流域和径流过程

流域和径流过程关注集水区内的降雨和融雪如何分配为入渗、储存和径流，以及径流如何汇集并输送到出口。

Definition

流域和径流过程是指降水落在流域内，通过一系列物理机制被分配、储存并以径流形式输送到流域出口的过程，其研究尺度为坡面和集水区。

Scope

该领域涵盖了产生河流流量的坡面机制、将降雨与由此产生的洪水过程线联系起来的单位线框架、集水区的地貌结构及其内部的水流路径，以及积雪和融雪的特殊情况。它连接了地表弥散过程和地表水文处理的集中水流。

Sub-topics

• 流域地貌与径流演算
• 径流形成机制
• 积雪水文学
• 单位线

Core questions

• 降雨通过何种机制在坡面上形成河流流量？
• 单位线如何将有效降雨与径流过程线联系起来？
• 流域形状、排水网络和水流路径如何控制水流的时间？
• 积雪和融雪如何控制寒冷和山区地区的径流？

Key concepts

• 入渗能力和地表径流
• 饱和超量和可变源区
• 单位线和卷积
• 排水网络和流域地貌
• 水流路径和汇流时间
• 积雪和融雪

Key theories

入渗超量（霍顿式）地表径流

当降雨强度超过土壤的入渗能力时，多余的水会在地表径流；霍顿的概念将入渗能力与暴雨径流的产生联系起来，并主导了早期的降雨-径流思维。

饱和超量和可变源区

在许多湿润、植被覆盖的集水区，径流产生于土壤从下方饱和的区域，因此暴雨径流来自扩展的部分或可变源区，而不是均匀分布在整个流域。

单位线

单位线将集水区视为一个线性系统，其对单位有效降雨的响应可以与降雨序列进行卷积，以预测径流过程线，这是应用集水区水文学的基本工具。

Clinical relevance

了解径流产生对于预测洪水、设计雨水和排水系统、估算集水区产水量、评估土地利用和森林变化对水文的影响以及管理融雪驱动的水资源供应至关重要。

History

20世纪30年代霍顿的入渗理论将径流定义为入渗超量；20世纪60年代和70年代的野外研究，特别是Hewlett和Dunne的研究，揭示了湿润集水区内的饱和超量和可变源区径流，重塑了对流域如何产生河流流量的理解，并为后来的分布式模型提供了信息。

Debates

主要的径流产生机制

水文学家曾争论暴雨径流是由霍顿式入渗超量地表径流主导，还是由饱和超量和来自可变源区的地下暴雨流主导；现在普遍认为，主导机制取决于气候、土壤、植被和土地利用。

Key figures

• Robert E. Horton
• Thomas Dunne
• Keith J. Beven

Seminal works

• dingman2015
• horton1933
• dunne1970

Frequently asked questions

为什么并非所有降雨都流入河流？

大部分降雨渗入土壤，被植被截留，或储存在洼地中，其中很大一部分随后蒸发或蒸腾；只有超过入渗和储存量，或从饱和区域流出的部分，才会成为河流流量。

什么是流域？

流域，或称集水区，是指将落在其上的所有降水汇集到共同出口（例如河流上的某一点）的陆地区域；它是分析径流和水平衡的基本空间单元。