一、径流产生的物理条件与基本模式

包气带地面对降雨的再分配作用(地面起“筛子”作用)

包气带土层对降雨的再分配作用(土层起“门槛”作用)

  1、Horton产流理论   

      Horton在其论文《地表径流现象》中提出的自然界可能出现的四种产流现象

①第一种组合：如果一场降雨的强度很小，总是小于下渗能力，且降雨历时不长，下渗水量在扣除蒸散发后总是小于包气带缺水量，那么这场降雨后河道中的流量和水位没有任何反应(图8 -6)。河流原来处于退水状态，这场降雨之后仍处于退水状态。这种情况既没有可能产生地面积水，也没有可能产生地下水径流,属于不产流情况。

②第二种组合：如果一场降雨的强度很大，大于地面下渗能力，但历时较短，无法满足包气带缺水量，那么原来处于退水状态的河流的水位和流量就会因此而有所反应，形成一个尖瘦洪峰(图8-7)。这个尖峰的特点是涨水快,退水也快。若以洪峰出现时间为分界，则涨水过程与退水过程比较对称。这场降雨之所以产生了一个尖瘦而对称的洪水过程线，是因为这场降雨的降雨强度大于地面下渗能力，使地面积水，从而产生了单一的地面径流Rs。这种地面径流是由降雨强度超过地面下渗能力而形成的，所以称为超渗地面径流。

③第三种组合：如果一场降雨的降雨强度很大，大于地面下渗能力，降雨历时也足够长，使得下渗水量扣除蒸散发后能超过包气带缺水量那么这场降雨在河流中的反应是形成一个似乎由两部分合成的过程线(图8-8)，在一

个矮胖的洪水过程之上叠加一个尖瘦的洪水过程。这是因为这种情况下形成的径流成分有两种：一种是超渗地面径流，另一种是地下水径流。前者为明渠水流，后者为土壤孔隙水流动，称为多孔介质水流。明渠水流流动较快，多孔介质水流流动较慢。两种径流成分合在一起，必然表现为涨水快、退水慢。如果以洪峰出现时间为分界，涨水过程和退水过程就很不对称。

④第四种组合﹐如果一场降雨的强度小于地面下渗能力，但降雨历时很长，可以产生足够的下渗水量使包气带缺水量得到满足，那么就会在河流中出现一个比较矮胖且对称性较好的流量过程线(图8 -9)。这种情况显然不可能形成超渗地面径流，但却可能形成地下水径流。由于地下水径流流动速度比较慢,涨水慢、退水也慢，所以形成的流量过程为矮胖且对称。

     从上述Horton对产流现象的描述和分析可以看出，控制产流的物理条件有两个：一是降雨强度大于下渗能力；另一个是降雨人渗水量扣除蒸发后大于包气带缺水量。后来的事实证明，用这套理论来解释均质包气带的产流物理条件是合理的。所谓均质包气带就是指包气带土壤结构无论颗粒大小还是孔隙分布都是均匀的。而对于非均质包气带的产流条件，这套理论虽然不完善，但仍是最基础的。所以，Horton产流理论是经典的产流理论，后来的发展都是对Horton产流理论的补充。

                                                                                                      来源于（芮孝芳，水文学原理，2013）

2、 Dunne产流理论

       Dunne于20世纪70年代初《山坡水文学》发表了新的产流理论。Dunne在研究产流时发现，自然界有一些产流现象按照Horton产流理论是解释不通的。例如，在有些地区，包气带表层很疏松，以致地面下渗能力很大，而一场降雨的降雨强度并不是很大，按照Horton产流理论，这种情况应当不太可能产生地面径流，但事实上却常常能明显观测到地面径流。又如，人们发现一场降雨形成的洪水过程的退水段包含着丰富的水文信息。

如果一场洪水是由多种径流成分组成的，那么由于不同径流成分流速有快有慢，在其退水段上就会形成一些转折点，这个转折点在数学上就是曲线的拐点。退水曲线上的拐点越多，意味着径流成分越多。

     Dunne产流理论的创新主要有：一是发现了壤中水径流现象及其产生的物理条件；二是发现了产生地面径流的另一机制——饱和地面径流形成机制。

     壤中径流形成的必要条件：（1）在包气带中存在相对不透水层；（2）上层土壤含水量必须达到田间持水量，并具有侧向排水条件。

    饱和地面产流必要条件：（1）在包气带中存在相对不透水层，上土层较薄，上层土壤透水性远强于下层土壤透水性；（2）上层土壤含水量必须达到饱和。

3、流域产流基本模式

       由Horton产流理论和 Dunne产流理论可知，然界形成的径流成分有四种：一是超渗地面径流，二是饱和地面中水径流，三是壤中水径流，四是地下水径流。它们均有各自的形成机理。超渗地面径流和饱和地面径流都是地面径流，只是产生的物理条件不同。壤中水径流和地下水径流都是地面以下土壤中产生的径流，不仅产生的物理条件不同，而且发生的位置不同。对于壤中水径流，根据其在包气带中发生的位置不同，又可以划分为很多层次，靠近地表的是浅层壤中水径流，靠近地下水水面的是深层壤中水径流。不同层次产生的壤中水径流在流速上也存在差异，尤其是最浅和最深的差异一般是较大的。

                                                                                               来源于（芮孝芳，水文学原理，2013）