第八章產(chǎn)流機(jī)制研究

1、8.1 8.1 降水形成產(chǎn)流過(guò)程概述降水形成產(chǎn)流過(guò)程概述8.2 8.2 包氣帶水量平衡包氣帶水量平衡8.3 8.3 產(chǎn)流機(jī)制產(chǎn)流機(jī)制8.4 8.4 單點(diǎn)產(chǎn)流類型與單點(diǎn)產(chǎn)流模式單點(diǎn)產(chǎn)流類型與單點(diǎn)產(chǎn)流模式p94 公式公式8-11，少下標(biāo)，少下標(biāo) “sb” = -satsbbcri rf第八章第八章 重點(diǎn)重點(diǎn)1. 包氣帶水量平衡要素及平衡方程包氣帶水量平衡要素及平衡方程2. 四種徑流成分的產(chǎn)流機(jī)制四種徑流成分的產(chǎn)流機(jī)制3. 霍頓產(chǎn)流機(jī)制的核心論點(diǎn)與局限性霍頓產(chǎn)流機(jī)制的核心論點(diǎn)與局限性4. 九種產(chǎn)流類型的組合九種產(chǎn)流類型的組合5. 九種產(chǎn)流類型歸為兩種產(chǎn)流模式的水文意義九種產(chǎn)流類型歸為兩種產(chǎn)流模式的水

2、文意義8.1降水形成產(chǎn)流的一般過(guò)程概述降水在完全降落到地面以前降水在完全降落到地面以前要經(jīng)過(guò)地面要經(jīng)過(guò)地面植被的截留植被的截留，并，并滿足滿足地面地面低洼處的蓄水存量低洼處的蓄水存量、包氣帶下滲包氣帶下滲要求后，才會(huì)在流域內(nèi)要求后，才會(huì)在流域內(nèi)從局部地點(diǎn)產(chǎn)生徑流從局部地點(diǎn)產(chǎn)生徑流，并隨降水的延續(xù)及相應(yīng)條件的滿足后，并隨降水的延續(xù)及相應(yīng)條件的滿足后，流域的流域的產(chǎn)流面積逐漸擴(kuò)展產(chǎn)流面積逐漸擴(kuò)展。并并不是降水后不是降水后，流域內(nèi)，流域內(nèi)所有的點(diǎn)都同時(shí)產(chǎn)生徑流所有的點(diǎn)都同時(shí)產(chǎn)生徑流，各點(diǎn)的產(chǎn)流有先后之分。各點(diǎn)的產(chǎn)流有先后之分。產(chǎn)流過(guò)程產(chǎn)流過(guò)程 不同成分的凈雨水量形成過(guò)程不同成分的凈雨水量形成過(guò)程匯流

3、過(guò)程匯流過(guò)程徑流形成過(guò)程徑流形成過(guò)程坡地匯流過(guò)程坡地匯流過(guò)程河網(wǎng)匯流過(guò)程河網(wǎng)匯流過(guò)程徑流形成過(guò)程分解為產(chǎn)流過(guò)程與匯流過(guò)程是是降雨到達(dá)地表降雨到達(dá)地表經(jīng)植物截留、地表填洼、經(jīng)植物截留、地表填洼、入滲、入滲、蒸發(fā)損失蒸發(fā)損失后，后，轉(zhuǎn)化為不同成分的凈雨量轉(zhuǎn)化為不同成分的凈雨量（稱產(chǎn)流過(guò)程），（稱產(chǎn)流過(guò)程），凈雨凈雨 再匯集到再匯集到 流域出口斷面的過(guò)程（流域出口斷面的過(guò)程（稱匯流過(guò)程稱匯流過(guò)程）定義：定義：是各種徑流成分的形成過(guò)程，是各種徑流成分的形成過(guò)程，是降雨到達(dá)地表經(jīng)植物截留、地表填洼、是降雨到達(dá)地表經(jīng)植物截留、地表填洼、入滲損失后，轉(zhuǎn)化為凈雨的過(guò)程。入滲損失后，轉(zhuǎn)化為凈雨的過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程

4、中，在整個(gè)過(guò)程中，不同成分的凈雨量不同成分的凈雨量在土壤層中在土壤層中 經(jīng)經(jīng) 下滲下滲 與與 蓄留蓄留 后，后，在不同作用機(jī)制下遷移運(yùn)動(dòng)。在不同作用機(jī)制下遷移運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)流過(guò)程，為何又稱流域蓄滲過(guò)程產(chǎn)流過(guò)程，為何又稱流域蓄滲過(guò)程匯流過(guò)程分解為坡地匯流和河網(wǎng)匯流匯流過(guò)程分解為坡地匯流和河網(wǎng)匯流河網(wǎng)匯流階段河網(wǎng)匯流階段: :包氣帶某層位形成的凈雨水量，包氣帶某層位形成的凈雨水量，沿著沿著 土壤坡面土壤坡面從從地表和地下地表和地下匯入?yún)R入 流域各級(jí)干支流的河槽內(nèi)；流域各級(jí)干支流的河槽內(nèi)；凈雨水量?jī)粲晁吭傺刂傺刂骷?jí)各級(jí)干支流的河槽干支流的河槽, ,從上游向下游匯集到從上游向下游匯集到 流域流域出口斷

5、面的過(guò)程出口斷面的過(guò)程。坡地匯流階段坡地匯流階段: :典型流量過(guò)程線中的水量構(gòu)成流量過(guò)程線中的水量構(gòu)成超滲坡面流超滲坡面流飽和坡面流飽和坡面流回歸流回歸流飽和壤中流飽和壤中流非飽和壤中流非飽和壤中流地下徑流地下徑流總徑流量中各種徑流成分是如何總徑流量中各種徑流成分是如何體現(xiàn)體現(xiàn)的？的？將典型將典型洪水過(guò)程線洪水過(guò)程線的的退水部分退水部分繪在繪在 單對(duì)數(shù)或雙對(duì)數(shù)紙坐標(biāo)系內(nèi)單對(duì)數(shù)或雙對(duì)數(shù)紙坐標(biāo)系內(nèi),橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)是時(shí)間，是時(shí)間，縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)是對(duì)是對(duì)流量取對(duì)數(shù)后的數(shù)值流量取對(duì)數(shù)后的數(shù)值。在圖上得到在圖上得到 有有多個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的連續(xù)折線段，多個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的連續(xù)折線段，這些這些折線段代表不同退水速度的成分水流。

6、折線段代表不同退水速度的成分水流?？倧搅髁恐懈鞣N徑流成分是如何發(fā)現(xiàn)的？總徑流量中各種徑流成分是如何發(fā)現(xiàn)的？可以推理：可以推理：有有不同成分的徑流在時(shí)間上是先后形成的不同成分的徑流在時(shí)間上是先后形成的，它們的它們的產(chǎn)流速度不同及產(chǎn)流速度不同及 來(lái)源不同來(lái)源不同，從而構(gòu)成從而構(gòu)成了河道斷面的總水量。了河道斷面的總水量。漲水階段的漲水階段的 洪水過(guò)程線洪水過(guò)程線陡升陡升，漲水部分繪在單對(duì)數(shù)紙或雙對(duì)數(shù)紙上，漲水部分繪在單對(duì)數(shù)紙或雙對(duì)數(shù)紙上，沒(méi)有明顯的流量變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)。沒(méi)有明顯的流量變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)。退水段折線段代表不同形成機(jī)制的徑流退水段折線段代表不同形成機(jī)制的徑流退水最快的退水最快的曲線段曲線段 代表代表

7、的是的是 地面徑流地面徑流，退水最慢的退水最慢的曲線段曲線段 代表代表 的是的是 地下徑流，地下徑流，壤中徑流壤中徑流（快速與慢速）的退水速度（快速與慢速）的退水速度在前兩者之間在前兩者之間。8.2 包氣帶水量平衡包氣帶水量平衡1. 什么是包氣帶什么是包氣帶 、水分帶結(jié)構(gòu)、水分帶結(jié)構(gòu)2. 包氣帶分層及分層內(nèi)水分運(yùn)動(dòng)特征包氣帶分層及分層內(nèi)水分運(yùn)動(dòng)特征3. 包氣帶不同層位的水量平衡包氣帶不同層位的水量平衡 包氣帶包氣帶 飽和帶飽和帶隔水層隔水層承壓含水層承壓含水層越流越流包氣帶（zone of aeration ）位于位于土壤表面土壤表面 以下以下，潛水面潛水面以上以上 的的 不飽和土壤層不飽和土

8、壤層。不飽和土壤層的厚度不飽和土壤層的厚度也就是也就是包氣帶的厚度包氣帶的厚度。包氣帶特征包氣帶特征基本上是不飽和土壤特征基本上是不飽和土壤特征1. 包裹空氣包裹空氣 的的 不飽和土壤水帶不飽和土壤水帶， 土壤土壤孔隙沒(méi)有完全孔隙沒(méi)有完全被液態(tài)水充滿。被液態(tài)水充滿。2. 土水勢(shì)土水勢(shì) 主要由主要由基質(zhì)勢(shì)基質(zhì)勢(shì)與與滲透勢(shì)滲透勢(shì)構(gòu)成構(gòu)成 , 土水勢(shì)為負(fù)值土水勢(shì)為負(fù)值3. 水分遷移水分遷移主要由主要由基質(zhì)勢(shì)梯度基質(zhì)勢(shì)梯度驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)包氣帶厚度包氣帶厚度地面地面 到到 地下潛水面地下潛水面 的的 距離距離，包氣帶的厚度受地下潛水面的變動(dòng)而變動(dòng)包氣帶的厚度受地下潛水面的變動(dòng)而變動(dòng)影響包氣帶厚度的因素影響包氣

9、帶厚度的因素水量收支水量收支1. 上游河道天然來(lái)水量的補(bǔ)給上游河道天然來(lái)水量的補(bǔ)給2. 降水或灌溉降水或灌溉3. 地下水的抽取地下水的抽取4. 植物蒸騰植物蒸騰5. 土壤蒸發(fā)土壤蒸發(fā)包氣帶增厚地下水埋深增大植物用水上游來(lái)減少水上游來(lái)減少水，地下水位下降，地下水位下降，包氣帶厚度增大包氣帶厚度增大，植物植物根系吸收不到根系吸收不到地下水，地下水，枯死枯死 。區(qū)域年均降水量區(qū)域年均降水量40mm40mm，生長(zhǎng)完全依賴地下水。，生長(zhǎng)完全依賴地下水。枯死荒漠化枯死荒漠化 區(qū)域環(huán)境需水區(qū)域環(huán)境需水 生態(tài)水文問(wèn)題生態(tài)水文問(wèn)題潛水埋深潛水埋深 包氣帶厚度變化對(duì)對(duì)植物生長(zhǎng)影響包氣帶厚度變化對(duì)對(duì)植物生長(zhǎng)影響到達(dá)

10、地表的降水，分配與轉(zhuǎn)換有三個(gè)過(guò)程到達(dá)地表的降水，分配與轉(zhuǎn)換有三個(gè)過(guò)程1.地面以上地面以上 2.地表處地表處 3.地面以下地面以下 植物對(duì)降水截留及地表填洼植物對(duì)降水截留及地表填洼 降水強(qiáng)度與下滲強(qiáng)度決定降水強(qiáng)度與下滲強(qiáng)度決定 也就是土壤包氣帶內(nèi)，也就是土壤包氣帶內(nèi)， 土壤分層水力、含水量差異決定土壤分層水力、含水量差異決定包氣帶是不同成分徑流類型的發(fā)生場(chǎng)所流域流域陸面陸面由由不同下墊面不同下墊面類型類型構(gòu)成構(gòu)成，不同不同下墊面下墊面包氣帶包氣帶所處的所處的坡位、坡向、植被坡位、坡向、植被類型、類型、土壤土壤質(zhì)地、厚度、水力特性、土壤水分狀況質(zhì)地、厚度、水力特性、土壤水分狀況不同，不同，則在則在

11、 同一次降水事件同一次降水事件中，中，對(duì)應(yīng)有不同的產(chǎn)流類型和產(chǎn)流模式。對(duì)應(yīng)有不同的產(chǎn)流類型和產(chǎn)流模式。產(chǎn)流有先后、產(chǎn)流量大小不同、產(chǎn)流場(chǎng)所層位不同。產(chǎn)流有先后、產(chǎn)流量大小不同、產(chǎn)流場(chǎng)所層位不同。所以，要先講所以，要先講 包氣帶相關(guān)知識(shí)包氣帶相關(guān)知識(shí) 。典型包氣帶 水分結(jié)構(gòu)帶的三個(gè)分層依據(jù)依據(jù) 包氣帶內(nèi)包氣帶內(nèi) 毛管水分毛管水分的的來(lái)源來(lái)源和和 它與它與 外界水分交換外界水分交換 之間的關(guān)系，之間的關(guān)系，把把 包氣帶包氣帶 分三個(gè)帶分三個(gè)帶包氣帶水量平衡 研究思路：研究思路： 考察各個(gè)考察各個(gè)水量平衡要素水量平衡要素的變化的變化 研究方法：研究方法： 水量平衡原理水量平衡原理 研究對(duì)象：研究對(duì)象

12、： 典型的、有代表性的典型的、有代表性的 包氣帶，包氣帶，分兩層分兩層 研究時(shí)段：研究時(shí)段： 任一時(shí)段內(nèi)，任一時(shí)段內(nèi)， 假設(shè)有一次降水事件發(fā)生，假設(shè)有一次降水事件發(fā)生， 時(shí)段末時(shí)刻并不是降水停止的時(shí)刻。時(shí)段末時(shí)刻并不是降水停止的時(shí)刻。 p 降水量降水量e1 降雨期間的截留與蒸發(fā)量降雨期間的截留與蒸發(fā)量e2 儲(chǔ)存土壤水的蒸發(fā)量?jī)?chǔ)存土壤水的蒸發(fā)量f 下滲水量下滲水量rs 地表徑流量地表徑流量rsb 壤中徑流量壤中徑流量rg 地下徑流量地下徑流量w1 土層土層a與與b的平均初始蓄水量的平均初始蓄水量w2 土層土層a與與b 時(shí)段末平均蓄水量時(shí)段末平均蓄水量考察某時(shí)段內(nèi)，包氣帶的水量平衡要素考察某時(shí)段內(nèi)

13、，包氣帶的水量平衡要素w1 土層土層a與與b的平均初始蓄水量的平均初始蓄水量w2 土層土層a與與b 時(shí)段末平均蓄水量時(shí)段末平均蓄水量到達(dá)地表的降雨蒸發(fā)到達(dá)地表的降雨蒸發(fā) e1地表處水量平衡方程地表處水量平衡方程研究時(shí)段內(nèi)，研究時(shí)段內(nèi)，積水用于蒸發(fā)與下滲積水用于蒸發(fā)與下滲地表處地表處 ： w = 010swpfre地表處水量平衡地表處水量平衡 方程：方程：1spfre下滲水分 f 的再分配下滲水分下滲水分 f f 進(jìn)入包氣帶后，進(jìn)入包氣帶后，在土水勢(shì)等作用下、土壤分層間水力差異影響下在土水勢(shì)等作用下、土壤分層間水力差異影響下 ，在包氣帶內(nèi)又進(jìn)行分配，轉(zhuǎn)化為徑流與土壤水分。在包氣帶內(nèi)又進(jìn)行分配，轉(zhuǎn)

14、化為徑流與土壤水分。包氣帶內(nèi)下滲水分的分配及水量平衡包氣帶內(nèi)下滲水分的分配及水量平衡包氣帶蓄水量變化量包氣帶蓄水量變化量包氣帶水量平衡方程包氣帶水量平衡方程2sbgwferr土壤水蒸發(fā)土壤水蒸發(fā) e2生成生成 rsb 與與rg 徑流徑流w = w2 - w1地表處水量平衡地表處水量平衡 包氣帶蓄水量的變化包氣帶蓄水量的變化下滲水量的轉(zhuǎn)換下滲水量的轉(zhuǎn)換 1spfre21www2sbgferrw 12eee包氣帶水量平衡方程包氣帶水量平衡方程ssbgwperrr總蒸發(fā)量總蒸發(fā)量 上兩式相加上兩式相加包氣帶的水量變化與降雨量的關(guān)系包氣帶的水量變化與降雨量的關(guān)系考察時(shí)段內(nèi)，考察時(shí)段內(nèi)，p 0 ，考察時(shí)

15、段內(nèi)，考察時(shí)段內(nèi)，p =0 ，0w ，包氣帶水分含量增加0w ， 包氣帶水分含量減少=-ssbgwperrr 現(xiàn)代階段現(xiàn)代階段1970年以后年以后霍頓階段霍頓階段1930年代年代產(chǎn)流過(guò)程經(jīng)水文學(xué)家認(rèn)知?dú)v程的發(fā)展 ，徑流成分從兩種擴(kuò)展為四種50年代年代60年代年代8.3 8.3 產(chǎn)流機(jī)制產(chǎn)流機(jī)制在降雨過(guò)程中，在降雨過(guò)程中，有截留損失和填洼損失。有截留損失和填洼損失。隨降雨過(guò)程的持續(xù)，土壤濕度增加，隨降雨過(guò)程的持續(xù)，土壤濕度增加，表層土壤的下滲能力減小，表層土壤的下滲能力減小，霍頓觀測(cè)到霍頓觀測(cè)到 超滲超滲地表徑流地表徑流 在降水強(qiáng)度大于土壤下滲能力時(shí)產(chǎn)生在降水強(qiáng)度大于土壤下滲能力時(shí)產(chǎn)生, , 地

16、下徑流地下徑流 在累計(jì)下滲量大于土壤缺水量以后產(chǎn)生在累計(jì)下滲量大于土壤缺水量以后產(chǎn)生霍頓觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)流現(xiàn)象（1933）霍頓產(chǎn)流現(xiàn)象霍頓產(chǎn)流現(xiàn)象 在干旱半干旱氣候地區(qū)植被稀少，在干旱半干旱氣候地區(qū)植被稀少，土壤包氣帶薄、土壤包氣帶薄、硬質(zhì)表層荒地、凍土等地帶發(fā)生。硬質(zhì)表層荒地、凍土等地帶發(fā)生?；纛D的產(chǎn)流觀點(diǎn)霍頓的產(chǎn)流觀點(diǎn)總結(jié)成下面兩段話總結(jié)成下面兩段話徑流的成分有兩種，徑流的成分有兩種，地面徑流與地下徑流，地面徑流與地下徑流， rs 對(duì)洪水漲落起主要作用對(duì)洪水漲落起主要作用， rg 長(zhǎng)期維持長(zhǎng)期維持河流枯水流量，河流枯水流量， i f ，全流域產(chǎn)生地面徑流全流域產(chǎn)生地面徑流降水過(guò)程中，降水過(guò)程中

17、，形成什么類型的徑流成分形成什么類型的徑流成分取決于取決于i(降水強(qiáng)度降水強(qiáng)度) 與與 f (土壤下滲能力土壤下滲能力) ，f (下滲水量下滲水量)與與 d (土壤缺水量土壤缺水量 ) 之間的關(guān)系之間的關(guān)系是是 土壤初始含水量土壤初始含水量w1距離距離 土壤含水量土壤含水量達(dá)到達(dá)到田間含水量田間含水量w田田 的的差值差值 d = w田田 - w1霍頓觀點(diǎn)霍頓觀點(diǎn) 徑流成分取決于徑流成分取決于i 與與 f ，f 與與 d 之間關(guān)系之間關(guān)系無(wú)徑流產(chǎn)生，河流處于原先退水狀態(tài)無(wú)徑流產(chǎn)生，河流處于原先退水狀態(tài)河流出現(xiàn)河流出現(xiàn)尖瘦、漲落段尖瘦、漲落段大致對(duì)稱大致對(duì)稱的洪水過(guò)程線的洪水過(guò)程線河流出現(xiàn)河流出現(xiàn)

18、矮胖、漲落段矮胖、漲落段大致對(duì)稱大致對(duì)稱的洪水過(guò)程線的洪水過(guò)程線河流出現(xiàn)河流出現(xiàn)漲洪快速，落洪比較緩漲洪快速，落洪比較緩，漲水段與落水段漲水段與落水段明顯不對(duì)稱明顯不對(duì)稱的洪水過(guò)程線的洪水過(guò)程線霍頓產(chǎn)流機(jī)制局限性的四個(gè)表現(xiàn)霍頓產(chǎn)流機(jī)制局限性的四個(gè)表現(xiàn)一次比較均勻的降水過(guò)程中，卻出現(xiàn)兩個(gè)洪峰一次比較均勻的降水過(guò)程中，卻出現(xiàn)兩個(gè)洪峰第一個(gè)：超滲地面徑流形成第一個(gè)：超滲地面徑流形成第二個(gè)：壤中徑流與回歸流形成第二個(gè)：壤中徑流與回歸流形成典型的降雨徑流過(guò)程線典型的降雨徑流過(guò)程線只有一個(gè)洪峰，只有一個(gè)洪峰，一個(gè)漲水段一個(gè)漲水段一個(gè)退水段一個(gè)退水段說(shuō)明洪水過(guò)程線中的現(xiàn)象說(shuō)明洪水過(guò)程線中的現(xiàn)象有不同成分的徑

19、流類型有不同成分的徑流類型不同成分徑流的產(chǎn)流速度不同不同成分徑流的產(chǎn)流速度不同形成場(chǎng)所不同形成場(chǎng)所不同下面講解四種徑流成分的產(chǎn)流機(jī)制下面講解四種徑流成分的產(chǎn)流機(jī)制 超滲地表徑流超滲地表徑流 壤中徑流（派生出回歸流）壤中徑流（派生出回歸流） 飽和地表徑流飽和地表徑流 地下徑流（狹義地下徑流）地下徑流（狹義地下徑流）下面圖示四種徑流成分的產(chǎn)流場(chǎng)所下面圖示四種徑流成分的產(chǎn)流場(chǎng)所壤中徑流或回歸流壤中徑流或回歸流超滲地面徑流超滲地面徑流地下徑流地下徑流總凈雨量總凈雨量截留截留 包氣帶包氣帶 飽和帶飽和帶隔水層隔水層承壓含水層承壓含水層r rg gr rsbsb 或或r rretretr rs s或或r

20、rsatsat越流越流蒸發(fā)蒸發(fā)地面飽和徑流地面飽和徑流降水降水講解過(guò)程中的符號(hào)意義i 降水強(qiáng)度降水強(qiáng)度f(wàn) 下滲強(qiáng)度下滲強(qiáng)度f(wàn) 下滲水量下滲水量d 包氣帶缺水量包氣帶缺水量rs 地表徑流地表徑流rg 地下徑流地下徑流rgb 壤中徑流壤中徑流rsat 飽和地面徑流飽和地面徑流 i f , , rs = i - f 0i = 1.5cm/hrf = 2.0cm/hri= 1.5cm/hrf = 0.5cm/hrr s= 1.0cm/hr超滲地面徑流理論超滲地面徑流理論降水初期降水初期i f地表積水地表積水開(kāi)始產(chǎn)流開(kāi)始產(chǎn)流隨降水再持續(xù)隨降水再持續(xù)if地表地表積水增多積水增多產(chǎn)流量增加產(chǎn)流量增加各分時(shí)段

21、多余的降水量用來(lái)產(chǎn)流各分時(shí)段多余的降水量用來(lái)產(chǎn)流t3t2t1t4 降雨強(qiáng)度小于下滲，沒(méi)有積水降雨強(qiáng)度小于下滲，沒(méi)有積水 地表有積水，產(chǎn)流地表有積水，產(chǎn)流 地表有積水，產(chǎn)流地表有積水，產(chǎn)流 地表有積水，產(chǎn)流地表有積水，產(chǎn)流水量平衡方程自降雨開(kāi)始至自降雨開(kāi)始至降雨結(jié)束時(shí)刻降雨結(jié)束時(shí)刻的時(shí)段內(nèi)的時(shí)段內(nèi)，地面的水量平衡地面的水量平衡可用下面的方程表述：可用下面的方程表述：rs= p e f in u 其中，其中，rs 是地面徑流產(chǎn)流量，是地面徑流產(chǎn)流量，p，e , f分別是降雨開(kāi)時(shí)刻分別是降雨開(kāi)時(shí)刻到時(shí)刻到時(shí)刻t的累計(jì)降雨量、蒸發(fā)量、下滲量，的累計(jì)降雨量、蒸發(fā)量、下滲量，in 與與 u是植物截留量和填

22、洼量是植物截留量和填洼量（知識(shí)點(diǎn)（知識(shí)點(diǎn)1）。水量平衡方程一般，降雨期間的蒸發(fā)比較小可以忽略；一般，降雨期間的蒸發(fā)比較小可以忽略；另用于植物截留和填洼的水量不大，另用于植物截留和填洼的水量不大，在數(shù)值上變化穩(wěn)定，是緩變因素；在數(shù)值上變化穩(wěn)定，是緩變因素；因此，植物截留量、填洼量和雨期蒸發(fā)量因此，植物截留量、填洼量和雨期蒸發(fā)量在地面徑流的形成過(guò)程中不起支配作用，在地面徑流的形成過(guò)程中不起支配作用，可以忽略；可以忽略；則上面的水量方程則上面的水量方程可簡(jiǎn)化為可簡(jiǎn)化為rs= p f。（知識(shí)點(diǎn)（知識(shí)點(diǎn)2）。若用強(qiáng)度表述上面的水量平衡方程若用強(qiáng)度表述上面的水量平衡方程，則地面徑流的則地面徑流的產(chǎn)流強(qiáng)度產(chǎn)

23、流強(qiáng)度 rs 可用可用 rs = i f 表示表示；其中，其中，i 是降雨強(qiáng)度，是降雨強(qiáng)度， f 是下滲強(qiáng)度，由上面方程知，是下滲強(qiáng)度，由上面方程知，只有當(dāng)降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度時(shí)，只有當(dāng)降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度時(shí)，才有地面徑流產(chǎn)生，這種徑流稱為超滲地面徑流；才有地面徑流產(chǎn)生，這種徑流稱為超滲地面徑流；而當(dāng)降雨強(qiáng)度小于下滲強(qiáng)度時(shí)，而當(dāng)降雨強(qiáng)度小于下滲強(qiáng)度時(shí)，降水全部消耗于下滲，沒(méi)有地面徑流產(chǎn)生。降水全部消耗于下滲，沒(méi)有地面徑流產(chǎn)生。以上論述就是超滲地面徑流的形成機(jī)制以上論述就是超滲地面徑流的形成機(jī)制（知識(shí)點(diǎn)（知識(shí)點(diǎn)3）。壤中徑流產(chǎn)流機(jī)制壤中徑流產(chǎn)流機(jī)制土壤條件土壤條件自然界中的包氣帶中，自然界中的包

24、氣帶中，上層的土壤上覆的壓力小上層的土壤上覆的壓力小，分布有大量分布有大量植物根系、植物根系、 富含有機(jī)質(zhì)富含有機(jī)質(zhì)，上層土壤顆粒團(tuán)聚體構(gòu)成土壤的固體骨架，上層土壤顆粒團(tuán)聚體構(gòu)成土壤的固體骨架，表層土壤受降水的淋溶、動(dòng)植物活動(dòng)的影響大表層土壤受降水的淋溶、動(dòng)植物活動(dòng)的影響大使得使得土壤結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大。土壤結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大。而而下層土壤上覆壓力大，土壤相對(duì)密實(shí)，孔隙度小。下層土壤上覆壓力大，土壤相對(duì)密實(shí)，孔隙度小。下層與上層土壤相比，透水性弱，下層與上層土壤相比，透水性弱，容易在兩層的界面上形成壤中徑流。容易在兩層的界面上形成壤中徑流。a a層層: :質(zhì)地較粗質(zhì)地較粗, ,易透水層易透水層

25、b b層層: :質(zhì)地較細(xì)質(zhì)地較細(xì), ,弱透水層弱透水層c c層層fb,abcacbfffffa壤中徑流產(chǎn)生過(guò)程圖示壤中徑流產(chǎn)生過(guò)程圖示臨時(shí)飽和帶臨時(shí)飽和帶壤中流的壤中流的,abc ac bffff細(xì)細(xì)bi fa相對(duì)不透水界面相對(duì)不透水界面1.非均質(zhì)性土壤或?qū)哟涡酝寥婪蔷|(zhì)性土壤或?qū)哟涡酝寥溃?有透水性上下不同的界面；有透水性上下不同的界面；2.上層上層a獲得下滲水量強(qiáng)度獲得下滲水量強(qiáng)度f(wàn)a 要大于下層要大于下層b獲得下滲水量的強(qiáng)度獲得下滲水量的強(qiáng)度f(wàn)b ； 可以在可以在a-b土層界面上產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶；土層界面上產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶；3.具有產(chǎn)生具有產(chǎn)生內(nèi)部側(cè)向流動(dòng)的傾斜坡度內(nèi)部側(cè)向流動(dòng)的傾斜坡度。i

26、粗粗afbfa降水下滲過(guò)程中，降水下滲過(guò)程中，上層土壤上層土壤a層含水量的增加層含水量的增加快于快于下層下層土壤土壤b層含水量的增加層含水量的增加，上層上層a層土壤先達(dá)到田間含水量層土壤先達(dá)到田間含水量，直至飽和直至飽和后，后，上層上層a土壤獲得的下滲水量土壤獲得的下滲水量會(huì)會(huì)以穩(wěn)定下滲率以穩(wěn)定下滲率fc,a 給給 b層土壤供水層土壤供水; c,ac,a bbfifffi 或 后續(xù)的降水后續(xù)的降水 只要只要滿足滿足 i fb ，就會(huì)就會(huì)在在a-b兩層間的界面上產(chǎn)生積水兩層間的界面上產(chǎn)生積水，積水量為積水量為 i fb ，這部分積水，這部分積水在在重力作用下沿坡的傾向流動(dòng)重力作用下沿坡的傾向流動(dòng)

27、，形成壤中徑流。，形成壤中徑流。壤中流壤中流在土壤內(nèi)匯聚的過(guò)程中在土壤內(nèi)匯聚的過(guò)程中，會(huì)會(huì)在己飽和的局地坡面上在己飽和的局地坡面上滲出地面，滲出地面，以地面徑流的形式以地面徑流的形式成為坡面漫流，成為坡面漫流，注入河槽注入河槽，這種水流，這種水流稱為回歸流稱為回歸流。它是壤中流所派生的一種徑流成分，它是壤中流所派生的一種徑流成分，回歸流壤中流的派生徑流成分回歸流壤中流從壤中流從土壤層與坡面土壤層與坡面相交處相交處露頭露頭，回歸地表，回歸地表土壤回歸流發(fā)生條件土壤回歸流發(fā)生條件一般只在極小的山坡流域，一般只在極小的山坡流域，且在壤中流比較發(fā)育的情況下，且在壤中流比較發(fā)育的情況下，才能顯示出對(duì)流量

28、過(guò)程線形狀的影響，才能顯示出對(duì)流量過(guò)程線形狀的影響，從而作為一種獨(dú)立的徑流成分而存在。從而作為一種獨(dú)立的徑流成分而存在。論述壤中徑流產(chǎn)流機(jī)制論述壤中徑流產(chǎn)流機(jī)制 4總結(jié)總結(jié)綜上，綜上，壤中徑流的形成條件可概述為三點(diǎn)，壤中徑流的形成條件可概述為三點(diǎn)，一是一是土壤剖面中存在相對(duì)不透水層，土壤剖面中存在相對(duì)不透水層， 上層的透水能力大于下層；上層的透水能力大于下層；二是二是上層向下層的供水強(qiáng)度大于下層的下滲強(qiáng)度；上層向下層的供水強(qiáng)度大于下層的下滲強(qiáng)度；三是三是在界面上產(chǎn)生積水，形成臨時(shí)飽和帶，在界面上產(chǎn)生積水，形成臨時(shí)飽和帶， 界面還具備一定的坡度。界面還具備一定的坡度。 b b層層: :質(zhì)地較細(xì)質(zhì)

29、地較細(xì), ,弱透水層弱透水層c c層層飽和地面徑流圖示飽和地面徑流圖示臨時(shí)飽和帶臨時(shí)飽和帶飽和帶厚度增加，飽和帶厚度增加，抬升到地面抬升到地面faa a層層: :質(zhì)地較粗質(zhì)地較粗, ,易透水層易透水層,abcacbfffffb產(chǎn)流量分析：產(chǎn)流量分析： = -satsbbri rf上部土層開(kāi)始充水上部土層開(kāi)始充水下部土層開(kāi)始充水下部土層開(kāi)始充水土壤繼續(xù)充水，快于下層土壤繼續(xù)充水，快于下層下滲水量增加速度沒(méi)有上層快下滲水量增加速度沒(méi)有上層快上部充水達(dá)到田間含水量上部充水達(dá)到田間含水量, 下滲水來(lái)不及下滲在層內(nèi)形成壤中流下滲水來(lái)不及下滲在層內(nèi)形成壤中流下層土壤仍未達(dá)到田間含水量下層土壤仍未達(dá)到田間含

30、水量壤中徑流壤中徑流圖示壤中徑流與飽和地面徑流的關(guān)系圖示壤中徑流與飽和地面徑流的關(guān)系上部水量飽和，水面抬升到地表上部水量飽和，水面抬升到地表下層土壤仍未達(dá)到田間含水量下層土壤仍未達(dá)到田間含水量飽和地面徑流飽和地面徑流飽和地面徑流流發(fā)生地段：飽和地面徑流流發(fā)生地段：灌叢林季節(jié)凍土地帶的飽和地面徑流灌叢林季節(jié)凍土地帶的飽和地面徑流土壤中土壤中形成壤中徑流形成壤中徑流 r rsbsb 后后，后續(xù)降雨后續(xù)降雨滿足滿足 ，即即在滿足在滿足b b層土壤下滲層土壤下滲及產(chǎn)生及產(chǎn)生壤中徑流壤中徑流的同時(shí)，的同時(shí)，還還剩余一部分水量剩余一部分水量使得使得a a層土壤含水量層土壤含水量 從下向上從下向上由由田間持

31、水量田間持水量逐漸增加到逐漸增加到完全飽和完全飽和，直到直到積水厚度積水厚度抬升到地表抬升到地表, ,在地表形成在地表形成飽和地面徑流飽和地面徑流r rsatsat-0sbbi rf = -sbbi rf取決于取決于土層內(nèi)部土層內(nèi)部上下非均值土壤分層之間的下滲能力上下非均值土壤分層之間的下滲能力差異、差異、以及以及上層土壤達(dá)到全層飽和時(shí)所需的水量上層土壤達(dá)到全層飽和時(shí)所需的水量d、降水強(qiáng)度降水強(qiáng)度及及持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間。概述飽和地面徑流的產(chǎn)生的條件概述飽和地面徑流的產(chǎn)生的條件細(xì)細(xì)brsb相對(duì)不透水界面相對(duì)不透水界面ifbrsat粗粗a1.1. 非均質(zhì)性土壤或?qū)哟涡酝寥婪蔷|(zhì)性土壤或?qū)哟涡酝寥?，?/p>

32、在，存在透水性能突變界面透水性能突變界面2.2. 下層下層土層土層b b供水強(qiáng)度供水強(qiáng)度f(wàn) fa a要大于要大于它本身的下滲強(qiáng)度它本身的下滲強(qiáng)度f(wàn) fb b ，3.3. a a土壤達(dá)到完全飽和土壤達(dá)到完全飽和后，層內(nèi)后，層內(nèi)積水抬升到地面積水抬升到地面以上，以上，4.4. 降水仍繼續(xù)降水仍繼續(xù),abc ac bffff飽和地面徑流飽和地面徑流fa = -satsbbcri rf簡(jiǎn)述飽和地面徑流形成過(guò)程簡(jiǎn)述飽和地面徑流形成過(guò)程在具備在具備壤中流產(chǎn)生條件的界面上壤中流產(chǎn)生條件的界面上，即，即fafb當(dāng)雨強(qiáng)小于上層下滲率當(dāng)雨強(qiáng)小于上層下滲率fa而大于下層下滲率而大于下層下滲率fb時(shí)，時(shí)，界面上可形成

33、臨時(shí)飽和帶，界面上可形成臨時(shí)飽和帶，產(chǎn)生壤中流。產(chǎn)生壤中流。 = -satsbbcri rf此后此后, 隨降雨繼續(xù)，隨降雨繼續(xù)，界面處界面處積水不斷增加，積水面積水不斷增加，積水面將達(dá)到地面將達(dá)到地面，這時(shí)界面以上的土層含水量達(dá)到飽和，這時(shí)界面以上的土層含水量達(dá)到飽和，以后的以后的降雨在地表蓄積流動(dòng)降雨在地表蓄積流動(dòng)，形成徑流，形成徑流，把它稱為飽和地面徑流，把它稱為飽和地面徑流，地下水徑流地下水徑流蓄滿產(chǎn)流的理論基礎(chǔ)蓄滿產(chǎn)流的理論基礎(chǔ)土壤含水量達(dá)到田間含水量以后土壤含水量達(dá)到田間含水量以后, 這時(shí)這時(shí)繼續(xù)下滲的水分繼續(xù)下滲的水分，就開(kāi)始就開(kāi)始產(chǎn)生大量自由重力水產(chǎn)生大量自由重力水將補(bǔ)給潛水，形

34、成地下徑流。將補(bǔ)給潛水，形成地下徑流。這是蓄滿產(chǎn)流的理論基礎(chǔ)。這是蓄滿產(chǎn)流的理論基礎(chǔ)。地下徑流地下徑流1 1、在地下水埋藏淺，包氣帶厚度小，透水性強(qiáng)地帶。在地下水埋藏淺，包氣帶厚度小，透水性強(qiáng)地帶。2 2、包氣帶接受降雨下滲補(bǔ)給后，下滲水向下傳輸，包氣帶接受降雨下滲補(bǔ)給后，下滲水向下傳輸， 水分傳輸?shù)竭_(dá)支持毛水分布帶的上緣，水分傳輸?shù)竭_(dá)支持毛水分布帶的上緣， 下滲水通過(guò)土壤毛管與潛水帶建立水力聯(lián)系。下滲水通過(guò)土壤毛管與潛水帶建立水力聯(lián)系。3 3、若后續(xù)下滲的水分，使含水量達(dá)到田間含水量后，若后續(xù)下滲的水分，使含水量達(dá)到田間含水量后， 后續(xù)下滲水就會(huì)在重力作用下傳輸?shù)綕撍嫣帲罄m(xù)下滲水就會(huì)在重

35、力作用下傳輸?shù)綕撍嫣帲?補(bǔ)給潛水，形成地下徑流。補(bǔ)給潛水，形成地下徑流。論述論述地下徑流的形成機(jī)制地下徑流的形成機(jī)制 1 土壤土壤土壤土壤包氣帶厚度不大包氣帶厚度不大，土壤土壤透水性強(qiáng)，透水性強(qiáng)，在連續(xù)降水過(guò)程中，在連續(xù)降水過(guò)程中，下滲鋒面達(dá)到毛管水帶上緣下滲鋒面達(dá)到毛管水帶上緣，使得使得下滲水與地下水建立聯(lián)系下滲水與地下水建立聯(lián)系 （知識(shí)點(diǎn)（知識(shí)點(diǎn)1）；）；論述地下徑流的形成機(jī)制2水分供給若下滲的水量若下滲的水量可滿足可滿足土壤包氣帶含水量土壤包氣帶含水量超過(guò)超過(guò)田間持水量，田間持水量，則后續(xù)的下滲水分則后續(xù)的下滲水分以自由重力水的形式補(bǔ)給以自由重力水的形式補(bǔ)給地下水，地下水，產(chǎn)生地下徑流

36、產(chǎn)生地下徑流 rg （知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2）論述地下徑流的形成機(jī)制3平衡方程均質(zhì)土壤均質(zhì)土壤的地下徑流產(chǎn)流強(qiáng)度，的地下徑流產(chǎn)流強(qiáng)度，可用方程可用方程 rg = f 來(lái)來(lái)表述表述，即此時(shí)的下滲率即此時(shí)的下滲率等于等于地下徑流的產(chǎn)流率；地下徑流的產(chǎn)流率；對(duì)非均質(zhì)土壤對(duì)非均質(zhì)土壤來(lái)說(shuō)，來(lái)說(shuō)，由于土壤內(nèi)部產(chǎn)生側(cè)向的壤中流由于土壤內(nèi)部產(chǎn)生側(cè)向的壤中流rsb ，則地下徑流產(chǎn)流強(qiáng)度可用則地下徑流產(chǎn)流強(qiáng)度可用 方程方程rg = f - rsb 來(lái)表述。來(lái)表述。（知識(shí)點(diǎn)（知識(shí)點(diǎn)3）產(chǎn)流機(jī)制的論述從三個(gè)知識(shí)點(diǎn)入手1. 土壤條件或土壤條件或土壤水力特性土壤水力特性2. 供水條件與供水條件與動(dòng)力條件動(dòng)力條件3. 建立建立平

37、衡方程平衡方程與討論方程要素與討論方程要素下面總結(jié)：下面總結(jié)：不同徑流成分類型不同徑流成分類型界面產(chǎn)流界面產(chǎn)流的一般規(guī)律的一般規(guī)律不同徑流成分類型界面產(chǎn)流的一般規(guī)律水分來(lái)源水分來(lái)源 ：供水強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度，供水強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度， 可在產(chǎn)流場(chǎng)所可在產(chǎn)流場(chǎng)所產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶。產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶。產(chǎn)流場(chǎng)所產(chǎn)流場(chǎng)所 ：界面（界面（地表地表或或?qū)哟涡酝寥婪謱娱g的分界面層次性土壤分層間的分界面）動(dòng)力動(dòng)力 條件：條件：界面具有一定坡度，界面具有一定坡度， 使得使得水分有側(cè)向流動(dòng)、歸槽的動(dòng)力水分有側(cè)向流動(dòng)、歸槽的動(dòng)力到此， 產(chǎn)流機(jī)制結(jié)束學(xué)習(xí)學(xué)習(xí) 產(chǎn)流機(jī)制理論體系的發(fā)展歷程產(chǎn)流機(jī)制理論體系的發(fā)展歷程 霍頓產(chǎn)流觀點(diǎn)及其

38、局限性霍頓產(chǎn)流觀點(diǎn)及其局限性其它徑流成分產(chǎn)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)歷程其它徑流成分產(chǎn)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)歷程產(chǎn)流類型：產(chǎn)流類型：產(chǎn)流模式：產(chǎn)流模式：不同徑流成分的九種共生、伴生組合不同徑流成分的九種共生、伴生組合或說(shuō)是或說(shuō)是產(chǎn)流機(jī)制的共生、伴生組合產(chǎn)流機(jī)制的共生、伴生組合九種產(chǎn)流類型九種產(chǎn)流類型概化分為概化分為蓄滿產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流模式與模式與超滲產(chǎn)流超滲產(chǎn)流模式模式8.4 單點(diǎn)產(chǎn)流類型與單點(diǎn)產(chǎn)流模式單點(diǎn)產(chǎn)流類型與單點(diǎn)產(chǎn)流模式單點(diǎn)產(chǎn)流類型（單點(diǎn)產(chǎn)流類型（徑流成分的可能組合情況徑流成分的可能組合情況）同一地點(diǎn)同一地點(diǎn)在某次降水產(chǎn)流過(guò)程中（經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間段）在某次降水產(chǎn)流過(guò)程中（經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間段），依據(jù)不同徑流成分的依據(jù)不同徑

39、流成分的共生或伴生條件共生或伴生條件，會(huì)會(huì)同時(shí)或先后同時(shí)或先后出現(xiàn)出現(xiàn)不同形成機(jī)制不同形成機(jī)制的的幾種幾種徑流成分，徑流成分，這些這些徑流成分的可能組合情況徑流成分的可能組合情況（共有九種組合），（共有九種組合），稱為單點(diǎn)產(chǎn)流類型。稱為單點(diǎn)產(chǎn)流類型。該點(diǎn)的該點(diǎn)的總產(chǎn)流量總產(chǎn)流量是這幾種徑流成分之和是這幾種徑流成分之和九種徑流成分組合（或九種單點(diǎn)產(chǎn)流類型）九種徑流成分組合（或九種單點(diǎn)產(chǎn)流類型）1 （超滲）（超滲） rs2 （超滲（超滲 + 壤中）壤中） rs rsb3 （壤中（壤中 + 飽和地面）飽和地面） rsb rsat4 （超滲（超滲 + 地下）地下） rs rg5 （壤中（壤中 + 地下

40、）地下） rsb rg6 （壤中）（壤中） rsb7 （超滲（超滲 + 壤中壤中 + 地下）地下） rs rsb rg8 （飽和地面（飽和地面 + 壤中壤中 + 地下）地下） rsat rsb rg9 （地下）（地下） rg為何只有九種徑流類型？為何只有九種徑流類型？依據(jù)不同徑流成分的共生或伴生條件依據(jù)不同徑流成分的共生或伴生條件只能組合出只能組合出9 種情況。種情況。rs 、rsb 、rsat 、rg 的組合總數(shù)的組合總數(shù)1234444415cccc只組合其中一種徑流成分，可得只組合其中一種徑流成分，可得 3 種徑流成分組合種徑流成分組合 rs型型 rsb型型 rg型型14c為何沒(méi)有飽和地面

41、徑流為何沒(méi)有飽和地面徑流rsat 型型 ?依據(jù)據(jù)飽和地面徑流形成機(jī)制，依據(jù)據(jù)飽和地面徑流形成機(jī)制，判定飽和地面徑流判定飽和地面徑流形成一定伴生形成一定伴生壤中徑流生成。壤中徑流生成。所以，所以，rsat不會(huì)以一種獨(dú)立的徑流類型出現(xiàn)不會(huì)以一種獨(dú)立的徑流類型出現(xiàn)，但但可與可與rsb一起一起與其它徑流類型與其它徑流類型伴生伴生。組合有三種類型組合有三種類型組合有四種類型組合有四種類型只組合其中的兩種徑流成分只組合其中的兩種徑流成分，可得到：，可得到： rs rsb 型型 rsrg 型型rsbrsat 型型 rsb rg 型型24c為何沒(méi)有為何沒(méi)有 rsat rs 型型 與與 rsat+ rg 型型

42、？依據(jù)據(jù)飽和地面徑流形成機(jī)制，依據(jù)據(jù)飽和地面徑流形成機(jī)制，rsat形成的前提條件是有壤中徑流產(chǎn)生，形成的前提條件是有壤中徑流產(chǎn)生，問(wèn)題中的兩種組合形式不會(huì)存在。問(wèn)題中的兩種組合形式不會(huì)存在。但壤中流可以和另外三種徑流成分組合在一起。但壤中流可以和另外三種徑流成分組合在一起。組合有兩種類型組合有兩種類型只組合其中三種徑流成分只組合其中三種徑流成分，可得到：，可得到： rs rsb rg 型型 rsat rsb rg型型rs與與rsat 二者形成機(jī)制不相容，二者形成機(jī)制不相容，不會(huì)共存，不會(huì)共存，所以所以只有上面兩種形式只有上面兩種形式的總徑流構(gòu)成組合，的總徑流構(gòu)成組合，也也沒(méi)有四種徑流成分共存沒(méi)有四種徑流成分共存的徑流類型。的徑流類型。34c如