第2章+第6、7节+下渗和径流

§2.6下渗（自学）下渗的物理过程下渗理论与下渗经验公式影响下渗的因素一、下渗的物理过程1.下渗过程的阶段划分地表的水沿着岩土的空隙下渗，是在重力、分子力和毛管力的综合作用下进行的，其运动过程就是寻求各种作用力的综合平衡过程。整个下渗的物理过程按照作用力的组合变化及其运动特征，可划分渗润(分子力)、渗漏(毛管力和重力)、渗透(重力)3个阶段。2.下渗水的垂向分布包德曼(Bodman)和考尔曼(Colman)通过实验发现,在积水条件下(保持5毫米水深),下渗水在土体中的垂向分布,大致可划分为饱和带、过渡带、水分传递带、湿润带4个带。它们具体反映了下渗水的垂向运动特征。3.下渗要素(1)下渗率f又称下渗强度。是指单位面积上单位时间内渗入土壤中水量，常用毫米/分或毫米/小时计。(2)下渗能力fp,又称下渗容量.指在充分供水条件下的下渗率。(3)稳定下渗率fc简称“稳渗”。当下渗锋面推进到一定深度后，下渗率趋于稳定的常值,以下渗曲线表示.。二、下渗理论与下渗经验公式1.下渗理论根据土壤水运动的一般原理，用以研究下渗规律及其影响因素的理论，称为下渗理论，分非饱和下渗理论和饱和下渗理论。非饱和下渗理论是建立在包气带中水动力平衡和质量守恒原理的基础上。从水动力平衡角度分析，非饱和岩土中的水，主要依靠负压力（即水和土粒表面之间吸附力）克服重力而存在的，水的运动则受控于势能梯度大小,服从达西定律.饱和下渗理论模式首先是由格林(Green)和安普特(Ampt)所提出.无限深的均质土壤的积水下渗，地面积水深为H0，假定湿润锋上的土壤处于饱和,锋面下含水量由饱和含水量θs急剧过渡到土壤中原有含水量θi,并假定原有含水量均匀分布。L为下渗水柱的长度，其值随下渗进行而增大；湿润锋面受到下方土壤的吸附力为s。2.下渗经验公式对下渗的研究源于灌溉工程的建设需要,后在水文学上进行降雨径流计算得到了发展。先是通过实际试验获得下渗曲线,再从图形来模拟下渗曲线的数学表达式,即所谓的经验公式.特征是具有下渗率随时间递减的函数形式。其中霍顿公式应用较普遍。三、影响下渗的因素1.土壤特性的影响主要决定于土壤的透水性能及土壤的前期含水量。2.降水特性的影响降水强度、历时、降水时程分配及降水空间分布等。3.流域植被、地形条件的影响通常有植被的地区，由于植被及地面上枯枝落叶具有滞水作用，增加了下渗时间，从而减少了地表径流，增大了下渗量。4.人类活动的影响人类活动对下渗的影响，既有增大的一面，也有抑制的一面。例如，各种坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水的滞留时间，从而增大下渗量。反之砍伐森林、过度放牧、不合理的耕作，则加剧水土流失，从而减少下渗量。在地下水资源不足的地区采用人工回灌，则是有计划、有目的的增加下渗水量；反之在低洼易涝地区，开挖排水沟渠则是有计划有目的控制下渗，控制地下水的活动。从这意义上说，人们研究水的入渗规律，正是为了有计划、有目的控制入渗过程，使之朝向人们所期望的方向发展。§2.7径流径流的涵义及其表示方法下渗理论与下渗经验公式影响下渗的因素一、径流的涵义及其表示方法1.径流的涵义与径流组成流域的降水，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流，称为径流。由降水到达地面时起，到水流流经出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。我国的河流以降雨径流为主，冰雪融水径流只是在西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。根据形成过程及径流途径不同，河川径流又可由地面径流、地下径流及壤中流（表层流）三种径流组成。河流断面2.径流的表示方法(1)流量(Q):指单位时间内通过某一断面的水量,以m3/s为单位。流量随时间的变化过程用流量过程线表示.常用的日、月、年平均流量等指定时段的平均流量。(2)径流总量(W):指T时段内通过某一断面的总水量。以m3为单位。W=QT(3)径流深度(R):指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以mm为单位。(4)径流模数(M):指流域出口断面流量与流域面积F的比值。以L/s·km2为单位.M=1000Q/F径流模数5.径流系数(a):指某一时段的径流深度R与相应的降水深度P之比值.Q=R/p二、径流的形成过程1.流域蓄渗过程降雨初期，除一小部分（一般不超过5％）降落在河槽水面上的雨水直接形成径流外，大部分降水并不立即产生径流，而消耗于植物截留、下渗、填洼与蒸散发。甘肃母亲水窖北京中关村建蓄水池防百年一遇洪水2.坡地汇流过程超渗雨水在坡面上呈片流、细沟流运动的现象,称坡面漫流.在漫流过程中，一方面接受降雨增加地面径流，另一方面又在运行中消耗于下渗和蒸发，使地面径流减少。黄土地区细沟侵蚀2013年7月3日至2013年7月29日，延安遭遇持续多轮强降雨，总降水量为往年同期降水量的5倍，达到“百年一遇”标准。持续降水导致延安144.2万人次受灾，因灾疏散转移人口69.96万人，因灾死亡42人。由于延安地处黄土高原腹地，湿陷性黄土遭遇强降雨极易发生滑坡、泥石流等地质灾害。目前，全市已发生滑塌7819处，窑洞房屋倒塌、严重受损超过8.6万间。基岩线沟侵蚀3.河网汇流过程各种径流成分经过坡地汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程，即河网汇流过程。河岸容蓄、河网容蓄调节现象，统称为河网调蓄作用。在径流形成中通常将流域蓄渗过程，到形成地面汇流及早期的表层流过程，称为产流过程，坡地汇流与河网汇流合称为流域汇流过程或汇流过程。三、影响径流的因素影响径流形成和变化的因素主要有：气候因素、流域下垫面因素和人类活动因素。1.气候因素气候因素包括降水、蒸发、气温、风、湿度等。降水是径流的源泉，径流过程通常是由流域上降水过程转换来的。2.流域下垫面因素流域下垫面因素包括：地理位置，如纬度、距海远近、面积、形状等；地貌特征，如山地、丘陵、盆地、平原、谷地、湖沼等；地形特征，如高程、坡度、坡向；地质条件，如构造、岩性；植被特征，如类型、分布、水理性质(阻水、吸水、持水，输水性能)等。印度的乞拉朋齐年降水量11418毫米，因为位于喜马拉雅山迎风坡的缘故，成为世界年降雨量最多的地方.而处于背风坡的青藏高原，年降水量却为200~400毫米。3.人类活动的影响人类活动对径流的影响既广泛、又深远，并且影响日趋严重。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了径流的过程、径流的数量、质量的变化。北京密云水库人工降雨人类活动对石羊河下游径流影响的分析结果红崖山水库入库流量实测值与自然条件下模拟值对比