水文学原理(第六节)课件

产流机制（RunoffGenerationMechanisms）内容提纲①包气带水分补排及水量平衡②产流机制③产流类型和模式目标一：理解包气带在产流中的作用目标二：理解不同产流机制发生的条件教学目标难点一：超渗流与饱和地面径流的关系难点二：壤中流与饱和地面径流的关系学习难点产流机制（RunoffGenerationMechanisms）第一节包气带水分补排及水量平衡（

WaterSupply,ExcretionandWaterBalanceinAerationZone

）1、包气带水分的增长和消退包气带与外界发生水分交换在其上、下界面进行，上界面为地面，下界面为饱和地下水面。包气带水分增长上界面补充的水分是包气带水分的主要增长量，取决于下渗能力f与降雨强度i的关系。i＞f时，fd=fi≤f时，fd=i包气带补给强度包气带水分消退上界面。土壤蒸发和植物散发（经常性的方式）下界面。内排水过程（包气带水分到达地下水面、转化为地下径流的过程，或由相对不透水层，从坡脚流入河槽的过程。）发生条件：包气带含水量达到田间持水量以上，土壤中出现自由重力水时。2、包气带在产流中的作用

包气带的土壤孔隙构成的蓄水体，具有吸水、持水特性，对降水起着调节与再分配的作用。（1）包气带对地面降雨的再分配作用—“筛子”作用瞬时雨强情况一次降雨情况（△t）

根据质量守恒：田间持水量起着控制作用，它好像“门槛”一样下渗水量I分为3部分：第一部分：消耗于蒸发E第二部分：用于弥补包气带缺水量第三部分：在下渗水时，多余水形成可从包气带排出的自由重力水（地下水径流）（2）包气带土层对下渗水量的再分配作用—“门槛”作用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，有径流产生。表明包气带土层的储水量低于这一“门槛”，因此不会有水分“溢出”土层，没有径流产生。

3、包气带水量平衡方程式包气带缺水量下渗水量习题判断题1）包气带对降雨过程分配的“筛子”作用，发生在包气带内部[]。2）包气带对降雨过程分配的“门槛”作用，指的是饱和含水量[]第二节产流机制（RunoffGenerationMechanisms）2016年7月1日晚，湖北武汉新洲区举水河发生特大洪水，造成430多万人受灾。研究对象—从包气带中取出一个单位面积的垂直土柱作为研究对象，忽略它与周围环境的水分交换。从该微小单元的产流机制入手研究产流是如何发生的（非天然流域产流机制）。1、霍顿产流理论RobertE.Horton美国水文学家（May18,1875～April22,1945）1933年霍顿用下渗概念阐述了对产流的基本见解

理论基础：包气带的“筛子”作用和“门槛”作用霍顿产流理论（1）均质包气带降雨产流受控于2个条件：超渗地面径流产生的物理条件是，一场降雨产生的地面径流为地下水径流产生的物理条件是整个包气带土壤含水量达到田间持水量（2）把径流划分成二类条件，四种情况：（3）径流成分：认为地面将降雨分成地表的超渗地面径流和地下径流2种径流成分。地面径流在一次洪水涨落过程中起主要作用；地下径流是维持长期枯水的主要来源。（4）认为产流是同步的，只要，就全流域产流。霍顿产流概括：一个层面，两种成分，全面产流霍顿产流与实际现象之间是否存在矛盾？

时，也有地表径流产生；对应一次降雨形成两个形状不同的洪峰过程；全流域产流是十分罕见的。2、各种产流机制物理条件：有界面，即地面（下渗能力fp）；②有供水，即降雨（雨强i）；③供水大于下渗，即i>fp，rs=i-fp

超渗地面径流量计算：A层B层a、层次包气带情况（上层下渗能力大于下层）

三种情况①，有的水分积聚在AB分界面上，形成临时饱和带；，有的水分积聚在AB分界面上，形成临时饱和带；

时，降雨全部通过AB界面进入B层，无水分积聚在界面上。能否发生壤中流的关键是什么？物理条件①包气带存在相对不透水层，且上层土壤的下渗能力大于下层。②上层向界面上的供水强度大于下层下渗强度，界面产生积水，形成临时饱和带。③界面需有一定的坡度b、包气带土壤质地随深度渐变的情况（由粗变细或由疏松变密实）特点：❶形成壤中流的界面会随降雨强度的变化而变动；❷降雨强度越大，形成壤中流的界面越浅，反之则越深。现象：降雨时，表层透水性很强的包气带出现地面径流。是超渗地面径流吗？当降雨持续大于下层下渗能力，临时饱和带会逐渐到达地面，成为地面径流。饱和地面径流总是和壤中流相伴发生物理条件

界面

①土壤存在相对不透水层，且上层的透水性远大于下层的透水性②上层向相对不透水层面的供水强度大于下层的下渗能力③上层土壤含水量全部达到饱和含水量饱和地面径流的计算如果不考虑雨期蒸发，一场降雨产生的饱和地面径流总量为：物理条件：①地下水埋藏较浅，包气带厚度不大，土壤透水性较强；②降雨过程中，下渗锋面到达支持毛管水带上缘；③包气带土壤含水量达到田间持水量，产生自由重力水补给地下水。地下径流计算①对于均质土壤当田间持水量<土壤含水量<饱和含水量当土壤含水量达到饱和含水量①对于非均质土壤当田间持水量<土壤含水量<饱和含水量当土壤含水量达到饱和含水量特殊包气带产流机制讨论包气带厚度为零的产流机制特点：地表下渗能力可视为零，只要满足雨强大于蒸发强度就会产流。一场降雨的产流量可表示为：本节难点超渗地面径流与饱和地面径流的对比

界面

壤中流和饱和地面径流的关系

习题超渗地面径流和饱和地面径流发生的界面都是地表面[]。降雨强度大于上层土壤下渗能力是产生饱和地面径流的条件之一[]。第三节产流类型与模式（RunoffGenerationTypes）产流类型指产流机制的组合（9种）1.Rs型（单一超渗地面产流机制）发生条件：下垫面由很厚的包气带且透水性差的均质土壤组成时，遇到较大强度降雨，可发生单一地面径流产流类型。土层下渗能力小，容易出现超渗。不会出现壤中流下渗水分很难到达地下水面，不出现地下径流影响总径流的因素：降雨量、降雨强度、土层初始蓄水量、蒸发量2.Rs+Rsb型（地表径流+壤中流）容易出现超渗容易形成临时饱和层，出现壤中流下渗水分不易到达地下水面，不出现地下径流发生条件：包气带厚，雨强大，近地表有相对不透水层，上层土壤透水性差，下层更差。影响总径流的因素：降雨量、降雨强度、上、下土层初始蓄水量、蒸发量3.Rsat+Rsb型（饱和地面径流+壤中流）发生条件：在相对不透水层浅（上层薄）、下层很厚、上层土壤透水性强的山区或森林流域。易使上土层饱和而出现饱和地面径流易出现壤中流下渗水不能到达地下水面，不产生地下径流影响总径流的因素：降雨量，上、下土层初始蓄水量、蒸发量4.Rs+Rg型（地表径流+地下径流）发生条件：在包气带厚度中等或较薄、均质土壤、土层透水性一般但地下水埋深不大的地区。容易超渗不会出现壤中流下渗水容易到达地下水面影响总径流的因素：降雨量、降雨强度、土层初始蓄水量、蒸发量5.Rsb+Rg型（壤中流+地下径流）发生条件：包气带不厚，但相对不透水层较深，上层土壤透水性极强，下层稍次。上层土壤透水性极强，雨强不可能超过下渗能力，不出现超渗地面径流。相对不透水层较深（上土层厚），不容易蓄满，不出现饱和地面径流。有相对不透水层，容易出现壤中流。上、下土层透水性都好，整个包气带不厚，下渗水容易到达地下水面。影响总径流的因素：降雨量，上、下土层初始蓄水量、蒸发量6.Rsb（壤中流）发生条件：包气带厚，相对不透水层深，上层土壤透水性极强，下层差。不出现超渗容易出现壤中流相对不透水层深，难以蓄满，不出现饱和地面径流下渗水难以到达地下水面影响总径流的因素：降雨量，上、下土层初始蓄水量，蒸发量7.Rs+Rsb+Rg型（地面径流+壤中流+地下径流）发生条件：包气带厚度中等，有相对不透水层，地面透水性差，下层更差，雨强大，雨时长。地面透水性差，雨强大，容易出现超渗。有相对不透水层，容易出现壤中流。雨时长，下渗水量多，包气带不厚，下渗水量容易到达地下水面。影响总径流的因素：降雨量，降雨强度、土层初始蓄水量、蒸发量8.Rsat+Rsb+Rg型（饱和地面径流+壤中流+地下径流）发生条件：包气带厚度中等，有相对不透水层，上层极易透水，下层次之。上层极易透水，有相对不透水层，利于上层土壤饱和，产生饱和地面径流和壤中流。包气带厚度不大，透水性好，下渗水易到达地下水面，产生地下径流。影响总径流的因素：降雨量，土层初始蓄水量、蒸发量9.Rg型（地下径流）发生条件：包气带不厚，均质土壤强透水层，雨强小，雨时长。强透水层，雨强小，不易出现超渗地面径流和饱和地面径流。均质土壤不会出现壤中流。包气带不厚，强透水，下渗水易到达地下水面，形成地下径流。影响总径流的因素：降雨量，土层初始蓄水量、蒸发量单点产流模式影响总径流的因素：降雨量、降雨强度、土层初始蓄水量、蒸发量（Rs型）影响总径流的因素：降雨量、降雨强度、上、下土层初始蓄水量、蒸发量（Rs+Rsb型）影响总径流的因素：降雨量，上、下土层初始蓄水量、蒸发量（Rsat+Rsb型）影响总径流的因素：降雨量，降雨强度、土层初始蓄水量、蒸发量（Rs+Rg型）影响总径流的因素：降雨量，上、下土层初始蓄水量、蒸发量（Rsb+Rg型）影响总径流的因素：降雨量，上、下土层初始蓄水量、蒸发量（Rsb）影响总径流的因素：降雨量，降雨强度、土层初始蓄水量、蒸发量（Rs+Rsb+Rg型）影响总径流的因素：降雨量，土层初始蓄水量、蒸发量（Rsat+Rsb+Rg型）影响总径流的因素：降雨量，土层初始蓄水量、蒸发量（Rg型）根据次降雨—径流的关系是否密切将上述9种产流类型概括为2类1）R=f(P、i、W0、E)型，径流总量受雨强影响，称超渗产流模式2）R=f(P、W0、E)型，径流总量不受雨强影响，称蓄满产流模式“蓄满”产流模式次降雨与总径