簡介
流域的降水,由地面與地下匯入河網,流出流域出口斷面的水流,稱為徑流。液態降水形成降雨徑流,固態降水則形 成冰雪融水徑流。由降水到達地面時起,到水流流經出口斷面的整個物理過程,稱為徑流形成過程。降水的形式不同,徑流的形成過程也各異。我國的河流以降雨徑流為主,冰雪融水徑流只是在西部高山及高緯地區河流的局部地段發生。根據形成過程及徑流途徑不同,河川徑流又可由地面徑流、地下徑流及壤中流(表層流)三種徑流組成。
徑流是大氣降水形成的,並通過流域內不同路徑進入河流、湖泊或海洋的水流。習慣上也表示一定時段內通過河流某一斷面的水量,即徑流量。按降水形態分為降雨徑流和融雪徑流。按形成及流經路徑分為生成於地面、沿地面流動的地面徑流;在土壤中形成並沿土壤表層相對不透水層界面流動的表層流,也稱壤中流;形成地下水後從水頭高處向水頭低處流動的地下水流。廣義上,徑流還包括固體徑流和化學徑流。徑流是引起河流、湖泊、地下水等水體水情變化的直接因素。其形成過程是一個從降水到水流匯集於流域出口斷面的整個過程。降雨徑流的形成過程包括降雨、截留、下滲、填窪、流域蒸散發、坡地匯流和河槽匯流等。融雪徑流的形成需要有一定的熱量,使雪轉化為液體。在融雪期間發生降雨,就會形成雨雪混合徑流。影響徑流的因素有降水、氣溫、地形、地質、土壤、植被和人類活動等。
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(泥沙)形成的固體徑流,水流中含有化學溶解物質構成的離子徑流等。
形成
降水是徑流形成的首要環節。降在河槽水面上的雨水可以直接形成徑流。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生地表積水,並填蓄於大小坑窪,蓄於坑窪中的水滲入土壤或被蒸發。坑窪填滿後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並產生自由重力水,在遇到滲透率相對較小的土壤層或不透水的母岩時,便在此界面上蓄積並沿界面坡向流動,形成地下徑流(表層流和深層地下流),最後匯入河槽或湖、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。
形成過程
從降雨到達地面至水流匯集、流經流域出口斷面的整個過程,稱為徑流形成過程。
徑流的形成是一個極為複雜的過程,為了在概念上有一定的認識,可把它概化為兩個階段,即產流階段和匯流階段。
產流階段
當降雨滿足了植物截留、窪地蓄水和表層土壤儲存後,後續降雨強度又超過下滲強度,其超過下滲強度的雨量,降到地面以後,開始沿地表坡面流動,稱為坡面漫流,是產流的開始。如果雨量繼續增大,漫流的範圍也就增大,形成全面漫流,這種超滲雨沿坡面流動注入河槽,稱為坡面徑流。地面漫流的過程,即為產流階段。
匯流階段
降雨產生的徑流,匯集到附近河網後,又從上游流向下游,最後全部流經流域出口斷面,叫做河網匯流,這種河網匯流過程,即為匯流階段。
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物。徑流的分布特性首先取決於氣候條件。在同一氣候區,山區流域徑流量一般大於平原;地質、土壤條件不同,流域的滲水性不同,滲水性強的流域產生的徑流量少,反之則多。受高程的影響,徑流有垂直差異的特點。流域面積的尺度決定著徑流量的大小,植被、湖泊、沼澤則有調節徑流的功能。徑流的時空變化特性還深受人類活動的影響:砍伐森林會使水土流失加劇,洪峰徑流劇增;水庫等蓄水工程的興建,會增加流域的持水能力,調節徑流;工業、農田的大量用水會減少河川徑流量;跨流域引水能減少被引水流域的徑流量,增加引入流域的徑流量等。 徑流是地球表面水循環過程中的重要環節,它的化學、物理特性對地理環境和生態系統有重要的作用。
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,短時間內形成洪水的可能性就越大。蒸發方面,主要受制於空氣飽和差和風速。飽和差越大,風速越大,則蒸發越強烈。氣候的其他要素如溫度、風、濕度等往往也通過降水和蒸發影響河川徑流。
流域的下墊面因素
下墊面因素主要包括地貌、地質、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。坡地影響流域內匯流和下滲,如山溪的水就容易陡漲陡落。流域內地質和土壤條件往往決定流域的下滲、蒸發和地下最大蓄水量,例如在斷層、節理和裂縫發育的地區,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,使河川徑流的年內分配趨於均勻。
人類活動
例如,通過人工降雨、人工融化冰雪、跨流域調水增加河川徑流量;通過植樹造林、修築梯田、築溝開渠調節徑流變化;通過修築水庫和蓄洪、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過程中的重要環節,它的化學、物理特性對地理環境和生態系統有重要的作用。
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、徑流模數、模比係數、徑流深、徑流係數等。
流量( Q)是表示單位時間內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)內通過過水斷面的水量,以立方米計。
W=Q△T
徑流模數( M)是單位面積上的徑流量(產水率),以升/(秒·平方公里)計。
式中 F為流域面積,以平方公里計。模比係數( K),又稱流量變率,是各時段的徑流模數( Mi)與正常徑流模數( M0)之比,即
徑流深 ( R)是一定時段內徑流量在流域面積上的深度值,以毫米計。
徑流係數 ( C)指某時段內徑流深或徑流量與同時段內的降水深( 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,並參與地殼中的地球化學過程,它還影響土壤的發育,植物的生長和湖泊、沼澤的形成等。徑流在國民經濟中具有重要的意義。徑流量是構成地區工農業供水的重要條件,是地區社會經濟發展規模的制約因素。人工控制和調節天然徑流的能力,密切關係到工農業生產和人們生活是否受洪水和乾旱的危害。因此,徑流的測量、計算、預報等工作,都是水利建設的重要任務。