半湿润山区是华北地区重要的水源涵养区,具有气候和下垫面条件复杂,水分和能量耦合反馈过程强烈等特征,其水文响应过程表现出湿润区和干旱区过渡特征,认识该区水文过程规律和机理,对完善水文学理论、揭示华北地区水资源动态变化规律具有重要意义。针对水文过程中的产流环节,在典型的华北半湿润山区建立西台子实验流域,开展长期持续的气象水文综合观测。基于实验观测,探究年尺度和事件尺度上降雨-径流响应关系和特征,分析其控制因素和机理;解析夏季典型暴雨事件径流水源组成,探究暴雨径流产流路径和机理,提出暴雨径流水源概念模式;基于统计分析和数值模拟方法,分析降雨和下垫面特性空间异质性对流域超渗产流规律的影响,总结了不同气候、下垫面条件下的流域超渗产流发生规律;最后,基于多尺度实验观测和数值模拟结果揭示了半湿润山区典型流域的产流机理。实验流域大部分降雨事件的洪水过程线特征为洪峰尖瘦,涨落过程大体对称,降雨前后径流基流变化不显著;每年引起流域径流基流显著提升的降雨仅有1-2场,流域地下水位与径流过程变化趋势相似,对降雨事件的响应程度弱于土壤水分含量,流域中直接大量补给地下水的降雨事件极少。流域中降雨稳定同位素丰度时空变异性较大,河水和地下水稳定同位素含量变化范围相对较小且两者总体接近;二元径流分割结果表明,暴雨径流中洪峰部分的水源主要由新水（当场次降雨形成的径流）组成,径流旧水部分主要是稳定释放的地下水;在绝大部分降雨事件中,暴雨径流洪峰的产流机理是蓄满产流,蓄满产流区域主要集中在河道及其周边地区,蓄满面积不足全流域面积的1%。由于最大降雨强度小于土壤稳定入渗率,西台子实验流域约95%以上的降雨事件不可能发生超渗产流。实验流域的产流机制是,当降雨强度和历时未达到超渗产流发生条件时,径流产流机制主要是地下水径流、河道直接降雨和蓄满产流三种,流域中再入渗情况较为普遍,暴雨径流洪峰部分主要由河道直接降水和近岸饱和地带蓄满产流主导。在极端降雨事件中,当降雨强度和历时达到超渗产流条件时,径流产流机制主要包括地下水径流和地表超渗产流两种,暴雨径流洪峰部分主要由地表超渗径流构成。