07-下渗和径流

1、第六节第六节 下渗下渗（Infiltration） 一、概念一、概念 下渗下渗 水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到 土壤中的运动过程。土壤中的运动过程。 下渗下渗不仅影响土壤水和地下水的动态，直接决不仅影响土壤水和地下水的动态，直接决 定壤中流和地下径流的生成，而且影响河川径定壤中流和地下径流的生成，而且影响河川径 流的组成。流的组成。 下渗下渗是将地表水与地下水、土壤水联系起来的是将地表水与地下水、土壤水联系起来的 纽带，是径流形成过程、水循环过程的重要环纽带，是径流形成过程、水循环过程的重要环 节。节。 下渗下渗是水循环中是水循环中最难定量最难定量

2、的要素之一。的要素之一。 一、下渗的物理过程一、下渗的物理过程 （一）下渗过程的阶段划分：（一）下渗过程的阶段划分： 地表的水沿着岩土的空隙下渗，是在地表的水沿着岩土的空隙下渗，是在重力、分重力、分 子力和毛管力子力和毛管力的综合作用下进行的，其运动过的综合作用下进行的，其运动过 程就是寻求各种作用力的综合平衡过程。程就是寻求各种作用力的综合平衡过程。 分子力、毛管力随着土壤水分的增加而减小，分子力、毛管力随着土壤水分的增加而减小， 当毛管孔隙充水达到饱和时，水分主要在重力当毛管孔隙充水达到饱和时，水分主要在重力 作用下运动。作用下运动。 整个下渗的物理过程按照作用力的组合变化及整个下渗的物理

3、过程按照作用力的组合变化及 其运动特征，可划分如下其运动特征，可划分如下3个阶段：个阶段： 1.渗润阶段：渗润阶段： 分子力，分子力，当土壤含水量达到岩土最大分子持水量时逐渐消失。当土壤含水量达到岩土最大分子持水量时逐渐消失。 2.渗漏阶段：渗漏阶段： 毛管力、重力，毛管力、重力，直至全部空隙达到饱和。直至全部空隙达到饱和。 3.渗透阶段：渗透阶段： 重力，重力，稳定流动。稳定流动。 3个阶段并无截然的分界，特别是在土层较厚的情况下，个阶段并无截然的分界，特别是在土层较厚的情况下，3 个阶段可能同时交错进行。个阶段可能同时交错进行。 有的将渗润与渗漏阶段结合起来，统称有的将渗润与渗漏阶段结合起

4、来，统称渗漏渗漏，渗漏的特点，渗漏的特点 是是非饱和非饱和水流运动，而水流运动，而渗透渗透则属于则属于饱和饱和水流运动。水流运动。 （二）下渗水的垂向分布（二）下渗水的垂向分布 包德曼和考尔曼包德曼和考尔曼1943年通过实验发现，在积年通过实验发现，在积 水条件下（保持水条件下（保持5毫米水深），下渗水在土体中的毫米水深），下渗水在土体中的 垂向分布，大致可划分为垂向分布，大致可划分为4个带。个带。 1.饱和带饱和带 ： 位于土壤表层；位于土壤表层； 在持续不断地供水条件下，在持续不断地供水条件下， 土壤含水量处于饱和状态，土壤含水量处于饱和状态， 但无论下渗强度有多大，但无论下渗强度有多大，

5、 土壤浸润深度怎样增大，土壤浸润深度怎样增大， 饱和带的厚度饱和带的厚度不超过不超过1.5厘米厘米。 2.过渡带：过渡带： 饱和带之下，土壤含水量随深饱和带之下，土壤含水量随深 度的增加急剧减少。过渡带一度的增加急剧减少。过渡带一 般在般在5厘米厘米左右。左右。 3.水分传递带：水分传递带： 过渡带之下，土壤含水量沿垂线过渡带之下，土壤含水量沿垂线 均匀分布，在数值上大致为饱和均匀分布，在数值上大致为饱和 含水量的含水量的6080左右。左右。 带内水分的传递运行主要靠带内水分的传递运行主要靠重力重力 作用，在均质土中，带内水分下作用，在均质土中，带内水分下 渗率接近于一个常值。渗率接近于一个常

6、值。 4.湿润带湿润带 水分传递带之下，含水水分传递带之下，含水 量随深度量随深度迅速递减，迅速递减，称称 湿润带。湿润带。 湿润带的末端称为湿润带的末端称为湿润湿润 锋面锋面，锋面两边土壤含，锋面两边土壤含 水量突变。此锋面是上水量突变。此锋面是上 部湿土与下层干土之间部湿土与下层干土之间 的界面。的界面。 随着下渗历时的延长，湿润锋面随着下渗历时的延长，湿润锋面 向土层深处延伸，直至与地下潜向土层深处延伸，直至与地下潜 水面上的毛管水上升带相衔接。水面上的毛管水上升带相衔接。 在此过程中，如中途停止供水，在此过程中，如中途停止供水， 地表下渗结束，但土壤水仍将继地表下渗结束，但土壤水仍将继

7、 续运动一定时间。续运动一定时间。 在这种情况下，土层内的水将发在这种情况下，土层内的水将发 生再分配的运动过程，其分布情生再分配的运动过程，其分布情 况则决定于况则决定于土壤特性土壤特性。 实验证明：细颗粒土壤比粗颗实验证明：细颗粒土壤比粗颗 粒土壤要慢些。粒土壤要慢些。 （三）（三） 下渗要素下渗要素 1.下渗率下渗率f：单位面积上单位时间内渗入土壤中水量。单位面积上单位时间内渗入土壤中水量。 2.下渗能力下渗能力fp：充分供水条件下的下渗率。充分供水条件下的下渗率。 3.初始下渗率初始下渗率： f0 4.稳定下渗率：稳定下渗率： fc 计算公式：计算公式： F 下渗率曲线及累积下渗量曲线

8、示意图 二、下渗理论与下渗经验公式二、下渗理论与下渗经验公式 （一）下渗理论：（一）下渗理论： 由于水的下渗既可能在非饱和的岩土孔隙中运行，由于水的下渗既可能在非饱和的岩土孔隙中运行， 亦可能在饱和条件下运行，所以可相应地区分为亦可能在饱和条件下运行，所以可相应地区分为非非 饱和下渗理论饱和下渗理论和和饱和下渗理论饱和下渗理论。 1.非饱和下渗理论：理查滋方程非饱和下渗理论：理查滋方程 2.饱和下渗理论模式：格林饱和下渗理论模式：格林-安普特下渗模式安普特下渗模式 （二）下渗经验公式（二）下渗经验公式 应用：应用：可用于灌溉工程的建设、降雨径流计算工作；可用于灌溉工程的建设、降雨径流计算工作；

9、 获取方法：获取方法：先是通过实际试验，获得下渗曲线，再从先是通过实际试验，获得下渗曲线，再从 图形来模拟下渗曲线的数学表达式；图形来模拟下渗曲线的数学表达式； 一般形式：一般形式：这类表达式就是经验公式，此类公式的类这类表达式就是经验公式，此类公式的类 型颇多，共同的特征是具有型颇多，共同的特征是具有下渗率随时间递减下渗率随时间递减的的函函 数数形式。形式。 1.霍顿公式霍顿公式（1940）：）： f = fc+（f0-fc）e-t ft时刻下渗率，时刻下渗率， fc稳定下渗率，稳定下渗率， f0初始下渗率，初始下渗率， 常数，下渗曲线的递减参数，常数，下渗曲线的递减参数， e自然对数底。自

10、然对数底。 fc、f0可由实测资料中直接求出，可由实测资料中直接求出， 则需根据实测资料作图推求。则需根据实测资料作图推求。 霍顿公式反映了下渗强度随时间递减规律，并最终趋霍顿公式反映了下渗强度随时间递减规律，并最终趋 于稳定下渗。于稳定下渗。 优点：霍顿公式结构简单，在优点：霍顿公式结构简单，在充分供水条件充分供水条件下与实际下与实际 资料配合较好，至今仍被资料配合较好，至今仍被广泛应用广泛应用。 2.霍尔坦公式霍尔坦公式 1961年美国农业部霍尔坦提出一种下渗概念模型。年美国农业部霍尔坦提出一种下渗概念模型。 下渗率下渗率f是土壤缺水量的函数：是土壤缺水量的函数： f = fc+a(sF)

11、n a系数，随季节而变，一般在系数，随季节而变，一般在0.20.8之间；之间； S表层土壤可能最大含水量；表层土壤可能最大含水量； F累积下渗量或初始含水量；累积下渗量或初始含水量； N指数，通常为指数，通常为1.4。 在降雨期，由于累积下渗量逐渐增加，缺水量（在降雨期，由于累积下渗量逐渐增加，缺水量（sF）逐步逐步 减少，下渗率减少，下渗率f趋近于趋近于fc 。 优点：便于考虑前期含水量对下渗的影响。优点：便于考虑前期含水量对下渗的影响。 三、影响下渗的因素三、影响下渗的因素 在天然条件下，实际的下渗过程远比理想模式在天然条件下，实际的下渗过程远比理想模式 要复杂得多，往往呈现不稳定和不连续

12、性。形成这要复杂得多，往往呈现不稳定和不连续性。形成这 种情况的原因是多方面的，归纳起来主要有以下四种情况的原因是多方面的，归纳起来主要有以下四 个方面：个方面： （一）土壤特性的影响：（一）土壤特性的影响： 主要决定于土壤的主要决定于土壤的透水性能透水性能及土壤的及土壤的前期含水量前期含水量。 透水性能透水性能又和土壤的质地、孔隙的多少与大小有关。又和土壤的质地、孔隙的多少与大小有关。 一般来说土壤颗粒愈粗，孔隙直径愈大，其透水性一般来说土壤颗粒愈粗，孔隙直径愈大，其透水性 能愈好，土壤的下渗能力亦愈大。能愈好，土壤的下渗能力亦愈大。 P80图图229： 具体显示出不同性质土壤之间下渗率的巨

13、大差别。具体显示出不同性质土壤之间下渗率的巨大差别。 P80图图230： 土壤前期含水量的大小，决定了土壤初渗量及初期土壤前期含水量的大小，决定了土壤初渗量及初期 吸水能力的大小。吸水能力的大小。 （二）降水特性的影响（二）降水特性的影响 降水强度降水强度直接影响土壤下渗强度及下渗水量：直接影响土壤下渗强度及下渗水量： 在降水强度小于下渗率的条件下，降水全部渗入土在降水强度小于下渗率的条件下，降水全部渗入土 壤，下渗过程受降水过程制约。壤，下渗过程受降水过程制约。 1.在相同土壤水分条件下，下渗率随雨强增大而增大。在相同土壤水分条件下，下渗率随雨强增大而增大。 尤其是在草被覆盖条件下情况更明显

14、。但对裸露的尤其是在草被覆盖条件下情况更明显。但对裸露的 土壤，由于强雨点可将土粒击碎，并充填土壤的孔土壤，由于强雨点可将土粒击碎，并充填土壤的孔 隙中，从而可能减少下渗率（如黄土高原）。隙中，从而可能减少下渗率（如黄土高原）。 2. 降水的降水的时程分布时程分布对下渗也有一定的影响：对下渗也有一定的影响： 如在相同条件下，连续性降水的下渗量要小于间歇如在相同条件下，连续性降水的下渗量要小于间歇 性降水的下渗量。（因为在每次间歇期间，土壤水性降水的下渗量。（因为在每次间歇期间，土壤水 分仍继续进行分布，一部分深入下层，一部分耗于分仍继续进行分布，一部分深入下层，一部分耗于 蒸发，因此表层下渗能

15、力得到不同程度的恢复。蒸发，因此表层下渗能力得到不同程度的恢复。 在每一后继降水的初期下渗强度有所恢复，然后迅在每一后继降水的初期下渗强度有所恢复，然后迅 速下降，其下渗率较前次为小。速下降，其下渗率较前次为小。 （三）流域植被、地形条件的影响（三）流域植被、地形条件的影响 有植被的地区，由于植被及地面上枯枝落叶具有滞有植被的地区，由于植被及地面上枯枝落叶具有滞 水作用，增加了下渗时间，从而减少了地表径流，水作用，增加了下渗时间，从而减少了地表径流， 增大了下渗量增大了下渗量。 P81P81图图233233 地面起伏，切割程度不同，要影响地面漫流的速度地面起伏，切割程度不同，要影响地面漫流的速

16、度 和汇流时间。在相同的条件下，地面坡度大、漫流和汇流时间。在相同的条件下，地面坡度大、漫流 速度快，历时短，下渗量就小。速度快，历时短，下渗量就小。 （四）人类活动的影响（坡地改梯田、植树造林等）（四）人类活动的影响（坡地改梯田、植树造林等） 既有既有增大增大的一面，也有的一面，也有抑制抑制的一面。的一面。 正反馈：正反馈：坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水的滞留坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水的滞留 时间，从而增大下渗量。时间，从而增大下渗量。 负反馈：负反馈：砍伐森林、过度放牧、不合理的耕作，则加剧水土砍伐森林、过度放牧、不合理的耕作，则加剧水土 流失，从而减少下渗量。流失，从

17、而减少下渗量。 利用：利用：在地下水资源不足的地区采用人工回灌，则是有计划、在地下水资源不足的地区采用人工回灌，则是有计划、 有目的的增加下渗水量；反之在低洼易涝地区，开挖排水有目的的增加下渗水量；反之在低洼易涝地区，开挖排水 沟渠则是有计划有目的控制下渗，控制地下水的活动。沟渠则是有计划有目的控制下渗，控制地下水的活动。 人们研究水的入渗规律，正是为了有计划、有目的控人们研究水的入渗规律，正是为了有计划、有目的控 制入渗过程，使之朝向人们所期望的方向发展。制入渗过程，使之朝向人们所期望的方向发展。 第七节第七节 径流径流（Runoff） 径流是水循环的基本环节，又是水量平衡的基本要径流是水循

18、环的基本环节，又是水量平衡的基本要 素，是自然地理环境中素，是自然地理环境中最活跃的因素。最活跃的因素。 从从狭义的水资源狭义的水资源角度来说，在当前的技术经济条件下，径流角度来说，在当前的技术经济条件下，径流 则是可资长期开发利用的则是可资长期开发利用的水资源水资源。 河川径流的运动变化，又直接影响着防洪、灌溉、航运和发河川径流的运动变化，又直接影响着防洪、灌溉、航运和发 电等工程设施。电等工程设施。 一、径流的涵义及其表示方法一、径流的涵义及其表示方法 （一）径流的涵义与径流组成：（一）径流的涵义与径流组成： 径流：径流：流域的降水，由地面与地下汇入河网，流域的降水，由地面与地下汇入河网，

19、 流出流域出口断面的水流。流出流域出口断面的水流。 液态降水形成降雨径流，固态降水则形成液态降水形成降雨径流，固态降水则形成冰雪冰雪 融水径流融水径流。 由降水到达地面时起，到水流流经出口断面的由降水到达地面时起，到水流流经出口断面的 整个物理过程，称为整个物理过程，称为径流形成过程径流形成过程。 降水的形式不同，径流的形成过程也各异。我降水的形式不同，径流的形成过程也各异。我 国的河流以降雨径流为主，冰雪融水径流只是国的河流以降雨径流为主，冰雪融水径流只是 在西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。在西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。 根据形成过程及径流途径不同，河川径流又可由根据形成过程

20、及径流途径不同，河川径流又可由 地面径流地面径流、地下径流地下径流及及壤中流（表层流）壤中流（表层流）三种径三种径 流组成。流组成。 地（面）表径流（地（面）表径流（surface runoff）：指沿着地表：指沿着地表 向河流、湖泊、沼泽、海洋等汇聚的水流；向河流、湖泊、沼泽、海洋等汇聚的水流； 地下径流（地下径流（groundwater runoff）：）：指沿潜水层或指沿潜水层或 隔水层的含水层，向河、湖，沼、海等汇聚的地隔水层的含水层，向河、湖，沼、海等汇聚的地 下水流；下水流； 壤中流（壤中流（subsurface runoff）：）：指包气带土壤中的指包气带土壤中的 一种饱和水流，

21、汇流速度介于以上两者。一种饱和水流，汇流速度介于以上两者。 （二）径流的表示方法（二）径流的表示方法 1.流量：流量： Q单位时间内通过某一断面的水量，单位时间内通过某一断面的水量，立方米立方米/秒秒。 流量随时间的变化过程，用流量随时间的变化过程，用流量过程线流量过程线表示。表示。 常用的还有日平均流量、月平均流量、年平均流量等指定时常用的还有日平均流量、月平均流量、年平均流量等指定时 段的平均流量。段的平均流量。 2.径流总量：径流总量： WT时段内通过某一断面的总水量，时段内通过某一断面的总水量，立方米立方米。 有时也用时段平均流量与时段的乘积表示：有时也用时段平均流量与时段的乘积表示：

22、W = QT 3.径流深度：径流深度： R将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深 度，毫米。度，毫米。 径流深度径流深度R（毫米毫米）可由下式计算：）可由下式计算： R=QT/1000F Q T时段内的平均流量为时段内的平均流量为 （立方米立方米/秒秒）；）； F流域面积流域面积（平方公里平方公里）。）。 4.径流模数：径流模数： M流域出口断面流量与流域面积流域出口断面流量与流域面积F的比值，的比值，升升/秒秒平方平方 公里公里。 计算式：计算式：M=1000Q/F 5.径流系数：径流系数： 某一时段的径流深度某一时段的径流深度R与相应的降水

23、深度与相应的降水深度P 之比值。之比值。 含义：含义：径流系数说明在降水量中有多少水变成了径流系数说明在降水量中有多少水变成了 径流，它综合反映了流域内自然地理要素对降径流，它综合反映了流域内自然地理要素对降 水水径流关系的影响。径流关系的影响。 计算公式计算公式： =R/P 二、径流的形成过程二、径流的形成过程 径流的形成过程：径流的形成过程：一个极为错综复杂的物理过程：一个极为错综复杂的物理过程： （一）流域蓄渗过程（一）流域蓄渗过程 （二）坡地汇流过程（二）坡地汇流过程 （三）河网汇流过程（三）河网汇流过程 （一）流域蓄渗过程：（一）流域蓄渗过程： 降雨初期，降雨初期，除一小部分（除一小

24、部分（5）降落在河槽水面上）降落在河槽水面上 的雨水直接形成径流外，大部分降水并不立即产生的雨水直接形成径流外，大部分降水并不立即产生 径流，而消耗于径流，而消耗于植物截留植物截留、下渗下渗、填洼填洼与与蒸散发蒸散发。 p植物截留植物截留雨水被植物的枝叶拦截的现象。被截雨水被植物的枝叶拦截的现象。被截 留的雨量包括：留的雨量包括：滞留在枝叶表面上的水量、雨期内滞留在枝叶表面上的水量、雨期内 枝叶上的蒸发量。枝叶上的蒸发量。 植物截留量植物截留量的大小与的大小与降雨量降雨量、降雨历时降雨历时、枝叶的郁枝叶的郁 闭度和表面积闭度和表面积等有关。等有关。 一般地说，当雨量相同时，降雨历时越长，枝叶的

25、一般地说，当雨量相同时，降雨历时越长，枝叶的 郁闭度和表面积越大，植物截留量越大。郁闭度和表面积越大，植物截留量越大。 在枝叶充分湿润后，叶面开始滴水，枝茎上出现水在枝叶充分湿润后，叶面开始滴水，枝茎上出现水 流，这时植物截留量达最大值；后续的雨水便可全流，这时植物截留量达最大值；后续的雨水便可全 部透过枝叶落到地面上。部透过枝叶落到地面上。 l植物截留延续在整个降雨过程，雨止后，被截留的植物截留延续在整个降雨过程，雨止后，被截留的 雨水消耗于蒸发，回归大气中。雨水消耗于蒸发，回归大气中。 据陕西黄龙实验站观测，不同林冠的累积截留量达据陕西黄龙实验站观测，不同林冠的累积截留量达 45100毫米

26、，占观测期内降雨量的毫米，占观测期内降雨量的12-22%。 森林茂密的植被，年最大截留量可达年降水量的森林茂密的植被，年最大截留量可达年降水量的 20-30。 p下渗下渗发生在降雨期间及雨停后地面尚有积水的发生在降雨期间及雨停后地面尚有积水的 地方。下渗强度的时空变化很大。地方。下渗强度的时空变化很大。 在降雨过程中，当降雨强度小于下渗能力时，雨水将全在降雨过程中，当降雨强度小于下渗能力时，雨水将全 部渗入土壤中。渗入土中的水，首先满足土壤吸收的需部渗入土壤中。渗入土中的水，首先满足土壤吸收的需 要，一部分滞蓄于土壤中，在雨停后耗于蒸发，超出土要，一部分滞蓄于土壤中，在雨停后耗于蒸发，超出土

27、壤持水力的水将继续向下渗透。壤持水力的水将继续向下渗透。 p填洼填洼当降雨强度大于下渗能力时，超出下渗强当降雨强度大于下渗能力时，超出下渗强 度的降雨（也称超渗雨），形成地面积水，蓄积于度的降雨（也称超渗雨），形成地面积水，蓄积于 地面洼地。地面洼地。 地面洼地通常都有一定的面积和蓄水容量，填洼的雨水地面洼地通常都有一定的面积和蓄水容量，填洼的雨水 在雨停后也在雨停后也消耗于蒸发和下渗消耗于蒸发和下渗。 平原和坡地流域，地面洼地较多，填洼量可高达平原和坡地流域，地面洼地较多，填洼量可高达100100毫毫 米，一般流域的填洼水量约米，一般流域的填洼水量约1010毫米毫米左右。左右。 地面径流地面

28、径流随着降雨继续进行，满足填洼后的水随着降雨继续进行，满足填洼后的水 开始产生开始产生地面径流地面径流，在一次降雨过程中，流域上各，在一次降雨过程中，流域上各 处的蓄渗量及蓄渗过程的发展是不均匀的，地面径处的蓄渗量及蓄渗过程的发展是不均匀的，地面径 流产生的时间、地方有先有后，先满足蓄渗的地方流产生的时间、地方有先有后，先满足蓄渗的地方 先产流。先产流。 表层径流表层径流流域上继续不断降雨，渗入土壤的水流域上继续不断降雨，渗入土壤的水 使包气带含水量不断增加。土层中的水达到饱和后，使包气带含水量不断增加。土层中的水达到饱和后， 在一定条件下，部分水沿坡地土层侧向流动，形成在一定条件下，部分水沿

29、坡地土层侧向流动，形成 壤中径流壤中径流。 地下径流地下径流下渗水流达到地下水面后，以地下水下渗水流达到地下水面后，以地下水 的形式沿坡地土层汇入河槽。的形式沿坡地土层汇入河槽。 流域上的降水，经过蓄渗过程产生了流域上的降水，经过蓄渗过程产生了 地面径流，壤中径流地面径流，壤中径流和和地下径流地下径流三种。三种。 损失量损失量在蓄渗阶段中，凡是不构成径流的降水在蓄渗阶段中，凡是不构成径流的降水 部分。部分。植物截留量、填洼量、下渗量和蒸发量植物截留量、填洼量、下渗量和蒸发量都是损都是损 失量，但它们对于后续降水的产流都是有利的因素。失量，但它们对于后续降水的产流都是有利的因素。 在流域蓄渗过程

30、中，水的运行均受制于在流域蓄渗过程中，水的运行均受制于垂向运行垂向运行 机制机制，水的垂向运行过程构成了降雨在流域空间，水的垂向运行过程构成了降雨在流域空间 上的再分配，从而构成了流域不同的产流机制，上的再分配，从而构成了流域不同的产流机制， 形成了不同径流成分的产流过程。形成了不同径流成分的产流过程。 蓄渗阶段，河槽水流基本上没有大量的新蓄渗阶段，河槽水流基本上没有大量的新 的补给，主要仍靠前期地下水补给（可能的补给，主要仍靠前期地下水补给（可能 有少量的河槽降水），有少量的河槽降水），流量过程线流量过程线无明显无明显 的变化。的变化。 （二）坡地汇流过程（二）坡地汇流过程 坡面漫流坡面漫流

31、超渗雨水在坡面上呈片流、细沟流运超渗雨水在坡面上呈片流、细沟流运 动的现象。动的现象。 1. 地面径流地面径流满足填洼后的降水开始产生大量的满足填洼后的降水开始产生大量的地地 面径流面径流，它沿坡面流动进入正式的漫流阶段。，它沿坡面流动进入正式的漫流阶段。 流量流量在漫流过程中，坡面水流一方面继续接受在漫流过程中，坡面水流一方面继续接受 降雨的直接补给而降雨的直接补给而增加增加地面径流，另一方面又在运地面径流，另一方面又在运 行中不断地消耗于下渗和蒸发，使地面径流行中不断地消耗于下渗和蒸发，使地面径流减少减少。 状态状态坡面水流可能呈紊流或层流，其流态与降坡面水流可能呈紊流或层流，其流态与降

32、雨强度有关，水的运行受雨强度有关，水的运行受重力重力和和摩阻力摩阻力所支配。所支配。 流程流程一般不超过数百米，历时较短，故对一般不超过数百米，历时较短，故对小流小流 域域很重要。很重要。 2. 壤中流壤中流（表层流表层流）主要发生在近地面透水性较弱主要发生在近地面透水性较弱 的土层中，它是在临时饱和带内的非毛管孔隙中的土层中，它是在临时饱和带内的非毛管孔隙中 侧向运动侧向运动的水流，它的运动服从的水流，它的运动服从达西定律达西定律。通常。通常 壤中流汇流速度比地面径流壤中流汇流速度比地面径流慢慢，比地下径流，比地下径流快快得得 多。多。 达西定律达西定律反映水在岩土孔隙中渗流规律的实反映水在

33、岩土孔隙中渗流规律的实 验定律验定律 。 壤中流在总径流中的比例与流域土壤和地质条件壤中流在总径流中的比例与流域土壤和地质条件 有关有关。 当表层土层薄而透水性好，下伏有相对不透水层时，当表层土层薄而透水性好，下伏有相对不透水层时， 可能产生可能产生大量大量的壤中流。在这种情况下，虽然其流速的壤中流。在这种情况下，虽然其流速 比地面径流缓慢，如遇中强度暴雨时，壤中流的数量比地面径流缓慢，如遇中强度暴雨时，壤中流的数量 可以增加很多，而成为河流流量的可以增加很多，而成为河流流量的主要主要组成部分。组成部分。 壤中流与地面径流有时可以相互转化。壤中流与地面径流有时可以相互转化。 例如，例如，在坡地

34、上部渗入土中流动的壤中流，可能在坡在坡地上部渗入土中流动的壤中流，可能在坡 地下部以地面径流形式汇入河槽，部分地面径流也可地下部以地面径流形式汇入河槽，部分地面径流也可 能在漫流过程中渗入土壤中流动。能在漫流过程中渗入土壤中流动。 3. 地下径流地下径流均匀透水的土壤有利于水渗透到地下均匀透水的土壤有利于水渗透到地下 水面，形成水面，形成地下径流地下径流。 地下径流运动缓慢，变化也慢，补给河流的地下径地下径流运动缓慢，变化也慢，补给河流的地下径 流平稳而持续时间长，构成流量的流平稳而持续时间长，构成流量的基流基流。 壤中流与地下径流均在在有孔介质中的水流运壤中流与地下径流均在在有孔介质中的水流

35、运 动。所通过的介质性质不同，流经的途径各异，沿动。所通过的介质性质不同，流经的途径各异，沿 途所受的阻力也有差别，水的途所受的阻力也有差别，水的流速流速不等。不等。 u 以上以上3种径流的汇流过程，构成了坡地汇流的种径流的汇流过程，构成了坡地汇流的 全部内容，它们之间的全部内容，它们之间的量级量级有大小、有大小、过程过程有缓急，有缓急， 出现出现时刻时刻有先后，有先后，历时历时有长短之差别。有长短之差别。 u 对一个具体的流域而言，它们并不一定同时对一个具体的流域而言，它们并不一定同时 存在于一次径流形成过程中。存在于一次径流形成过程中。 u 在径流形成中，坡地汇流过程起着对各种径流在径流形

36、成中，坡地汇流过程起着对各种径流 成分在成分在时程时程上的上的第一次再分配第一次再分配作用。降雨停止后，作用。降雨停止后， 坡地汇流仍将持续一定时间。坡地汇流仍将持续一定时间。 流量过程线流量过程线 由一次降雨所形成的典型流量过程线包括由一次降雨所形成的典型流量过程线包括涨水段涨水段、 峰段峰段和和退水段退水段。 涨水段涨水段从开始起涨到第一个拐点。代表流域滞从开始起涨到第一个拐点。代表流域滞 蓄水量的增长所产生的流量的增长。蓄水量的增长所产生的流量的增长。 峰段峰段包括从涨水段上的拐点到退水段上的拐点包括从涨水段上的拐点到退水段上的拐点 间的部分。峰段最高点为最大流量，代表流域一次间的部分。

37、峰段最高点为最大流量，代表流域一次 降水的最大汇流量。降水的最大汇流量。 退水段退水段的拐点的拐点通常被认为标志着地面入流停止通常被认为标志着地面入流停止 到达河槽的时刻。此后，退水段代表从流域蓄水排到达河槽的时刻。此后，退水段代表从流域蓄水排 出的水量。出的水量。 t Q 典型流量过程线典型流量过程线 涨水段涨水段 峰段峰段 退水段退水段 （三）河网汇流过程（三）河网汇流过程 河网汇流过程河网汇流过程各种径流成分经过坡地汇流注各种径流成分经过坡地汇流注 入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过 程。程。 持续过程持续过程自坡地汇流注入河网开始，直至

38、将自坡地汇流注入河网开始，直至将 最后汇入河网的降水输送到出口断面为止。最后汇入河网的降水输送到出口断面为止。 出口断面出口断面 1. 涨洪段涨洪段坡地汇流注入河网后，使河网水量增加、坡地汇流注入河网后，使河网水量增加、 水位上涨、流量增大，成为流量过程线的水位上涨、流量增大，成为流量过程线的涨洪段涨洪段。 河岸容蓄河岸容蓄涨洪阶段涨洪阶段，由于河网水位上升速度大于，由于河网水位上升速度大于 其两岸地下水位的上升速度，当河水与两岸地下水之其两岸地下水位的上升速度，当河水与两岸地下水之 间有间有水力联系水力联系时，一部分河水补给地下水，增加两岸时，一部分河水补给地下水，增加两岸 的地下蓄水量的现

39、象。的地下蓄水量的现象。 河网容蓄河网容蓄涨洪阶段涨洪阶段，出口断面以上坡地汇入河网，出口断面以上坡地汇入河网 的总水量必然大于出口断面的流量，因河网本身可以的总水量必然大于出口断面的流量，因河网本身可以 滞蓄一部分水量的现象。滞蓄一部分水量的现象。 当降水和坡地汇流停止时，当降水和坡地汇流停止时，河岸和河网容蓄河岸和河网容蓄的水达最的水达最 大值，而河网汇流过程仍在继续进行。大值，而河网汇流过程仍在继续进行。 2.退水段退水段当上游补给量小于出口排泄量时，即进当上游补给量小于出口排泄量时，即进 入一次洪水过程的入一次洪水过程的退水段退水段。此时，河网蓄水开始消。此时，河网蓄水开始消 退，流量

40、逐渐减小，水位相应降低。退，流量逐渐减小，水位相应降低。 涨洪时容蓄于两岸土层的水量又补充入河网，直到涨洪时容蓄于两岸土层的水量又补充入河网，直到 降水在最后排到出口断面为止。此时河槽泄水量与降水在最后排到出口断面为止。此时河槽泄水量与 地下水补给量相等，河槽水流趋向稳定。地下水补给量相等，河槽水流趋向稳定。 河网调蓄作用河网调蓄作用河岸河岸调节及调节及河槽河槽的调节现象。的调节现象。 河网调蓄是对净雨量在时程上的河网调蓄是对净雨量在时程上的又一次再分配又一次再分配， 故出口断面故出口断面流量过程线流量过程线比降雨过程线比降雨过程线平缓平缓得多得多。 地下水位 河岸调节作用河岸调节作用 产流过

41、程产流过程在径流形成中通常将流域蓄渗过程，在径流形成中通常将流域蓄渗过程， 到形成地面汇流及早期的表层流过程。到形成地面汇流及早期的表层流过程。 汇流过程汇流过程坡地汇流与河网汇流的合称。坡地汇流与河网汇流的合称。 径流形径流形 成过程成过程 流域蓄渗过程流域蓄渗过程 坡地汇流过程坡地汇流过程 河网汇流过程河网汇流过程 地面汇流地面汇流 壤中汇流壤中汇流 地下水汇流地下水汇流 流域产流过程流域产流过程 流域汇流过程流域汇流过程 径流形成过程实质上是水在流域的再分配与运行径流形成过程实质上是水在流域的再分配与运行 过程。过程。 产流产流过程中水以过程中水以垂向运行垂向运行为主，它构成降雨在流域为

42、主，它构成降雨在流域 空间空间上的再分配过程，是构成不同产流机制和形成上的再分配过程，是构成不同产流机制和形成 不同径流成分的基本过程。不同径流成分的基本过程。 汇流汇流过程中水以过程中水以水平侧向运行水平侧向运行为主，水平运行机制为主，水平运行机制 是构成降雨过程在是构成降雨过程在时程时程上再分配的过程，是构成流上再分配的过程，是构成流 域汇流过程的基本机制。域汇流过程的基本机制。 降降 雨雨 蓄蓄 植物截留植物截留 渗渗 下下 渗渗 过过 填填 洼洼 程程 坡地坡地 地面汇流地面汇流 汇流汇流 壤中汇流壤中汇流 过过 地下水汇流地下水汇流 程程 河网河网 河岸河岸 汇流汇流 调节调节 过过

43、 河槽河槽 程程 调节调节 出出 口口 流流 量量 蒸发蒸发 降雨径流形成过程降雨径流形成过程 三、影响径流的因素三、影响径流的因素 （一）气候因素（一）气候因素 气候因素气候因素是影响径流的最重要的因素，包括是影响径流的最重要的因素，包括降水、蒸降水、蒸 发发、气温、风、湿度气温、风、湿度等。等。 1. 降水降水是径流的源泉，径流过程通常是由流域上降水过是径流的源泉，径流过程通常是由流域上降水过 程转换来的。程转换来的。 降水总量、强度、过程及其在空间上的分布，对径流降水总量、强度、过程及其在空间上的分布，对径流 的形成和变化都有直接的影响。的形成和变化都有直接的影响。 从降雨径流形成过程可

44、知，从降雨径流形成过程可知，降雨量降雨量大于损失量才能产大于损失量才能产 生径流，因此径流量的大小，决定于降雨量的多少，生径流，因此径流量的大小，决定于降雨量的多少， 降雨量的变化直接影响径流量的变化。降雨量的变化直接影响径流量的变化。 2. 降雨强度降雨强度对一次降雨径流形成过程影响特别明显。对一次降雨径流形成过程影响特别明显。 暴雨强度很大暴雨强度很大，下渗量少，产流快而多，雨水在短，下渗量少，产流快而多，雨水在短 时间内汇入河槽，形成特大洪水。时间内汇入河槽，形成特大洪水。 绵绵细雨绵绵细雨，降雨历时长，下渗量大，产流慢而少，降雨历时长，下渗量大，产流慢而少， 雨水汇入河槽的时间长，甚至

45、不能形成洪水。雨水汇入河槽的时间长，甚至不能形成洪水。 一次降雨的一次降雨的笼罩面积笼罩面积和和暴雨中心的移动方向暴雨中心的移动方向，对洪水，对洪水 的形成影响很大。的形成影响很大。 若暴雨在流域内的若暴雨在流域内的笼罩面积笼罩面积大，则流域平均降雨量大，大，则流域平均降雨量大， 形成的径流多，相反则小；形成的径流多，相反则小； 若若暴雨中心暴雨中心自河流自河流下游向上游下游向上游移动，先降的雨水可先移动，先降的雨水可先 行宣泄，逐渐再排出后来的雨水，使径流不易集中，行宣泄，逐渐再排出后来的雨水，使径流不易集中， 产生的洪峰流量较小；产生的洪峰流量较小； 反之反之，若，若暴雨中心暴雨中心自河流

46、自河流上游向下游上游向下游移动，先降的雨移动，先降的雨 水还来不及宣泄，后降的雨水接连而来，使上下游洪水还来不及宣泄，后降的雨水接连而来，使上下游洪 水相遇，形成特大洪峰流量。水相遇，形成特大洪峰流量。 3. 3. 降雨过程降雨过程对径流也有一定影响。对径流也有一定影响。 如果降雨过程是如果降雨过程是先小后大先小后大，则开始的小雨，使全流，则开始的小雨，使全流 域蓄渗，河网内也蓄满了水，后期大量降雨，几乎域蓄渗，河网内也蓄满了水，后期大量降雨，几乎 全部变成径流，加之河槽调蓄作用已大大减弱，易全部变成径流，加之河槽调蓄作用已大大减弱，易 形成峰量集中的大洪水；如果降雨过程是形成峰量集中的大洪水

47、；如果降雨过程是先大后小先大后小， 则情况相反。则情况相反。 4. 4. 蒸发蒸发是影响径流的重要因素之一。是影响径流的重要因素之一。 我国湿润地区年降水量的我国湿润地区年降水量的30-50%，干旱地区的，干旱地区的 8095%都耗于蒸发。都耗于蒸发。 （二）流域下垫面因素（二）流域下垫面因素 下垫面因素下垫面因素包括：包括： 地理位置地理位置，如纬度、距海远近、面积、形状等；，如纬度、距海远近、面积、形状等； 地貌特征地貌特征，如山地、丘陵、盆地、平原、谷地、，如山地、丘陵、盆地、平原、谷地、 湖沼等；湖沼等； 地形特征地形特征，如高程、坡度、坡向；，如高程、坡度、坡向； 地质条件地质条件，如构造、岩性；，如构造、岩性； 植被特征植被特征，如类型、分布、水理性质（阻水、吸，如类型、分布、水理性质（阻水、吸 水、持水，输水性能）等。水