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地下徑流

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地表徑流(runoff),是由大氣降水形成的,並通過流域內不同路徑進入河流、湖泊或海洋的水流。習慣上也表示一定時段內通過河流某一斷面的水量,即徑流量。
地下徑流(subsurface)是徑流的一種。由地下水的補給區向排泄區流動的地下水流。是徑流的組成部分——基流。大氣降水滲入地面以下後,一部分以薄膜水、毛管懸着水形式蓄存在包氣帶中,當土壤含水量超過田間持水量時,多餘的重力水下滲形成飽水帶,繼續流動到地下水面,由水頭高處流向低處,由補給區流向排泄區。是枯水的主要來源。 [1] 
中文名
地下徑流
外文名
run off
水流來源
大氣降水
分    類
降雨徑流和融雪徑流
形成過程
從降水到水流彙集於流域出口斷面
影響因素
降水,氣温,地形等

地下徑流分類

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按降水形態分為降雨徑流和融雪徑流。按形成及流經路徑分為生成於地面、沿地面流動的地面徑流;在土壤中形成並沿土壤表層相對不透水層界面流動的表層流,也稱壤中流;形成地下水後從水頭高處向水頭低處流動的地下水流。廣義上,徑流還包括固體徑流和化學徑流。徑流是引起河流、湖泊、地下水等水體水情變化的直接因素。其形成過程是一個從降水到水流彙集於流域出口斷面的整個過程。降雨徑流的形成過程包括降雨、截留、下滲、填窪、流域蒸散發、坡地匯流和河槽匯流等。融雪徑流的形成需要有一定的熱量,使雪轉化為液體。在融雪期間發生降雨,就會形成雨雪混合徑流。影響徑流的因素有降水、氣温、地形、地質、土壤、植被和人類活動等。
徑流指大氣降水扣除損耗外,從地表和地下向流域出口斷面彙集的水流。
地下水的補給區向排泄區流動的地下水流。是徑流的一個組成部分。除存在於封閉的地質構造中的埋藏水和潛水面水平的潛水湖以外,地下水都處於不斷的流動過程中。大氣降水降落到地面以後,入滲的水一部分以薄膜水和毛細管懸着水形式蓄存在包氣帶中,使土壤含水量逐漸達到田間持水量,多餘部分則以重力水形式下滲形成飽水帶,這部分水繼續流動,到達地下水面,由水頭高處流向水頭低處,由補給區流向排泄區,成為地下徑流。地下徑流或排出地表形成泉或排入溪溝構成河川徑流的一部分,也有的直接排入海中。
按地下水的埋藏條件並考慮地下水的成因和水動力條件,地下徑流可分為淺層地下徑流和深層地下徑流。淺層地下徑流通常指沖積層地下水──潛水所形成的徑流,它在地表以下第一個常年含水層中,補給來源主要是大氣降水和地表水的滲入。深層地下徑流由埋藏在隔水層之間的含水層中的承壓水所形成。地下水承受一定的壓力,在水頭作用下運動。受水文、氣候條件的影響比淺層地下徑流小。一般深層地下徑流變化甚小,在一定條件下,河流得到它的補給。

地下徑流原理

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在一個大流域內,地下徑流有局部的和區域的。局部地下徑流從河間地帶接受補給,排泄到鄰近河谷,流程短,流速大。區域地下徑流從流域邊緣的山區接受補給,排泄到流域水位最低的河流。流程長,流速低,水交替緩慢,水質較差(見圖)。在一個小流域內,有時地下水流域與地表水流域不完全一致。在石灰岩分佈地區,有時地下徑流從一個地表水流域接受補給,而匯入另一個地表水的流域的出口斷面。  地下水在岩土空隙中流動,所受的阻力比地表水流所受的阻力大得多,其流動規律可用達西定律描述。自然界中含水層的滲透係數一般小於100米/日,水力坡度一般也不大於1/100,地下水滲透速度一般僅幾米/日,甚至不到1米/日。因此,地下徑流過程線都很平緩。

地下徑流與壤中流的區別

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坡地土壤並非均質,沿垂直方向通常都存在層理,各層的導水率各不相同。從坡地表面下滲的雨水,在一定條件下會積蓄於相對不透水層上部,形成暫時的飽和帶,引起側向水流運動,構成壤中流。即使積蓄的水分不能使土層飽和,也會導致壤中水分側向運動,進而影響壤中徑流的形成。於維忠闡述了界面產流的機理,沈冰等通過室內透水坡面降雨產流實驗,證實在均質土壤中由於垂向吸力勢大於水平向動能,故在短歷時內沒有壤中流發生,這間接表明土層界面的存在是壤中流產生的必要條件。隨着雨水繼續向下滲透,水分會在深層形成永久飽和帶,在永久飽和帶中的側向水流運動則屬於地下徑流。 [2] 

地下徑流地下徑流匯流計算

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進行降雨徑流預報的經驗方案和水文模型中的地下水匯流計算有所不同。經驗方案P+P。-R中R是直接徑流,但沒有如何從降雨中計算地下徑流的產流和地下徑流匯流方法,只能在預報出直接徑流過程Q後加上基流,實際上經驗方案沒有考慮地下徑流的產流過程。在水文模型如新安江模型、TOPMODEL模型中有系統的地下徑流產流和匯流計算方法,匯流一般採用線性水庫模型。用線性水庫來模擬地下水庫,基本上是合理的。根據地下徑流的水量平衡方程和蓄泄關係即可求得地下徑流過程值。解法很多,常用的有馬斯京根法和出流係數法。 [3] 
參考資料
  • 1.    中國土木建築百科辭典.水利工程.北京:中國建築工業出版社.2008.
  • 2.    沈冰,黃紅虎.水文學原理:中國水利水電出版社,2008.9:155
  • 3.    水利部水文局,長江水利委員會水文局編著 水文情報預報技術手冊 中國水利水電出版社 2010.10 343