第二章坡面水文过程教程

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第二章坡面水文过程教程

5. 人类活动的影响
人类活动既可增大土壤入渗，也可抑制土壤入渗。
2.3 径流
沿地面或沿地面下运动的水流称为径流。对形成径流有重要作用的因素有降雨、蒸发与入渗等。
2.3.1 径流的分类及表示方法
由降水开始到到水流流经流域出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。
根据水流组成，可以把径流划分为地表径流、壤中径流、地下径流。根据径流形成过程及径流途径的不同，流域内的河川径流又可分为地面径流、壤中流、地下径流。径流表示方法与度量单位主要包括：
3. 入渗曲线
入渗曲线（入渗能力曲线）：是指在地面充分供水条件下，入渗率随时间的变化过程线。
4. 入渗水的垂向分布规律
入渗水在土体中的垂向分布大致可划分为 4个带：饱和带、过渡带、水分传递带、湿润带。
2.2.3 影响入渗的因素
1. 入渗过程
土壤特性对入渗的影响，主要取决于土壤的透水性、吸水性和持水性。
2.3.3 径流产生的机制
径流产生的机制是指降雨产生径流的基本物理条件，它取决于下垫面结构及降雨特性。在坡面上，径流发生的机制一般可概括为超渗产流、蓄满产流和壤中流。
1. 超渗径流的产流机制超渗径流的产生机制是指供水强度与入渗强度大小矛盾发生在地面时的产流机制。只有当降雨满足了植物截留、蒸发、填洼和入渗损失后，才具备产生地面径流的充分条件。因此，降雨强度大于入渗率是产生超渗地面径流的充分条件。
3. 人类活动的影响
人类活动对径流的影响主要是通过改变下垫面条件，从而直接或间接影响径流过程和径流量的变化。
在坡面上布设水土保持工程措施和林草植被措施，可在一定程度上调节径流过程或径流量。
作业
1. 名词解释

第二章水文基础知识

W Q•T
y Q •T •103 Q •T (mm)
F •106
1000F
径流模数（M）：流域出口断面上的流量与流域面积的比值。
M=1000Q/F
径流系数（α）：某时段降雨量x所形成径流深y的比例数
α =y/x
因为降雨总是会有损失，所以一般α只能小于1。
3/3
（三）流域平均降雨量的计算
流域内各站降雨量是不同的，分析流域降雨与径流关系时，需要由降雨量计算流域平均面雨量，根据流域内雨量资料，常用以下方法：
1. 算术平均法
式中
——某一指定时段的流域平均雨量，mm； ——流域内的雨量站数； ——流域内第站指定时段的雨量，mm。
2. 泰森多边形法
f4 f3
2. 降水的分类按空气抬升形成动力冷却的原因可以把降水分
为4种类型：
强度大，范围小，历时短
降水
对流雨地形雨气旋雨
迎风面雨多，背风面雨少
温带气旋雨
气旋前方：暖锋云系及连续性降雨气旋后方：狭窄的冷锋云系和降雨气旋中部：暖气团，层云或毛毛雨
热带气旋雨水汽充足，运动强烈，易带来狂风暴雨
锋面雨
冷锋雨暖锋雨
水面蒸发常用蒸发器进行观测。换算关系为：
式中
——天然水面蒸发量，mm； ——蒸发器实测蒸发量，mm； ——蒸发器折算系数。
（二）土壤蒸发土壤蒸发比水面蒸发要复杂得多。湿润
的土壤，其蒸发过程一般可以分为三个阶段。
（三）植物散发土壤中的水分经植物根系吸收后，输送
至叶面，再从叶面散发到大气中，称为植物散发。
（四）流域总蒸发
流域总蒸发是流域内所有的水面、土壤以及植被蒸发与散发的总和。目前采用的方法是从全流域综合角度出发，用水量平衡原理来推算流域总蒸发量。

2第二章水文现象及其过程的物理基础

第三节水文平衡(重点) 一水量平衡
1.通用的水量平衡方程
根据物质不灭定律，水量平衡原理的概念就是对于任一区域在给定的时段内，各种输入量与区域内储水量的变化之和。
I O (W2 W1) O W
I——在给定时段内输入区域的各种水量之和； O——在给定时段内输出区域的各种水量之和； W1 、W2——区域内时段始、末的储水量。
又称下渗容量。指在充分供水条件下的下渗率。累积下渗量F
dF/dt=f
第五节天然条件下的下渗
一下渗与降雨强度的关系定义：在充分供水条件下，单点均质土壤的下渗规律，反映土壤的最大下渗率过程，称下渗能力曲线。
f0:初始下渗率 fc：稳定下渗
率
供水充足的时候：降雨强度>=下渗能力
第四节降雨资料的收集与整理
1、降雨三个要素：降水量、历时和强度降雨强度分类
2、下渗的定义下渗:降雨渗入土壤和地下水的运动过程。 3、下渗过程
降水的入渗过程
降雨
粘膜水
毛细水
重力水地下水
4.下渗率和下渗能力下渗率f
又称下渗强度。指单位面积上、单位时间内渗入土壤中的水量。下渗能力fp
第二章水文现象及其过程的物理基础
第一节水的物理性质
➢ 水的密度 ➢ 水的热容量与传热性 ➢ 水的三态转化（气态、液态、固态） ➢ 水的表面张力 ➢ 水的运动特征及其它特性
第二节水文学现象的基本规律以及研究方法的基本特点
（一）水文现象变化的基本规律
1 1、成因规律（确定性规律）：
确定的成因和水文现象形成的内在因果关系，确定的成因和条件将件将对应于确定的结果。
二、河川径流
1.径流的表示方法(前面已提及)：

第二章水文循环与水量平衡2

海洋的多年平均水量平衡方程为：
P c R Ec
Po R Eo

从上面分析看，则全球多年平均水量平衡方程为：

即
P c P o Ec Eo

说明全球多年平均降水量与多年平均蒸发量相等。
PE
第二节

水文循环的尺度
水文循环具有全球水文循环、流域或区域水文循环和水— 土壤—植物系统水文循环等三种不同的尺度。
3、河道纵比降落差、纵比降比降计算公式：（ 1 ）当河道纵断面近于直线时，比降计算式为：

J
h1 h0 h l l

（ 2 ）当河底高程沿程变化时，如下图，比降计算式为：
(h0 h1 )l1 (h1 h2 )l2 (hn 1 hn )ln 2h0 L J L2

形成水文循环的内因是水的三态（固、液、气）在常温下可以相互转化，水文循环的外因是太阳辐射和地心引力（重力）。因下垫面的不同，水文循环的强度、规律和路径也不
同。
水文循环的存在，不仅是水资源和水能资源可再生的根本原因，而且是地球上生命生生不息，能千秋万代延续下去的重要原因之一。水文循环是自然界众多物质循环中最重要的物质循环。

Байду номын сангаас
二、流域
（一）流域流域：汇集地面水和地下水的区域称为流域。也就是分水线包围的区域。（闭合流域、不闭合流域）

（二）流域的基本特征
1、流域面积：流域分水线包围区域的平面投影面积。 2 、河网密度：流域河流干支流总长度与流域面积的比值。 3、流域的长度和平均宽度：流域的长度（流域的轴长）：以流域出口为中心向河源方向做一组不同半径的同心圆，在每个圆与流域分水线相交处作割线，各割线中点的连线的长度就是流域的轴长。平均宽度：流域面积与流域长度之比。

坡面水系工程水文水利计算

坡面水系工程水文水利计算
（１贵州省水利水电勘测设计研究院贵州贵阳
邓智予刘莹：５５０００２２贵州黔水科研试验测试检测工程有限公司
贵州贵阳
５５０００２）
大，所以设计时要考虑此因素。第二是推理公式计算法。主要是结
２坡面水系工程水文计算分析
土的流失，还能够灌溉梯田、增强农田抗旱能力，排出多余的洪据其灌溉要求来确定，只有来水量不足时才能使用其进行水量控制。根据推算公式，蓄水工程的山塘容积由近坝水深、水宽、水面的长度决定。当来水量不足以用来灌溉时，蓄水池的 Nhomakorabea计公式也
坡面水土流失的防治主要通过坡面水系工程来实现，通过拦３．２蓄水工程水利计算
截、引导、蓄水、灌水、排水等各项工程减少坡面水土流失现象，这坡面水系工程中的蓄水工程主要包括蓄水池和山塘，它们的是坡面水系工程的主要功能。坡面水系工程能够控制坡面径流的主要作用是农田的灌溉和对洪峰调蓄。这种蓄水工程具有区域性方向及流量，减少径流对坡面土壤的冲刷作用，不仅能够减少水质，例如南方地区降雨量充足，灌溉需求量少，其容积设定就要根水，防止泥沙的堆积，保护农田生产。
３坡面水系工程水利计算分析
坡面水系工程水利计算是根据水文计算得出的洪峰流量以
１坡面水土流失的原因及坡面水系工程的功能

水文学第二章第七节径流

1.流量Q
计算公式： Q Av（单位：m3/s）
流量随时间变化过程用流量过程线表示。
瞬时流量、平均流量
2.径流总量W
计算公式： W

t2
t1
m3） Q(t )dt Q(t2 t1（单位： )
计算年径流总量W
3.径流深R
计算公式： R
W QT （单位：mm） 1000 F 1000 F
4.径流模数M
Q （单位：L/s·km2） 1000 F
计算公式为： M
M反映一个流域的产水能力。世界大河径流模数比较河流名称尼罗河径流模数 0.79 长江 17.6 亚马逊河 17 刚果河 10.6
5.径流系数ɑ
计算公式为：
对于闭合流域：α＜1
R P
问题：径流域蓄渗过程 2.坡地汇流过程 3.河网汇流过程
流域的蓄渗过程
降雨初期，只有少量(5%)雨水落入河槽，绝大部分落在流域表面上，并不立即产生径流，而是消耗于植物截留(In)、
下渗(f)、填洼(D)和蒸散发(E)。
下渗和填洼
蒸发
植物截留
Rs Rss Rg
径流形成过程示意图
坡地汇流过程
不同地区，地理条件不同，径流系数差别很大。
径流带丰水带多水带过渡带少水带干涸带年径流深(mm) >800 200~800 50~200 10~50 <10 径流系数 >0.5 0.4～0.6 0.2～0.4 0.1左右
0.01～0.03
洲名亚洲非洲北美洲南美洲南极洲欧洲澳大利亚大洋洲（各岛）全球内陆
[思考题] 1.对于闭合流域来说，为什么径流系数必然小于1?

第二章坡面水文过程分解

①流量Q：流量是指单位时间内通过某一横断面的水量，常用单位为m3/s。其计算式：
Q＝AV 式中，A为过水断面面积（m2)；V为断面平均流量（m/s）。
②径流总量W：径流总量是指在一定时段内通过河流某一横断面的总水量（一般指出口断面），常用单位为 m3。其计算式为： W = QT 式中：Q为流量（m3/s）；T为时段（如日、月、年等）长（s）。 ③径流深度R：径流深度是指单位流域面积上的径流总量。也即是把径流总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深度，常用单位为毫米（mm）。其计算式为：
W 1 R F 1000
式中：W为径流总量（m3）；F为流域面积（km2）； 1/1000为单位换算系数。
2. 地面坡度的影响
就坡度而言，同一雨强下，坡度愈大，入渗率愈小。
3. 降雨特性的影响
降雨对入渗的影响可分为直接影响和间接影响。从水土保持角度来看，降雨特性对入渗的影响主要表现在雨型、雨滴直径和降雨强度上。
4. 下垫面因素
下垫面的作用主要在于使降落到地面的雨水发生重新分配，同时可削弱雨滴动能，增加土壤水分入渗。
水文上常用包气带土层的含水量折合为水深的方法来表示，称为土壤蓄水量。
土壤含水量常划分为最大吸湿水量、最大分子持水量、调萎含水量、毛管断裂含水量、田间持水量和饱和含水量六中类型。
3. 土壤水分运动过程
土壤水分运动过程主要包括入渗过程、土壤蒸发过程与植物蒸腾过程。
2.2.2 入渗
入渗是指水分自地面渗入土壤的水文过程。
2. 入渗要素
入渗率（入渗强度）：是指单位面积单位时间内渗入到土壤中的水量。入渗能力（入渗容量）：是指在充分供水和一定土壤类型和土壤湿度条件下的最大入渗率。初始入渗率：在入渗最初阶段，土壤入渗率极大，其值称为初始入渗率。稳定入渗率：当下渗锋面推进到一定深度后，入渗率趋于稳定的常值，此时的入渗率称为稳定入渗率。

第二章(水文循环与径流形成)

每日8时观测一次，得日蒸发量；可计算月蒸发量、年蒸发量。
蒸发器折算系数：K
二、土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
三个阶段：
第一阶段：土壤充分湿润，供水充足E接近最大蒸
发能力EM。
E EM
第二阶段：土壤水分减少Hale Waihona Puke 供水条件变差，E逐渐减小。
E W EM W田
第三阶段：水分运动十分缓慢，蒸发率很小。
三、流域总蒸发包括：水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发及植物散发。
二、地球上的水量平衡水量平衡原理：在水文循环过程中，对任一区域、任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。水量平衡方程：
I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量 △S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
以陆地作为研究范围水量平衡方程为：以海洋为研究对象水量平衡方程为：
③填洼 ②下渗
①植物截留
R1 R2
R3
R4
径流形成过程示意图
总结： 1.产流过程：降雨扣除损失成为净雨的过程。
①降雨扣除损失后的雨量称为净雨，净雨和它形成的径流在数量上是相等的。
②净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流的结果；净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要延长很长时间。
地面净雨→地面径流 ③ 表层流净雨→表层流或壤中流地面径流总径流过程
3. 径流深（R）：将径流量平铺在整个流域面积上所得的
水层深度，mm。
R W 1000F
4.径流模数（M）：流域出口断面流量与流域面积之比值，
L/(s·km2)，洪峰流量模数，多年平均流量模数。
M Q F
5.径流系数（α）：径流深与流域平均降雨量的比，
α<1。

《水土保持工程学》课件——第二章坡面集水蓄水工程

第二章坡面集水保水工程——涝池
一、涝池的定义与功能
➢定义：以拦蓄地表径流为主而修建的。蓄水量在50～ 1000m3的蓄水工程，称为涝池。 ➢功能：拦蓄地表径流，充分和合理利用自然降雨或泉水，就近供耕地、经济林果浇灌和人畜饮水需要，减轻水土流失。 ➢优缺点：技术简单，容易掌握，而且修筑省工，但涝池的蒸发量大，占地也较多，在干旱面蒸发量太大的地区，不宜修筑涝池。
1.梅花形
2.排子形水窖群
第二章坡面集水保水工程——水窖
➢窖址的选择
（1）有足够的水源。（2）有深厚而坚硬的土层，水窖一般应设在质地均匀的土层上，以黏性土壤最好，黄土次之。（3）在石质山区，多利用现有地形条件，在无泥石流危害的沟道两侧的不透水基岩上，加上修补，做成水窖。（4）窖址应便于人蓄用水和灌溉农田。
第二章坡面集水保水工程——水窖
二、水窖的类型
第二章坡面集水保水工程——水窖
二、水窖的类型
➢ 竖井式圆弧形混凝土水窖 ➢ 隧洞形浆砌石水
第二章坡面集水保水工程——水窖
三、水窖的规划与设计
➢水窖的规划原则 1. 在有水源保证的地方，修建水窖以分配（或调节）
用水量，根据地形及用水地点，修建多个水窖，用输水管（渠）串联或并联运行供水。
五、涝池的布置形式
➢ 平地涝池：修在平地的低凹处，一般是把凹处再挖深些，将挖出的土培在周围。
➢结合沟头防护：在沟头附近适当距离处挖涝池，拦蓄坡面汇集的地表径流，防止沟头前进。
第二章坡面集水保水工程——涝池
五、涝池的布置形式
➢开挖小渠将地下水引入涝池：沟底坡脚常有地下水渗出，给很多地方造成泥流及滑塌。可在附近挖涝池，并开小渠使地下水引入涝池，用以灌溉或人蓄饮用，也可避免塌岸。 ➢结合山地灌溉，开挖涝池（长藤结瓜式）：在山地渠道上，沿渠道两旁每隔适当的距离布置一个涝池，涝池与渠道连接处设立闸门，将多余的水蓄在池内，雨天蓄水，旱天灌溉。 ➢连环涝池：就是沿水渠修若干个涝池，并联接起来，适应于地面起伏和道路曲折的地方，一般为方形或长方形，蓄水量可达10～15m3。

水文学

邱大洪教授是我国海岸和近海工程学科的开拓者之一。50年代末主持了当时亚洲最大的渔业基地--大连渔港的设计工作，1987年，任总工程师，主持使这座港口具有接纳万吨级远洋捕捞船能力的扩建设计工作获得成功。 70年代初作为主要技术负责人，主持了中国第一座现代化的原油输出港--大连新港码头造型、总体和结构设计，并任施工现场的设计代表，提出的19个巨型桥墩采用预制沉箱浮运方案属中国建港史上的首创，该项设计研究获我国科学大会奖和70年代优秀设计奖。86年为开发中国海南北部湾的石油资源，牵头和主持的由五所高校联合承担的六五科技攻关项目“钢筋混凝土多用平台可行性研究”,获86年国家教委科技进步一等奖。
1/10
一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，水情变化等特点，分为：
河源
上游
中游
下游
河口
第二章河川水文基础知识 → (1) 河流与流域 → a）河流
2/10
2）河流的基本特征
河流断面
河流的基本特征河流比降河流长度
第二章河川水文基础知识 → (1) 河流与流域 → a）河流
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河流断面河流横断面：垂直于水流方向的断面。水位：自由水面用某一水准基面的高程（m）标定。
第二章河川水文基础知识 → (1) 河流与流域 → a）河流
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河流纵断面：沿河流中泓线的断面。中泓线：河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线。
第二章河川水文基础知识 → (1) 河流与流域 → a）河流
8/10
在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，
往往形成各种淤积体。
第二章河川水文基础知识 → (1) 河流与流域 → a）河流
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坡地水文学

植被对表层水分流失的影响
• 植被对表层水的流失有一个很强的作用，松林区流失量最大，其次是坡耕地，苜蓿，半人工草地，灌木，一般来说雨强，雨量，蒸发，地形等特征能影响到表层水的流失，尽管林地是公认的好的水保措施，但由于它的土壤紧实度和土壤表层覆盖少使它有较多表层水的流失。
土壤水分有效性
黄土高原丘陵区植被与土地覆盖对土壤水分变化的影响研究
演讲人：李星王信增
内容提要
• • • • 选题背景研究方法结果与讨论结论
选题背景
• 在黄土高原，水土侵蚀非常严重，严重影响了人们的生活水平从而导旱半干旱地区，由于土壤退化很严重植被锐减，因此过去几十年大部分工作都在植被恢复上，但效果并不让人满意。
土壤湿度季节性变化的变化类型
• 0-100cm土壤水分对季节变化的趋势相同。 • 半人工草地有最高的土壤湿度，坡耕地最低。 • 由于植物在不同时期蒸发量不同，这种变化随土层深度而减小。
土壤水分的垂直分布
•
在不同土层，土壤湿度变化是不同的，大的变化发生在表层，随着深度加大而减小，但是随着土层加深不同类型植被变化的程度是有差异的，由于降水的影响，这一现象在表层不太明显。不同植被，表层土壤含水量的不同是因为蒸发量和水分下渗的缘故引起的。
结论
• 表层受降水影响大，下层受植物影响大，最重要的是不同植被下有不同的土壤水分 • 松林区产生最大的表面水流失，其次是坡耕地，苜蓿，半人工草地和灌木。 • 整个生长季半人工草地，灌木土壤水分情况好，松林区最差，黄土高原半干旱地区，采用灌木和封育植被比松树的水土保持效果要好。
谢谢
选题背景
• 在黄土高原特有的环境条件下，植被恢复工作的重点应放在提高成活率上，因此我们应该充分考虑植被生长过程中土壤水分的变化的情况，来“因地制宜”，保证树木的长期生长。

第二章坡面集水保水工程2

三、抑制农用水池和渠道渗漏的技术
农用水池和渠道的防渗技术一般都要首先采取措施压实土壤，以封闭土壤空隙。最简单的办法是用人工或畜力压实（如脚踩、打夯、牛羊踏实等），大的水池或水库可用轮式拖拉机压实。必要时还可用胶泥、黏土或1：5的石灰土铺在池底或搪在池壁，以形成防渗层。或在池内放入浅水，反复进行水耕水耙，把水搅浑，使细泥沉降并填塞于土壤孔隙之中，以减低渗漏。现代工业技术提供了很多廉价防水材料，可以阻止贮水、输水工程的底、壁透水。
二、抑制水面蒸发的技术
（四）沙、石填充法
用沙和粗石填充贮水池和水库，把水贮存在沙、石粒之间的空隙中，水位保持在地表下30cm以上，可以避免水面蒸发。在美国亚里桑那州沙弗得附近建造的贮水池，就是塑料薄膜衬底和池壁，然后用粗石填满贮水池。这些粗石使小贮水池的体积减少约55%，但减少蒸发约90%。修造填沙坝：也是抑制水面蒸发的一种形式。这种沙坝可长时期的贮存水分，比露天贮水池贮存的时间长得多。在干旱年份也能提供水分，因为当水位降到沙面以下1m 时，蒸发实际上就停止了。
三、沟渠工程规划与设计
（一）规划原则
3. 在坡面上一般应综合考虑布设截排、引、灌溉渠工程。截水沟、排水沟可兼做引水渠、灌溉渠。 4. 截水沟一般应与排水沟相接，并在连接处前后作好沉沙、防冲设施。 5. 梯田区域内承接背沟两端的排水沟，一般垂直等高线布设，并与梯田两端的道路同向，呈路边沟或路代沟（为凹处）状，土质排水沟应分段设置跌水。
漂浮的石蜡板放在水面上，在太阳光下石蜡融化，伸展成一个柔软的连续薄膜，可以抑制水面蒸发。在美国亚里桑那州，一个贮水池的石蜡覆盖层用了4年，起蒸发抑制效率超过85%。
（三）固态板
用轻质水泥、聚苯乙烯、石蜡、橡胶和塑料等制成的固态板，覆盖水面可以减少产生蒸发的面积，为了克服抑制蒸发所引起的水体增温问题，选用绝热，浅色、能避免太阳能进入水体的反射材料来解决这个问题。

第二章__河川径流

流域面积A越小，Q越小，但洪水涨落较为急剧。流域形
状影响径流汇集时间的长短和径流形成过程。若流域形状狭长为羽毛形，则出口断面流量就小，径流过程的变
化较小而历时较长。相反，流域形状为扇形，则出口断
面流量大，径流过程的历时较短。
2.流域的自然地理特征
主要是流域的地理位置和地形
流域的地理位置一般以流域中心和流域边界的经纬度来表
顺直微弯型河段
弯曲型河段（长江下荆江蜿蜒型河段）
分叉型河段（长江南京附近八卦洲）
游荡型河段（黄河花园口）
顺直微弯型分汊型散乱型
弯曲型
第二节河川径流的形成
降落在流域表面的雨水，除去损耗外，剩余的部分
从地面和地下汇入河槽中而形成河川径流。其中来自地
面的部分称为地面径流，来自地下的部分称为地下径流
（2）蒸发
流域内的蒸发是指水面蒸发、陆面蒸发、植
物散发等各种蒸发的总和。
在一次降雨过程中，蒸发对径流影响不大，但对降雨前的流域蓄渗影响却很大；如蒸发强度大，则雨前土壤的含水率就小，降雨的入渗损失量就增大，而径流量就减小。因此，蒸发也是影响径流变化的重要因素。
2.下垫面因素流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等自然地理因素，相对于气候因素而言，称为下垫面因素。
（3）降水强度（mm/min或mm/h）：单位时间内的降水量
降水的变化过程直接决定径流过程的趋势，降水过程是径流形成过程的重要环节。
2.流域蓄渗过程
降水开始时并不能立即形成径流。雨水被流域内的树木、杂草以及农作物等的茎叶截留一部分，不能落到地面，称为植物截留；落到地面上的雨水，部分渗入土壤，称为入渗；单位时间内的入渗量（mm）称为入渗强度（mm/min或mm/h）。降雨开始时入渗较快，随着降雨量的不断增加，土壤中水分逐渐趋于饱和，入渗强度减缓，达到一个稳定值，称为稳定入渗；还有一部分雨水被蓄留在坡面的坑洼里，称为填洼。

第二章5径流详解

2、河网汇流过程各种径流成分经坡地汇流进入河网，在河网中从上游到下游，支流到干流汇集到流域出口断面的过程。
坡地水流进入河网后，使河槽水量增加，水位升高 ——涨水段。
随着降雨和坡地漫流量的逐渐减少直至完全停止。河槽水量减少，水位降低——退水段。
一次降雨过程，经植物截留、下渗、填洼、蒸发等损失，进入河网的水量小于降雨量。经坡地和河网汇流，出口断面的径流过程远比降雨过程变化缓慢，历时长，时间滞后。
设q 0
则闭合流域水量平衡方程为
P E R S 2 S1 S 多年平均情况
P E R
式中
P 1 n P, E 1 n E, R 1 n R
n1
n1
n1
对于一个闭合流域来说，降落在流域内的降水完全消耗在径流和蒸发两方面。
R E 1 PP
径流量占降水量的成数 R
P
，叫做径流系数α。
蒸发量占降水量的成数 E ，叫做蒸发系数β。
P
（2）填洼
V
d
（3）雨期蒸发 E
（4）初渗
F
O
净雨按产流场所划分为
地面净雨
R S
表层流净雨 R
RI
地下净雨 g
浅层地下净雨深层地下净雨
实用中由于划分困难，常将表层流净雨归入地面净雨中，流域产流过程又称为流域蓄渗过程。
（二）汇流过程
净雨沿坡地从地面和地下汇入河网（坡地汇流），然后再沿河网汇集到流域出口断面的过程——汇流过程。
地面径流入流量
Rs
、地下径流入流量
I
Rg
I
流出的水量有：
蒸发量 E2 、地面径流流出量 Rs2
地下径流流出量 Rg2 、时段引用用水量q。

工程水文学第二章2

蒸发率／蒸发强度：指单位时间内的蒸发量。
水面蒸发的观测：
确定水面蒸发量通常有两种途径：
对水面蒸发进行实测；(器测法)
通过气象观测资料进行计算。(计算法) ⑴器测法（用蒸发器进行测定）
蒸发器类型有：
1 φ-20型，φ-80型
2 E -601型
3 大型蒸发池(A=20m2和A=100m2两种)。
折算系数法：
总蒸发量估算方法
① 水量平衡法：根据降水、径流、流域蓄水量变化等资料估算总蒸发量。在资料充分而可靠的条件下，它是较好的估算方法，常用来推求多年平均总蒸发量，有较高的精度。 ② 模式计算法：根据土壤含水量的垂直分布，流域总蒸发量的计算用一层模式、两层模式和三层模式。一层模式把可蒸发层作为一个整体，并认为蒸发量同该层土壤含水量成正比。
二土壤水（一）土壤水分存在的形式
土壤固体颗粒同水分子经常处于相互作用中，作用于土壤水的主要的力有分子力、毛细管引力和
重力。它们决定了土壤水的存在形式和运动。土壤
水通常以下列几种形式存在于土壤中：
汽态水(Vapor)
汽态水：
存在于土壤空隙
中的水汽
吸着水(Hygroscopic water)
力（称蓄满）时，多余的雨水进入饱水带，成为
潜水和地下径流。
一.包气带和饱和带
包气带：指地面与地下潜水面之间的土层，是包含有空气的水、土三相系统，因此，称包气带。这里的水分，水文上称土壤水，水压力P小于大气压，为负压， P＜0。
饱和带：指地下潜水面下边的土层，土粒间的孔隙完全被水充满，故称饱和带。这里的水在水文上称为地下水，P≥0

三下渗
（一)入渗的物理过程
入渗一般是指大气降水或灌溉水通过土壤表面进入土壤从而改变土壤内水分状况的过程。它是水在分子力、毛细管引力和重力的综合作用下在土壤中发生的物理过程，是径流形成过程的重要环节之一。下渗不仅直接决定地面径流量的生成及大小，同时也影响土壤水和地下潜水的增长，影响土壤中表层流、地下径流的生成和大小。

2第二章_河川水文基础知识

•
1.答：（1）搜集指定断面以上河流所在地区的地形图；（2）在地形图上画出地面集水区的分水线；（3）用求积仪量出地面分水线包围的面积，即流域面积。
•
2.答:闭合流域：（1）流域在非岩溶地区，没有暗河、天坑；（2）径流系数小于1；（3）出口断面能下切至岩层。
3.答:（1）毁林开荒使山区的植被受到破坏，暴雨时将会造成严重的水土流失，使下游河道淤塞，排水不畅；（2）裸露的坡地，下渗差，暴雨时产生地面径流大，汇流速度快，将使洪峰大大增高。 4.答: 围垦湖泊，主要使湖泊的蓄洪容积大大减小；同时，被围垦的土地，还要大量排渍，使河流洪水显著加剧。
Q T y 10 6 F 10 1000 F
3
Q M 103 F
y a x
例：已知某流域F=100km2，多年平均年降水量 =1200mm，多年平均年径流深＝600mm。试求：多年平均流量、多年平均年蒸发量、多年平均年径流系数、多年平均年径流模数M。
Q
Q=0.6*100*1000*1000/(365*24*3600)=1.9m3/s Z= 1200-600=600 mm
a = 600/1200=0.5
M = 19 L/s.km2
1．已知某断面2000年年平均流量为2000m3/s，
该断面以上的积水面积为688421 km2，分别
计算年径流量、径流深、径流模数。
R 365 86400 2000 6.3072 10 m
10
10
3
R 6.3072 10 Y 91.62mm 1000 A 1000 688421
Q 2000 M 0.003 A 688421
（四）我国河流的水量补给

清华大学《高等水文学》SWAT水文过程_62101469

∆t
2
(24)
式中： qin,ave 时段内的平均入流速率：
qin,ave
=
qin,1
+ qin,2 2
(25)
传播时间通过将水流量除以水流速度求得：
= TT V= stored V = stored ,1 Vstored ,2
qout
qout ,1
qout ,2
(26)
式中：TT 为传播时间(s)，Vstored 为存储量 (m3 H2O)，qout 为出流速率 (m3/s).
qch
=
qc*h
⋅ Area 3.6
(18)
qc∗=h q0∗ ⋅ (100 * Area)−0.5
(19)
q0∗ 是单元产流面积流速（mm hr-1），Area 为子流域面积（km2），100 为单位转换
系数。建议单位产流面积流速为 6.35mm/hr，将方程(18)和(19)带入方程(17)，得
面的含水量，不包括萎蔫系数下土壤剖面的含水量，w1和 w2 为形状系数。Smax 是
把 CN1 带入方程
S
=
25.4 ⋅ 1000 CN
−10 计算求得。
3) CN 值计算
CN 值是反映土壤透水性、土地利用和土壤前期含水状况的综合参数。SCS
模型的 CN 值，与土壤的渗透性，土地利用与前期土壤湿度有关，
径流； surlag 是地表径流滞后系数， tconc 是子流域的汇流时间（hrs）。汇流时间 tconc 为降雨时间开始到整个子流域面积内汇流均到达出口，从子流
域最远的一点到出口的时间，包括坡面汇流时间( tov )和河道汇流时间( tch ):
tcon=c tov + tch

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第2章
坡面水文过程
2.1 雨滴特性 2.2 土壤水与入渗 2.3 径流
本章主要介绍降雨的基本特性、降雨过程中的入渗、径流的形成过程及其影响因素，分析坡面径流的形成过程，有助于对坡面水文过程的理解。
2.1 雨滴特性
雨滴特性包括雨滴的形状、大小及雨滴分布、降落速度、落地时冲击力、降雨量、降
雨强度和降雨历时等，直接影响侵蚀作用的大
目的意义：如果将降雨侵蚀力高峰期和土壤抵抗侵蚀力最弱时期分开，则可保证显著降低土壤侵蚀。
2.2 土壤水与入渗
2.2.1 土壤水 1. 土壤水分的存在形式
土壤水是指吸附于土粒和存在于土壤孔隙中的
水分，按受力情况可分为吸湿水、薄膜水、毛管水以
及重力水四种形式。
2. 土壤含水量与分类
土壤含水量是指包气带中土壤含水数量的多少，常用单位土壤体积内包含的水体体积或单位土壤质量内包含的水体质量来表示。
水文上常用包气带土层的含水量折合为水深的方法来表示，称为土壤蓄水量。
土壤含水量常划分为最大吸湿水量、最大分子持水量、调萎含水量、毛管断裂含水量、田间持水量和饱和含水量六中类型。
3. 土壤水分运动过程
土壤水分运动过程主要包括入渗过程、土壤蒸发过程与植物蒸腾过程。
2.2.2 入渗
入渗是指水分自地面渗入土壤的水文过程。
2. 入渗要素
入渗率（入渗强度）：是指单位面积单位时间内渗入到土壤中的水量。入渗能力（入渗容量）：是指在充分供水和一定土壤类型和土壤湿度条件下的最大入渗率。初始入渗率：在入渗最初阶段，土壤入渗率极大，其值称为初始入渗率。稳定入渗率：当下渗锋面推进到一定深度后，入渗率趋于稳定的常值，此时的入渗率称为稳定入渗率。
W 1 R F 1000
式中：W为径流总量（m3）；F为流域面积（km2）； 1/1000为单位换算系数。
2. 地面坡度的影响
就坡度而言，同一雨强下，坡度愈大，入渗率愈小。
3. 降雨特性的影响
降雨对入渗的影响可分为直接影响和间接影响。从水土保持角度来看，降雨特性对入渗的影响主要表现在雨型、雨滴直径和降雨强度上。
4. 下垫面因素
下垫面的作用主要在于使降落到地面的雨水发生重新分配，同时可削弱雨滴动能，增加土壤水分入渗。
3. 入渗曲线
入渗曲线（入渗能力曲线）：是指在地面充分供水条件下，入渗率随时间的变化过程线。
4. 入渗水的垂向分布规律
入渗水在土体中的垂向分布大致可划分为 4个带：饱和带、过渡带、水分传递带、湿润带。
2.2.3 影响入渗的因素
1. 入渗过程
土壤特性对入渗的影响，主要取决于土壤的透水性、吸水性和持水性。
2.1.3 降雨侵蚀力
降雨雨滴的侵蚀力是降雨和土壤互相作用的结果。降雨侵蚀力是指雨滴分散和击溅土壤颗粒的作用力。它是降雨物理特征的函数，降雨雨滴侵蚀力的大小完全取决于降雨性质，即该次降雨的雨量、雨强、雨滴大小等，而与土壤性质无关。
计算方法：威斯迈尔经过大量寻优计算，得到了一个用复合参数表示表示降雨侵蚀力的方法。降雨侵蚀力指标R，表达式为：R=E*I30。其中E为该次降雨的总动能[J/（m2.mm）]；I30为该次降雨过程中出现的最大30min降雨强度（mm/h）
①流量Q：流量是指单位时间内通过某一横断面的水量，常用单位为m3/s。其计算式：
Q＝AV 式中，A为过水断面面积（m2)；V为断面平均流量（m/s）。
②径流总量W：径流总量是指在一定时段内通过河流某一横断面的总水量（一般指出口断面），常用单位为 m3。其计算式为：Байду номын сангаасW = QT 式中：Q为流量（m3/s）；T为时段（如日、月、年等）长（s）。 ③径流深度R：径流深度是指单位流域面积上的径流总量。也即是把径流总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深度，常用单位为毫米（mm）。其计算式为：
5. 人类活动的影响
人类活动既可增大土壤入渗，也可抑制土壤入渗。
2.3 径流
沿地面或沿地面下运动的水流称为径流。对形成径流有重要作用的因素有降雨、蒸发与入渗等。
2.3.1 径流的分类及表示方法
由降水开始到到水流流经流域出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。
根据水流组成，可以把径流划分为地表径流、壤中径流、地下径流。根据径流形成过程及径流途径的不同，流域内的河川径流又可分为地面径流、壤中流、地下径流。径流表示方法与度量单位主要包括：
入渗作为降水、地面水、土壤水和地下水相互转化的一个重要环节，受到土壤水分运动规律的制约，是土壤水分最常见的向下运动的现象，也是降雨径流形成的主要环节。
1. 入渗过程
下渗不仅直接决定地表径流量的大小，还影响土壤水分的增长以及表层径流与地下径流的形成。降雨入渗过程一般可划分为以下三个阶段：渗润阶段--渗漏阶段--渗透阶段。从径流形成的角度考虑，降雨入渗过程也可分为两个阶段：雨强控制阶段--土壤入渗率控制阶段。
2. 雨滴的分布降雨是由大小不同的雨滴组成的。一次降雨的雨滴分布，用该次降雨雨滴累积体积百分曲线表示，其中累积体积为50%所对应的雨滴直径称为中数直径，用D50表示。通常降雨强度愈大，D50也愈大，降雨强度变小，D50也相应减小（D50=aIb）。
2.1.2 雨滴速度和动能
雨滴降落时，因重力作用逐渐加速，但其周围空气的摩擦阻力及浮力也随之增加。当这二力趋于平衡时，雨滴以匀速降落，此时的速度即为终点速度(terminal velocity)。达到终点速度的雨滴下落距离，随雨滴直径增大而增加。终点速度的大小，主要取决于雨滴直径的大小和形状。雨滴的终点速度越大，其对地表的冲击力也越大，即对地表土壤的溅蚀能力也越强。
小。
2.1.1 雨滴直径及分布
1. 雨滴的大小一般情况下，小雨滴为圆形，大雨滴(＞ 5.5mm)开始为纺锤形，在其下降过程中因受空气阻力作用而呈扁平形，两侧微向上弯曲。
因此把雨滴0.25mm<直径≤5.5mm时，降落过程中比较稳定的雨滴称稳定雨滴；当雨滴直径＞5.5mm时，雨滴形状很不稳定，极易发生碎裂或变形，称为暂时雨滴。对于直径＜ 0.25mm的雨滴称为小雨滴。

第二章坡面水文过程教程

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