天然降雨下渗的水文学原理

以上所介绍的下渗过程主要是针对一些特殊情况，如供水充分、土壤均质、土壤表面保持水平或非均质土壤的单点下渗等情况。在天然条件下，实际的下渗过程因多种因素的共同影响变得非常复杂，往往呈现不稳定和不连续性。如降雨强度是随时间变化的，而且会出现不连续的间断的情况；土壤不可能是均质的，从而导致土壤的透水性能和初始含水率等参数的时空变化很大；同时在许多地区，土壤的表面有一定坡度等。在这些因素影响下，实际下渗量的剖面分布会变得极为不均，尤其是流域的下渗性能空间变异性很大等。因此，需要重新分析这些因素变化情况下的下渗过程。

1.降雨强度对下渗过程的影响

天然情况下的降雨强度随时间的变化过程是随机的，会出现小于、大于或等于同时刻的地面下渗容量等不同情况。因此，下渗过程有时按降雨强度进行下渗，有时则按下渗容量进行下渗，如图5.11所示[2]。

图5.11　降雨强度随时间变化时的下渗类型

（a）R＞f；（b）R≤f；（c）、（d）、（e）R、f关系不定

对于图5.11（a），任一时刻的降雨强度都大于同时刻的地面下渗容量，因此下渗过程即按下渗容量进行。对于图5.11（b），任一时刻的降雨强度均小于或等于下渗容量，则下渗过程与降雨强度的变化保持一致。对于图5.11（c）～（e），降雨强度有时大于同时刻地面下渗容量、有时小于地面下渗容量，因此下渗率有时与降雨强度保持一致，有时与下渗曲线保持一致。

2.土壤特性对下渗过程的影响

土壤特性对下渗的影响，主要决定于土壤的透水性能及土壤的前期含水率。一般来说，土壤质地越粗或团粒结构发育越好时，孔隙直径越大，其透水性能也就越好，相应的土壤的下渗能力也越大。土壤的含水率决定着一定条件下土壤吸水的能力及透水量的大小及变化。土壤前期含水率越小，其吸水能力越强，下渗率则越大；反之，湿润土壤下渗率小，如图5.12所示。(www.xing528.com)

此外，土壤的分层结构也会影响水分的下渗，由于不同土壤的渗透系数和持水性差异，使得水分在两层土壤的界面会发生滞留现象。

图5.12　土壤质地和含水量对下渗率的影响

3.土壤表面坡度（地形条件）对下渗过程的影响

图5.13　地形坡度对下渗量的影响

地面起伏程度不同，则坡面漫流时的流速和汇流时间不同。一般来说，在相同的条件下，地面坡度大、漫流速度快，历时短，不易形成积水，下渗量就小。如从机理上来分析，则地形坡度对下渗的影响通常是通过改变对地面的供水强度来体现的。如强度为R的一场降雨，若降落在坡度为0的地面上，则对地面的供水强度为R。若降落在坡角为β的坡地上则供水强度将变为Rcosβ，如图5.13所示。因β一般在0°～90°之间变化，故Rcosβ＜R，即地面坡度越大，降雨对地面的有效供水强度越小，因此下渗量越小。

除以上因素外，下渗过程还受地面覆盖物、耕作措施以及下渗水质等因素影响。