第二章 径流形成过程

蒸散发
降水
植物截留
填洼及地面滞 蓄量
不透水面积 坡面流
土壤蓄量 地下水蓄量
壤中流 潜水流
深层地 下水
径流形成过程框图
河 网 汇 流
出流过 程
2.1 径流形成过程描述
据此框图，可把径流形成过程划分为下列几个过程：
1.降水过程 从径流形成的角度看，供水过程，是径流形成的必要 条件。属于气象学的任务。
ss sm (1 eai )
式中 a 为经验常数
2.2.1植物截留
Rutter冠层截留量的计算公式如下
其中
C Q Keb(CS ) t
Q
PP11PP22
( (
P P
EPC EP )
/
S
)
当C S 当C S
式中：C是冠层实际的含水量；S是冠层蓄水容量（mm）； P1是地表植被覆盖率；P2是总的叶面面积与植被覆盖的地面面积之比； K，b参数。
供水充分：ES=Ep 又：EP=f(气象因素) =f(E0)
ES=ES(EP,W)
2.2.3 流域蒸散发量计算
二、蒸发能力的确定 水面（器皿）蒸发与流域蒸发能力的区别：
1）水面（器皿）蒸发的水体是整体的，系敞开式 2）流域蒸发受土体影响，其水体存在于介质的孔隙中， 是不完整的，与周围环境热交换条件也与水面蒸发不同
2.1 径流形成过程描述
径流形成过程是一个复杂连续的物理过程.它始于降 雨过程，终于流域出口流量过程。径流形成过程可以划 分为五个：
（1）无雨期。降水前的干旱期。流域上无径流产生， 河槽处于低水期，主要靠地下水补给。
（2）初雨期。其特征是除槽面降水产生微量径流外， 流域中的降水，主要耗于植物截留、下渗、填洼和蒸散 发等。
2.2.1 植物截留
植物截留是雨水在植物枝叶表面吸着力、承托力和 水分重力、表面张力等作用下储存于植物枝叶表面的现 象。
影响植物截留的因素可以分为两类： 一类是植物本身的特征，如树种、树龄、林冠密度 等； 另一类是气象、气候因素，如降雨量、降雨强度、气 温、风和前期树叶湿度。
2.2.1 植物截留
图 2-7
2.2.3 流域蒸散发量计算
三、水面蒸发量估计
(一)器测法
20cm口径蒸发器 80cm口径套盆蒸发器
E601蒸发器 20m2和100m2的大型蒸发池
2.2.3 流域蒸散发量计算
三、水面蒸发量估计
(二)水量平衡法
S2 S1 It Ot P E E P It Ot en冠层蓄水容量的计算公式
S Sint LAI
式中：Sint是冠层截留指数； LAI是树叶面积指数
2.2.2 填洼
流域上的池塘、小沟等大大小小的闭合洼陷部分称为 洼地。
流域的最大填洼量一般不大，一次洪水的填洼量与径 流总量相比比较小，因此在径流分析时，忽略其。
一次洪水不一定同时存在坡面漫流、壤中水汇流和地 下水汇流 。
2.1 径流形成过程描述
4.河网汇流过程
河网汇流是指各种径流成分经坡地汇流注入河网后， 以洪水波的形式沿着河槽向流域出口断面汇集的水流过程
流域出口
河网汇流
坡面汇流
2.2 产流要素
流域产流过程中所涉及到的水文要素可统称产流要素。 它包括植物截留、填洼、下渗、蒸散发等。
EP＝KC*E0
蒸散发折 算系数
2.2.3 流域蒸散发量计算
二、蒸发能力的确定
反映水面与陆面蒸发的差异K1 KC 反映水面与陆面所在地理位置差异K2
E0如是器皿蒸发量，反映器皿与水面差异K3
E601 or φ80cm蒸发皿：K1*K3≈ 1 K2：主要反映高程的影响
K
2
K1
0.1
Z2 Z1 100
S1, S2：Δt时段初、末水体蓄水量 I ：Δt时段平均入流量 O ：Δt时段平均出流量 P：Δt时段内降雨量 E： Δt时段内蒸发量
2.2.3 流域蒸散发量计算
三、水面蒸发量估计
(三)空气动力学法
E0=f(ud)*(e0-ed) e0 ：相应于近水面空气温度的饱和水汽压，英寸； ed ：水面以上一定高度的水汽压，英寸； ud ：水面以上一定高度的风速，英里/天。
2.2.3 流域蒸散发量计算
一、蒸发与影响因素的概化
流域蒸散发
土壤蒸发ES(影响最大) 植物散发EPL 水面蒸发EW
2.2.3 流域蒸散发量计算
一、蒸发与影响因素的概化
ES=ES(气象条件，供水条件，土壤结构)
土壤结构随时间变化不大,
ES=ES(气象条件，供水条件)
水面或蒸发器皿蒸发量E0
ES=ES(E0,W)
由人工降雨实验得知，植物截留有以下三个阶段： 1 ）降雨初期，雨水全部截留于枝叶表面，截留量与 降雨强度i无关。 2）对给定的稳定降雨强度，有一个与之对应的最大 稳定截留流量（ss）。 3）随着降雨强度的增加，植物截留量也在增大，最 后趋于一常值，即植物截留容量（sm）。
2.2.1 植物截留
霍顿（hourdun）曾指出，降雨强度对最大稳定截留 流量ss与植物截留容量sm之间的关系的影响可用指数函数：
2.流域产流过程 降水开始以后，发生在流域坡地上的水文过程。最初 时间内的降雨，除小部分降落在河槽水面上的降水直接参 与径流形成外，大部分降雨并不立刻产生径流，而是消耗 于植物截留、下渗过程、填洼和蒸散发。在降雨过程中， 当降雨强度大于地面下渗能力时，超过下渗能力的降雨形 成地面径流，其余部分深入土壤中。在那些包气带达到田 间持水量的地方，形成壤中流或地下径流。
2.1 径流形成过程描述
3.坡地汇流过程 包括坡面漫流、壤中水汇流和地下水汇流等过程。 壤中径流和地下径流沿坡面汇流，分别称为壤中水汇
流和地下水汇流。不过在坡地上发生的壤中水汇流和地下 水汇流的条件与坡面漫流不同。壤中水汇流和地下水汇流 发生在孔隙中，属于渗流。坡面汇流是沿着坡面地面流动 的水流，属明渠水流。
（3）变强度降雨继续期。流域上的植物截留和填洼 得到满足，可能产生超渗雨形成地面径流。当包气带含 水量达到田间持水量后，还可能形成地下径流。
2.1 径流形成过程描述
（4）继续降雨直到全部天然蓄量满足的时期。这时下 渗率接近于通过包气的地下径流率，地下径流量加大，加 快。
（5）雨止期。流域上的滞蓄量和河网中的槽蓄量开始 消退，河流水位下降，蒸发和散发活跃，直到河流中水位 恢复起始状态为止。