (Weyman,1970)
• 可能发生在渗透裂缝处土壤内； • 可能有水平边界； • 深层不饱和土壤表面饱和；
山坡对降雨响应占主导地位的过程
(Dunne,1978)
水文过程主要由直接降雨和回归流 产生，地下暴雨径流较为次要 土层较薄：平 缓的凹坡麓； 宽谷底；由高 至低的渗透性 土壤
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
蓄满产流（1960，Cappus&1970,Dunne）
基于Beven理论的水文认知过程
基于Beven理论的水文认知过程
(a)两场暴雨之间 • 蓄水逐减； 总蒸发=水面蒸发+土壤蒸发+植物蒸散发； • 影响径流形成的因素：土壤性质，季节，植被类型，根系深度 等； • 土壤中含水量的大小，直接影响到蒸发，下渗的大小，决定了 降雨量中产生径流的比例；
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基于Beven理论的水文认知过程
（b）暴雨期间： • • • • • • • • • • 地面水流常开始于河槽中； 河槽网络随着暴雨发展而扩大到河源区； 降水强度和水量在短距离内快速变化，特别是对流降水条件下； 降水量受林冠影响，发生截留； 降水一旦到达地面即下渗（除某些不透水区域）； 入渗速率与水量受制于当地地面降雨，净降水或茎流等强度，土壤下 渗能力； 土壤渗透性最低或初始含水量高区域地表漫流由超渗产流机制产生； 饱和土壤区地表漫流可能由蓄满产流机制产生； 有恒定顺坡流之前，地面洼地蓄水能力需要得到满足； 地面下对暴雨降水的响应：充满水的相互连通的裂隙系统可当管道系 统，加水的压力作用的传递比水的实际流速快得多；
产流
• 降雨量扣除损失量，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；
f F f0
下渗累计曲线F-t
下渗率变化规律： - df(t) / dt= β [f(t)-fc]
下渗曲线f-t f
(by Horton)
c
t
• 产流形式
超渗产流（1933，Horton）
Runoff Generation Mechanism
产流机理
Rainfall-Runoff Modelling
• 降雨-径流模型组成:
• 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 流域出口断面的整个物理过程。
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
超渗产流（1933.Horton）
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常发生在北方干旱地区或南方少雨季节； 发生在包气带上界面（地面）的产流机制； 产生原因：降雨强度超过下渗强度； 时程上具有急变特性，空间上具有多变特性； 通常不易发生，裸露土壤区域容易产生超渗产流现象 控制地表径流产生关键因素： (a) 上层土层下相对不透水层的界面和下渗能力; (b)上层土层本身达到全层饱和的蓄水量； • 模型表示：r=i-f r:径流率，i:降雨强度，f：下渗率；