徑流
概述
徑流(runoff),大氣中雨水降落在陸地后,經(jīng)過植物截留、填洼、土壤蓄水以及雨期蒸發(fā)等損失后所剩余的水量,從不透水面積上、地面和地下匯集到流域流出斷面的全部水流。通常用徑流深(mm)或徑流量(m3)表示。
徑流引起江河、湖泊水情的變化,是水循環(huán)和水量平衡的基本要素。從降水到形成出口斷面流量的整個物理過程,稱為經(jīng)流形成過程。徑流依其形成的要素不同而分為雨洪徑流和融雪徑流。依徑流經(jīng)過的途徑不同而分為地面徑流、表層徑流(壤中流)和地下徑流。為方便應(yīng)用,通常把整個徑流分為直接徑流和間接徑流。徑流形成過程中各組成成分的關(guān)系如附圖所示。
類型
按水流來源有降雨徑流和融水徑流;按流動方式可分地表徑流和地下徑流,地表徑流又分坡面流和河槽流;此外,還有水流中含有固體物質(zhì)(泥沙)形成的固體徑流,水流中含有化學溶解物質(zhì)構(gòu)成的離子徑流等。
形成
降水是徑流形成的首要環(huán)節(jié)。降在河槽水面上的雨水可直接形成徑流。流域中的降雨如遇植被,要被截留一部分。降在流域地面上的雨水滲入土壤,當降雨強度超過土壤滲入強度時產(chǎn)生地表積水,并填蓄于大小坑洼,蓄于坑洼中的水滲入土壤或被蒸發(fā)??油萏顫M后即形成從高處向低處流動的坡面流。坡面流里許多大小不等、時分時合的細流(溝流)向坡腳流動,當降雨強度很大和坡面平整的條件下,可成片狀流動。從坡面流開始至流入河槽的過程稱為漫流過程。河槽匯集沿岸坡地的水流,使之縱向流動至控制斷面的過程為河槽集流過程。自降雨開始至形成坡面流和河槽集流的過程中,滲入土壤中的水使土壤含水量增加并產(chǎn)生自由重力水,在遇到滲透率相對較小的土壤層或不透水的母巖時,便在此界面上蓄積并沿界面坡向流動,形成地下徑流(表層流和深層地下流),最后匯入河槽或湖、海之中。在河槽中的水流稱河槽流,通過流量過程線分割可以分出地表徑流和地下徑流。
影響因素
徑流是流域中氣候和下墊面各種自然地理因素綜合作用的產(chǎn)物。
a 氣候因素。它是影響河川徑流最基本和最重要的因素。氣候要素中的降水和蒸發(fā)直接影響河川徑流的形成和變化。降水方面,降水形式、總量、強度、過程以及在空間上的分布,都會影響河川徑流的變化。例如,降水量越大,河川徑流就越大;降水強度越大,短時間內(nèi)形成洪水的可能性就越大。蒸發(fā)方面,主要受制于空氣飽和差和風速。飽和差越大,風速越大,則蒸發(fā)越強烈。氣候的其他要素如溫度、風、濕度等往往也通過降水和蒸發(fā)影響河川徑流。
b 流域的下墊面因素。下墊面因素主要包括地貌、地質(zhì)、植被、湖泊和沼澤等。地貌中山地高程和坡向影響降水的多少,如迎風坡多雨,背風坡少雨。坡地影響流域內(nèi)匯流和下滲,如山溪的水就容易陡漲陡落。流域內(nèi)地質(zhì)和土壤條件往往決定流域的下滲、蒸發(fā)和地下最大蓄水量,例如在斷層、節(jié)理和裂縫發(fā)育的地區(qū),地下水豐富,河川徑流受地下水的影響較大。植被,特別是森林植被,可以起到蓄水、保水、保土作用,削減洪峰流量,增加枯水流量,使河川徑流的年內(nèi)分配趨于均勻。
c 人類活動。例如,通過人工降雨、人工融化冰雪、跨流域調(diào)水增加河川徑流量;通過植樹造林、修筑梯田、筑溝開渠調(diào)節(jié)徑流變化;通過修筑水庫和蓄洪、分洪、泄洪等工程改變徑流的時間和空間分布。
徑流是地球表面水循環(huán)過程中的重要環(huán)節(jié),它的化學、物理特性對地理環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)有重要的作用。
計量方法
徑流研究所需資料由水文站、實驗流域或徑流站、實驗室、野外考察獲得。主要通過觀測、實驗、分析和計算等進行徑流的研究。徑流的計量值有流量、徑流量、徑流模戍、模比系數(shù)、徑流深、徑流系數(shù)等。
流量(Q)是表示單位時間內(nèi)通過過水斷面的水量,以立方米/秒計。
Q=VA
式中V為水流平均流速;A為過水斷面面積。
徑流量(W)是一定時段(△T)內(nèi)通過過水斷面的水量,以立方米計。
W=Q△T
徑流模數(shù)(M)是單位面積上的徑流量(產(chǎn)水率),以升/(秒·平方公里)計。
式中F為流域面積,以平方公里計。
模比系數(shù)(K),又稱流量變率,是各時段的徑流模數(shù)(Mi)與正常徑流模數(shù)(M0)之比,即
徑流深 (R)是一定時段內(nèi)徑流量在流域面積上的深度值,以毫米計。
徑流系數(shù) (C)指某時段內(nèi)徑流深或徑流量與同時段內(nèi)的降水深(P)或降水總量(Wp)的比值。
研究意義
徑流是地貌形成的外營力之一,并參與地殼中的地球化學過程,它還影響土壤的發(fā)育,植物的生長和湖泊、沼澤的形成等。徑流在國民經(jīng)濟中具有重要的意義。徑流量是構(gòu)成地區(qū)工農(nóng)業(yè)供水的重要條件,是地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模的制約因素。人工控制和調(diào)節(jié)天然徑流的能力,密切關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活是否受洪水和干旱的危害。因此,徑流的測量、計算、預(yù)報等工作,都是水利建設(shè)的重要任務(wù)。
