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第六章流域产汇流分析本章要点本章的主要内容包括如下部分：1）介绍流域产流的机制，重点讨论蓄满产流与超渗产流；2）介绍流域产流计算的基本原理和方法；3）介绍流域汇流的基本概念和计算方法。
6.1 概述径流是自然水文循环过程中非常重要的一个环节，径流的产生和发展过程是水文学研究的重要内容。
河道任何一点的径流过程可以通过流量曲线的变化反映，而任意一点的径流过程都是流域上游径流过程综合之后得到的结果，是对整个流域降雨、融雪和其他水量输入的响应。
因此径流产生和发展过程并不是局部空间的水文现象，而是应该在流域尺度下进行研究。
径流的产生和形成是流域尺度上的综合问题，需要综合考虑其他水文过程，如降雨、入渗、饱和及非饱和土壤中的水流运动等。
尽管对这些水文过程单独加以研究已经有了相对成熟的方法，但是如何把这些理论加以综合得到解释流域产流机理的理论尚未取得令人满意的结果，其中一个很重要的原因是流域空间中的变异性太大，各个流域在很多方面都具有差异性。
研究径流的产生和发展过程，人为的可以把整个过程概化为产流阶段和汇流阶段两个阶段。
产流（流域蓄渗）指降雨经植物（树冠）截留、下渗和填洼等过程，形成地表和地下径流的过程。
产生的径流可以分为3种形式：地表径流（坡面流 Overland flow）、壤中流（Interflow / unsaturated flow）和地下径流（Groundwater flow）。
汇流则是指降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出口断面汇集的过程。
汇流又可以分为山坡汇流和河网汇流两个阶段。
整个径流的产生和发展的过程可以用下图6-1示意：图6-1：径流产生及过程示意图本章主要研究的内容是地表径流的产流机理和汇流原理。
6.2 流域产流机理流域产流过程实质上就是流域中各种径流成分的生成过程，其实质就是水分经过流域下垫面（包括地面和包气带）作用之后对降水的再分配的过程。
因此不同的下垫面条件对应不同的流域产流机制（Streamflow Generation Mechanisms ），从而进一步影响到整个流域径流发展的过程也不相同。
第六章下渗(Infiltration)下渗的物理过程1(Physical processes of infiltration)非饱和下渗理论2(Theory of infiltration on unsaturatedcondition)饱和下渗理论3(Theory of infiltration on saturatedcondition)经验下渗曲线4(Empirical infiltration capacity curve)天然条件下的下渗5(Infiltration under practical condition)1、几个基本概念土壤水分剖面：土壤含水率沿深度方向的变化曲线～(soil moisture profile)下渗：水分透过土壤层面渗入到土壤中的运动过程～(infiltration)下渗率：单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量～(infiltration intensity)下渗容量：供水充分条件下的下渗率～(infiltration capacity)下渗曲线：下渗容量随时间的变化曲线～(infiltration capacity curve)累积下渗曲线：从下渗开始至某时刻按下渗能力下渗到土壤中的总水量(accumulative infiltration capacity curve)与该时间的关系曲线～2、下渗机理mechanism of infiftrationa下渗的三个阶段渗润阶段：分子力渗漏阶段：毛管力渗透阶段：重力b 下渗过程中的土壤水分剖面含水量(%)深度(m)饱和含水量田间持水量风干土饱和带(过渡带)水分传递带湿润带湿润锋饱和带过渡带水分传递带湿润带湿润锋2、下渗机理mechanism of infiftration3、下渗容量与土壤水分剖面的关系tK d t z F s p n+=⎰θθθθ0),(0θθnθ0t 1t 2t Z1、下渗方程的导出deduction of infiltration equation])([zK z t ∂Φ∂∂∂=∂∂θθzK z K z t m ∂∂+∂∂∂∂=∂∂)(])([θψθθ假设与为单值关系θψθθd d K D m)()(=令θmψzk z D z t ∂∂+∂∂∂∂=∂∂θθθθθ)(])([2、忽略重力作用的下渗方程的解solution under gravity neglected条件：a 忽略重力；b 供水充分，表面无积水；c 均质半无限土柱，初始土壤含水量分布均匀),(),0()0,(])([θθθθθθθθθ=∞==∂∂∂∂=∂∂t t z z D z t n 定解问题的构成：泛定方程初始条件边界条件第一种情况：扩散率为常数22),(),0()0,(θθθθθθθθ=∞==∂∂=∂∂t t z z D t n )2(00Dtzerfc n =--θθθθ拉氏变换210)(--=tD f n p πθθ下渗曲线：2、忽略重力作用的下渗方程的解solution under gravity neglected第二种情况：扩散率随土壤含水量呈单值变化22),(),0()0,()()(θθθθθθθθθθθ=∞==∂∂∂∂+∂∂=∂∂t t z z z D z D t n 21)(),(t t z θηθ=玻氏变换2121-=stf p 下渗曲线：2、忽略重力作用的下渗方程的解solution under gravity neglected3、完全下渗方程的解solution under whole condition 0),(),0()0,()()(θθθθθθθθθθθ=∞==∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=∂∂t t z zk z D z t n定解问题的构成：第一种情况：扩散率为常数且水力传导度与土壤含水量呈直线关系0022),(),0()0,(θθθθθθθθθ=∞==∂∂+∂∂=∂∂t t z z k zD t n⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-=--)2()exp()2(2100Dt kt z erfc d kz Dt kt z erfc n θθθθn n p k D t k erfc D t k D t k k f θπθθ-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---=)4(4/)4/exp(2)(22203、完全下渗方程的解solution under whole condition第二种情况：扩散率为常数且水力传导度与土壤含水量非直线关系00),(),0()0,()()(θθθθθθθθθθθ=∞==∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=∂∂t t z zk z D z t n))((202/1θk A t s f p ++=-tf t f t z 22/11),(+=θ3、完全下渗方程的解solution under whole condition1、基本方程的建立establishment of basic equation几个基本假定：（1）以湿润锋为界，认为其上部土壤含水量达到饱和，其下部仍为初始土壤含水量（2）湿润锋向下移动的条件是其上部土层达到饱和含水量受力分析：（1）土壤表面水层的净水压力；（2）土壤饱和水柱的重力；（3）下渗锋面处的毛管吸力；（4）下渗锋面以下的空气剩余压力。
合力：)(0p p H l h H c p --++=1、基本方程的建立establishment of basic equation2、下渗曲线的导出deduction of infiltration curvedtdl f n p )(0θθ-=)1(l H K l H l K f c s c s p +=+=动力方程式：水量平衡方程式：2/12/10)(5.0--+=-+=At K t H K K f s n c s s p θθ基本思路对通过观测实际问题取得的下渗资料，选配合适的函数形式，并率定其中的参数，从而求得相应的下渗曲线。
1、科斯加柯夫公式212-=t a f p 参数确定：截距，故截距；，确定出线上取两点：，过点据中心定线，在点绘）（与时刻的计算不同定参过程：为待定参数。
和，，e a a n t t F F n t F t F t t n a F n a nat f at F p p p p p n p n p ==--=+===-)ln()ln()ln()ln()ln()ln(~)ln(.2)ln()ln().1()ln()ln()ln(121212、霍顿公式kt c c p e f f f f --+=)(0参数确定：截距，故截距；，求出线上取两点，过点据中心定线，在点绘时刻的，计算不同根据资料确定定参过程：稳定下渗率。
—初始下渗率；—，e f f f f k t t f f f f k t f f f f t f kt f f f f f f e f f f f c c c p c p c p c p c c c p c kt c c p +=-=----=-----=--+=-001212000)ln()ln()ln(~)ln().2()ln().1()ln()ln()(3、菲利普公式c p f t a f +=-212参数确定：A AB t t f f B t f tt B A Bt A f p p ，确定出截距；，确定出线上取两点：，过点据中心定线，在点绘的计算不同时刻定参过程：为待定参数。
和，=--=+=-----1212)()(~).2().1(21212121211、均匀雨强时的下渗f ptFRf ptF(2) i <f c ，则整个下渗过程均按雨强下渗；(1) i >f p ，则整个下渗过程均按下渗能力下渗；三种情况：(3) f c <i < f p0 ，则先按雨强下渗，后按下渗能力下渗。
f ptt pi是t p 时刻吗？1、均匀雨强时的下渗0.020.040.060.080.0100.050100150时间(min )累积下渗量(m m )累积下渗量曲线0.001.002.003.004.005.00050100150时间(min )下渗率(m m /m i n )下渗率曲线f p FFif ptt pt p ´i1、均匀雨强时的下渗min83.74.96.73min /4.9.6.73)4(min 44.0184.9..24.036)4.018()()().1(21210210=======+==+=+==--⎰⎰i F t mm i b mm F F t tf i a tt dt tdt t f t F p ttp ，故产流时间因实际按。
产流，此时累积下渗量则渗，，解出若按下渗能力下，即由）（解：。
的均匀降雨的产流时间求雨强的表达式；求累积下渗能力曲线）（：面下渗方程为若充分供水条件下，地min /4.9).2()(.1min)/(4.018)(21mm i t F mm t t f p =+=-例题1、均匀雨强时的下渗2、变雨强时的下渗f pFi1i2i3i4i5i6it2、变雨强时的下渗3、非均质土壤中的下渗3、非均质土壤中的下渗4、下渗的影响因素●土壤的机械物理性质●土壤的化学作用●生物作用●地面覆盖物及农业耕作●温度作用●土壤中气体的含量●水质的影响●降水的性质本章习题《水文学原理习题册》第六章习题4、习题6水文学原理本章结束，谢谢！。
