2.3 河川径流的形成

流域内的降水，一部分形成地面径流，一部分渗入地表土壤，在含水层内形成地下径流，地面径流和地下径流汇集到河槽中形成河川径流。暴雨洪水主要来源于地面径流，而地下径流仅对大河枯水期的水量补给具有重要意义。

2.3.1 径流形成过程

流域内自降水开始到水量流过出口断面为止的整个物理过程，称为径流形成过程。它是大气降水和流域自然地理条件综合作用的过程，十分复杂。为了便于研究，可将径流形成的物理模型概括为4个阶段，图2.12为径流形成过程的示意图。

1.降雨过程

降雨是形成地面径流的主要因素，降雨的多少决定径流量的大小。降雨量以降雨厚度（mm）表示，单位时间内的降雨量称为降雨强度（mm/min或mm/h）。每次降雨，降雨量及其在空间和时间上的变化都各不相同。降雨可能笼罩全流域，也可能只降落在流域的局部地区；流域内的降雨强度也有时均匀，有时不均匀，有时还在局部地区形成暴雨中心，并向某一方向移动。降雨的变化过程直接决定径流过程的趋势，降雨过程是径流形成过程的重要环节。

2.流域蓄渗过程

降雨开始时并不立即形成径流。首先，雨水被流域内的树木、杂草，以及农作物的茎叶截留一部分，不能落到地面上，称为植物截留。然后，落到地面上的雨水，部分渗入土壤，称为入渗；单位时间内的入渗量（mm），称为入渗强度（mm/min或mm/h）。降雨开始时入渗较快，随着降雨量的不断增加，土壤中水分逐渐趋于饱和，入渗强度减缓，达到一个稳定值，称为稳定入渗。另外，还有一部分雨水被蓄留在坡面的坑洼里，称为填洼。植物截留、入渗和填洼的整个过程，称为流域的蓄渗过程；这部分雨水不产生地面径流，对降雨径流而言，称为损失，扣除损失后剩余的雨量，称为净雨。

3.坡面漫流过程

流域蓄渗过程完成以后，剩余雨水沿着坡面流动，称为坡面漫流。流域内各处坡面漫流开始的时间是不一致的，某些区域可能最先完成蓄渗过程而出现坡面漫流，也只是局部区域的坡面漫流；然后，完成蓄渗过程的区域逐渐增多，出现坡面漫流的范围也随之扩大，最后才能形成全流域的坡面漫流。

4.河槽集流过程

坡面漫流的雨水汇入河槽后，顺着河道由小沟到支流，由支流到干流，最后到达流域出口断面，这个过程称为河槽集流。汇入河槽的水流，一方面继续沿河槽迅速向下游流动；另一方面也使河槽内的水量增大，水位随之上升。河槽容蓄的这部分水量，在降雨结束后才缓慢地流向下游，最后通过流域出口，使流域出口断面的流量增长过程变得平缓，历时延长，从而起到河槽对洪水的调蓄作用。

总之，地面径流的形成过程，就其水体的运动性质来看，可分为产流过程和汇流过程；就其发生的区域来看，则可分为流域面上进行的过程和河槽内进行的过程。

降雨、蓄渗、坡面漫流和河槽集流，是从降雨开始到出口断面产生径流所经历的全过程，它们在时间上并无截然的分界，而是同时交错进行的。

河川径流的大小和变化，通常用流量和水位来表示。河流的流量和水位都是随时间而不断变化的，流量和水位随时间而变化的关系曲线，分别称为流量过程线和水位过程线（图2.13）。

过程线中曲线的上升部分为涨水段，下降部分为退水段，曲线最高峰处的流量和水位，分别称洪峰流量和洪峰水位；一涨一落，形成一次洪水过程。由于洪水波的影响，在河流的同一断面上，同一次洪峰的最高水位往往稍迟于最大流量，二者并非同时出现。一年内的最大洪峰流量称为年最大流量。一次洪水过程可用历时、峰值（流量、水位）和径流量三个水文因素反映其特征。

2.3.2 影响径流的主要因素

从径流形成过程来看，影响径流变化的自然因素，可分为气候因素和下垫面因素两类。

1.气候因素

（1）降雨。空气中的水汽随气流上升时，因冷却而凝结成水滴降落到地面上，形成降雨。降雨是径流形成的主要因素，降雨强度、降雨历时和降雨面积对径流量及其变化过程都有很大影响。降雨强度大，雨水来不及入渗而流走，使径流量增大；降雨强度小，则雨水大部分渗入土壤而使径流量减小。降雨历时长，降雨面积又大，产生的径流量必然也大，反之则小。大流域内的降雨，在地区上的分布是很不均匀的，流域内一次降雨强度最大的地方，称为暴雨中心。暴雨中心在流域下游时，出口断面的洪峰流量就大些；暴雨中心在流域上游时，则洪峰流量就小些。一次降雨的暴雨中心是不断移动的，当暴雨中心从流域上游向下游移动时，出口的洪峰流量就大些，反之则小些。

（2）蒸发。流域内的蒸发是指水面蒸发、陆面蒸发、植物散发等各种蒸发的总和。在一次降雨过程中，蒸发对径流影响不大，但它对降雨前期的流域蓄水量却影响很大；如蒸发强度大，则雨前土壤合水率就小，降雨的入渗损失量就增大，而径流量减小。因此，蒸发也是影响径流变化的重要因素。

降雨和蒸发在地区分布上呈现一定的规律性，因而径流变化也具有一定的地区性规律。

2.下垫面因素

流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等自然地理因素，相对于气候因素而言，称为下垫面因素。流域的地理位置直接影响降雨量的多少，流域的地形对降雨、蒸发、蓄渗和汇流过程都有影响，流域面积的大小、形状又与径流量有直接关系。土壤和地质因素决定着入渗和地下径流的状况。植物茎叶截留部分降雨，植物根系又能贮藏大量水分，可改造土壤和气候。湖泊也有贮存水量、调节径流的作用。

3.人类活动因素

人类活动对河川径流也有重要影响。封山育林和水土保持将增加降雨的截留和入渗，减少汛期水量和洪峰流量；同时增大地下径流，能补充枯水期的水量。修建水库对河流起蓄洪调节作用，并使流域内的蒸发面积增大，从而加大蒸发量。

黄河与闽江水量的比较，可清楚地说明上述各种因素对河川径流的影响。黄河的流域面积仅次于长江而居我国第二位，但流域的大部分处于我国西北部干燥、半干燥地带，降雨量小（年平均降水量约400mm），地表蒸发量大，又有将近一半地区为渗水性很强的黄土层。因而，黄河流域产生的径流量极为贫乏，年径流量仅为长江的1/20，还不及流域面积小得多的闽江。闽江的流域面积仅为黄河的1/13，但流域位于武夷山脉迎风面一侧的福建省，为亚热带气候，降雨量大（年降雨量达1000～2300mm），尤其夏秋季节台风频繁，降雨强度极大；而且湿度又大，蒸发不强烈，地形多山，坡度大，入渗小，汇流快。闽江流域的气候因素和下垫面因素恰好与黄河相反，因而闽江成为我国水量最充沛的河流之一。

2.3.3 我国河流的水量补给

流入海洋的河流称为外流河，流入内陆湖泊或消失于沙漠之中的河流称为内流河。我国河流除西北地区的内流河靠高山积雪为水源以外，其他地区的河流主要靠雨水补给。水量补给的来源基本可分为雨源、雨雪源和冰雪源三类。

1.雨源类

秦岭、淮河以南直到台湾、海南岛、云南广大地区的河流，都属于雨源类。其特点是，一年内径流量的变化与降雨变化完全一致，夏天雨季来临，河水开始上涨，入秋以后，雨季结束，河水开始退落，汛期较长，水量丰沛。西部和北部地区的河流以秋汛为主，东南沿海地区常因台风影响而发生大洪水，多出现夏汛，年流量过程线呈双峰或多峰形。图2.14是长江中游汉口站年流量过程线，图中两条流量过程线是多峰肥胖型的曲线，表明汛期长，水量大，但水情变化平缓，这是由于该水文站上游的长江流域面积十分广阔，对水情变化有很大的调节作用而形成的。

2.雨雪源类

华北、东北地区的河流，每年有两次汛期，年流量过程线呈双峰形。图2.15是黄河花园口站年流量过程线，3、4月间由于融雪形成春汛，水量虽然不大，但下游常出现冰塞，对沿河桥梁和水工建筑物威胁很大。春汛以后有一段枯水期，入夏以后随着降雨的增多，在6～9月间形成夏汛或秋汛。

3.冰雪源类

西北地区新疆、青海等地的河流，水量补给以融雪和冰川融水为主。每年4、5月间气温上升，河水开始上涨，6、7月间达到最高峰，以后气温下降，河水也随着退落。年流量过程线呈单峰形，如图2.16所示。此外，有的地区如天山北部，夏季降雨可达50～350mm，也能补给一部分水量，但仍以融冰雪为主。

我国幅员辽阔，江河众多，各地区的自然条件相差很大，因而各地区的河流也具有不同的特性。秦岭以北的河流水量适中，但年内分布不均匀，随季节的变化很大，夏季水量充沛，冬季水量较少，有冰期，输沙量较大，上游冲刷严重，下游经常淤积。秦岭、淮河以南的河流，水量充沛，支流众多，常年不冻，表土冲刷较轻，泥沙较少。西南横断山脉地区的河流，发源于青藏高原，奔流于山岭峡谷之间，水量大、水流急，经冬不冻。北部和西北部的内流河，一般在高山融冰雪季节水量较大，而平时往往干涸无水。