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 ： ５ ５ ０ ０ ０ ２ ２ 贵州黔水科研试验测试检测工程有限公 司
贵州贵 阳
５ ５ ０ ０ ０ ２ ）
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
（ １ 贵州省水利水 电勘测设计研究院 贵州贵阳
邓 智 予 刘 莹 ： ５ ５ ０ ０ ０ ２ ２ 贵州黔水科研试验测试检测工程有限公 司
贵州贵 阳
５ ５ ０ ０ ０ ２ ）
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。
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。
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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。
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。