产流机制及模式-水文学概论

所谓产流机制是指降雨产生径流的基本物理条件，具体地是指水分沿土层的垂向运行中，在一定的供水与下渗条件下，各种径流成分的产生原理和过程。所以产流机制取决于下垫面的结构及降雨特性。在天然条件下，由于流域下垫面构成状况的差异，再加上不同供水情况的复杂组合，无论是对于同一地点或不同地点，都可能会出现一种或数种不同的产流机制的组合，称这种产流机制的组合为产流模式。产流模式的类型决定了当地产流的基本特征。研究表明，超渗产流和蓄满产流是自然界两种基本的产流模式，它们是现行的流域产流量计算方法的基础。

1.超渗产流

早在1935年，霍顿在《地表径流现象》一书中已明确指出，降雨强度（i）超过地面下渗能力（fp）、包气带缺水量（D）得到满足，即下渗到包气带中的水量（I）与其蒸发量（E）之差超过其缺水量（D），是产流的基本物理条件。

（1）当i≤fp、I-E≤D时，无径流产生，河流处于原先的退水状态。

（2）当i＞fp、I-E≤D时，河流中将出现尖瘦且涨落洪段大致对称的洪水过程线，它是由单一地面径流所形成的。

（3）i≤fp、I-E＞D时，河流中将出现矮胖且涨落洪段大致对称的洪水过程线，它是由单一地下径流所形成的。

（4）i＞fp、I-E＞D，河流中将出现涨洪快速、落洪缓慢、具有明显不对称的洪水过程线，它显然是由地面和地下两种径流成分混合所形成。(www.xing528.com)

霍顿的产流理论正确地阐明了均质包气带情况下超渗地面径流和地下径流产生的基本物理条件。从某种程度上讲，他指出了径流产生的最基本规律。

2.蓄满产流

在自然界中，许多情况下包气带的岩土结构并非均质，而且具有一定的层次结构。人们从一些流域的退水曲线分析中发现多于两种的径流成分存在；在一些表层土壤十分疏松、下渗能力很大的地区，即使降雨强度不够大，也可以观测到地面径流现象。这些现象为经典的霍顿产流理论所不能解释。从20世纪60年代起，休利特（Hewlett）就开始注意到这个问题。直到70年代初，柯克拜（Kirkby）等才在大量水文实验研究基础上提出了一种新的产流理论，称为山坡水文学产流理论。

山坡水文学产流理论揭示了蓄满产流的机制。在两种透水性有差别的土层形成的相对不透水界面上，可形成临时饱和水带，其侧向流动即成为壤中径流；如果该界面上土层的透水性远远好于其下面土层的透水性，则随着降雨的继续，这种临时饱和水带容易向上发展，直至上层土壤全部达到饱和含水率，这时如仍有降雨补给，则将出现地面径流现象。这样产生的地面径流有别于超渗地面径流，称为饱和地面径流。山坡水文学产流理论使得人们对自然界复杂的产流现象有了更深入的认识，它是对霍顿产流理论的重要补充。

3.界面产流

剖析超渗地面径流、地下径流、壤中流和饱和地面径流等4种基本径流成分的产流机制，可以发现任何一种径流成分都是在两种不同透水性介质的界面上形成的。这就是所谓的界面产流规律。此时，如果将界面作为下渗面，则任何径流量都是这种界面的“超渗量”；但如果着眼于界面以上土层的水量平衡，则又可以得知，任何径流量都是该水量平衡方程式中的“余额”。