超滲降水

降水開始，除了一部分流入湖泊、河流中形成徑流之外，大部分降水會落在地表上。當降雨強度大於土壤的滲透能力的時候，產生超滲降水。

基本介紹

• 中文名：超滲降水
• 外文名： Excess precipitation
• 運用領域：河工學
• 含義：降水量超過土壤吸收能力

概念

降水是河川徑流形成的原因。當降水開始的時候，只有少部分雨水直接落入河流、湖泊中，而大部分降雨是落在地表，被土壤吸收。當降水量大於土壤的吸收能力的時候，形成地表徑流，這部分雨水被稱為超滲降水。

徑流

這是在已經扣除攔截和蒸發蒸騰損失之後剩下的降水殘量。它出現在天然的或者人造的明渠中，其水流是長年的或者間歇的。按照徑流進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一個渠道，在渠道內它作為明渠流動或者河流流動而繼續。在接人河流流動之後，它與在渠道中其他徑流組成部分相結合以形成總徑流。

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線。橫向地運動，它可能在地下繼續直至到達一個渠道，或者返回到表面並作為地面漫流而繼續。次表徑流到達渠道的時間取決於地區的地質情況。通常假定次表徑流在暴雨期間或者在暴雨後不久到達渠道。在乾旱地區，對於中雨或者小雨的總徑流，次表徑流可能是主要的部分，因為在這些條件下的地表徑流因異常高的蒸發和滲透而降低。

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，且需要也許是幾年的長周期以到達渠道。地下徑流是形成河流旱季流動的原因，並且在暴雨期間幾乎保持恆定。地下徑流主要是給水工程師所關注的。地表和次表徑流對於防洪工程師是有意義的。

在實踐中，直接徑流和基流是採用的徑流僅有的兩個劃分方式。這種分類的基礎是匯流(傳播)時間而非路徑。直接徑流在暴雨期間或者在暴雨之後不久離開水域，而來自暴雨的基流可能數月甚至數年都不離開水域。

徑流由降水供應。完全貢獻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。

影響徑流的因素

影響徑流的兩個主要特點是氣候因素和流域因素。因素的數量是正確地確定徑流的複雜性的指標。

氣候特點

(1)降水一形式(雨、雹、雪、霜、露)，強度，持續時間，時間分布，季節分布，面積分布，重現期，前期降水量，土壤濕度，暴雨運動的方向。

(2)溫度一變化，雪水儲量，暴雨期間的凍土，降水期間的極端。

(3)風一速度，方向，持續時間。

(4)濕度。

(5)大氣壓。

(6)太陽輻射。

流域特點

(1)地形學一尺寸，形狀，坡度，海拔，排水網，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、長度)。

(2)地質學一土壤類型，滲透性地下水構成，層理。

河川徑流的形成過程

河川徑流是指流域地面上的降水，在重力作用下，沿地表和地下路徑流入河流，流出流域出口斷面的水流。從降水到水流流經流域出口斷面的整個物理過程，稱為河川徑流形成過程，通常分為5個階段：降水階段、流域蓄滲階段、坡面漫流階段、河槽集流階段和河槽蓄量消退階段。而超滲降水主要作用於第二階段。

流域蓄滲階段

降水開始時，除少量直接落人河流、湖泊中形成徑流外，大部分降水並不會立即形成徑流。降水首先被植物的枝葉截留，稱為植物截留，超過植物截留能力的降水才落在地表上。降落到地表的雨水，向土壤中人滲。當降水強度大於土壤人滲能力時，產生超滲降水。超滲降水開始形成地面積水，並填充地面窪坑，這些窪坑積蓄的水量，稱為填窪量。此過程稱為蓄滲階段。植物截留的水量與入滲量和填窪量都不參與徑流，稱它們為徑流形成過程中的損失水量。當降水量超過損失水量時，開始坡面漫流。

模擬地區流域水量平衡

首先將研究地區劃分為若干個叫做格線的水文子單元。然後用PD水箱模型對該流域進行模擬，其方法是對每個格線垂直方向的水量進行平衡計算，沿河網向下將河道流量演算到該流域。降水首先被植被林冠截留，截留量取決於土地覆蓋類型。被截留的降水最終會蒸散發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生
蒸發。土壤水分含量低通過植被發生蒸發。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，積雪融化到地表的數量取決於氣溫和預定的融化率。另一方面，如果氣溫在臨界氣溫以下，那么降雨就會落到雪堆上。當地表窪地蓄水過量時，水就會流人河網，其數量可由曼寧公式模擬計算。首先將模型在子流域進行檢驗，方法是將模型運行一段時間，在此期間獲得實測河道流量資料。根據4個雨量計記錄的數據計算降水雨量輸人，且可利用某個氣象站測到的風速、濕度、日照持續時間、氣溫。除少數情況以外，用模型模擬的河道日流量是令人滿意的，並能滿意地再現實測河道流量的較大變化情況，並且模擬的水文過程線的河道流量與實測流量也很吻合。

然後將模型用來檢驗研究地區流域的水量平衡。仔細分析水量平衡表明，在整個模擬期間，可精確地保持質量平衡。由於流域內地表特徵與多邊形的空間位置變化不同，得出的是相對結果，而這些結果能夠反映水資源規劃者和管理人員套用GIS在各種比例尺和解析度下進行水文模擬的能力。例如，如果流域內土地利用區段發生改變，會對河道流量產生什麼樣的影響?大多數集總參數模型都不能模擬這種變化。為了研究流域特性改變對流量回響的影響，在研究流域的某個子流域中保持相同降雨事件的同時，對土地利用特性改變的情況進行了模擬。圖1中列出了部分結果。

圖1

由此可見，隨著研究地區住宅區與工業區的發展，一些以前可以透水的地段已經不透水了，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。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際水流特徵的。里克特和舒爾茨於1987年已得出過類似的結論。他們發現，由於工業化與都市化導致不透水面積增大，使洪峰流量增大，且縮短了峰現時間。

業已證明，採用GIS處理空間水文資料對水資源規劃與管理有許多好處。儘管在建立資料庫與編碼方面初期投入了巨資，這種投資將會由於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償。將物理分布模型與GIS結合使用可以對大範圍可行的水資源管理措施進行模擬與評價。因此，這種方法在水資源管理上的成功套用將加強水資源管理進程，最終對人類在流域內開展的活動進行更好的管理。研究成果已經證明，GIS可用於提供流域徑流分析所需要的信息。利用GIS的空間分析能力，可以真實地再現徑流模擬流域的物理特性，由此可見，GIS技術與物理分布水文模型的結合使用是進行流域水資源管理的一項有效技術。