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1、,第十一章 流域产流 Watershed Runoff Generation/Production,本章主要内容,Part 1 Introduction,Part 1 Introduction,1-1 Runoff,降落在流域上的具有一定时空分布的降水，扣除损失后，在重力作用下，从地面和地下向流域出口断面汇集的水流现象称径流。,1) Definition(定义),Part 1 Introduction,1-1 Runoff,降水径流过程中最根本的损失即蒸散发,降落在流域上的具有一定时空分布的降水，扣除损失后，在重力作用下，从地面和地下向流域出口断面汇集的水流现象称径流。,1) Definiti
2、on(定义),损失,Part 1 Introduction,1-1 Runoff,2) 径流量,降水量扣除损失量余额称为径流量，又称净雨量。 径流量的单位：体积单位(m3, 万m3, 亿m3), 谈水资源量时常用m3 径流深(Runoff Depth)单位：长度单位(mm), 分析降雨径流关系时用mm,3) 径流量的时程分配 (Temporal distribution of runoff),降水的时程分配扣除损失量的时程分配之结果称为径流量时程分配，又称净雨量的时程分配。,Part 1 Introduction,1-2 Rainfall-Runoff Process,流域上承受一场具有一定时
3、空分布降水后，在其出口断面形成流量过程的现象称为径流形成过程。,1) 现象描述,Part 1 Introduction,1-2 Rainfall-Runoff Process,2) 降雨径流形成的子过程,a.在产流物理条件支配下产生径流量的子过程，发生在坡地上，结果产生各种径流成分径流及时程分配流域产流.,c.河网总入流加上河网水面降水向流域出口汇流的子过程，发生在河网，其结果为流域出口断面流量过程河网汇流.,b.各种径流成分分别沿地面和地下向河网汇集的子过程，发生在坡地上，其结果是河网总入流坡地汇流.,Part 1 Introduction,1-2 Rainfall-Runoff Proce
4、ss,Part 1 Introduction,1-2 Rainfall-Runoff Process,3) 两点注记,(a) 对复杂的问题，为了研究必须简化，但简化必须符合物理规律和精度要求。 (b) 产流和汇流原本是耦合的过程，为研究方便，将产流、汇流割裂开来。,Part 1 Introduction,1-3 山坡流域的分类,流域所处气候条件,1.,典型山坡流域的包气带结构和水分动态,2.,出口断面流量过程线的形状(退水规律),3.,流域中地下水动态特点,4.,影响次降雨径流关系的因素,5.,Key points:流域产流特征的分析应力求综合，相辅相成，不宜孤立地、静止地看问题。,Part
5、1 Introduction,1-4 流域产流特征的分析,气候、地理和下垫面特征分析,流域产流,气候,下垫面,地理,Part 1 Introduction,流域产流,气候,下垫面,地理,长年干旱、蒸发量大、土壤缺水量大超渗产流,湿润地区，土壤缺水量少蓄满产流,气候、地理和下垫面特征分析,Part 1 Introduction,流域产流,气候,下垫面,地理,植被差、土壤颗粒细、地下水埋深大超渗产流,土壤颗粒大、质地疏松、植被好、地下水埋深浅蓄满产流,气候、地理和下垫面特征分析,Part 1 Introduction,流域产流,气候,下垫面,地理,长江以南地区： 年降雨量1000mm，径流系数0.
6、4 蓄满产流,西北干旱地区： 年降雨量400mm，径流系数0.2 超渗产流,其他地区：年降雨量4001000mm，径流系数0.20.4 混合产流区（需综合分析）,气候、地理和下垫面特征分析,Part 1 Introduction,流量过程线分析,超渗产流和蓄满产流区别？,地面径流和地下径流形成流量过程线区别？,Part 1 Introduction,流量过程线分析,Part 1 Introduction,定量描述洪水过程线的对称性形状不对称系数CS,Notes:不对称系数计算要求：1）进行过程线转化 2）孤立洪水，不适用于复式洪水,CS-不对称系数 qt-比例过程线的纵坐标 tB-过程线重心的
7、时间 t-时间,流量过程线分析,Part 1 Introduction,影响降雨-径流关系因素,Part 1 Introduction,定量,定性,综合性分析,综合分析,Part 1 Introduction,Part 2 Variations in runoff producing area,Part 2 Variations in runoff producing area,2-1 Phenomena & Causes,1、现象及原因,降雨过程中，流域上产生径流的部分称为产流区。 产流区所包围的流域面积称为产流面积。,Key points: 产流面积是逐渐变化着的,Part 2 Varia
8、tions in runoff producing area,2-1 Phenomena & Causes,一降雨就认为全流域产流是错误的，或者不全面的，原因在于：,a. 降雨空间分布不均,b. 下垫面条件空间分布不均匀（植被、土层厚度、土质等）,目前GIS中DEM可很好地考虑降雨、下垫面条件的不均匀性，但这里还是讲解传统的但在实际中应用效果较好的方法,Part 2 Variations in runoff producing area,Part 2 Variations in runoff producing area,湿润地区流域气候水文特点,1,气候湿润，多年平均降水量1000mm,3,
9、2,洪水过程线陡涨缓落，地面径流和地下径流均占一定比例,多年平均径流系数0.4,蓄满产流,Part 2 Variations in runoff producing area,任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流；当土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。 由此形成蓄满产流概念,蓄满产流机制比较接近或符合土壤缺水量不大的湿润地区。这些地区，一场较大的降雨常易使全流域土壤含水量蓄满。,产流机理,Part 2 Variations in runoff producing area,基本方程,WM-W,降 水,带,蓄满产流计算示意图,Part 2 Vari
10、ations in runoff producing area,若一场降雨不能使全流域蓄满，流域内也观测到径流，why?,原因：流域内各点包气带厚度不一致，各点蓄水容量（土壤缺水量）也不相同，先蓄满的地方先产流，后蓄满的地方后产流，产流面积是不断变化的，这种产流状态称之部分产流（局部产流），最后逐步过渡到全面产流。,蓄水容量曲线(Watershed Capacity Curve),Part 2 Variations in runoff producing area,2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under
11、 runoff formation on repletion of storage,N 个点,对于任意第i点，测出其包气带田间持水量(体积含水量土层深度),1)流域蓄水容量曲线(Watershed water capacity curve),如果以包气带达到田间持水量时的土壤含水量Wm为纵坐标，以小于等于该Wm所占的面积比重f/F为横坐标，则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线,Part 2 Variations in runoff producing area,2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under ru
12、noff formation on repletion of storage,Part 2 Variations in runoff producing area,流域蓄水容量曲线的特点： 单增曲线 唯一性（对一个固定流域而言，天然条件下） 最小值可以是0（流域中存在不透水区域）,2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storage,Part 2 Variations in runoff producing area,2)在降雨空间分布
13、均匀的情况下，蓄满产流总径流产流面积的变化 (Spatial distribution of rainfall is even),特点: (1)土壤缺水量小、先蓄满的地方先产流 (2)产流面积随着降雨继续而不断增大 (3)产流面积大小与降雨量和初始土壤含水量有关，与降雨强度无关。,2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storage,35,流域产流过程示意图,部分面积产流,全面产流,包气带,W0=Wm,Part 2 Variations
14、 in runoff producing area,若初始土含不为0，即,结论同W0=0的情况。,流域蓄水容量曲线的缺点：,不能指出流域某一具体地点的田间持水量、缺水量。,蓄水容量曲线函数,2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storage,Part 2 Variations in runoff producing area,3)降雨空间分布不均匀的情况下，蓄满产流径流面积的变化,把流域分成若干个降雨空间分布均匀的子流域，精度取决于划
15、分区域的大小。如何取得真实的下垫面及降雨量分布？ (数字化特征技术，尽可能离散化;雷达测雨),2-2 Variations in the runoff producing area of total runoff under runoff formation on repletion of storage,Part 2 Variations in runoff producing area,2-3 Variations in the runoff producing area of surface runoff under runoff formation in excess of infil
16、tration,1) 下渗容量分配曲线(Infiltration capacity Curve),Part 2 Variations in runoff producing area,2) 降雨空间分布均匀情况下超渗产流面积变化特点,特 点:产流面积变化与降雨强度和初始土壤含水量有关，与降雨量无关,2-3 Variations in the runoff producing area of surface runoff under runoff formation in excess of infiltration,Part 2 Variations in runoff producing area,3) 降雨空间分布不均匀情况，超渗产流面积变化特点,划分子区域 降雨空间分布均匀,2-3 Variations in the runoff producing
