[科普中國(guó)]-負(fù)涌泉水頭

降水開始，除了一部分流入湖泊、河流中形成徑流之外，大部分降水會(huì)落在地表上。當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土壤的滲透能力的時(shí)候，產(chǎn)生超滲雨量。

徑流這是在已經(jīng)扣除攔截和蒸發(fā)蒸騰損失之后剩下的降水殘量。它出現(xiàn)在天然的或者人造的明渠中，其水流是長(zhǎng)年的或者間歇的。按照徑流進(jìn)入渠道的路徑可以劃分為地表徑流、次表徑流和地下徑流。

地表徑流地表徑流作為地面漫流跨越陸地直到到達(dá)一個(gè)渠道，在渠道內(nèi)它作為明渠流動(dòng)或者河流流動(dòng)而繼續(xù)。在接人河流流動(dòng)之后，它與在渠道中其他徑流組成部分相結(jié)合以形成總徑流。

次表徑流次表徑流，也稱為合流、壤中流、表層流和暴雨滲流，僅僅滲透土壤表層而不與主要的地下水體相連接。橫向地運(yùn)動(dòng)，它可能在地下繼續(xù)直至到達(dá)一個(gè)渠道，或者返回到表面并作為地面漫流而繼續(xù)。次表徑流到達(dá)渠道的時(shí)間取決于地區(qū)的地質(zhì)情況。通常假定次表徑流在暴雨期間或者在暴雨后不久到達(dá)渠道。在干旱地區(qū)，對(duì)于中雨或者小雨的總徑流，次表徑流可能是主要的部分，因?yàn)樵谶@些條件下的地表徑流因異常高的蒸發(fā)和滲透而降低。

地下徑流地下徑流是由深層滲透供給的水流。它是主要的地下水體的流動(dòng)，且需要也許是幾年的長(zhǎng)周期以到達(dá)渠道。地下徑流是形成河流旱季流動(dòng)的原因，并且在暴雨期間幾乎保持恒定。地下徑流主要是給水工程師所關(guān)注的。地表和次表徑流對(duì)于防洪工程師是有意義的。

在實(shí)踐中，直接徑流和基流是采用的徑流僅有的兩個(gè)劃分方式。這種分類的基礎(chǔ)是匯流(傳播)時(shí)間而非路徑。直接徑流在暴雨期間或者在暴雨之后不久離開水域，而來自暴雨的基流可能數(shù)月甚至數(shù)年都不離開水域。

徑流由降水供應(yīng)。完全貢獻(xiàn)給直接徑流的降水部分被稱為有效降水量，或者如果降水是雨水稱為有效雨。完全貢獻(xiàn)給地表徑流的降水部分被稱為超滲降水，或者超滲雨。因此，有效雨包括次表徑流，而超滲雨僅僅是地表徑流。1

影響徑流的因素影響徑流的兩個(gè)主要特點(diǎn)是氣候因素和流域因素。因素的數(shù)量是正確地確定徑流的復(fù)雜性的指標(biāo)。

氣候特點(diǎn)(1)降水一形式(雨、雹、雪、霜、露)，強(qiáng)度，持續(xù)時(shí)間，時(shí)間分布，季節(jié)分布，面積分布，重現(xiàn)期，前期降水量，土壤濕度，暴雨運(yùn)動(dòng)的方向。

(2)溫度一變化，雪水儲(chǔ)量，暴雨期間的凍土，降水期間的極端。

(3)風(fēng)一速度，方向，持續(xù)時(shí)間。

(4)濕度。

(5)大氣壓。

(6)太陽(yáng)輻射。

流域特點(diǎn)(1)地形學(xué)一尺寸，形狀，坡度，海拔，排水網(wǎng)，總體位置，土地利用和覆蓋，湖泊和其他水體，人工排水，方位，渠道(大小、橫斷面的形狀、坡度、粗糙度、長(zhǎng)度)。

(2)地質(zhì)學(xué)一土壤類型，滲透性地下水構(gòu)成，層理。1

模擬地區(qū)流域水量平衡首先將研究地區(qū)劃分為若干個(gè)叫做網(wǎng)格的水文子單元。然后用PD水箱模型對(duì)該流域進(jìn)行模擬，其方法是對(duì)每個(gè)網(wǎng)格垂直方向的水量進(jìn)行平衡計(jì)算，沿河網(wǎng)向下將河道流量演算到該流域。降水首先被植被林冠截留，截留量取決于土地覆蓋類型。被截留的降水最終會(huì)蒸散發(fā)掉或落到雪堆上或者落到裸土上。頂部土層中的土壤水分發(fā)生
蒸發(fā)。土壤水分含量低通過植被發(fā)生蒸發(fā)。如果日平均氣溫在臨界氣溫以上，超滲降水就像降雨一樣落到地表水箱上。同時(shí)，積雪融化到地表的數(shù)量取決于氣溫和預(yù)定的融化率。另一方面，如果氣溫在臨界氣溫以下，那么降雨就會(huì)落到雪堆上。當(dāng)?shù)乇硗莸匦钏^量時(shí)，水就會(huì)流人河網(wǎng)，其數(shù)量可由曼寧公式模擬計(jì)算。首先將模型在子流域進(jìn)行檢驗(yàn)，方法是將模型運(yùn)行一段時(shí)間，在此期間獲得實(shí)測(cè)河道流量資料。根據(jù)4個(gè)雨量計(jì)記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算降水雨量輸人，且可利用某個(gè)氣象站測(cè)到的風(fēng)速、濕度、日照持續(xù)時(shí)間、氣溫。除少數(shù)情況以外，用模型模擬的河道日流量是令人滿意的，并能滿意地再現(xiàn)實(shí)測(cè)河道流量的較大變化情況，并且模擬的水文過程線的河道流量與實(shí)測(cè)流量也很吻合。

然后將模型用來檢驗(yàn)研究地區(qū)流域的水量平衡。仔細(xì)分析水量平衡表明，在整個(gè)模擬期間，可精確地保持質(zhì)量平衡。由于流域內(nèi)地表特征與多邊形的空間位置變化不同，得出的是相對(duì)結(jié)果，而這些結(jié)果能夠反映水資源規(guī)劃者和管理人員應(yīng)用GIS在各種比例尺和分辨率下進(jìn)行水文模擬的能力。例如，如果流域內(nèi)土地利用區(qū)段發(fā)生改變，會(huì)對(duì)河道流量產(chǎn)生什么樣的影響?大多數(shù)集總參數(shù)模型都不能模擬這種變化。為了研究流域特性改變對(duì)流量響應(yīng)的影響，在研究流域的某個(gè)子流域中保持相同降雨事件的同時(shí)，對(duì)土地利用特性改變的情況進(jìn)行了模擬。圖1中列出了部分結(jié)果。

由此可見，隨著研究地區(qū)住宅區(qū)與工業(yè)區(qū)的發(fā)展，一些以前可以透水的地段已經(jīng)不透水了，從而使流速與平均流量增大。河道最大流量的變化呈相同的趨勢(shì)。隨著不透水面積的增加，最小流量卻減少了。這是很合理的且符合實(shí)際水流特征的。里克特和舒爾茨于1987年已得出過類似的結(jié)論。他們發(fā)現(xiàn)，由于工業(yè)化與都市化導(dǎo)致不透水面積增大，使洪峰流量增大，且縮短了峰現(xiàn)時(shí)間。

業(yè)已證明，采用GIS處理空間水文資料對(duì)水資源規(guī)劃與管理有許多好處。盡管在建立數(shù)據(jù)庫(kù)與編碼方面初期投入了巨資，這種投資將會(huì)由于未來能夠便利與靈活性地修改與更新水資源管理策略而得到補(bǔ)償。將物理分布模型與GIS結(jié)合使用可以對(duì)大范圍可行的水資源管理措施進(jìn)行模擬與評(píng)價(jià)。因此，這種方法在水資源管理上的成功應(yīng)用將加強(qiáng)水資源管理進(jìn)程，最終對(duì)人類在流域內(nèi)開展的活動(dòng)進(jìn)行更好的管理。研究成果已經(jīng)證明，GIS可用于提供流域徑流分析所需要的信息。利用GIS的空間分析能力，可以真實(shí)地再現(xiàn)徑流模擬流域的物理特性，由此可見，GIS技術(shù)與物理分布水文模型的結(jié)合使用是進(jìn)行流域水資源管理的一項(xiàng)有效技術(shù)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)