水文学原理(第七节)课件

流域产流（RunoffGenerationinBasin

）内容提纲①流域产流模式和产流特征②流域产流面积的变化与发展③蓄满产流的产流量计算④超渗产流的产流量计算⑤总径流量划分流域产流内容提纲①流域产流模式和产流特征1目标一：理解流域产流面积的变化与发展目标二：理解不同产流模式的产流计算教学目标难点一：蓄满产流计算（蓄水容量曲线）难点二：超渗产流计算（流域下渗能力面积分配曲线）学习难点产流机制（RunoffGenerationinBasin

）目标一：理解流域产流面积的变化与发展教学目标难点一：蓄满产流2第一节流域产流模式和产流特征(RunoffGenerationPatternsandCharacteristics)1、山坡流域分类

按包气带厚度、土壤、岩石、植被特点以及地下水状况，将山坡流域划分为4类流域下垫面条件产流类型出现的地区第一节流域产流模式和产流特征1、山坡流域分类按包气带厚3第二类山坡流域（Rs+Rsb+Rg）包气带厚度中等，土层透水性中等，有相对不透水层，地下水埋藏浅。（地点：半湿润地区）第一类山坡流域（Rsat+Rsb+Rg或Rsat+Rsb）包气带较薄，植被茂密，表土疏松，山坡地形较陡，地下水埋藏浅（地点：南方湿润地区和东北森林地区）。第二类山坡流域（Rs+Rsb+Rg）包气带厚度中等，4地势平坦，土层透水性好，地下水埋很浅。一次降雨的下渗锋面极易与毛管水带建立联系，包气带缺水量极易满足。（地点：冲击平原）第三类山坡流域（Rs）包气带很厚，均质土壤，土层透水性差，植被稀少，山坡地形中等，地下水埋很深。（地点：干旱地区）第四类山坡流域（Rsat+Rg）地势平坦，土层透水性好，地下水埋很浅。一次降雨的下渗锋面极易52、流域产流的特点及影响因素流域产流特点

一个大流域是由许多小流域构成，而小流域又是由更小的集水单元（山坡流域）所组成。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模式必然存在差异。2、流域产流的特点及影响因素流域产流特点一个大流域是6

如何分析计算流域的产流？①对于中小流域（面积100km2）：特点：流域下垫面构成情况变化不大，其组成的山坡流域差异较小，产流计算：可用占主导地位的山坡流域产流模式代替整个流域的产流模式进行产流计算。如何分析计算流域的产流？7②对于大型流域：特点：组成流域的各山坡流域产流特性差异大。产流计算：将大流域划分为更小的计算流域（要求，划分后的小流域下垫面构成及气象因素差距较小），由各计算流域产流模式计算产流量，相加得到大流域产流量。②对于大型流域：8流域产流特征影响因素流域下垫面构成情况地形、地貌单元（高山、丘陵、平原、湖泊、沼泽）流域产流特征影响因素流域下垫面构成情况9流域水分因素降雨、蒸发、下渗、土壤湿度、地下水位流域水分因素10如何分析流域产流特征（4个角度）从气候的角度分析：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。从下垫面角度分析：若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋深大，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，常以蓄满方式产流。如何分析流域产流特征（4个角度）从气候的角度分析：从下垫面角11从流域出口的流量过程形状分析：蓄满产流表现为出口断面洪水过程线矮胖，退水历时长，洪水过程线明显不对称；超渗产流表现为出口断面洪水过程线尖瘦，退水历时短，洪水过程线较为对称。从影响次洪产流量的因素分析：蓄满产流径流量多少与流域初始土壤含水量和降雨量有关超渗产流径流量多少与流域初始土壤含水量和降雨强度有关从流域出口的流量过程形状分析：从影响次洪产流量的因素分析：12我国长江以南的绝大部分地区，属于典型的蓄满产流区；西北干旱地区内陆河流，属于典型的超渗产流区；其余地区属于混合产流区。我国长江以南的绝大部分地区，属于典型的蓄满产流区；西13课堂习题判断题①小流域各点的产流机制相同，因此在进行产流量计算时，可用占主导地位的山坡流域产流模式代替整个流域的产流模式进行产流计算。[]②超渗产流主要受地面径流的补给；而蓄满产流受地面径流、壤中流及地下径流的补给。[]课堂习题判断题14第二节流域产流面积的变化与发展（

TheChangeandDevelopmentofRunoffGenerationArea）1、流域产流面积的发展特点①降雨、下渗和土壤含水量在流域上分布的不均一性，造成流域各处产流，无论是开始时间还是发展过程不是均一和同步的。②降雨初期，在满足产流条件的地方先产流，随着降雨的持续，其余地方则后续产流。③在一次降雨过程中，产流面积随着条件的变化不断地发展和变化。第二节流域产流面积的变化与发展1、流域产流面积的发展特152、蓄满产流面积的发展特点蓄满产流一般发生在湿润地区，植被良好，土壤具有较大的下渗能力，土壤经常湿润，包气带缺水量不大的流域，地面径流以饱和地面径流形式产生。特点：地面径流首先产生于具有较大土壤含水量和容易达到饱和的相对不大的面积上（坡脚），随着降雨持续，不断由坡脚向上延伸扩展，逐步向坡面发展，产流面积不断扩大。2、蓄满产流面积的发展特点蓄满产流一般发生在湿润地区，植被良163、超渗产流面积发展的特点超渗地面径流产流大小和发展取决于降雨强度与下渗强度的对比关系。下渗强度影响因素（土壤类型、土壤湿度）在流域上分布的无规律和各次降雨特性（空间分布、强度时程变化）的随机性决定了超渗地面径流产流面积发展在空间分布上存在随机性。3、超渗产流面积发展的特点超渗地面径流产流大小和发展取决于降174、产流面积空间变化统计特性曲线流域蓄水容量面积分配曲线—讨论蓄满产流面积变化蓄水容量Wm/（单位：mm）：土壤所能持有的最大水量，约为田间持水量。#注意：流域上各处包气带达到田间持水量时的土壤含水量不一样。第二节流域产流面积的变化与发展（

TheChangeandDevelopmentofRunoffGenerationArea）4、产流面积空间变化统计特性曲线流域蓄水容量面积分配曲线—讨18蓄水容量曲线：流域内蓄水容量小于等于给定值Wm/的面积f/F与蓄水容量值的关系曲线。121110987654123123456面积(km2)8070856590100蓄水容量（mm）80901358595130789101112面积(km2)8590901009575蓄水容量（mm）120110140105100125蓄水容量曲线：流域内蓄水容量小于等于给定值1211109871914251110面积(km2)8065709095100面积f/F0.070.060.070.090.090.1相对面积的累加0.070.130.200.290.380.48蓄水容量（mm）808590951001058712639面积(km2)9085751008590面积f/F0.090.080.070.10.090.09相对面积的累加0.570.650.720.820.911.00蓄水容量（mm）110120125130135140流域总面积F=F1+F2+┄+F12=1025各微单元的相对面积f1/F=80/1025=0.0814251110面积(km2)8065709095100面20特点：①是条单值递增曲线②曲线上某点的横坐标代表流域中小于等于某一Wm/值的流域面积占全流域面积的比重。③整条曲线与横坐标所围面积代表的水量等于流域各点达到田间持水量时的总蓄水容量(WM)。100P85特点：③整条曲线与横坐标所围面积代表的水量等于流域各点达到田21④对于一个流域，田间持水量最小值可以为0（裸露的岩石），也可以为大于0的某一个数。⑤对于闭合流域，曲线有上限，其上限值为流域上各点包气带田间持水量中的最大值。⑥对于一个流域，流域蓄水容量曲线是唯一的。一个流域只有一条，不同流域一般不一样。④对于一个流域，田间持水量最小值可以为0（裸露的岩石），也可22实际工作中常采用指数曲线或抛物线形式的曲线，对流域蓄水容量曲线进行拟合。（抛物线）部分面积（f/F）流域中蓄水容量最大的微单元蓄水容量反映面积分配情况（指数曲线）实际工作中常采用指数曲线或抛物线形式的曲线，对流域蓄水容量曲23蓄满产流面积的变化蓄满产流的产流量特点：土壤缺水小、先蓄满的地方先产流；随着供水的继续，产流面积不断的增大；产流面积的大小与降雨量和初始土壤含水量有关。蓄满产流面积的变化蓄满产流的产流量特点：24流域下渗能力面积分配曲线—讨论超渗产流面积变化0θf/Ffp以下渗能力fp为纵坐标，以流域内下渗能力小于等于该fp的面积占全流域面积比（f/F）为横坐标，所绘制的曲线为流域下渗容量面积分配曲线。1.0流域下渗能力面积分配曲线—讨论超渗产流面积变化0θf/Ffp25123456789假设某一流域初始蓄水量W0=0，将其划分为9个单元，每个单元对应的下渗能力分别为f1,f2,

﹍,f9。123456789面积(km2)9075958085909580100下渗能力306545755560507040123456789假设某一流域初始蓄水量W0=0，将其划分26123456789F=F1+F1+┄+F9=790f1/F=90/790=0.11193756284面积9075958085909580100面积f/F0.110.090.120.100.110.110.120.110.13相对面积累积0.110.200.320.420.530.640.760.871.0下渗能力304045505560657075θf/Ffp123456789F=F1+F1+┄+F9=790f1/27θminθmaxf/F0

当流域初始蓄水量W0

≠0，发生变化时，各单元的下渗能力是否会变？是否会出现另一条下渗能力曲线？123456789一个特定的流域，其下渗能力曲线是随着初始蓄水量变化而变化的一组曲线。θminθmaxf/F0当流域初始蓄水量W0≠028特点：①由于土壤初始含水量不同，流域下渗能力面积分配曲线为一组曲线。该组曲线的上包线是流域完全干燥下的下渗能力面积曲线，下包线是全流域土壤包气带达到田间持水量的下渗能力面积曲线。②下渗能力面积曲线给出下渗能力小于某一下渗值的面积，不能给出流域各点的下渗能力。θminθmaxf/F0400.2fp特点：①由于土壤初始含水量不同，流域下渗能力面积分配曲线为一29超渗产流面积的变化超渗产流的产流率

分析：假设i1=40mm，产流面积为0.2，没有产流的面积为0.8。193756284面积9075958085909580100面积f/F0.110.090.120.100.110.110.120.110.13相对面积累积0.110.200.320.420.530.640.760.871.0下渗能力304045505560657075超渗产流面积的变化超渗产流的产流率分析：假设i1=430特点：湿度大、透水性差，先超渗的地方先产流降雨过程中产流面积时大时小，有时甚至为0产流面积大小与降雨强度和初始土壤含水量有关特点：湿度大、透水性差，先超渗的地方先产流31课堂习题判断题①在一次降雨过程中，随着降雨的持续，超渗地面径流产流面积逐渐增大。[]②蓄水容量曲线是一条单值递增曲线，其最小值为0。[]③对于特定的流域，其蓄水容量曲线和下渗能力面积分配曲线都是唯一的[]课堂习题判断题32第三节蓄满产流的产流量计算（CalculationofSaturationExcessRunoff）1、蓄满产流类型①Rsat+Rsb+Rg型（饱和地面径流+壤中流+地下径流）或Rsat+Rsb（饱和地面径流+壤中流）②Rsb+Rg型（壤中流+地下径流）或Rsb（壤中流）③Rg型（地下径流）以上三类产流类型的共同之处是什么？土壤含水量达到田间持水量第三节蓄满产流的产流量计算1、蓄满产流类型①Rsat+33Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc利用流域蓄水容量曲线，计算流域降雨径流过程中的总产流量2、蓄满产流的降雨径流关系流域初始蓄水量W0=0的情况流域蓄水量W0=0，降雨量P，雨期蒸发量E，记PE=P-E（有效降雨）在蓄水容量Wm/小于等于PE的面积上要产流，产流面积αd、不产流面积1-αd。面积oadhgo表示的水量为产流量。面积oadbco表示的水量为流域包气带的蓄水增量。即降雨中不形成径流的损失量。Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc利用流域蓄34Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc14251110面积(km2)8065709095100面积f/F0.070.060.070.090.090.1相对面积的累加0.070.130.200.290.380.48蓄水容量（mm）808590951001058712639面积(km2)9085751008590面积f/F0.090.080.070.10.090.09相对面积的累加0.570.650.720.820.911.00蓄水容量（mm）110120125130135140假设PE=100mm,刚好要产流的为单元？产流面积是？不产流面积？流域包气带的蓄水增量？Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc1425135流域初始蓄水量W0=W的情况假设降雨开始时，流域初始蓄水量W0=W，面积oabco代表的水量就是W0，有效降雨量PE产生的径流量为图中阴影部分。面积adfba表示的水量为流域包气带的蓄水增量。W0对应的纵坐标值A可理解为本次降雨前，在流域包气带初始土壤蓄水量为0的情况下，降了一次雨量为A的有效降雨，它使包气带蓄存了W0的水量。Wm/0f/F1.0R∆WW0hgadαaαdP-EAfbcA—前期影响雨量流域初始蓄水量W0=W的情况假设降雨开始时，流域初始蓄水量W363、流域蓄水容量曲线与降雨径流关系①降雨开始时，流域初始蓄水量为W0=WM，则有效降雨量PE全部转换为径流量PE=R，PE—R关系是一条通过原点的45度直线。3、流域蓄水容量曲线与降雨径流关系①降雨开始时，流域初始蓄水37②在0-WM范围内取不同的W0值，可得一组以W0为参数的PE—R关系线。该关系线的上部为平行于PE=R线的直线，表示不管流域初始蓄水量为多少，只要PE+A>Wmm，两者之差部分降雨量转换为径流。关系曲线的下部为曲线，属于流域部分面积产流。②在0-WM范围内取不同的W0值，可得一组以W0为参数的PE384、蓄满产流量计算4、蓄满产流量计算39流域蓄水容量面积分配曲线常用抛物线表示：平均流域蓄水容量WM是流域蓄水容量曲线与横坐标包围面积计算步骤：①计算Wmm流域蓄水容量面积分配曲线常用抛物线表示：平均流域蓄水容量WM40WM取决于流域的气候和植被，具有一定的地带性规律，一般为80-150mm。

b取决于流域地形地质和土壤特性，一般为0.2-0.5。需要求解的量WM取决于流域的气候和植被，具有一定的地带性规律，41解出A值，②计算前期影响雨量A解出A值，②计算前期影响雨量A42当A+P-E＜Wmm，流域为部分面积产流，产流量为流域中未产生径流部分的包气带蓄水量增量当A+P-E＜Wmm，流域为部分面积产流，产流量为流域中未产43将蓄水容量曲线函数代入后积分得产流计算式当A+P-E≥Wmm，流域为全面积产流，产流量为损失量将蓄水容量曲线函数代入后积分得产流计算式当A+P-E≥Wmm44已知逐时段降雨量Pi、蒸发量Ei和次降雨开始时的流域蓄水量W0,应用上式可逐时段计算流域产流量Ri和流域蓄水增量⊿Wi。第一时段(i=1)，已知其流域初始蓄水量为W0,计算A1再计算R1，

⊿W1=P1-E1-R1，下一时段初的流域蓄水量W1=W0+⊿W1已知逐时段降雨量Pi、蒸发量Ei和次降雨开始时的流域蓄水量W45

第二时段(i=2)，已知其流域初始蓄水量为W1,计算A2再计算R2，

⊿W2=P2-E2-R2，下一时段初的流域蓄水量W2=W1+⊿W2W1=W0+⊿W1第二时段(i=2)，已知其流域初始蓄水量为W1,计算46课堂习题①土壤的初始含水量越小，相同降雨条件下，产流面积越小[]②部分产流时，流域各点的蓄水量都达到了田间蓄水量。[]③降雨径流关系线的下部为曲线，上部是斜率为1的直线[]课堂习题①土壤的初始含水量越小，相同降雨条件下，产流面积越小47

清江上游恩施以上流域控制面积2928km2，流域内，岩石破碎，植被较好，多年平均降雨量约1440mm，属于典型湿润地区。计算1966年6月一次降雨过程对应的产流量。流域蓄水容量WM=130mm，蓄水容量曲线指数b=0.46，流域初始蓄水量W0=119.88mm，蒸发折算系数k=0.9,请计算产流过程。课堂习题清江上游恩施以上流域控制面积2928km2，流域内，48水文学原理(第七节)课件49第四节超渗产流的产流量计算（CalculationofInfiltrationExcessRunoff）1、超渗产流计算模式2、下渗曲线的转换将下渗能力与下渗历时之间的关系曲线转换为下渗能力与累计下渗量的关系曲线。第四节超渗产流的产流量计算1、超渗产流计算模式2、下渗曲50充分供水条件下，土壤在时段(0,t)内的下渗量可看作是土壤从完全干旱（含水量为0）到t时刻的土壤含水量Wt。WtWtfcfft充分供水条件下，土壤在时段(0,t)内的下渗量可看作是土壤从513、超渗产流量计算设计算时段为⊿t，降雨开始时，流域初始土壤含水量为W0，由W0查fn—Wt的fn,1，在由计算模式计算超渗产流量和土壤蓄增量。1)i1≤fn,1，则rs,1=0，Rs,1=0，⊿W1=i⊿t2)i1＞fn,1，则rs,1=i1-fn,1，Rs,1=rs,1

⊿t,⊿W1=fn,1

⊿t下一时段初始蓄水量为W1=W0+⊿W13、超渗产流量计算设计算时段为⊿t，降雨开始时，流域52若计算时段⊿t较大，要提高精度，采用试算法过程：①第一步由W0查fn-Wt得fn，0，假定时段末（下一时段初）的下渗能力为fn，1/，时段平均下渗能力为0.5(fn，0+fn，1/),由超渗产流计算模式判断并计算Rs，1、W1②第二步用W1查fn-Wt得fn，1，若fn，1/-fn，1绝对值小于给定精度，则试算成功，否则，重新假设。若计算时段⊿t较大，要提高精度，采用试算法53课堂习题用试算法计算黑矾沟小流域1964年8月的一场降雨的超渗产流量。计算时段⊿t=2min,试算精度，土壤初始蓄水量，下渗公式参数下渗公式为。课堂习题用试算法计算黑矾沟小流域1964年8月的一场54第一步：利用下渗能力与累积下渗量的关系，建立土壤含水量公式第二步：建立下渗能力与土壤含水量的关系式第一步：利用下渗能力与累积下渗量的关系，建立土壤含水量公式第55黑矾沟小流域1964年8月的一场降雨的超渗产流试算表黑矾沟小流域1964年8月的一场降雨的超渗产流试算表56第五节总径流量的划分（TotalRunoffDivision）1、降雨-径流关系①降雨过程的降雨量被流域下垫面分为径流损失、地下净雨和地面净雨3个部分。第五节总径流量的划分1、降雨-径流关系①降雨过程的降雨量57②坡地水流进入河网后，河槽水量增加，水位升高，形成河流洪水的涨水阶段。③随着降雨和坡地径流量的逐渐减少直至完全停止，河槽水量开始减少，形成河流洪水的退水阶段。②坡地水流进入河网后，河槽水量增加，水位升高，形成河流洪水的582、流量过程的水源组成二水源——地面径流和地下径流三水源——地面径流、壤中流、地下径流2、流量过程的水源组成593、实测径流过程的水源划分（二水源划分）水源划分内容（2个方面）（1）实测径流过程的水源划分（2）计算总产流量的水源划分直接径流与地下径流分割方法（求出直接径流量Rs，实测）3、实测径流过程的水源划分（二水源划分）水源划分内容（2个方60步骤：①利用观测的洪水资料，点绘洪水过程线；②在洪水过程线上找到直接径流退水终止点E；③自洪水起涨点至E点连斜线，斜线以上面积地表的水量为本次洪水直接径流量Rs，实测Q0AEN直接径流退水终止点E点的确定N=0.8F0.2洪峰至E点的时距流域面积t步骤：Q0AEN直接径流退水终止点E点的确定N=0.8F0.61流域平均稳定下渗率fc的确定(试算法)①假定一个流域平均稳定下渗率fc,依据产流方案计算出逐时段净雨量⊿R；②计算一次洪水的地下径流总量Rg,计算；稳定下渗率时段有效降雨时段净雨流域平均稳定下渗率fc的确定(试算法)①假定一个流域平均稳定62③计算一次洪水直接径流总量Rs,计算，④精度判断。如果实测的Rs,实测，与Rs,计算之差小于给定的精度，则认为假定的流域平均稳定下渗率为待求。③计算一次洪水直接径流总量Rs,计算，635、计算总产流量的水源划分

蓄满产流计算所得产流量是逐时段的总净雨量，汇流计算时需要划分出不同汇流速度的水源。二水源划分

一般是把总净雨量划分为直接径流净雨量与地下径流净雨量2种水源。已知流域平均稳定下渗率fc，应用蓄满产流模型计算出逐时段净雨量产流量⊿R,5、计算总产流量的水源划分蓄满产流计算所得产流量是逐64①若⊿PE＞fc,则②若⊿PE≤fc,则①若⊿PE＞fc,则②若⊿PE≤fc,则65三水源划分将总产流量划分为地面径流、壤中流、地下径流3种水源，把包气带抽象为一个容量为SM的自由水蓄水箱，水箱有一个边孔，出流系数为Ksb,出流量为壤中流Rsb,一个底孔，出流系数为Kg，出流量为Rg,总产流量R进入水箱，补充水箱自由水蓄水量S，如果蓄水量S超过水箱容量,则多余水量成为地面径流Rs，壤中流和地下径流出流量取决于出流孔的出流系数和水箱蓄水量S的大小.1)若S＞SM，则Rs=S-SM，否则Rs=02）若S＞0，则Rsb=KsbS，

Rg=KgS，否则Rsb=0，

Rg=0三水源划分将总产流量划分为地面径流、壤中流、地下径流3种水源66☆课程小结（1）理解蓄满产流与超渗产流的异同（2）蓄满产流计算（3）超渗产流计算☆课程小结（1）理解蓄满产流与超渗产流的异同67☆思考题与作业（1）完成教材p107蓄满产流计算算例（2）完成教材P109超渗产流计算算例☆思考题与作业（1）完成教材p107蓄满产流计算算例68流域产流（RunoffGenerationinBasin

）内容提纲①流域产流模式和产流特征②流域产流面积的变化与发展③蓄满产流的产流量计算④超渗产流的产流量计算⑤总径流量划分流域产流内容提纲①流域产流模式和产流特征69目标一：理解流域产流面积的变化与发展目标二：理解不同产流模式的产流计算教学目标难点一：蓄满产流计算（蓄水容量曲线）难点二：超渗产流计算（流域下渗能力面积分配曲线）学习难点产流机制（RunoffGenerationinBasin

）目标一：理解流域产流面积的变化与发展教学目标难点一：蓄满产流70第一节流域产流模式和产流特征(RunoffGenerationPatternsandCharacteristics)1、山坡流域分类

按包气带厚度、土壤、岩石、植被特点以及地下水状况，将山坡流域划分为4类流域下垫面条件产流类型出现的地区第一节流域产流模式和产流特征1、山坡流域分类按包气带厚71第二类山坡流域（Rs+Rsb+Rg）包气带厚度中等，土层透水性中等，有相对不透水层，地下水埋藏浅。（地点：半湿润地区）第一类山坡流域（Rsat+Rsb+Rg或Rsat+Rsb）包气带较薄，植被茂密，表土疏松，山坡地形较陡，地下水埋藏浅（地点：南方湿润地区和东北森林地区）。第二类山坡流域（Rs+Rsb+Rg）包气带厚度中等，72地势平坦，土层透水性好，地下水埋很浅。一次降雨的下渗锋面极易与毛管水带建立联系，包气带缺水量极易满足。（地点：冲击平原）第三类山坡流域（Rs）包气带很厚，均质土壤，土层透水性差，植被稀少，山坡地形中等，地下水埋很深。（地点：干旱地区）第四类山坡流域（Rsat+Rg）地势平坦，土层透水性好，地下水埋很浅。一次降雨的下渗锋面极易732、流域产流的特点及影响因素流域产流特点

一个大流域是由许多小流域构成，而小流域又是由更小的集水单元（山坡流域）所组成。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模式必然存在差异。2、流域产流的特点及影响因素流域产流特点一个大流域是74

如何分析计算流域的产流？①对于中小流域（面积100km2）：特点：流域下垫面构成情况变化不大，其组成的山坡流域差异较小，产流计算：可用占主导地位的山坡流域产流模式代替整个流域的产流模式进行产流计算。如何分析计算流域的产流？75②对于大型流域：特点：组成流域的各山坡流域产流特性差异大。产流计算：将大流域划分为更小的计算流域（要求，划分后的小流域下垫面构成及气象因素差距较小），由各计算流域产流模式计算产流量，相加得到大流域产流量。②对于大型流域：76流域产流特征影响因素流域下垫面构成情况地形、地貌单元（高山、丘陵、平原、湖泊、沼泽）流域产流特征影响因素流域下垫面构成情况77流域水分因素降雨、蒸发、下渗、土壤湿度、地下水位流域水分因素78如何分析流域产流特征（4个角度）从气候的角度分析：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。从下垫面角度分析：若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋深大，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，常以蓄满方式产流。如何分析流域产流特征（4个角度）从气候的角度分析：从下垫面角79从流域出口的流量过程形状分析：蓄满产流表现为出口断面洪水过程线矮胖，退水历时长，洪水过程线明显不对称；超渗产流表现为出口断面洪水过程线尖瘦，退水历时短，洪水过程线较为对称。从影响次洪产流量的因素分析：蓄满产流径流量多少与流域初始土壤含水量和降雨量有关超渗产流径流量多少与流域初始土壤含水量和降雨强度有关从流域出口的流量过程形状分析：从影响次洪产流量的因素分析：80我国长江以南的绝大部分地区，属于典型的蓄满产流区；西北干旱地区内陆河流，属于典型的超渗产流区；其余地区属于混合产流区。我国长江以南的绝大部分地区，属于典型的蓄满产流区；西81课堂习题判断题①小流域各点的产流机制相同，因此在进行产流量计算时，可用占主导地位的山坡流域产流模式代替整个流域的产流模式进行产流计算。[]②超渗产流主要受地面径流的补给；而蓄满产流受地面径流、壤中流及地下径流的补给。[]课堂习题判断题82第二节流域产流面积的变化与发展（

TheChangeandDevelopmentofRunoffGenerationArea）1、流域产流面积的发展特点①降雨、下渗和土壤含水量在流域上分布的不均一性，造成流域各处产流，无论是开始时间还是发展过程不是均一和同步的。②降雨初期，在满足产流条件的地方先产流，随着降雨的持续，其余地方则后续产流。③在一次降雨过程中，产流面积随着条件的变化不断地发展和变化。第二节流域产流面积的变化与发展1、流域产流面积的发展特832、蓄满产流面积的发展特点蓄满产流一般发生在湿润地区，植被良好，土壤具有较大的下渗能力，土壤经常湿润，包气带缺水量不大的流域，地面径流以饱和地面径流形式产生。特点：地面径流首先产生于具有较大土壤含水量和容易达到饱和的相对不大的面积上（坡脚），随着降雨持续，不断由坡脚向上延伸扩展，逐步向坡面发展，产流面积不断扩大。2、蓄满产流面积的发展特点蓄满产流一般发生在湿润地区，植被良843、超渗产流面积发展的特点超渗地面径流产流大小和发展取决于降雨强度与下渗强度的对比关系。下渗强度影响因素（土壤类型、土壤湿度）在流域上分布的无规律和各次降雨特性（空间分布、强度时程变化）的随机性决定了超渗地面径流产流面积发展在空间分布上存在随机性。3、超渗产流面积发展的特点超渗地面径流产流大小和发展取决于降854、产流面积空间变化统计特性曲线流域蓄水容量面积分配曲线—讨论蓄满产流面积变化蓄水容量Wm/（单位：mm）：土壤所能持有的最大水量，约为田间持水量。#注意：流域上各处包气带达到田间持水量时的土壤含水量不一样。第二节流域产流面积的变化与发展（

TheChangeandDevelopmentofRunoffGenerationArea）4、产流面积空间变化统计特性曲线流域蓄水容量面积分配曲线—讨86蓄水容量曲线：流域内蓄水容量小于等于给定值Wm/的面积f/F与蓄水容量值的关系曲线。121110987654123123456面积(km2)8070856590100蓄水容量（mm）80901358595130789101112面积(km2)8590901009575蓄水容量（mm）120110140105100125蓄水容量曲线：流域内蓄水容量小于等于给定值1211109878714251110面积(km2)8065709095100面积f/F0.070.060.070.090.090.1相对面积的累加0.070.130.200.290.380.48蓄水容量（mm）808590951001058712639面积(km2)9085751008590面积f/F0.090.080.070.10.090.09相对面积的累加0.570.650.720.820.911.00蓄水容量（mm）110120125130135140流域总面积F=F1+F2+┄+F12=1025各微单元的相对面积f1/F=80/1025=0.0814251110面积(km2)8065709095100面88特点：①是条单值递增曲线②曲线上某点的横坐标代表流域中小于等于某一Wm/值的流域面积占全流域面积的比重。③整条曲线与横坐标所围面积代表的水量等于流域各点达到田间持水量时的总蓄水容量(WM)。100P85特点：③整条曲线与横坐标所围面积代表的水量等于流域各点达到田89④对于一个流域，田间持水量最小值可以为0（裸露的岩石），也可以为大于0的某一个数。⑤对于闭合流域，曲线有上限，其上限值为流域上各点包气带田间持水量中的最大值。⑥对于一个流域，流域蓄水容量曲线是唯一的。一个流域只有一条，不同流域一般不一样。④对于一个流域，田间持水量最小值可以为0（裸露的岩石），也可90实际工作中常采用指数曲线或抛物线形式的曲线，对流域蓄水容量曲线进行拟合。（抛物线）部分面积（f/F）流域中蓄水容量最大的微单元蓄水容量反映面积分配情况（指数曲线）实际工作中常采用指数曲线或抛物线形式的曲线，对流域蓄水容量曲91蓄满产流面积的变化蓄满产流的产流量特点：土壤缺水小、先蓄满的地方先产流；随着供水的继续，产流面积不断的增大；产流面积的大小与降雨量和初始土壤含水量有关。蓄满产流面积的变化蓄满产流的产流量特点：92流域下渗能力面积分配曲线—讨论超渗产流面积变化0θf/Ffp以下渗能力fp为纵坐标，以流域内下渗能力小于等于该fp的面积占全流域面积比（f/F）为横坐标，所绘制的曲线为流域下渗容量面积分配曲线。1.0流域下渗能力面积分配曲线—讨论超渗产流面积变化0θf/Ffp93123456789假设某一流域初始蓄水量W0=0，将其划分为9个单元，每个单元对应的下渗能力分别为f1,f2,

﹍,f9。123456789面积(km2)9075958085909580100下渗能力306545755560507040123456789假设某一流域初始蓄水量W0=0，将其划分94123456789F=F1+F1+┄+F9=790f1/F=90/790=0.11193756284面积9075958085909580100面积f/F0.110.090.120.100.110.110.120.110.13相对面积累积0.110.200.320.420.530.640.760.871.0下渗能力304045505560657075θf/Ffp123456789F=F1+F1+┄+F9=790f1/95θminθmaxf/F0

当流域初始蓄水量W0

≠0，发生变化时，各单元的下渗能力是否会变？是否会出现另一条下渗能力曲线？123456789一个特定的流域，其下渗能力曲线是随着初始蓄水量变化而变化的一组曲线。θminθmaxf/F0当流域初始蓄水量W0≠096特点：①由于土壤初始含水量不同，流域下渗能力面积分配曲线为一组曲线。该组曲线的上包线是流域完全干燥下的下渗能力面积曲线，下包线是全流域土壤包气带达到田间持水量的下渗能力面积曲线。②下渗能力面积曲线给出下渗能力小于某一下渗值的面积，不能给出流域各点的下渗能力。θminθmaxf/F0400.2fp特点：①由于土壤初始含水量不同，流域下渗能力面积分配曲线为一97超渗产流面积的变化超渗产流的产流率

分析：假设i1=40mm，产流面积为0.2，没有产流的面积为0.8。193756284面积9075958085909580100面积f/F0.110.090.120.100.110.110.120.110.13相对面积累积0.110.200.320.420.530.640.760.871.0下渗能力304045505560657075超渗产流面积的变化超渗产流的产流率分析：假设i1=498特点：湿度大、透水性差，先超渗的地方先产流降雨过程中产流面积时大时小，有时甚至为0产流面积大小与降雨强度和初始土壤含水量有关特点：湿度大、透水性差，先超渗的地方先产流99课堂习题判断题①在一次降雨过程中，随着降雨的持续，超渗地面径流产流面积逐渐增大。[]②蓄水容量曲线是一条单值递增曲线，其最小值为0。[]③对于特定的流域，其蓄水容量曲线和下渗能力面积分配曲线都是唯一的[]课堂习题判断题100第三节蓄满产流的产流量计算（CalculationofSaturationExcessRunoff）1、蓄满产流类型①Rsat+Rsb+Rg型（饱和地面径流+壤中流+地下径流）或Rsat+Rsb（饱和地面径流+壤中流）②Rsb+Rg型（壤中流+地下径流）或Rsb（壤中流）③Rg型（地下径流）以上三类产流类型的共同之处是什么？土壤含水量达到田间持水量第三节蓄满产流的产流量计算1、蓄满产流类型①Rsat+101Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc利用流域蓄水容量曲线，计算流域降雨径流过程中的总产流量2、蓄满产流的降雨径流关系流域初始蓄水量W0=0的情况流域蓄水量W0=0，降雨量P，雨期蒸发量E，记PE=P-E（有效降雨）在蓄水容量Wm/小于等于PE的面积上要产流，产流面积αd、不产流面积1-αd。面积oadhgo表示的水量为产流量。面积oadbco表示的水量为流域包气带的蓄水增量。即降雨中不形成径流的损失量。Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc利用流域蓄102Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc14251110面积(km2)8065709095100面积f/F0.070.060.070.090.090.1相对面积的累加0.070.130.200.290.380.48蓄水容量（mm）808590951001058712639面积(km2)9085751008590面积f/F0.090.080.070.10.090.09相对面积的累加0.570.650.720.820.911.00蓄水容量（mm）110120125130135140假设PE=100mm,刚好要产流的为单元？产流面积是？不产流面积？流域包气带的蓄水增量？Wm/1.00f/FR∆WW0hgadαaαdbc14251103流域初始蓄水量W0=W的情况假设降雨开始时，流域初始蓄水量W0=W，面积oabco代表的水量就是W0，有效降雨量PE产生的径流量为图中阴影部分。面积adfba表示的水量为流域包气带的蓄水增量。W0对应的纵坐标值A可理解为本次降雨前，在流域包气带初始土壤蓄水量为0的情况下，降了一次雨量为A的有效降雨，它使包气带蓄存了W0的水量。Wm/0f/F1.0R∆WW0hgadαaαdP-EAfbcA—前期影响雨量流域初始蓄水量W0=W的情况假设降雨开始时，流域初始蓄水量W1043、流域蓄水容量曲线与降雨径流关系①降雨开始时，流域初始蓄水量为W0=WM，则有效降雨量PE全部转换为径流量PE=R，PE—R关系是一条通过原点的45度直线。3、流域蓄水容量曲线与降雨径流关系①降雨开始时，流域初始蓄水105②在0-WM范围内取不同的W0值，可得一组以W0为参数的PE—R关系线。该关系线的上部为平行于PE=R线的直线，表示不管流域初始蓄水量为多少，只要PE+A>Wmm，两者之差部分降雨量转换为径流。关系曲线的下部为曲线，属于流域部分面积产流。②在0-WM范围内取不同的W0值，可得一组以W0为参数的PE1064、蓄满产流量计算4、蓄满产流量计算107流域蓄水容量面积分配曲线常用抛物线表示：平均流域蓄水容量WM是流域蓄水容量曲线与横坐标包围面积计算步骤：①计算Wmm流域蓄水容量面积分配曲线常用抛物线表示：平均流域蓄水容量WM108WM取决于流域的气候和植被，具有一定的地带性规律，一般为80-150mm。

b取决于流域地形地质和土壤特性，一般为0.2-0.5。需要求解的量WM取决于流域的气候和植被，具有一定的地带性规律，109解出A值，②计算前期影响雨量A解出A值，②计算前期影响雨量A110当A+P-E＜Wmm，流域为部分面积产流，产流量为流域中未产生径流部分的包气带蓄水量增量当A+P-E＜Wmm，流域为部分面积产流，产流量为流域中未产111将蓄水容量曲线函数代入后积分得产流计算式当A+P-E≥Wmm，流域为全面积产流，产流量为损失量将蓄水容量曲线函数代入后积分得产流计算式当A+P-E≥Wmm112已知逐时段降雨量Pi、蒸发量Ei和次降雨开始时的流域蓄水量W0,应用上式可逐时段计算流域产流量Ri和流域蓄水增量⊿Wi。第一时段(i=1)，已知其流域初始蓄水量为W0,计算A1再计算R1，

⊿W1=P1-E1-R1，下一时段初的流域蓄水量W1=W0+⊿W1已知逐时段降雨量Pi、蒸发量Ei和次降雨开始时的流域蓄水量W113

第二时段(i=2)，已知其流域初始蓄水量为W1,计算A2再计算R2，

⊿W2=P2-E2-R2，下一时段初的流域蓄水量W2=W1+⊿W2W1=W0+⊿W1第二时段(i=2)，已知其流域初始蓄水量为W1,计算114课堂习题①土壤的初始含水量越小，相同降雨条件下，产流面积越小[]②部分产流时，流域各点的蓄水量都达到了田间蓄水量。[]③降雨径流关系线的下部为曲线，上部是斜率为1的直线[]课堂习题①土壤的初始含水量越小，相同降雨条件下，产流面积越小115

清江上游恩施以上流域控制面积2928km2，流域内，岩石破碎，植被较好，多年平均降雨量约1440mm，属于典型湿润地区。计算1966年6月一次降雨过程对应的产流量。流域蓄水容量WM=130mm，蓄水容量曲线指数b=0.46，流域初始蓄水量W0=119.88mm，蒸发折算系数k=0.9,请计算产流过程。课堂习题清江上游恩施以上流域控制面积2928km2，流域内，116水文学原理(第七节)课件117第四节超渗产流的产流量计算（CalculationofInfiltrationExcessRunoff）1、超渗产流计算模式2、下渗曲线的转换将下渗能力与下渗历时之间的关系曲线转换为下渗能力与累计下渗量的关系曲线。第四节超渗产流的产流量计算1、超渗产流计算模式2、下渗曲118充分供水条件下，土壤在时段(0,t)内的下渗量可看作是土壤从完全干旱（含水量为0）到t时刻的土壤含水量Wt。WtWtfcfft充分供水条件下，土壤在时段(0,t)内的下渗量可看作是土壤从1193、超渗产流量计算设计算时段为⊿t，降雨开始时，流域初始土壤含水量为W0，由W0查fn—Wt的fn,1，在由计算模式计算超渗产流量和土壤蓄增量。1)i1≤fn,1，则rs,1=0，Rs,1=0，⊿W1=i⊿t2)i1＞fn,1，则rs,1=i1-fn,1，Rs,1=rs,1

⊿t,⊿W1=fn,1

⊿t下一时段初始蓄水量为W1=W0+⊿W13、超渗产流量计算