產(chǎn)流模式的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

芮孝芳

(河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇南京 210098)

產(chǎn)流模式的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

芮孝芳

(河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇南京 210098)

回顧了產(chǎn)流理論的起源,指出Horton產(chǎn)流理論、Kohler與Linsley的5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流相關(guān)圖,以及Dunne通過實(shí)驗(yàn)對(duì)Horton產(chǎn)流理論的拓展,奠定了產(chǎn)流理論和流域產(chǎn)流量計(jì)算方法的基礎(chǔ)?？偨Y(jié)了中國自20世紀(jì)50年代以來在這一領(lǐng)域的主要實(shí)踐和理論探索,指出中國學(xué)者發(fā)現(xiàn)的“蓄滿產(chǎn)流”和“超滲產(chǎn)流”兩種流域產(chǎn)流模式,以及局部產(chǎn)流問題及其處理方法,是對(duì)水文學(xué)的重要貢獻(xiàn)。通過回顧與總結(jié),系統(tǒng)深入地探討了產(chǎn)流理論和降雨徑流相關(guān)圖形式與流域產(chǎn)流模式之間的關(guān)系,試圖開啟發(fā)展、完善流域產(chǎn)流量計(jì)算方法的思路。

Horton產(chǎn)流理論;Dunne產(chǎn)流理論;降雨徑流相關(guān)圖;蓄滿產(chǎn)流;超滲產(chǎn)流;局部產(chǎn)流

1 一個(gè)耐人尋味的現(xiàn)象

1935年Horton發(fā)表了一篇題為《地表徑流現(xiàn)象》的論文[1],指出降雨產(chǎn)流受控于兩個(gè)條件:一是降雨強(qiáng)度與地面下滲能力的對(duì)比,二是下滲水量與包氣帶缺水量的對(duì)比。當(dāng)降雨強(qiáng)度超過地面下滲能力時(shí),超滲部分成為地面徑流,這就是所謂的超滲地面徑流。當(dāng)下滲水量扣除包氣帶蒸散發(fā)超過包氣帶缺水量時(shí),超持部分成為地下徑流,這種所謂地下徑流就是后人所指的壤中水徑流和地下水徑流之和。就產(chǎn)流機(jī)制而言,前者屬于界面通量機(jī)制,后者屬于土層持蓄機(jī)制。就“門檻”效應(yīng)而言,前者以地面下滲容量為“門檻”,后者以包氣帶田間持水量為“門檻”[2]。這是有史以來提出的第一個(gè)產(chǎn)流理論,但這一理論并未立即應(yīng)用于解決實(shí)際問題,在隨后的數(shù)十年中也似乎無人問津。中國學(xué)者了解Horton產(chǎn)流理論的完整內(nèi)容已是20世紀(jì)70年代末了。

1951年美國學(xué)者Kohler和Linsley根據(jù)實(shí)測降雨和徑流資料分析制作了世界上第一張降雨徑流相關(guān)圖,并提出了前期影響雨量Pa的概念和計(jì)算方法。這張?jiān)谒膶W(xué)發(fā)展史上有重要影響的降雨徑流相關(guān)圖是一張5變量合軸相關(guān)圖(圖1)[3],它考慮了前期影響雨量Pa、季節(jié)和暴雨歷時(shí)對(duì)降雨徑流形成的影響,其中前期影響雨量Pa反映流域的初始干濕程度、季節(jié)代表蒸散發(fā)E的影響、暴雨歷時(shí)體現(xiàn)降雨強(qiáng)度的作用。之后,這種5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流相關(guān)圖很快被世界上許多國家引進(jìn),風(fēng)靡一時(shí)。1979年Linsley又將5變量降雨徑流相關(guān)圖改為4變量降雨徑流相關(guān)圖(圖2)[4]。但令人奇怪的是,在Linsley等看來,這些工作似乎與Horton早年提出的產(chǎn)流理論毫不相干。

圖1 Kohler和Linsley1951年給出的5變量降雨徑流相關(guān)圖[3](1in=2.54 cm)

圖2 Linsley1979年給出的4變量降雨徑流相關(guān)圖[4]

為什么Horton提出的理論未能指導(dǎo)Kohler和Linsley對(duì)5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流相關(guān)圖的研制?為什么Kohler和Linsley沒有用自己研制的降雨徑流相關(guān)圖來檢驗(yàn)Horton理論?這確實(shí)有點(diǎn)耐人尋味。

2 產(chǎn)流理論在中國的實(shí)踐與深化

中國自1952年起開始發(fā)展水文預(yù)報(bào)事業(yè), Kohler和Linsley研制的5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流相關(guān)圖也開始引入中國。利用中國江河流域?qū)崪y降雨和徑流資料制作降雨徑流相關(guān)圖一時(shí)間成為許多水文學(xué)者的所愛。到20世紀(jì)60年代初,降雨徑流相關(guān)圖作為一種流域產(chǎn)流量計(jì)算方法已在中國得到普遍使用[5-8],它與早先傳入中國的Sherman單位線和Muskingum法一起成為當(dāng)時(shí)最具代表性的產(chǎn)匯流計(jì)算方法[9]。事實(shí)上,這3種方法不僅對(duì)中國,而且對(duì)世界水文科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了極其深刻的影響。

中國幅員遼闊,氣候條件和下墊面情況復(fù)雜多樣,中國制作降雨徑流相關(guān)圖的實(shí)踐必將大大豐富由Kohler和Linsley開創(chuàng)的研究領(lǐng)域。在Kohler和Linsley 5變量合軸相關(guān)圖的基礎(chǔ)上,中國提出了兩種形式的降雨徑流相關(guān)圖:一是以前期影響雨量Pa為參變數(shù)的4變量降雨徑流相關(guān)圖(圖3(a))[7-8];二是以前期影響雨量Pa和降雨強(qiáng)度為參變數(shù)的5變量降雨徑流相關(guān)圖(圖3(b))[6,8]。前一類降雨徑流相關(guān)圖主要適合于濕潤地區(qū),后一類降雨徑流相關(guān)圖主要適合于干旱和半干旱地區(qū),特別是年雨量小于200 mm的中國陜北黃土高原地區(qū)。對(duì)于前一類降雨徑流相關(guān)圖,當(dāng)降雨量大于一定值時(shí)將趨于與橫坐標(biāo)成45°角度的斜線,而當(dāng)降雨量小于這一定值時(shí),將為凹向橫坐標(biāo)一方的曲線。這個(gè)定值對(duì)不同的流域不一樣,對(duì)同一流域也隨前期影響雨量Pa而不同。若在干旱半干旱地區(qū)使用前一類降雨徑流相關(guān)圖,則點(diǎn)據(jù)十分散亂。若將后一類降雨徑流相關(guān)圖用于濕潤地區(qū)則看不出有提高精度的作用,反而顯得多此一舉。以上發(fā)現(xiàn)的前提是在制作降雨徑流相關(guān)圖時(shí)采用流域產(chǎn)流量而非地面徑流量。如果只對(duì)地面徑流制作降雨徑流相關(guān)圖,那么無論在干旱半干旱地區(qū),或者在濕潤地區(qū),均適合用后一類形式的降雨徑流相關(guān)圖,也就是降雨強(qiáng)度的影響不可忽略。在濕潤地區(qū),若建立流域產(chǎn)流量與地下水徑流量的相關(guān)圖,則會(huì)出現(xiàn)兩種情況(圖4)[2]:一是降雨歷時(shí)對(duì)其影響明顯;二是隨著流域產(chǎn)流量的增加,地下水徑流量將趨于一定值,而與降雨歷時(shí)無關(guān)。這反映了蓄滿產(chǎn)流模式下,地下水徑流的形成有兩種機(jī)理。

圖3 中國使用的降雨徑流相關(guān)圖

圖4 總徑流與地下水徑流的相關(guān)關(guān)系

中國的實(shí)踐不僅深化了對(duì)Kohler和Linsley研制的5變量和4變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流關(guān)系的理解,而且為日后發(fā)現(xiàn)蓄滿產(chǎn)流模式奠定了基礎(chǔ)。

3 產(chǎn)流模式的發(fā)現(xiàn)

如果在流域上取一微分面積,并考察一場降雨過程終了時(shí)刻該微分面積所對(duì)應(yīng)的均質(zhì)包氣帶的水量平衡方程式,那么根據(jù)Horton產(chǎn)流理論中所闡明的產(chǎn)流的物理?xiàng)l件,不難發(fā)現(xiàn)這個(gè)水量平衡方程式必為下列兩種情況之一:一是一場降雨終了包氣帶含水量已達(dá)到田間持水量,這時(shí)包氣帶的水量平衡方程式為

二是一場降雨終了包氣帶含水量未達(dá)到田間持水量。這時(shí)包氣帶的水量平衡方程式為

式中:P′為微分面積上的次降雨量;E′為微分面積上的雨期蒸散發(fā)量;為微分面積上雨始時(shí)包氣帶含水量;為微分面積包氣帶的田間持水量;′為微分面積上雨終時(shí)包氣帶含水量;′為在微分面積上產(chǎn)生的超滲地面徑流量;′為在微分面積上產(chǎn)生的地下徑流量。

這種取微分面積的目的實(shí)際上是為了消除降雨和下墊面條件空間分布不均的影響。

式(1)和(2)又分別可表為

式中:R′為微分面積上一場降雨形成的地面徑流和地下徑流之和,稱為“總徑流”。對(duì)于一場降雨終了包氣帶含水量已達(dá)到田間持水量的情況,R′=′+;而對(duì)于一場降雨終了包氣帶含水量未達(dá)到田間持水量的情況,R′僅包括

分析式(3)和式(4)可以看出,如果一場降雨終止時(shí)包氣帶含水量已達(dá)到田間持水量,那么這場降雨形成的總徑流量只受到雨期蒸散發(fā)、雨始包氣帶含水量的影響,因?yàn)榘鼩鈳镩g持水量是一個(gè)常數(shù);如果一場降雨終止時(shí)包氣帶含水量未達(dá)到田間持水量,那么這場降雨形成的總徑流量不僅受到雨期蒸散發(fā)、雨始包氣帶含水量的影響,而且還受到雨終包氣帶含水量的影響,因?yàn)椴煌谓涤暧捎趶?qiáng)度和歷時(shí)不同,雨終包氣帶含水量顯然是不一樣的。有鑒于此,可以將式(3)和式(4)分別寫成[10]:

不難看出,式(5)正是前述中國學(xué)者提出的以前期影響雨量為參變量的降雨徑流相關(guān)圖的理論依據(jù),而式(7)正是前述中國學(xué)者提出的以前期影響雨量和降雨強(qiáng)度為參變量的降雨徑流相關(guān)圖的理論依據(jù)。這樣就將Horton于1935年提出的產(chǎn)流理論與Kohler和Linsley于1951年研制的5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流關(guān)系聯(lián)系起來了。這是中國學(xué)者對(duì)水文學(xué)的一個(gè)重要貢獻(xiàn)。

就總徑流的產(chǎn)生而言,式(3)或式(5)揭示的產(chǎn)流原因是P′-E′＞,即包氣帶缺水量得到滿足,或者包氣帶含水量達(dá)到田間持水量,才能產(chǎn)生徑流,由于這個(gè)緣故,稱之為“蓄滿產(chǎn)流”模式。而式(4)或式(6)揭示的產(chǎn)流原因是i＞fp,即滿足降雨強(qiáng)度超過地面下滲能力,才有徑流產(chǎn)生,由于這個(gè)緣故,稱之為“超滲產(chǎn)流”模式。

4 局部產(chǎn)流問題

一個(gè)流域總是由無數(shù)個(gè)微分面積集合而成,每一個(gè)微分面積的包氣帶田間持水量不盡相同,缺水量也可能大相徑庭,因此,即使一場降雨的空間分布均勻,也不可能保證流域上每個(gè)微分面積都能滿足條件P′-E′＞而“蓄滿產(chǎn)流”。只有當(dāng)降雨量大到能使流域上包氣帶缺水量最大的微分面積也能滿足這個(gè)條件,才會(huì)出現(xiàn)全流域“蓄滿產(chǎn)流”。

中國學(xué)者在制作濕潤地區(qū)降雨徑流相關(guān)圖時(shí),早就發(fā)現(xiàn)當(dāng)流域平均降雨量較小時(shí),計(jì)算的R常常會(huì)小于實(shí)測的R,而當(dāng)較大時(shí)卻不出現(xiàn)此種情況。起初用超滲產(chǎn)流來解釋,后來發(fā)現(xiàn)這種解釋不合理,因?yàn)檩^小時(shí),高強(qiáng)度暴雨的出現(xiàn)不太可能,因而發(fā)生超滲產(chǎn)流的可能性不大。到了20世紀(jì)60年代,終于揭開這個(gè)謎,原來是局部產(chǎn)流問題[5]。

若一個(gè)流域的產(chǎn)流屬于“蓄滿產(chǎn)流”模式,則一場降雨產(chǎn)生的流域產(chǎn)流量應(yīng)等于滿足條件P′-E′＞的那些微分面積產(chǎn)生的徑流量之總和,即

將式(3)代入式(8),有

式中:R為流域產(chǎn)流量;A為流域面積;Ae為產(chǎn)流面積,Ae≤A;df為微分面積。

現(xiàn)在來展開式(9)右邊各項(xiàng)。對(duì)式(9)右邊第一項(xiàng),有

由式(14)可以看出,若一場降雨能使全流域蓄滿產(chǎn)流,則由于α=0,流域產(chǎn)流量應(yīng)為

若一場降雨屬于局部流域蓄滿產(chǎn)流,則由于ˉPn-Wm,n+W0,n＜0,而α＞0,流域產(chǎn)流量應(yīng)為

式(15)表明,在全流域蓄滿產(chǎn)流情況下,以W0為參變量的降雨徑流相關(guān)線為與橫坐標(biāo)成45°夾角的斜線。而式(16)表明,在局部產(chǎn)流情況下,以W0為參變量的降雨徑流相關(guān)線為其切線與橫坐標(biāo)夾角大于45°的曲線。這與中國學(xué)者的實(shí)踐完全一致。

對(duì)于“超滲產(chǎn)流”模式可作同樣分析,不過結(jié)論要比蓄滿產(chǎn)流模式復(fù)雜得多。

國外關(guān)于局部產(chǎn)流問題的研究要比中國學(xué)者遲10 a左右。Linsley等[11]在評(píng)價(jià)Dunne等[12-13]對(duì)發(fā)現(xiàn)局部產(chǎn)流問題所做的貢獻(xiàn)時(shí)指出:“統(tǒng)計(jì)證據(jù)、野外觀測和邏輯學(xué)告訴我們,徑流很少在流域上均勻地產(chǎn)生。雨量和強(qiáng)度的變化、土壤特征、植被、前期含水量和地形都促使發(fā)生復(fù)雜的性能類型,其中大多數(shù)暴雨所產(chǎn)生的徑流僅來自最靠近河槽的較小部分流域面積。這些源地的確定需要遠(yuǎn)比估算降雨徑流所用的通?？傻觅Y料更為詳細(xì)的資料,從而阻撓了沿著完全理論途徑來解決這個(gè)問題。水源源地的相對(duì)統(tǒng)計(jì)恒定性似乎是存在的,因此經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)降雨徑流關(guān)系的可靠性遠(yuǎn)較從物理分析得來的為好。”

如果將Linsley這一評(píng)論性語言送給中國學(xué)者,那么似乎還有不夠之處,因?yàn)橹袊鴮W(xué)者不僅發(fā)現(xiàn)了局部產(chǎn)流問題,而且給出了解決問題的方法。

5 流域蓄水容量曲線的意義

根據(jù)流域產(chǎn)流量的形成過程,欲正確計(jì)算出流域上一場降雨所形成的流域產(chǎn)流量,除了必須尋找出適用的產(chǎn)流模式,還必須掌握產(chǎn)流面積變化問題。但由式(15)和式(13)知,如果一場降雨終了能達(dá)到全流域蓄滿產(chǎn)流,那么按式(15)就可以將這場降雨產(chǎn)生的總徑流計(jì)算出來,這并不存在什么困難。而如果一場降雨終了仍舊為局部產(chǎn)流,那么就必須按式(13)才能計(jì)算出這場降雨產(chǎn)生的總徑流量。不言而喻,這是一件十分困難的事。由流域降雨徑流形成的物理過程可知,之所以有局部產(chǎn)流現(xiàn)象存在,就是因?yàn)榻涤昕臻g分布和下墊面條件空間分布不均勻,然而要同時(shí)考慮導(dǎo)致局部產(chǎn)流的兩個(gè)“不均勻”性,不僅在當(dāng)時(shí)的科技水平下十分困難,就是現(xiàn)在也仍然困難。相對(duì)而言,下墊面條件空間不均勻分布是靜態(tài)的,一般并不隨時(shí)間而變,而降雨空間不均勻分布是動(dòng)態(tài)的,不同時(shí)刻降雨的空間分布可能存在極大的差異。顯然,考慮下墊面條件空間分布不均造成的局部產(chǎn)流似乎要比考慮降雨空間分布不均造成的局部產(chǎn)流容易些。這種科學(xué)思路就導(dǎo)致了流域蓄水容量曲線的引入[5,9]。

流域蓄水容量曲線是表達(dá)流域包氣帶田間持水量小于等于某值的面積占全流域面積的比例與該值之間關(guān)系的曲線(圖5)。對(duì)一個(gè)流域,它唯一客觀地存在,并為單調(diào)遞增曲線。這條曲線的面積就是全流域包氣帶含水量均達(dá)到田間持水量時(shí)的流域平均包氣帶含水量,稱為最大流域蓄水容量。流域蓄水容量曲線可表達(dá)成下列函數(shù)形式:

式中:α為流域上小于等于該W′m的面積對(duì)流域面積之比值。

圖5 流域蓄水容量曲線

有了流域蓄水容量曲線的函數(shù)表達(dá)式(17),容易證明:

與雨始流域蓄水容量分布形狀有關(guān)的a值應(yīng)滿足:

最終可導(dǎo)出流域產(chǎn)流量的計(jì)算公式[10]為

當(dāng)P-E+a＞為流域上各點(diǎn)中最大值) 時(shí),式(20)變成全流域產(chǎn)流的流域產(chǎn)流量計(jì)算公式:

流域蓄水容量曲線的引進(jìn)只能考慮降雨空間分布均勻時(shí)由于下墊面條件空間分布不均對(duì)流域產(chǎn)流量造成的影響,這就決定了式(20)只能用于面積較小的流域。如果還必須要考慮降雨空間分布不均對(duì)流域產(chǎn)流量的影響,一個(gè)現(xiàn)實(shí)的做法就是將一個(gè)流域劃分成若干個(gè)相對(duì)較小的子流域,對(duì)每個(gè)子流域先用式(20)計(jì)算子流域產(chǎn)流量,然后用加權(quán)平均法求得流域產(chǎn)流量。更好的能同時(shí)考慮降雨和下墊面條件空間分布不均對(duì)流域產(chǎn)流量影響的方法,有待更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來解決。

對(duì)于“超滲產(chǎn)流”模式,只要引進(jìn)下滲容量面積分配曲線,就可以按照與上述相同的思路建立流域產(chǎn)流量計(jì)算方法。

6 Dunne對(duì)產(chǎn)流理論的貢獻(xiàn)

大約在20世紀(jì)60年代至70年代初,Dunne 等[14]在研究中遇到了一些自然界用Horton產(chǎn)流理論解釋不通的產(chǎn)流現(xiàn)象,這些現(xiàn)象是:在有些地區(qū)包氣帶表層很疏松,地面下滲容量很大,而一場降雨的降雨強(qiáng)度一般并不是很大,按照Horton產(chǎn)流理論,這種情況應(yīng)當(dāng)不太可能產(chǎn)生地面徑流,但事實(shí)上卻能觀測到地面徑流;一場降雨形成的洪水過程的退水段包含著豐富的水文信息,洪水一般由多種徑流成分組成,由于不同徑流成分匯流速度有快慢差異,因此在其退水段上就會(huì)形成一些轉(zhuǎn)折點(diǎn),按照Horton產(chǎn)流理論,洪水的退水段只可能有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),但實(shí)際上存在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的情況比較普遍,有3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的情況也并非稀遇,擁有更多轉(zhuǎn)折點(diǎn)的情況也不是不可能。Dunne帶著這些問題,通過大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn),終于有了重大的發(fā)現(xiàn)。

Dunne的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)是飽和地面徑流的形成條件,從而回答了Horton產(chǎn)流理論不能解釋的第一個(gè)問題。Dunne的第二個(gè)發(fā)現(xiàn)是壤中水徑流的形成條件,從而回答了Horton產(chǎn)流理論不能解釋的第二個(gè)問題。Dunne的第三個(gè)發(fā)現(xiàn)是山坡匯流的回歸流和竄流現(xiàn)象,這雖不屬于產(chǎn)流理論問題,但向人們展示了流域匯流是一種極其復(fù)雜的水量運(yùn)動(dòng)。

Dunne的新產(chǎn)流理論給人的啟示是深刻的,它不僅圓滿地回答了Horton產(chǎn)流理論所不能解釋的產(chǎn)流現(xiàn)象,改變了地面徑流形成的單機(jī)制論,豐富了地下徑流的內(nèi)涵,較大地拓展了“蓄滿產(chǎn)流”和“超滲產(chǎn)流”兩種產(chǎn)流模式的適用性,而且使人們看到了一個(gè)科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,如何針對(duì)問題進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn),如何通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)抓住問題實(shí)質(zhì)得出新的見解的。

7 結(jié) 語

20世紀(jì)30年代中期和50年代初期在美國發(fā)生了兩件對(duì)水文學(xué)產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)影響的事: Horton產(chǎn)流理論的提出和Kohler及Linsley等5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流相關(guān)圖的研制。雖然他們都在圍繞著同一個(gè)問題努力耕耘著,但奇怪的是雙方當(dāng)事人似乎并不知道對(duì)方在做些什么。這一水文科學(xué)史上有趣的事件,看來是難以進(jìn)一步考證清楚了。中國學(xué)者了解并接受Horton產(chǎn)流理論和5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流相關(guān)圖,與這兩個(gè)事件出現(xiàn)的順序正好相反:引進(jìn)5變量合軸相關(guān)圖形式的降雨徑流相關(guān)圖是在20世紀(jì)50年代初期,在先;了解并接受Horton產(chǎn)流理論是在20世紀(jì)70年代初,在后。

從大量降雨徑流相關(guān)圖的制作經(jīng)驗(yàn)中中國學(xué)者發(fā)現(xiàn),不同氣候條件下影響降雨徑流關(guān)系的因子不一樣;總徑流的降雨徑流相關(guān)圖、地面徑流的降雨徑流相關(guān)圖和地下水徑流的降雨徑流相關(guān)圖影響因子也不一樣。在此基礎(chǔ)上于20世紀(jì)60年代中期提出了“蓄滿產(chǎn)流”和“超滲產(chǎn)流”兩種基本產(chǎn)流模式。中國學(xué)者的這些獨(dú)創(chuàng)性研究與Horton產(chǎn)流理論具有驚人的一致。表1是筆者[15]給出的Horton產(chǎn)流理論與產(chǎn)流模式及相應(yīng)的降雨徑流關(guān)系。20世紀(jì)70年代Dunne提出的新產(chǎn)流理論不僅揭示了包氣帶中具有相對(duì)不透水層的產(chǎn)流機(jī)制,圓滿回答了Horton不能解釋的問題,這不僅是Horton產(chǎn)流理論的重大發(fā)展,而且使中國學(xué)者在產(chǎn)流研究方面又有了新的提升:“蓄滿產(chǎn)流”不只是二水源的,也可能是三水源的,甚至是一水源的;“超滲產(chǎn)流”不總是一水源的,也可以是二水源的,地面徑流即使是飽和地面徑流,總徑流也可能屬于“超滲產(chǎn)流”模式。地下徑流應(yīng)是壤中水徑流和地下水徑流之總稱,有地下徑流并不是“蓄滿產(chǎn)流”的“專利”,“超滲產(chǎn)流”的總徑流量也可能有壤中水徑流產(chǎn)生。產(chǎn)生地下水徑流才是“蓄滿產(chǎn)流”的標(biāo)志之一?，F(xiàn)在所說的“蓄滿產(chǎn)流”和“超滲產(chǎn)流”,盡管名詞相同,但其內(nèi)涵已拓寬了。表2是筆者[15]給出的Dunne產(chǎn)流理論與產(chǎn)流模式及相應(yīng)的降雨徑流關(guān)系。

表1 Horton產(chǎn)流理論與產(chǎn)流模式及相應(yīng)的降雨徑流關(guān)系

中國學(xué)者發(fā)現(xiàn)“局部產(chǎn)流”問題,也就是“產(chǎn)流面積變化”問題,約比國外早10 a,并認(rèn)識(shí)到由降雨確定流域產(chǎn)流量必須受到產(chǎn)流模式和產(chǎn)流面積變化兩個(gè)方面的控制,通過引進(jìn)流域蓄水容量曲線和下滲容量面積分配曲線,以及劃分子流域的方法,為計(jì)算流域產(chǎn)流量奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

表2 Dunne產(chǎn)流理論與產(chǎn)流模式及相應(yīng)的降雨徑流關(guān)系

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The discovery and development of runoff formation models

//RUI Xiaofang(College of Hydrology and Water Resources,Hohai University,Nanjing210098,China)

The origin of the runoff formation theory is reviewed.Horton's runoff formation theory,the rainfall-runoff relation curve of the form of five variables found by Kohler and Linsley and Dunne's runoff formation played the foundational role in runoff formation theory and runoff yield calculation.The main Chinese practice and theory research in this field since the 1950s are summarized and it is pointed out that the“runoff formation at the natural storage”,the“runoff formation in excess of infiltration”,and the partial area contribution to storm runoff discovered by Chinese scholars are a great contribution to hydrology.Through review and summary,the relationships between runoff formation theory,the rainfall-runoff relation curve,and runoff formation models are deeply discussed to develop and perfect the calculation method of watershed runoff yield.

Horton's runoff formation theory;Dunne's runoff formation theory;rainfall-runoff relation curve;runoff formation at natural storage;runoff formation in excess of infiltration;partial area contribution to storm runoff

10.3880/j.issn.10067647.2013.01.001

TV121

A

10067647(2013)01000106

2012-09-29 編輯:馬敏峰)

國家自然科學(xué)基金(41130639)

芮孝芳(1939—),男,江蘇溧陽人,教授,主要從事水文學(xué)與水資源研究。E-mail:jiangguol@hotmail.com