第六章径流.

一、径流（Runoff）定义由降水形成的、沿着流域的不同路径流入河流、湖泊或海洋的水流。《中国大百科全书》大气降水扣除损耗外，沿地表或地下运动，汇入河槽不断向下运动的水流（过程）。《环境科学大辞典》6.1径流的形成1径流指流域的降水，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流。又可分为：根据补给来源又分为：降雨径流和融雪径流。表层流地下径流地面径流二径流的形成过程流域蓄渗过程•指雨水耗于植物截留、下渗和填洼等综合过程。截留降雨被植物茎叶拦截的现象称截留。水分从地面渗入土壤的过程称下渗。水分停蓄在地面洼陷处称填洼。流域蓄渗过程•指雨水耗于植物截留、下渗和填洼等综合过程。o当降雨强度小于下渗能力时，降落在透水面上的雨水将全部渗入土壤；大于下渗能力时，雨水除按下渗能力入渗外，超出下渗能力的部分便形成地面径流。o下渗入土壤的水饱和后形成壤中流o下渗至地下水面的水形成地下径流降水在垂向空间上的再分配截留（二）汇流过程净雨沿坡面从地面和地下汇入河网，然后再沿河网汇集到流域出口断面，这一完成过程称为流域汇流过程，（坡地汇流和河网汇流）；坡地汇流过程•坡面漫流地面径流•壤中流•地下径流截留运动速度快慢河槽径流成分在时程上的再分配坡地汇流过程•坡面漫流o净雨在坡面上以片流或时分时合的细沟流运动的现象称为坡面漫流。降水经坡面漫流注入河道，形成地面径流；•壤中流o壤中流和坡面漫流可以互相转化，即表层流以地面径流的形式注入河网；部分壤中流可直接汇入河网。壤中流流动较慢，在降雨结束后仍可产流。•地下径流（基流）o降水下渗到达地下水面后，再注入河网，这部分水量称为基流。地下水流动慢，可长期补给河流，无降水时河网得到的补给绝大部分来自基流。河网汇流过程•各种径流成分经过坡地汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程。o涨水阶段：河槽水量增加、水位升高，河槽出口断面流量小于汇流流量。洪水形成过程。o退水阶段：随着降雨和坡面漫流量的减少直至完全停止，河槽水量减小，水位下降。河网调蓄河岸容蓄河网容蓄净雨量在时程上的又一次再分配，使出口断面的流量过程线比降雨过程线平缓得多总结一次降雨过程，经植物截留、下渗、填洼、蒸发等损失，进入河网的水量显然比降雨量少，且经过坡地汇流和河网汇流，使出口断面的径流过程远比降雨过程平缓，历时长，时间滞后。降雨、产流和汇流，是从降雨开始到水流流出流域出口断面经历的全过程，他们在时间上并无截然的分界，而是同时交错进行的。流域对降水的再分配降水量截留量填洼量地面产流壤中产流地下产流土壤蓄存量补给地下水量深层入渗量地面流量壤中流量地下流量下渗6.2河流水情河流的水文情势：主要指河川径流的分布与变化，洪水与枯水的特征；6.2.1水情要素1.水位（起涨水位、最高水位、水低水位、平均水位）2.流速3.流量QAv6.2.2径流的表示方法1.流量2.径流量3.径流深4.径流模数5.径流系数径流的表示方法•流量Q，m3/so单位时间内通过某一断面的水量•径流总量W，m3oT时段内通过某一断面的总水量。W=QT•径流深度R，mmo指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度。R=W/F=QT/F332626()()()()(10)(10)1000WmWmWmWRmmFkmFmFF定义计算公式单位径流的表示方法•径流模数M，L/s·km2o流域出口断面流量与流域面积F的比值；流域内单位面积单位时间内的产生的径流量。M=Q/F•径流系数α，无单位比值o某一时段的径流深及与相应的降水量之比值。oα=R/P3222(/)(1000/)1000/()()QmsQLsQMLskmFkmFkmF径流的表示方法流量Q，m3/s径流总量W，m3径流深度R，mm径流模数M，L/s·km2径流系数α时间T，s面积F，km2面积F，km2降水量P，mm时间段时间点时间段时间T，s2236296()(/)()(/)11(/10)()10001010RmmMLskmTsMTLkmMTMTmmMTmmm例题1某站控制流域面积,多年平均年降水量，多年平均流量试根据这些资料计算多年平均年径流总量，多年平均径流深，多年平均流量模数，多年平均径流系数。mmP767,/8223smQ212100kmF381025986400365822mTQWmmFWR21410001210001025910008（1）计算多年平均年径流总量：（2）计算多年平均年径流深：)/(8.6)/(0068.0121000822223kmsLkmsmFQM28.0767214PR（3）计算多年平均年径流量模数：（4）计算多年平均年径流系数：（单位换算）。求多年平均水面蒸发量量为流域多年平均陆面蒸发，水面面积为，多年平均流量，多年平均降水量某闭合流域，流域面积陆水,852mmE,100kmFs/15mQ1400mmP1000kmF232例题2解：（1）计算多年平均年径流深：10001000153658640047310001000WRFQTFmm（2）计算流域多年平均蒸发量：mm2794731400RPEEEFFFFEEFF100900927-852100010001602.00mmFFEE水陆陆水陆水陆水（）（）（3）计算多年平均水面年蒸发量：6.3影响流域径流的主要因素(一).流域的气象条件：是影响径流量的决定性因素，其中降水和蒸发最为重要，直接影响流域内径流量和损失量。流域降雨特性不同，对流域出口的洪水有哪些影响?（二）流域下垫面因素1.流域的地理位置用地理坐标（经度、纬度）表示。东西方向伸展的流域，通常具有比较统一的气候，在流域上各处的水文动态有较大的相似性。流域距海洋的距离，对径流的形成有较大的影响。与水循环的强弱有关。2.流域的地形特征平均高程；坡度；切割程度；河网密度3.流域的面积和形状流域面积决定：大面积流域具有较强的径流调节能力，各种影响因素相互平衡和抵消，径流变化趋于稳定。流域的形状流域的长度决定了地面径流汇流的时间，因而影响径流过程。狭长形流域径流过程更为平稳。4.流域的植被包括流域的植被覆盖率、植被类型、年龄、林冠厚度、茂密程度对气候、截留、下渗、地形都有影响，从而对径流形成过程产生影响。截留：与植被的生理特征有关，也与气象因素有关。植被的生长增加了地表粗糙度，减少坡面漫流速度，从而增加雨水下渗机会，减少地表径流量。落叶枯枝改变了土壤的成分和结构，从而影响土壤水分的下渗和蒸发。5.流域内的土壤及地质构造土壤的物理性质和含水量，地层分布和地质构造，影响着流域的下渗水量、地下水对河流的补给量、流域地表的冲刷等。从而在一定程度上影响着径流和泥沙情势。6.湖泊和沼泽通过调节流域内的蓄水量影响径流的变化，使径流量变缓。同样暴雨情况下，为何流域城市化后的洪水比天然流域的显著增大？主要表现在如下几个方面：（1）大规模建造房屋，铺砌道路，使下垫面不透水性大大增加，其结果是下渗量和蒸发量减少，而地表径流和径流总量增加，洪峰流量加大；（2）城市排水系统管网化，使暴雨径流尽快地就近排入水体，使洪水汇流速度增加，洪量更为集中；（3）对城市汇水河道整治与改建，整治后的特点是河道直线化，断面规则化，呈梯形或矩形，边坡用砖石衬砌。增加了河道输水能力，使洪量集中；（4）侵占天然河道洪水滩地，减小了洪水滩地储洪容量和泄洪能力，使城市遭遇大洪水时，河道调蓄能力减弱，洪水浸溢积聚城市地面而形成积水；（5）设立各种类型的控制性闸坝，进行人工调节，影响城市径流过程；采取综合治理措施来减小、延缓和调节城市雨洪，削减洪峰和减少洪量。以下列举国内外已采用或建议的一些方案：（１）建立人工蓄洪池塘。在雨洪流量较大时储存一部分洪量，而流量下降时排出，以达到削减洪峰作用。（２）设立等高绿地。在广场和住宅区周围沿等高线设置绿地，使雨水进入绿地后再排出，增加下渗量和降低汇流速度，减小地表径流，削减洪峰流量；城市防洪工程措施：（１）疏通和治理城市上下游河道，增加河道过水能（２）建造堤防和防洪墙保护城市，阻挡洪水侵入，傍临大江大河的城市大部分采用这一措施；（３）在城市上游修建防洪水库储蓄洪水，以达到削减洪峰的目的。（４）在城市上游建造分洪区分洪。（５）采用透水性排水管道。多孔的排水管道可以增加透水量，使排水流量降低；（６）地下水回灌。利用枯井、深水井对雨水6.4流域产流机制•产流机制–水在沿土层的垂向运行中，供水与下渗矛盾在一定介质分界面上的发展机理和过程，称为产流机制。–不同的供水条件和不同的介质条件，出现不同的产流机制，呈现不同的径流特征39超渗地面径流的产流机制•Horton产流理论•霍顿：美国生态学家、土壤学家。被称为“现代水文学”之父。–提出入渗能力的概念；–提出了下渗曲线的经验公式；–将水循环过程分为入渗、蒸发、截留、蒸腾和地面径流等过程；–提出最大可能降水的概念；–提出土壤侵蚀理论–提出流域产流理论RobertElmerHorton(1875～1945)40超渗地面径流的产流机制•指供水与下渗矛盾发生在包气带上界面（地面）的产流机制•降雨强度大于下渗率是产生超渗地面径流的充分条件i,PEf地面径流地下径流土壤41降雨强度小于下渗率时能否产生地面径流？什么情况正下会产生地下径流？壤中流的产流机制壤中径流的产流机制壤中径流发生于非均质或层次性土壤中的透水层与相对不透水层界面上如果fBfA，并且ifB，随着降水的进行，交界面上形成饱和积水，当上层土壤含水量大于其田间持水量时，在下层（相对隔水层）界面上形成自由水，并随上层的继续供水，积水层增厚，形成临时饱和水带，从而形成壤中径流。42饱和地面径流的产流机制饱和地面径流产流机制是在表层土壤具有较强透水性情况下的地面产流机制。如果供水充分，这个临时饱和带会随着降雨的继续不断向上发展，最终达到地面。于是后继降雨一部分将积聚在地面，而成为地面径流。称为饱和地面径流。43地下径流的产流机制地下径流的产流机制是指包气带较薄、地下水位较高时的地下水产流机制其产流条件基本与壤中径流相同，只是其界面为包气带的下界面44超渗地面径流的产生条件•产流界面是地面（包气带的上界面）；•要有供水源（降水）；•降雨强度要大于下渗能力。45壤中径流的产生条件•要有供水、即上层有下渗水；•下层土壤的下渗能力比上层小；•降水的供水强度要大于下层土壤下渗强度；•具有产生侧向流动的动力条件，即坡度及水流归槽条件。46饱和地面径流和地下径流的产生条件•饱和地面径流–下层土壤的下渗能力比上层小–降水的供水强度要大于下层土壤下渗强度–上层土壤完全达到饱和•地下径流–下渗水达到地下水面47流域产流的界面•地面径流•壤中流•地下径流超渗地面径流饱和地面径流供水与下渗矛盾在一定界面上的发展48超渗产流方式和蓄满产流方式•超渗产流方式–超渗地面径流产流机制–降雨强度大于下渗强度时才产生地面径流•蓄满产流方式–包气带饱和后，继续降水产生地面径流–其特点是土壤比较湿润，且接近地下水面有毛管水带，土壤缺水量较小，一次降水下渗锋面很容易与毛管水建立水力联系，包气带很容易达到饱和。49超渗产流方式和蓄满产流方式•超渗产流–决定于降雨强度，而与降雨量大小关系不大–其径流量与产流面积并不随降雨的继续而增长，而是有增有减。–后者决定于降雨量的大小，与降雨强度无关；•饱和产流–取决于降雨量的大小和土壤雨前含水量，而与雨强无关–先满足包气带最大蓄水容量的地方先产流；一次降雨过程中，随着降雨的继续，产流面积不断增大，产流量也相应增大–同一降雨量，包气带起始蓄水量大，则产流大，则产流量也大，反之产流量也小50超渗产流方式和蓄满产流方式51o一般来说湿润地区以饱和产流为主，干旱地区以超渗产流为主。o实际上大部分流域产流都属混合交替型。我国南方和北方分别以哪种产流方式为主？同一个地区，汛期前和汛期后分别以哪种产流方式为主？产流机制的统一性无论是超渗地面径流、地下水径流、壤中水径流，还是饱和地面径流，其产流机制都