水文学——流域产流

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1、第六章　流域产流第一节包气带及其水分动态一、包气带性质二、包气带的土壤结构三、包气带水分动态四、包气带对降雨的再分配作用第二节产流的基本物理条件一、传统的产流观念二、产流机制-界面产流规律第三节流域产流计算一、流域产流方式二、流域产流计算12包气带和饱和带包气带的分带第一节包气带及其水分动态一、包气带(Vadosezone)和饱和带(Saturatedzone)包气带：地下水面以上，土壤含水量未达饱和，是土壤颗粒、水分和空气同时存在的三相系统，称为包气带或非饱和带(Unsaturatedzone)。饱和带：地下水面以下，土壤处于饱和含水量状态，是土壤颗粒和

2、水分组成的二相系统，称为饱和带或饱水带。34二、包气带的土壤结构成土因素：母质、气候、生物、地形和时间溶提作用：溶解或携带悬浮成分向下移动。淀积作用：溶解或悬浮的物质在下层淀积。A层：溶提层B层：淀积层C层：母质层D层：基岩湿润条件下木本植物群落下的典型土壤剖面5三、包气带水分动态包气带水分的增长：下渗包气带水分的消退：蒸散发、内排水不同下渗时间的土壤水分剖面不同蒸发时间的土壤水分剖面6四、包气带对降雨的再分配作用“筛子”作用：留在地面+渗入土中P＝I+Rs（P：降雨量；I：下渗水量；Rs：地表径流量）“门槛”作用：包气带土层对下渗水量的再分配作用。I=E

3、+(Wf-W0)+RsubI：下渗水量E：蒸散发量Wf：包气带达到田间持水量时的土壤含水量W0：包气带初始含水量D=Wf-W0(D:包气带缺水量)Rsub：从包气带中排出的自由重力水（subsurfaceflow）7第二节产流的基本物理条件一、传统的产流观念（霍顿Horton观念,1933年）径流过程是由两种径流成分所组成。一旦降雨强度超过下渗能力，则在全流域产生地面径流。地下径流产生的物理条件：整个包气带土壤含水量达到田间持水量。89霍顿产流理论Rs＝0，Rg=0Rs＝0，Rg>0Rs>0，Rg>0Rs>0，Rg＝0102、传统观念与实际现象间的矛盾①尽

4、管流域具有较大的下渗能力，但当降雨强度小于下渗能力时，即i

5、⑥全流域产流的现象是极罕见的。实际观测资料表明，对于某些流域，产流面积不超过5％。对于融雪径流，其最大产流面积也只有84％左右。12二、产流机制-界面产流规律产流机制：水分沿土层垂向运行中，供水与下渗矛盾在一定介质条件下的发展机理和变化过程。不同的供水和介质条件下，这一机理和过程就表现为不同的径流形成机制。131、超渗地面径流的产流机制——Rs机制超渗地面产流机制是指供水与下渗矛盾发生于包气带上界面(地面)的产流机制。地面径流的形成过程是在降雨、植物截留、填洼、雨期蒸发及下渗等几个过程组合下的发展过程。它们都是在相应的作用力下垂向运行的发展过程。自降雨开始

6、至任一时刻的产流过程可借助于下列方程来表达：1415Rs(t)=i(t)-f(t)显然，只有当i>f时，才能产生地面径流。当i≦f时，Rs(t)=016超渗地面径流的产生条件：①要有供水，它是一个必要条件；②要有一个界面，即地面。它是包气带的上界面，也是一个必要条件；③要降雨强度大于下渗能力，它是产流的充分条件。17182、壤中径流的产流机制--Rint机制interflow/subsurfaceflow壤中径流的产流是发生于非均质或层次性土壤中易透水层与相对不透水层交界面上的产流机制。壤中径流的产流机制19当土壤为由两种不同质地的土壤层所构成时，设其上层

7、为粗质地土壤(A层)，下层为细质地土壤(B层)。各层容重(D)、毛管传导度(K)、饱和传导度(Ks)及下渗率(f)具有下列关系：DAKB;Ks,A>Ks,B;fA>fB20机制：以小于或等于Ks,A的降雨强度(i)向A层进行供水时，则在A层中最终呈现以传导度等于该降雨强度(KA＝i)的水分分布剖面，并按此值向下渗透水分。在B层，由于土质细，具有较小的传导能力，即使是在饱和情况下也要比上层供水率小得多。当B层干燥时，靠近A-B层交界面处虽然具有较大吸力，但其KB值更小，同样起着阻水作用。因此，当A层水流达到交界面时，因KA>KB，在交界面处产生

8、积水，形成饱和。当A层的土壤含水量大于其田间持水量时，即θA>θf