水文学原理：中的流域产流模式

上面所介绍的9种基本产流模式，是针对流域中的某一个固定点——一个面积极小单元而言的。一般认为在这个单元面积内其下垫面条件及土壤组成情况是一致的。如果我们将着眼点扩大到几十或几百平方公里，并将它看作为一个整体系统，那么有些产流模式的典型特征将被大大削弱。所以对于大中流域，其产流模式类型归纳不出以上9种。但根据其产流特征和流量过程线的特征，仍可概括为以下3类。

1.Rs型

Rs型即流域产流以地面径流为主。它主要发生于地下水埋藏深，包气带厚度大，且土壤透水性差、植被稀少及其他地区的非森林地带。我国西北的黄土高原地区多属于此种产流类型。其径流特征是只有超渗地面径流，而壤中流和地下径流则没有或很少。一次降雨后，其下渗锋面一般在0.5m或更小的范围内，对各次降雨锋面位置不定，图8.17为一次降雨后的土壤水分剖面示意图。

图8.17　Rs型产流雨前雨后下渗锋位置及土壤水分剖面[2]

（a）雨后下渗锋面位置；（b）水分剖面

一次降雨的超渗产流过程取决于降雨强度过程与下渗强度过程的对比关系，其产流量为

式中：Rs为地面径流量，mm／h；Rsj为第j时段的地面径流量，mm；i、fp分别为第j时段的雨强和下渗量，mm；P为降雨量，mm；F为累积下渗量，mm。

当起始土壤含水量已知时，则有

式中：WE、W0分别为雨末和雨初的土壤含水量。

用式（8.33）或式（8.34）来计算Rs比较困难，因为下渗量F和下渗过程f（t）不易确定。在水文上常采用经验方法来计算Rs，即建立Rs与有关影响因素的经验相关关系，一般形式为

式中：T为降雨历时；其余符号意义同前。

2.Rsat+Rss+Rg型（包括Rsat+Rss型）(www.xing528.com)

它主要发生于包气带较薄、植被良好、土壤透水性强的地区。这些地区的特点是土壤经常比较湿润，地下水埋藏较浅，毛管水带接近地面，土壤缺水量小，一次降雨的下渗锋面极易与毛管上升水带建立水力联系，包气带缺水量极易得到满足。当地下水位比较稳定时，这种缺水量有一个相对稳定的极限值Wm。一次降雨后的土壤水分剖面如图8.18所示。在这种产流条件下，由于一次降雨后的土壤蓄水量可以达到极限值Wm，所以根据水量平衡原理，可得出一次降雨的产流量计算公式：

从式（8.37）可以看出，此种产流模式的产流量，只与降雨量和流域前期缺水量有关，而与降雨强度无关。我国南方湿润地区的产流以及东北北部森林地区的产流，基本上属于此类产流方式。

3.以Rs型为主和以Rsat型为主的相互转换型[即Rs↔（Rsat+Rss+Rg）型]

这是一种在自然界实际发生的转换型或称交替型。提出这种类型不仅仅是因为它实际存在，同时也要明确两个重要概念：一是对于一个固定地点（或流域）其产流模式并不是一成不变的。在一定情况下，供水及下垫面水分情况等次要因素，上升为决定产流机制存在及产流模式变换的主导因素。二是客观上的发展是复杂的，在这两种极端型的转换过程中，节8.2中的基本型均有可能作为中间过渡而暂时存在和作用着。

这种类型的产流模式多发生在半湿润地区，如淮北、山东、河南等地。这类地区的特点是：包气带厚度中等，约在2～4m，土壤透水性中等，年内降雨主要集中在夏秋汛期，地下水位在汛期与枯水期变幅较大。

图8.18　Rsat型产流的雨前、雨后土壤水分分布示意图

（a）剖面图；（b）水分剖面

在干旱期，地下水位较低，出现中间包气带，汛初遇有高强度的暴雨，则以Rs型产流机制为主。进入汛期直到汛末，由于连续降雨，地下水位逐渐抬高，中间包气带消失，有时地下水位也可上升到地面，在这期间的降雨产流则以饱和坡面流为主。图8.19为此种产流类型间的转换示意图。图8.20为肯尼亚克马克小流域的流量过程线。

图8.19　Rs↔Rss型产流示意图

（a）干旱区以Rs型为主；（b）湿润区以Rss为主

图8.20　克马流域（0.52km2）干旱后的几次暴雨流量过程

这种产流类型的转换规律是：在年内，汛前、汛初以Rs型为主，汛期及汛后以Rsat型为主；对多年来讲，干旱周期多以Rs型为主，湿润、丰水周期多以Rsat型为主，其产流量的确定，可针对不同类型采用相应的计算方法。