第2章+第6、7節(jié)+下滲和徑流

1、2.6 2.6 下下 滲（自學(xué)）滲（自學(xué)）v下滲的物理過(guò)程下滲的物理過(guò)程v下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式v影響下滲的因素影響下滲的因素 一、下滲的物理過(guò)程一、下滲的物理過(guò)程 1.1.下滲過(guò)程的階段劃分下滲過(guò)程的階段劃分 地表的水沿著巖土的空隙下滲，是在重力、分子力和毛管力地表的水沿著巖土的空隙下滲，是在重力、分子力和毛管力的綜合作用下進(jìn)行的，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程就是尋求各種作用力的綜合平衡的綜合作用下進(jìn)行的，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程就是尋求各種作用力的綜合平衡過(guò)程。整個(gè)下滲的物理過(guò)程按照作用力的組合變化及其運(yùn)動(dòng)特征，過(guò)程。整個(gè)下滲的物理過(guò)程按照作用力的組合變化及其運(yùn)動(dòng)特征，可劃分滲潤(rùn)可劃分滲潤(rùn)( (分子

2、力分子力) )、滲漏、滲漏( (毛管力和重力毛管力和重力) )、滲透、滲透( (重力重力)3)3個(gè)階段個(gè)階段。 2.2.下滲水的垂向分布下滲水的垂向分布 包德曼包德曼(Bodman(Bodman) )和考爾曼和考爾曼(Colman)(Colman)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), ,在積水條在積水條件下件下( (保持保持5 5毫米水深毫米水深),),下滲水在土體中的垂向分布下滲水在土體中的垂向分布, ,大致可劃分為大致可劃分為飽和帶、過(guò)渡帶、水分傳遞帶、濕潤(rùn)帶飽和帶、過(guò)渡帶、水分傳遞帶、濕潤(rùn)帶 4 4個(gè)帶。它們具體反映了下個(gè)帶。它們具體反映了下滲水的垂向運(yùn)動(dòng)特征。滲水的垂向運(yùn)動(dòng)特征。 3.下滲要素下

3、滲要素 (1)(1)下滲率下滲率f f又稱(chēng)下滲強(qiáng)度。是指單位面積上單位時(shí)間內(nèi)滲入又稱(chēng)下滲強(qiáng)度。是指單位面積上單位時(shí)間內(nèi)滲入土壤中水量，常用毫米土壤中水量，常用毫米/ /分或毫米分或毫米/ /小時(shí)計(jì)。小時(shí)計(jì)。 (2)(2)下滲能力下滲能力fpfp, ,又稱(chēng)下滲容量又稱(chēng)下滲容量. .指在充分供水條件下的下滲指在充分供水條件下的下滲率。率。 (3)(3)穩(wěn)定下滲率穩(wěn)定下滲率fcfc簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)“穩(wěn)滲穩(wěn)滲”。當(dāng)下滲鋒面推進(jìn)到一定深。當(dāng)下滲鋒面推進(jìn)到一定深度后，下滲率趨于穩(wěn)定的常值度后，下滲率趨于穩(wěn)定的常值, ,以下滲曲線(xiàn)表示以下滲曲線(xiàn)表示. .。 二、下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式二、下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式 1.

4、下滲理論下滲理論 根據(jù)土壤水運(yùn)動(dòng)的一般原理，用以研究下滲規(guī)律及其影響因素根據(jù)土壤水運(yùn)動(dòng)的一般原理，用以研究下滲規(guī)律及其影響因素的理論，稱(chēng)為下滲理論，分非飽和下滲理論和飽和下滲理論。的理論，稱(chēng)為下滲理論，分非飽和下滲理論和飽和下滲理論。 非飽和下滲理論是建立在包氣帶中水動(dòng)力平衡和質(zhì)量守恒原理非飽和下滲理論是建立在包氣帶中水動(dòng)力平衡和質(zhì)量守恒原理的基礎(chǔ)上。從水動(dòng)力平衡角度分析，非飽和巖土中的水，主要依靠的基礎(chǔ)上。從水動(dòng)力平衡角度分析，非飽和巖土中的水，主要依靠負(fù)壓力（即水和土粒表面之間吸附力）克服重力而存在的，水的運(yùn)負(fù)壓力（即水和土粒表面之間吸附力）克服重力而存在的，水的運(yùn)動(dòng)則受控于勢(shì)能梯度大小動(dòng)

5、則受控于勢(shì)能梯度大小, ,服從達(dá)西定律服從達(dá)西定律. . 飽和下滲理論模式首先是由格林飽和下滲理論模式首先是由格林(Green)(Green)和安普特和安普特(Ampt(Ampt) )所提所提出出. .無(wú)限深的均質(zhì)土壤的積水下滲，地面積水深為無(wú)限深的均質(zhì)土壤的積水下滲，地面積水深為H H0 0，假定濕潤(rùn)鋒，假定濕潤(rùn)鋒上的土壤處于飽和上的土壤處于飽和, ,鋒面下含水量由飽和含水量鋒面下含水量由飽和含水量s s急劇過(guò)渡到土壤急劇過(guò)渡到土壤中原有含水量中原有含水量i i, ,并假定原有含水量均勻分布。并假定原有含水量均勻分布。L L為下滲水柱的長(zhǎng)為下滲水柱的長(zhǎng)度，其值隨下滲進(jìn)行而增大；濕潤(rùn)鋒面受到下

6、方土壤的吸附力為度，其值隨下滲進(jìn)行而增大；濕潤(rùn)鋒面受到下方土壤的吸附力為s s。 2.2.下滲經(jīng)驗(yàn)公式下滲經(jīng)驗(yàn)公式 對(duì)下滲的研究對(duì)下滲的研究源于源于灌溉工程的建設(shè)需要灌溉工程的建設(shè)需要, ,后在水文學(xué)上進(jìn)行降后在水文學(xué)上進(jìn)行降雨徑流計(jì)算得到了發(fā)展。先是通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)獲得下滲曲線(xiàn)雨徑流計(jì)算得到了發(fā)展。先是通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)獲得下滲曲線(xiàn), ,再?gòu)膱D再?gòu)膱D形來(lái)模擬下滲曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式形來(lái)模擬下滲曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式, ,即即所謂的經(jīng)驗(yàn)公式所謂的經(jīng)驗(yàn)公式. .特征是具有下特征是具有下滲率隨時(shí)間遞減的函數(shù)形式。其中霍頓滲率隨時(shí)間遞減的函數(shù)形式。其中霍頓公式應(yīng)用較普公式應(yīng)用較普遍。遍。 三、影響下滲的因素三、影響下滲

7、的因素 1.1.土壤特性的影響土壤特性的影響 主要決定于土壤的透水性能及土壤的前期含水量。主要決定于土壤的透水性能及土壤的前期含水量。 2.2.降水特性的影響降水特性的影響 降水強(qiáng)度、歷時(shí)、降水時(shí)程分配及降水空間分布等。降水強(qiáng)度、歷時(shí)、降水時(shí)程分配及降水空間分布等。 3.3.流域植被、地形條件的影響流域植被、地形條件的影響 通常有植被的地區(qū)，由于植被及地面上枯枝落葉具有滯水作通常有植被的地區(qū)，由于植被及地面上枯枝落葉具有滯水作用，增加了下滲時(shí)間，從而減少了地表徑流，增大了下滲量。用，增加了下滲時(shí)間，從而減少了地表徑流，增大了下滲量。 4.4.人類(lèi)活動(dòng)的影響人類(lèi)活動(dòng)的影響 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)下滲的影響，

8、既有增大的一面，也有抑制的一面。人類(lèi)活動(dòng)對(duì)下滲的影響，既有增大的一面，也有抑制的一面。例如，各種坡地改梯田、植樹(shù)造林、蓄水工程均增加水的滯留時(shí)間，例如，各種坡地改梯田、植樹(shù)造林、蓄水工程均增加水的滯留時(shí)間，從而增大下滲量。反之砍伐森林、過(guò)度放牧、不合理的耕作，則加從而增大下滲量。反之砍伐森林、過(guò)度放牧、不合理的耕作，則加劇水土流失，從而減少下滲量。在地下水資源不足的地區(qū)采用人工劇水土流失，從而減少下滲量。在地下水資源不足的地區(qū)采用人工回灌，則是有計(jì)劃、有目的的增加下滲水量；反之在低洼易澇地區(qū)，回灌，則是有計(jì)劃、有目的的增加下滲水量；反之在低洼易澇地區(qū)，開(kāi)挖排水溝渠則是有計(jì)劃有目的控制下滲，控制

9、地下水的活動(dòng)。從開(kāi)挖排水溝渠則是有計(jì)劃有目的控制下滲，控制地下水的活動(dòng)。從這意義上說(shuō)，人們研究水的入滲規(guī)律，正是為了有計(jì)劃、有目的控這意義上說(shuō)，人們研究水的入滲規(guī)律，正是為了有計(jì)劃、有目的控制入滲過(guò)程，使之朝向人們所期望的方向發(fā)展。制入滲過(guò)程，使之朝向人們所期望的方向發(fā)展。 2.7 2.7 徑徑 流流v徑流的涵義及其表示方法徑流的涵義及其表示方法v下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式v影響下滲的因素影響下滲的因素 一、徑流的涵義及其表示方法一、徑流的涵義及其表示方法 1.1.徑流的涵義與徑流組成徑流的涵義與徑流組成 流域的降水，由地面與地下匯入流域的降水，由地面與地下匯入河網(wǎng)河網(wǎng)，流出

10、流域出口斷面的，流出流域出口斷面的水流，稱(chēng)為徑流。由降水到達(dá)地面時(shí)起，到水流流經(jīng)水流，稱(chēng)為徑流。由降水到達(dá)地面時(shí)起，到水流流經(jīng)出口斷面出口斷面的整的整個(gè)物理過(guò)程，稱(chēng)為徑流形成過(guò)程。個(gè)物理過(guò)程，稱(chēng)為徑流形成過(guò)程。 我國(guó)的河流以降雨徑流為主，冰雪融水徑流只是在西部高山我國(guó)的河流以降雨徑流為主，冰雪融水徑流只是在西部高山及高緯地區(qū)河流的局部地段發(fā)生。根據(jù)形成過(guò)程及徑流途徑不同，及高緯地區(qū)河流的局部地段發(fā)生。根據(jù)形成過(guò)程及徑流途徑不同，河川徑流又可由河川徑流又可由地面徑流地面徑流、地下徑流地下徑流及及壤中流壤中流（表層流）三種徑流（表層流）三種徑流組成。組成。 河流斷面v2.徑流的表示方法徑流的表示方

11、法v (1)流量流量(Q):指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一斷面的指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一斷面的水量水量,以以m3/s為單位。流量隨時(shí)間的變化過(guò)程為單位。流量隨時(shí)間的變化過(guò)程用流量過(guò)程線(xiàn)表示用流量過(guò)程線(xiàn)表示.常用的日、月、年平均流常用的日、月、年平均流量等指定時(shí)段的平均流量。量等指定時(shí)段的平均流量。v v(2)徑流總量徑流總量(W):指指T時(shí)段內(nèi)通過(guò)某一斷面的時(shí)段內(nèi)通過(guò)某一斷面的總水量。以總水量。以m3為單位。為單位。W= QT v v(3)徑流深度徑流深度(R):指將徑流總量平鋪在整個(gè)流指將徑流總量平鋪在整個(gè)流域面積上所求得的水層深度，以域面積上所求得的水層深度，以mm為單位。為單位。v v(4)徑流模數(shù)徑

12、流模數(shù)(M):指流域出口斷面流量與流域指流域出口斷面流量與流域面積面積F的比值。的比值。v以以L(fǎng)/skm2為單位為單位.M=1000Q/F徑流模數(shù)5.徑流系數(shù)徑流系數(shù)(a):指某一時(shí)段的徑流深度指某一時(shí)段的徑流深度R與相應(yīng)與相應(yīng)的降水深度的降水深度P之比值之比值.Q=R/p v二、徑流的形成過(guò)程二、徑流的形成過(guò)程v 1.流域蓄滲過(guò)程流域蓄滲過(guò)程v 降雨初期，除一小部分（一般不超過(guò)降雨初期，除一小部分（一般不超過(guò)5）降落在河槽水面上的雨水直接形成徑流外，降落在河槽水面上的雨水直接形成徑流外，大部分降水并不立即產(chǎn)生徑流，而消耗于植大部分降水并不立即產(chǎn)生徑流，而消耗于植物截留、下滲、填洼與蒸散發(fā)。物

13、截留、下滲、填洼與蒸散發(fā)。v v甘肅 母親水窖北京中關(guān)村建蓄水池防百年一遇洪水北京中關(guān)村建蓄水池防百年一遇洪水v2.坡地匯流過(guò)程坡地匯流過(guò)程v 超滲雨水在坡面上呈片流、細(xì)溝流運(yùn)動(dòng)超滲雨水在坡面上呈片流、細(xì)溝流運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象的現(xiàn)象,稱(chēng)坡面漫流稱(chēng)坡面漫流.在漫流過(guò)程中，一方面接在漫流過(guò)程中，一方面接受降雨增加地面徑流，另一方面又在運(yùn)行中受降雨增加地面徑流，另一方面又在運(yùn)行中消耗于下滲和蒸發(fā)，使地面徑流減少。消耗于下滲和蒸發(fā)，使地面徑流減少。黃土地區(qū)細(xì)溝侵蝕 v2013年7月3日至2013年7月29日，延安遭遇持續(xù)多輪強(qiáng)降雨，總降水量為往年同期降水量的5倍，達(dá)到“百年一遇”標(biāo)準(zhǔn)。持續(xù)降水導(dǎo)致延安144.

14、2萬(wàn)人次受災(zāi)，因?yàn)?zāi)疏散轉(zhuǎn)移人口69.96萬(wàn)人，因?yàn)?zāi)死亡42人。由于延安地處黃土高原腹地，濕陷性黃土遭遇強(qiáng)降雨極易發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。目前，全市已發(fā)生滑塌7819處，窯洞房屋倒塌、嚴(yán)重受損超過(guò)8.6萬(wàn)間。 基巖線(xiàn)溝侵蝕 v3.河網(wǎng)匯流過(guò)程河網(wǎng)匯流過(guò)程v 各種徑流成分經(jīng)過(guò)坡地匯流注入河網(wǎng)后，沿河網(wǎng)各種徑流成分經(jīng)過(guò)坡地匯流注入河網(wǎng)后，沿河網(wǎng)向下游干流出口斷面匯集的過(guò)程，即河網(wǎng)匯流過(guò)程。向下游干流出口斷面匯集的過(guò)程，即河網(wǎng)匯流過(guò)程。河岸容蓄、河網(wǎng)容蓄調(diào)節(jié)現(xiàn)象，統(tǒng)稱(chēng)為河網(wǎng)調(diào)蓄作河岸容蓄、河網(wǎng)容蓄調(diào)節(jié)現(xiàn)象，統(tǒng)稱(chēng)為河網(wǎng)調(diào)蓄作用。用。v 在徑流形成中通常將流域蓄滲過(guò)程，到形成地面在徑流形成中通常將流域

15、蓄滲過(guò)程，到形成地面匯流及早期的表層流過(guò)程，稱(chēng)為產(chǎn)流過(guò)程，坡地匯匯流及早期的表層流過(guò)程，稱(chēng)為產(chǎn)流過(guò)程，坡地匯流與河網(wǎng)匯流合稱(chēng)為流域匯流過(guò)程或匯流過(guò)程。流與河網(wǎng)匯流合稱(chēng)為流域匯流過(guò)程或匯流過(guò)程。 三、影響徑流的因素三、影響徑流的因素 影響徑流形成和變化的因素主要有：氣候因素、流域下墊面影響徑流形成和變化的因素主要有：氣候因素、流域下墊面因素和人類(lèi)活動(dòng)因素。因素和人類(lèi)活動(dòng)因素。 1.1.氣候因素氣候因素 氣候因素包括降水、蒸發(fā)、氣溫、風(fēng)、濕度等。降水是徑流氣候因素包括降水、蒸發(fā)、氣溫、風(fēng)、濕度等。降水是徑流的源泉，徑流過(guò)程通常是由流域上降水過(guò)程轉(zhuǎn)換來(lái)的。的源泉，徑流過(guò)程通常是由流域上降水過(guò)程轉(zhuǎn)換來(lái)

16、的。 v2.流域下墊面因素流域下墊面因素v 流域下墊面因素包括：地理位置，如緯度、流域下墊面因素包括：地理位置，如緯度、距海遠(yuǎn)近、面積、形狀等；地貌特征，如山距海遠(yuǎn)近、面積、形狀等；地貌特征，如山地、丘陵、盆地、平原、谷地、湖沼等；地地、丘陵、盆地、平原、谷地、湖沼等；地形特征，如高程、坡度、坡向；地質(zhì)條件，形特征，如高程、坡度、坡向；地質(zhì)條件，如構(gòu)造、巖性；植被特征，如類(lèi)型、分布、如構(gòu)造、巖性；植被特征，如類(lèi)型、分布、水理性質(zhì)水理性質(zhì)(阻水、吸水、持水，輸水性能阻水、吸水、持水，輸水性能)等。等。v v印度的乞拉朋齊年降水量11418毫米，因?yàn)槲挥谙柴R拉雅山迎風(fēng)坡的緣故，成為世界年降雨量最多的地方.而處于