岩溶峰丛洼地水资源分析与利用

一个小流域具有蓄水和排水的功能，小流域水文过程概念如图3-2所示。小流域的水文过程中，降雨是水量的输入。雨水经过植被层的截留后分为两条路线运动：其一是形成各种径流后汇集到河道中；其二是转化为土壤水后进入含水层储存。最终两种途径的水流在河流断面排泄。

图3-2　小流域水文过程概念图

（来源于：Institute of Hydrology，Wallingford，Oxon，UK.）

从小流域的结构和水文过程来看，雨水和其所形成的径流的储存阶段主要发生在土壤层、含水层与河道。为了强调水资源储存形式的不同，有利于水资源的管理，将流域内储存在不同介质中的水资源分为四部分，分别是雨水、土壤水、地下水和地表水。四个部分具有密切的联系，为了说明水资源在四个部分中的分配，提出了“四水”转化的概念。

“四水”和“四水转化”两个概念分别强调了水资源运动的结果和过程。小流域的调蓄过程不仅仅是水流的运动，还有水资源的储存。水资源的储存用水资源量来评价，通常称为在某一时刻含有多少立方米的水量。水资源转化用通量来衡量，即在单位时间内通过某界面的流量是多少。

降雨的多少用一定周期内的降雨量为衡量指标，例如年降雨量、月降雨量、日降雨量等。降雨的快慢用降雨强度表示。降水有一部分被树冠层截留，降落到地表后有不同的效果。降落到土壤表面被土壤吸收，降落到河道和水库等水体表面直接转化为地表水。土壤吸收降水的过程称为“下渗”。当降雨强度大于土壤的下渗能力时只有一部分下渗，剩余的部分形成产流。

土壤水通常指土壤中所含有的不饱和状态的水。土壤水在重力作用下不能自由移动，但是可以在毛细作用和植物根系的吸收作用下运动。当土壤水局部达到饱和时产生可以自由移动的壤中流和渗流。然而更重要的是植被利用土壤水生长。植被利用土壤水的过程以及土壤水转化为气态水进入大气的过程合称为蒸散发。蒸散发是驱动“四水”转化的重要作用。

降雨形成径流的过程称为产流，坡面上降雨产生的各种径流汇集在一起成为汇流作用。径流经过汇流作用进入到地表水体。在流域内地表水体包括湖泊、水库、湿地、河渠等。地表水体的蓄水能力通常用库容来表示。地表水体通过蒸发作用转化为水汽，返回到大气中。地表水通过渗漏或者下渗作用补给地下水。(www.xing528.com)

土壤水达到饱和后在重力作用下向下运动或者侧向移动，进入到饱水带成为地下水。土壤水转化为地下水属于地下水的补给作用，分为分散式补给和集中补给。渗流补给的过程发生在包气带，渗流运动的时间与包气带的渗透性和厚度有关。土壤水分布极不均匀，通常用土壤含水率表示其含量。

地下水是储存在含水介质中具有连续性的且可以流动的水体。地下水的多少与含水层的孔隙度和厚度有关，可以用储量表示多寡。地下水的流动性较为缓慢，地下水的排泄方式有：通过泉水集中排泄；沿着河道或湖泊向地表水体排泄；在地下水埋深浅的地区通过蒸散发排泄；在有开采利用的情况下通过水井抽水排泄。小流域水流储存和转化概念图如图3-3所示。

图3-3　小流域水流储存和转化概念图

在小流域内水资源的分配和转化的形式多种多样，通过水文地质条件的调查、水文监测、水化学研究、数值模拟等方法掌握一个地区水资源的分布及转化特征。

小流域水文过程的模拟以预测河流的流量为目的。小流域水文过程的模拟建立在“四水”转化物理模型的基础上。由于小流域内部地理和地质要素的变化，导致控制产流和水流运动的物理参数在空间上存在差异，为此水文模型大都采用分布参数模型。

小流域“四水”转化模型不同于水文过程模型，它的主要目标是对流域内的水资源量和分布状态进行计算和预测。“四水”转化模型强调水资源量的概念，旨在弄清楚水资源有多少，为水资源的开发利用做准备。“四水”转化模型以流域水均衡分析为基础，关注水资源的转化路径以及在转化过程中的效率和损失。