壤中流与地下径流简述-水文学原理第2版

坡地土壤并非均质，沿垂直方向通常都存在层理，各层的导水率各不相同。从坡地表面下渗的雨水，在一定条件下会积蓄于相对不透水层上部，形成暂时的饱和带，引起侧向水流运动，构成壤中流。即使积蓄的水分不能使土层饱和，也会导致壤中水分侧向运动，进而影响壤中径流的形成。于维忠阐述了界面产流的机理[3]，沈冰等通过室内透水坡面降雨产流实验，证实在均质土壤中由于垂向吸力势大于水平向动能，故在短历时内没有壤中流发生，这间接表明土层界面的存在是壤中流产生的必要条件[2]。随着雨水继续向下渗透，水分会在深层形成永久饱和带，在永久饱和带中的侧向水流运动则属于地下径流。

壤中流和地下径流数学分析一般取单位宽度进行，其二维剖面如图9.5所示。无论饱和还是非饱和土壤水分运动都可以用Richards方程描述[3]：

图9.5　坡地壤中流与地下径流示意图

式中：ψ为总水势；c为比水容量；t为时间；z为垂向坐标；c（ψ）=dψ/dθ，此处θ为土壤含水量。

采用以ψ为自变量的方程是为了便于研究饱和与非饱和流同时存在的情况，相应的初始条件为(www.xing528.com)

坡面的上部边界条件可依据雨强i和土壤下渗能力fp的关系分两种情况处理：

一般情况下，下部边界条件可取在适当深度处

从理论上讲，在合理初始与边界条件下求解方程（9.19），即可得到流场内土壤含水量、土水势分布随时间变化的规律；进而可以求出各层次径流量。当然，具体应用时还需要确定各土层导水率以及初始与边界条件，我国目前尚缺少这方面的实际观测资料。