扬大水文学原理Ch8章

1、L/O/G/O第八章第八章 流域产流流域产流 降雨降雨- -径流过程径流过程降雨到达下垫面后，在截留、填洼、土壤持水、下渗和蒸散发等因素作用下的 余额 ； 产生径流从流域各处向流域出口断面汇集 。 包括：包括：1截留与填洼、截留与填洼、2包气带水文特性、包气带水文特性、3单点产流、单点产流、4流域产流流域产流 本章主要介绍流域产流，实际上是对流域蓄渗过程的物理机制本章主要介绍流域产流，实际上是对流域蓄渗过程的物理机制进行进一步分析，从而为降雨径流计算奠定理论基础。进行进一步分析，从而为降雨径流计算奠定理论基础。 研究思路研究思路从包气带水分运行与消退规律出发，研究单点产从包气带水分运行与消退规

2、律出发，研究单点产流的物理机制，再归纳总结流域面上的产流规律，并简要介绍流域流的物理机制，再归纳总结流域面上的产流规律，并简要介绍流域产流计算方法。产流计算方法。 本章重点是各种界面的产流规律，流域产流过程与产流量的计算。本章重点是各种界面的产流规律，流域产流过程与产流量的计算。 本章主要内容本章主要内容植物截留 (Canopy interception) interception)：降雨在植物枝叶表 面吸附力、承托力、水分重力和表 面张力等作用下储存于植物枝叶表 面的现象。 植物最大截留量 (Interception capacity) 影响植物截留的因素： 植物特性和气候气象条件 第一节第

3、一节 截留与填洼截留与填洼填洼 (Depression detention/storage, ponding ponding)：降雨被流域 上池塘、小沟等闭合洼地 拦蓄的现象。 第一节第一节 截留与填洼截留与填洼：i f 填洼开始填洼开始 D = Dmax 洼地出流洼地出流 降雨终止后，填洼量耗降雨终止后，填洼量耗于入渗和蒸散发于入渗和蒸散发 一、包气带的结构一、包气带的结构a.土壤结构与土壤体土壤结构与土壤体湿润条件下：溶提作用溶提作用颗粒较粗、孔隙较大的溶提层淀积作用淀积作用颗粒较细、孔隙较小的淀积层干旱条件下：风成说（黄土高原）b.岩石（基岩）裂隙和溶隙结构岩石（基岩）裂隙和溶隙结构 裂

4、隙、溶隙c.特殊包气带特殊包气带 不透水的下垫面、冻土等 第二节第二节 包气带的水文特性包气带的水文特性 二、包气带的水分分布特征二、包气带的水分分布特征 在流域上沿深度方向取一剖面，在流域上沿深度方向取一剖面，以地下水面为界可把土柱划分成两以地下水面为界可把土柱划分成两个含水带：地下水面以下的个含水带：地下水面以下的饱和带饱和带和地下水面以上的和地下水面以上的包气带包气带。 当土柱中不存在地下水面时，当土柱中不存在地下水面时，就不存在饱和带，不透水基岩以上就不存在饱和带，不透水基岩以上的整个土层全属包气带。当不透水的整个土层全属包气带。当不透水基岩露出地面时，就不存在包气带。基岩露出地面时，

5、就不存在包气带。饱和带饱和带包气带包气带地下水位地下水位 第二节第二节 包气带的水文特性包气带的水文特性 (1) 毛管悬着水带毛管悬着水带供水结束以后，供水结束以后，在包气带上部存在悬着毛管水，厚度在包气带上部存在悬着毛管水，厚度约约1.0m。其水分来源于降水，消耗于。其水分来源于降水，消耗于蒸散发。既是降水的承受面，又是土蒸散发。既是降水的承受面，又是土壤的蒸发面，水分变化剧烈，另称为壤的蒸发面，水分变化剧烈，另称为影响土层。影响土层。 (3) 毛管上升水带毛管上升水带在地下水面以上在地下水面以上存在支持毛管水，厚度在存在支持毛管水，厚度在12m左右。左右。 (2) 中间包气带中间包气带在毛

6、管悬着水带与在毛管悬着水带与毛管上升水带之间的水分过渡带。毛管上升水带之间的水分过渡带。毛管上毛管上升水带升水带毛管悬毛管悬着水带着水带中间包中间包气带气带Z 包气带又可划分成三带：包气带又可划分成三带：三、包气带的水分动态三、包气带的水分动态 （增长（增长vs.消退）消退） 包气带的水分动态是指包气带中土包气带的水分动态是指包气带中土壤含水量及水分剖面的增长与消退过壤含水量及水分剖面的增长与消退过程。程。 1 1、包气带水分的增长、包气带水分的增长 包气带水分的增长来源于上界面包气带水分的增长来源于上界面的降水的降水( (或灌溉或灌溉) )和下界面的地下水补和下界面的地下水补给。在天然情况下

7、，地下水的补给一给。在天然情况下，地下水的补给一般处于均衡状态。故上界面降水是主般处于均衡状态。故上界面降水是主要原因。水分沿垂向的增长可由下渗要原因。水分沿垂向的增长可由下渗理论描述。增长量等于累积下渗量。理论描述。增长量等于累积下渗量。 深深度度2 2、包气带水分的消退、包气带水分的消退 包气带水分的消退是由于上包气带水分的消退是由于上界面的蒸散发和下界面的内排水界面的蒸散发和下界面的内排水补给。其中内排水只有当包气带补给。其中内排水只有当包气带存在自由重力水时才出现，故上存在自由重力水时才出现，故上界面蒸散发是主要原因。水分沿界面蒸散发是主要原因。水分沿垂向的消退可采用三层蒸发模式垂向的

8、消退可采用三层蒸发模式计算。消退量等于蒸发量。计算。消退量等于蒸发量。深深度度 包气带中孔隙和裂隙等具有吸收、储存和输送水分的功能。包气带中孔隙和裂隙等具有吸收、储存和输送水分的功能。 1 1、包气带地面对降雨的再分配作用、包气带地面对降雨的再分配作用 ( (“筛子作用筛子作用”) ) 降雨到达地面以后，降雨到达地面以后， 一部分消耗于植物截留、蒸发、填洼等损一部分消耗于植物截留、蒸发、填洼等损失失，剩下部分被分成两部分：，剩下部分被分成两部分：超过地面下渗能力超过地面下渗能力( (容量容量) )部分留在地部分留在地表，其余部分渗入地下。分配的结果是将雨水分为地面和地下两个表，其余部分渗入地下

9、。分配的结果是将雨水分为地面和地下两个部分。即：部分。即：P当雨强小于下渗能力时，降雨全部当雨强小于下渗能力时，降雨全部渗入地下。渗入地下。RsF 四、包气带对降水的再分配作用四、包气带对降水的再分配作用( (包气带在产流中的作用包气带在产流中的作用) ) 2 2、土层对下渗水量的再分配作用、土层对下渗水量的再分配作用( (“门槛作用门槛作用”) ) 下渗水量下渗水量( (F) )一部分以蒸发形式逸出地面一部分以蒸发形式逸出地面( (E) )。剩余部分又被分。剩余部分又被分成成“土壤蓄存土壤蓄存”和和“径流径流”两个部分。两个部分。 蓄存部分蓄存部分是指水分运动中为维持土壤含水量等于或小于田间

10、持水是指水分运动中为维持土壤含水量等于或小于田间持水量所需的下渗水分。量所需的下渗水分。 田间持水量：起始土壤含水量：)( )()()()( )()()(00000zdzzzSzzdzzzSzfHffHf 特殊地，当包气带的起始土壤含水量为最大分子持水量特殊地，当包气带的起始土壤含水量为最大分子持水量 a(z)，终，终止土壤含水量为田间持水量止土壤含水量为田间持水量 f(z)时，时，S=包气带的最大蓄水容量包气带的最大蓄水容量SM。包气带厚度HdzzzSHafM )()(0记记Wf为包气带达到田间持水量时的土壤含水量为包气带达到田间持水量时的土壤含水量( (mm) )， W0为包为包气带初始土

11、壤含水量气带初始土壤含水量( (mm) )，Wt为时段末包气带含水为时段末包气带含水 量量( (mm) )，即：即： 产生径流部分产生径流部分是指土壤含水量超过田间持水量以后，以自由重是指土壤含水量超过田间持水量以后，以自由重力水形式运行的部分。记一次降雨中包气带的输水量为力水形式运行的部分。记一次降雨中包气带的输水量为Tp，则：，则：)()()()(0000WWEFdzzzEdttfTfHftp若若F- -E Wf - -W0，蓄存部分蓄存部分S S= Wf - -W0 若若F- -E Ds 则：则：Rs 0 Rg 0 i fp F0 Rg =0 i Ds 则：则： Rs =0 Rg 0 i

12、 fp FDs 则：则： Rs =0 Rg =0 2、 认为地面将降雨分成地表和地下两种径流成分；认为地面将降雨分成地表和地下两种径流成分； 3、 认为产流是同步的，即只要认为产流是同步的，即只要i fp ，就全流域产流。，就全流域产流。ifpRsWMW DsF累积下渗量累积下渗量(mm) Ds流域缺水量流域缺水量(mm)Rg二、传统产流观念与实际水文现象之间的矛盾二、传统产流观念与实际水文现象之间的矛盾 如：如： i fp时，也有地表径流产生；i fp ，rs= i fp地面径流产流率地面径流产流率 所谓产流机制是指水分沿土层垂向运行中，在一定的供水与下所谓产流机制是指水分沿土层垂向运行中，

13、在一定的供水与下渗条件下，各种径流成分的产生原理和过程。渗条件下，各种径流成分的产生原理和过程。（掌握原理和产流条件掌握原理和产流条件）ttdttntsfdtdtSedtdtiidttR00000)(ttsfdtidttR00)()()()(tftitrps（二）壤中流（二）壤中流( (R Rssss) )的产流机制的产流机制供水与下渗的矛盾发生于供水与下渗的矛盾发生于土壤中土壤中的相对不透水层面的相对不透水层面上的产流机制上的产流机制fAfB条件：条件：(1)(1)要有界面，存在相对不透水层，如上层要有界面，存在相对不透水层，如上层A和下层和下层B， 且下层比上层透水性差；且下层比上层透水性

14、差； (2)(2)要有供水，即渗入上层的雨水要有供水，即渗入上层的雨水( (下渗率下渗率fA) )； (3)(3)要上层供水大于下层下渗，即要上层供水大于下层下渗，即fA fB , i fB ； (4)(4)要在界面产生临时饱和带，并有侧向排水条件。要在界面产生临时饱和带，并有侧向排水条件。 rss= fA fB壤中径流产流率壤中径流产流率dtrdtfdtftWWtWtsstBtA000)()0()(0)()()(trtftfssBA)()()(tftftrBAss(1) KBiKA，可能有，可能有Rss； (2)KBKA i，可能有，可能有Rs、Rss和和Rsat 发生；发生； (3)KAK

15、B 且且KA i，可能有，可能有Rs发生。发生。KAKBi KB1.01.0（1）(2)(3)AB 下面我们接着讨论对于两层土壤层，在不同透水关系及不同降下面我们接着讨论对于两层土壤层，在不同透水关系及不同降雨强度下，其所产生径流成分的组成情况。雨强度下，其所产生径流成分的组成情况。 （三）地下径流（三）地下径流( (R Rg g) )的产流机制的产流机制 供水与下渗的矛盾发生在供水与下渗的矛盾发生在包包气带下界面气带下界面的产流机制的产流机制条件：条件：(1)(1)要有供水要有供水f； (2)(2)包气带薄，地下水位高；包气带薄，地下水位高；在地下水面以上、包气在地下水面以上、包气 带带 下

16、边界上存在支持毛管水带；下边界上存在支持毛管水带； (3)(3)整个包气带土壤含水量达到田间持水量。整个包气带土壤含水量达到田间持水量。 dtrdtftWWtWtgtc00)()0()(000dtrdtftgtc)()(tftrcg(4)(4)包气带下缘一旦有临时饱和带，即可产生地下径流。包气带下缘一旦有临时饱和带，即可产生地下径流。 （四）饱和地面径流（四）饱和地面径流( (R Rsatsat) )的产流机制的产流机制是是在壤中流基在壤中流基础上发展础上发展起来的一种产流机制起来的一种产流机制（）条件：条件：(1)(1)表层土壤具有较强透水性，表层土壤具有较强透水性，i fB , i fB

17、； (5)(5)侧向排水条件较差，界面上产生的临时饱和带不侧向排水条件较差，界面上产生的临时饱和带不 断上升达到地面。断上升达到地面。 rsat=i - -(rss+fB)fAfBidtrdtrdtfdtitWWtWtsattsstBt0000)()0()(00000dtrdtrdtfdtitsattsstBt)()()()(trtftitrssBsat（五）回归流的产流机制（五）回归流的产流机制 机制机制rR 它也是由它也是由壤中流派生出来壤中流派生出来的一种径流成分，回归流通常发生在的一种径流成分，回归流通常发生在植被覆盖较好的山坡小流域。植被覆盖较好的山坡小流域。 回归流是指壤中流渗出地

18、面的那部分水流，它最终以地面径流回归流是指壤中流渗出地面的那部分水流，它最终以地面径流的形式注入河槽。的形式注入河槽。它是一种由壤中流派生出来的径流成分。通常它它是一种由壤中流派生出来的径流成分。通常它只有在极小的山坡流域并且壤中流比较发育的情况下，才能显示出只有在极小的山坡流域并且壤中流比较发育的情况下，才能显示出它对过程线形状的影响，从而作为一种独立的径流成分而存在。它对过程线形状的影响，从而作为一种独立的径流成分而存在。 一般说来，在壤中流比较发育，并有饱和地面径流发生的坡地，一般说来，在壤中流比较发育，并有饱和地面径流发生的坡地，必然也同时伴随着回归流。必然也同时伴随着回归流。由于回归

19、流在潜出坡面以前属于壤中由于回归流在潜出坡面以前属于壤中流，而潜出坡面以后又具有地面径流的性质，因此它汇入河槽的速流，而潜出坡面以后又具有地面径流的性质，因此它汇入河槽的速度快于壤中流而慢于地面径流，度快于壤中流而慢于地面径流，实际上回归流与饱和地面径流是难实际上回归流与饱和地面径流是难以区别开来的。以区别开来的。（六）界面产流规律（六）界面产流规律四、产流模式四、产流模式（一）基本产流模式（一）基本产流模式(单点的产流模式单点的产流模式) R Rs s型型 主要发生在地下水埋深大，包气带厚且透水性差的地区；雨强主要发生在地下水埋深大，包气带厚且透水性差的地区；雨强相对较大。相对较大。 由于包

20、气带结构的复杂性和降雨特性的多变性，实际发生的大由于包气带结构的复杂性和降雨特性的多变性，实际发生的大多是几种产流机制的组合。多是几种产流机制的组合。称称产流机制的组合为产流模式（或产流产流机制的组合为产流模式（或产流方式）。方式）。 R Rs s+R+Rssss型型 主要发生在包气带厚，有相对不透水界面，上层透水性差，下主要发生在包气带厚，有相对不透水界面，上层透水性差，下层更差的地区；雨强相对较大。层更差的地区；雨强相对较大。 R Rsatsat+R+Rssss型型 主要发生在包气带厚，但近地表有相对不透水界面，上层透水主要发生在包气带厚，但近地表有相对不透水界面，上层透水性极好，下层透水

21、性很差的地区；雨强几乎不超过地面下渗能力。性极好，下层透水性很差的地区；雨强几乎不超过地面下渗能力。 R Rs s+R+Rg g型型 主要发生在包气带中等厚，主要发生在包气带中等厚，土层均质土层均质且透水性一般偏差，包气且透水性一般偏差，包气带下有地下水的地区；降雨历时较长。带下有地下水的地区；降雨历时较长。 R Rssss + R + Rg g型型 主要发生在包气带中等厚，但相对不透水界面较深，上层透水主要发生在包气带中等厚，但相对不透水界面较深，上层透水性极好，下层透水性略次，包气带下有地下水的地区；雨强几乎不性极好，下层透水性略次，包气带下有地下水的地区；雨强几乎不超过地面下渗能力。超过

22、地面下渗能力。 R Rssss型型 （注意区分（注意区分R Rsatsat+R+Rssss型型，前者不透水界面深，后者浅，前者不透水界面深，后者浅） 主要发生在包气带中等厚，但相对不透水界面较深，上层透水主要发生在包气带中等厚，但相对不透水界面较深，上层透水性极好，下层透水性很差的地区；雨强几乎不超过地面下渗能力。性极好，下层透水性很差的地区；雨强几乎不超过地面下渗能力。R Rs s+R+Rssss + R + Rg g型型 主要发生在包气带中等厚，存在相对不透水界面，上层透水主要发生在包气带中等厚，存在相对不透水界面，上层透水性差，下层透水性更差，包气带下有地下水的地区；雨强大，降性差，下层

23、透水性更差，包气带下有地下水的地区；雨强大，降雨历时长。雨历时长。R Rsatsat+R+Rssss + R + Rg g型型 主要发生在包气带中等厚，近地表有相对不透水界面，上层透主要发生在包气带中等厚，近地表有相对不透水界面，上层透水性极好，下层透水性很差，包气带下有地下水的地区；雨强小，水性极好，下层透水性很差，包气带下有地下水的地区；雨强小，降雨历时长。降雨历时长。R Rg g型型 主要发生在包气带中等厚，主要发生在包气带中等厚，土层均质土层均质且透水性极好，包气带下且透水性极好，包气带下有地下水的地区；雨强几乎不超过地面下渗能力，降雨历时长。有地下水的地区；雨强几乎不超过地面下渗能力

24、，降雨历时长。（二）流域产流模式（二）流域产流模式 R Rs s型型超渗产流型超渗产流型 特点：特点：(1)(1)产流量产流量R取决于取决于i和和fp ， R= ( (i f p) )i ; (2)(2)雨止时土壤含水量仍未达到田间持水量雨止时土壤含水量仍未达到田间持水量Wm； (3)(3)径流成分单一。径流成分单一。R Rsatsat+R+Rssss + R + Rg g型型蓄满产流型蓄满产流型 特点：特点：(1)(1)产流时土壤含水量已达到田间持水量产流时土壤含水量已达到田间持水量Wm ； (2)(2)产流量产流量R取决于降雨量取决于降雨量P和初始土壤含水量和初始土壤含水量 W0， R=R

25、(P,W0)=P- -(Wm- -W0) (3)(3)径流成分复杂。径流成分复杂。 Rs型型Rsat+Rss + Rg型型转换型转换型 对于一个固定地点对于一个固定地点( (或流域或流域) )，其产流模式并不是一层不变的，其产流模式并不是一层不变的，在不同的供水和下垫面水分情况下，产流模式可以发生转换。在不同的供水和下垫面水分情况下，产流模式可以发生转换。 条件：条件：主要发生在包气带中等厚度，主要发生在包气带中等厚度，近地表有相对不透水近地表有相对不透水 界面，土层透水性中等，降雨量变化幅度大，地下界面，土层透水性中等，降雨量变化幅度大，地下 水位变幅较大的地区。水位变幅较大的地区。 特点：

26、特点：干旱期：初始土壤含水量干旱期：初始土壤含水量W0小，地下水埋深大小，地下水埋深大 Rs型型 湿润期：湿润期：初始土壤含水量初始土壤含水量W0大，地下水埋深浅大，地下水埋深浅 Rsat+Rss + Rg型型 第四节第四节 流域产流流域产流 一个大流域是由许多小流域构成的，而小流域又是由更小的一个大流域是由许多小流域构成的，而小流域又是由更小的集水单元集水单元( (山坡流域山坡流域) )所组成的。由于流域内地形地貌、地质条件、所组成的。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

27、以流域各点的产流模式必然存在差异。雨等存在差异，所以流域各点的产流模式必然存在差异。整个流整个流域的产流机制，是由流域中各单元产流产流模式的总结合所决定域的产流机制，是由流域中各单元产流产流模式的总结合所决定的。对于一个具体的流域各种模式所占的比重是不相同的。而确的。对于一个具体的流域各种模式所占的比重是不相同的。而确定流域产流基本特征的是流域中占主导地位的产流模式。所以可定流域产流基本特征的是流域中占主导地位的产流模式。所以可得出得出流域产流机制的特点：流域产流机制的特点： 流域产流机制由不同的产流模式组成；流域产流机制由不同的产流模式组成； 流域中占主导地位的产流模式决定了流域产流的基本特

28、征；流域中占主导地位的产流模式决定了流域产流的基本特征； 在一定条件下，非主导产流模式可以转化为主导型产流模式。在一定条件下，非主导产流模式可以转化为主导型产流模式。 一、流域产流模式的分布及产流机制的基本规律一、流域产流模式的分布及产流机制的基本规律二、流域产流特征分析二、流域产流特征分析( (一一) )分析流域的气候及下垫面特征分析流域的气候及下垫面特征 长年气候干燥的流域，常以超渗模式产流；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。长年气候湿润的流域，常以蓄满模式产流。 若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋深大，若下垫面土壤颗粒细小、结构密

29、实、植被差，地下水埋深大，则常以超渗方式产流；则常以超渗方式产流； 若下垫面土壤颗粒较粗、结构疏松、植被好，地下水位高，则若下垫面土壤颗粒较粗、结构疏松、植被好，地下水位高，则常以蓄满方式产流；常以蓄满方式产流； 我国长江以南的绝大部分地区，属典型的蓄满产流区；西北干我国长江以南的绝大部分地区，属典型的蓄满产流区；西北干旱地区的一些内陆河流，属典型的超渗产流区；其余地区属于混合旱地区的一些内陆河流，属典型的超渗产流区；其余地区属于混合产流区。产流区。流域产流特征通常可从以下几方面进行分析：流域产流特征通常可从以下几方面进行分析： ( (二二) )分析流域出口的流量过程形状分析流域出口的流量过程

30、形状 蓄满产流径流量中壤中流和地下径流的比例较大，表现为出口蓄满产流径流量中壤中流和地下径流的比例较大，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；断面洪水过程线矮胖，退水历时长，洪水过程线明显不对称； 超渗产流径流量中几乎没有地下径流，表现为出口断面洪水过超渗产流径流量中几乎没有地下径流，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。程线尖瘦，退水历时短，洪水过程线较为对称。 ( (三三) )分析影响次洪产流量的因素分析影响次洪产流量的因素 蓄满产流径流量多少与流域初始土湿和降雨量有关；蓄满产流径流量多少与流域初始土湿和降雨量有关； 超渗产流径流量多少与流

31、域初始土湿和降雨强度有关。超渗产流径流量多少与流域初始土湿和降雨强度有关。（一）流域蓄水容量面积分配曲线（一）流域蓄水容量面积分配曲线 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。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。以包气带达到田间持水量时的土壤含水量以包气带达到田间持水量时的土壤含水量W 为纵坐标，以流域内为纵坐标，以流域内小于等于该小于等于该W 的面积占全流域面积比的面积占全流域面积比（f /F）为横坐标，所绘的）为横坐标，所绘的曲线称为流域蓄水容量面积分配曲线。对同一个流域，蓄水容量曲线称为流域蓄水容量面积分配曲线。对同一个流域，蓄水容量面积分配曲线是唯一的。面积

32、分配曲线是唯一的。W W mf /F1.0Wm三、流域产流面积的变化与发展三、流域产流面积的变化与发展曲线所包围的面积，即：曲线所包围的面积，即： 为流域平均最大蓄水容量为流域平均最大蓄水容量Wm。 W m为流域最大点蓄水容量。为流域最大点蓄水容量。（二）流域下渗容量面积分配曲线（二）流域下渗容量面积分配曲线 在一定的初始土壤含水量在一定的初始土壤含水量W0下，流域上各处的地面下渗容量下，流域上各处的地面下渗容量也不一样。以地面下渗容量也不一样。以地面下渗容量 fp 为纵坐标，以流域内小于等于该为纵坐标，以流域内小于等于该 fp的面积占全流域面积比的面积占全流域面积比( (f /F) )为横坐

33、标，所绘的曲线称为流域下为横坐标，所绘的曲线称为流域下渗容量面积分配曲线。对一个流域，下渗容量面积分配曲线是以渗容量面积分配曲线。对一个流域，下渗容量面积分配曲线是以W0为参变量的一组曲线。为参变量的一组曲线。W0=WmW0=0 1.0 fpf /F（三）蓄满产流产流面积的变化（三）蓄满产流产流面积的变化 蓄满产流的产流量蓄满产流的产流量R=PE- -(Wm- -W0) （1）土壤缺水小、先蓄满的地方先产流；）土壤缺水小、先蓄满的地方先产流； （2） 随着供水的继续，产流面积不断的增大随着供水的继续，产流面积不断的增大( (单向增加单向增加) )； （3）产流面积的大小与降雨量和初始土壤含水量

34、有关。）产流面积的大小与降雨量和初始土壤含水量有关。WWmf /F 1.0WmPE1PE2(f /F)1(f /F)2 （四）超渗产流产流面积的变化（四）超渗产流产流面积的变化（1）湿度大、透水性差，先超渗的地方先产流；）湿度大、透水性差，先超渗的地方先产流； （2）降雨过程中产流面积时大时小，有时甚至为）降雨过程中产流面积时大时小，有时甚至为0； （3）产流面积的大小与降雨强度和初始土壤含水量有关。）产流面积的大小与降雨强度和初始土壤含水量有关。超渗产流的产流率超渗产流的产流率r= i - -fpt0-t1时段初始土含为时段初始土含为W0； t1-t2时段初始土含为时段初始土含为W0+I1；

35、W0=0 f /Ffpi1(f /F)1I1W0=0Wm f /Ffpi2(f /F)2I2W0= Wmf /F fpi3(f /F)3流域蓄水容量面积分配曲线流域蓄水容量面积分配曲线常用抛物线表示：常用抛物线表示：四、蓄满产流产流量的计算四、蓄满产流产流量的计算（一）流域蓄水容量面积分配曲线的线型（一）流域蓄水容量面积分配曲线的线型WWm1.0Wmf /F /)1 (11)/1 (0/0mdWWWdWmFfWWbmWm bmWWFf/11（二）蓄水容量面积分配曲线与降雨径流关系（二）蓄水容量面积分配曲线与降雨径流关系W W mf /FaPERPERW0=0W0=WmWmFfdPEdR 也就是

36、蓄满产流也就是蓄满产流(饱和地面径流产流饱和地面径流产流)的径流系数等于其产流面积的相对值。的径流系数等于其产流面积的相对值。 分析研究降雨径流关系的途径有：分析研究降雨径流关系的途径有： 相关法相关法建立降雨与径流之间的相关关系。建立降雨与径流之间的相关关系。 理论法理论法利用前面所介绍的产流过程理论，从理论上探讨其形式，即通常利用前面所介绍的产流过程理论，从理论上探讨其形式，即通常所说的产流模型所说的产流模型。前面所介绍的两条统计曲线就是分析的理论基础。前面所介绍的两条统计曲线就是分析的理论基础。1 1、降雨径流相关图、降雨径流相关图),(0WPfR 2 2、蓄满产流（饱和地面径流）的产流

37、模型、蓄满产流（饱和地面径流）的产流模型（三）产流量计算（三）产流量计算W W mf /FaPER)(0WWPERWaPEmm时，全流域产流：当1010111)1 ()()1 ()1 ()1 (|)1 ()1 ()1 ()1 (1 bmmmbmmmbmmbmmaPEabmmmbaPEammbaPEammWaPEWWWPERWaWWWWaPEWWaWPEWWWPERWWdWWWPEWdWWRWaPE时，局部产流：当例例 题题40mm 80mm W f /FW m0.5 1.0 (3)(3)绘出绘出W0=0、40、60mm时的时的PR曲线。曲线。 mma604020和、分别为对应的mmWm6080

38、5 . 0405 . 0(1)(1) 求求Wm；(2)(2)求求W0=20、40、50mm对应的对应的a;PERW0=60 60 45 45 W0=0 W0=40五、超渗产流产流量的计算五、超渗产流产流量的计算（一）超渗地面径流产流的降雨径流关系（一）超渗地面径流产流的降雨径流关系1 1、降雨径流相关图、降雨径流相关图 超渗地面径流的产流量，除了与当时的土壤含水量有关以外，超渗地面径流的产流量，除了与当时的土壤含水量有关以外，还与降雨强度有关。所以在其降雨径流相关图中，需要加入反映雨还与降雨强度有关。所以在其降雨径流相关图中，需要加入反映雨强的参数。强的参数。 月份）,(TPPfRa2 2、下

39、渗曲线法与超渗产流计算模型、下渗曲线法与超渗产流计算模型 超渗产流计算的基本依据是建立流域下渗能力（充分供水时的超渗产流计算的基本依据是建立流域下渗能力（充分供水时的下渗能力）与土壤含水量的关系，常称为下渗储量关系，用式子下渗能力）与土壤含水量的关系，常称为下渗储量关系，用式子表示即为：表示即为： )(ff 之所以是超渗产流计算的基本依据是因为如果建立了之所以是超渗产流计算的基本依据是因为如果建立了f的关系，那么只要知道雨初土壤含水量的关系，那么只要知道雨初土壤含水量 ，然后根据各时段雨量，然后根据各时段雨量 ，就可以推求出各时段产流量，就可以推求出各时段产流量 。)(ff 0iPsir 由此

40、可见，超渗产流计算，关键在于确定由此可见，超渗产流计算，关键在于确定f关系。如果已知关系。如果已知流域的下渗能力曲线流域的下渗能力曲线ft，那么我们可以将，那么我们可以将ft曲线转换为曲线转换为f曲线。曲线。 ttdttf0)( 所以要确定所以要确定f曲线的问题就变为确定流域的下渗能力曲线曲线的问题就变为确定流域的下渗能力曲线ft的问题。的问题。 下渗能力曲线下渗能力曲线ft的确定，目前常用方法有的确定，目前常用方法有:水文分析法、下渗模型法。水文分析法、下渗模型法。 水文分析法水文分析法基本依据是根据实测的降雨过程和流量过程，基本依据是根据实测的降雨过程和流量过程，求得求得f关系和关系和ft

41、。 下渗模型法下渗模型法是应用下渗公式中是应用下渗公式中ft的函数关系，然后再转的函数关系，然后再转换为换为f关系。常用的下渗公式有：关系。常用的下渗公式有： 霍顿公式：霍顿公式： KtCCeffff)(0CffKfCCeffff)(0)(菲利蒲公式菲利蒲公式 ：AtBfABABf/ )11 (22 应用前提应用前提 流域上土质均匀，包气带厚度大体一致，各处下流域上土质均匀，包气带厚度大体一致，各处下渗能力基本一致，而且降雨强度的空间分布均匀。只宜计算小流域渗能力基本一致，而且降雨强度的空间分布均匀。只宜计算小流域的超渗地面径流。的超渗地面径流。 （二）超渗产流产流量的计算（二）超渗产流产流量

42、的计算 1、流域下渗能力分布均匀时的产流量计算、流域下渗能力分布均匀时的产流量计算（1 1）列表计算法）列表计算法 : :又分直接计算法、试错法又分直接计算法、试错法 取单位时段长，取单位时段长，直接计算法步骤：直接计算法步骤： （a）设下渗能力只与土壤含水量有关，与其垂向分布无关，即）设下渗能力只与土壤含水量有关，与其垂向分布无关，即Ffp关系单一，由关系单一，由fp (t)函数确定函数确定Ffp关系；关系； （b）根据）根据F0查查fp1，i1与与fp1对比，确定第对比，确定第1时段的实际下渗量时段的实际下渗量f1与与超渗产流量超渗产流量rs1，F1=F0+f1 （c）根据）根据F1查查f

43、p2， i2与与fp2对比，确定第对比，确定第2时段的实际下渗量时段的实际下渗量f2与超与超渗产流量渗产流量rs2，F2=F0+f1 （如此循环（如此循环）超渗产流量计算表超渗产流量计算表 F0=20mm 时间时间 i F fp f rs 12 01 3.0 20.0 5.6 3.0 0 12 02 5.0 23.0 5.2 5.0 0 12 03 2.0 28.0 4.5 2.0 0 12 04 8.0 30.0 4.0 4.0 4.0 12 05 2.0 34.0 3.6 2.0 0 12 06 7.0 36.0 3.4 3.4 3.6试错法步骤试错法步骤： （a）设下渗能力只与土壤含水量有关，与其垂向分布无关，）设下渗能力只与土壤含水量有关，与其垂向分布无关，即即Ffp关系单一，由关系单一，由fp (t)函数确定函数确定Ffp关系；关系； （b）根据时段初累计下渗量）根据时段初累计下渗量F0查时段初下渗容量查时段初下渗容量fp0，假定一，假定一个时段末的下渗容量个时段末的下渗容量fp1；（c）假设时段内下渗容量