充电和下坡的流在饱和区

在完全饱和土壤传播的边界条件变化的影响,如由于充电,更迅速比不饱和区。在浅层地下系统,如浅层土壤覆盖一个不透水岩石河床的,大部分的下坡的流动向流渠道将在饱和区。因为当地更迅速耗散的压力差异在饱和区,流动过程的描述基于达西定律通常更容易接受,即使优先流路径仍然导致了流,因为这些途径将受到类似的压力梯度条件下饱和矩阵(预订,在大型管道系统可能动荡和过渡流动而非层流和达西定律不会有效)。

在较浅的土壤系统的运动学描述饱和区是一个有用的类比,如果我们可以假定当地水力梯度约等于倾斜角(甚至更好的本地bedslope角)。在这种情况下,方程的流运动学波方程

±dh„。dWxh忧伤- =他们«是- + rXJ

h是床,上面的深度饱和x是距离测量沿着山坡,天气,斜率点x的宽度,是当地的倾斜角,r是充电速度点x和时间t,和Th的积分饱和土壤饱和渗透系数函数Kh的深度h和被称为透射率;Th和Kh将h这可能是非线性的函数对许多土壤资料。当地的下坡的Darcian流速(体积通量单位横截面积)然后给出的

然后给出的平均孔隙水速度

4 >土壤的孔隙度。这是水本身的平均速度。运动学波速度是由

在哪里(j) c是一种有效的存储系数对土壤,或有效地在这种情况下,土壤水分含量之间的差异略高于水位和饱和度。最后向流速度的速度扰动传播的方向流动。有效存储系数通常会远远低于土壤的孔隙度,尤其是饱和水位上方附近的土壤。因此波速度可能比平均孔隙水速度快得多,这将比Darcian速度快(因为孔隙度本身必须小于1),这样的影响是影响充电的水位将下坡的速度远远超过水本身的速度移动。总体来说,这将导致地下流出上升到下坡的河道比通道的输入可以向流动更快。这就是为什么在潮湿的环境中地下流暴雨径流过程可以更快速贡献比过去已经被普遍接受。

Eq。(2),运动波方程,是一个近似。更全面的描述将允许完全三维流动在两种土壤和基石,或许包括流经基岩裂缝,时变水力梯度(见,例如,拉斯穆森等,2000)。相同行为的压力波传播速度快于孔隙水被反过来比Darcian速度将更快。这是很重要的,在理解示踪实验的结果。

方程(2)书面的方式允许hillslope的宽度来改变下坡的。已经认识一段时间,一个重要的控制生产地下径流和饱和的发生动态贡献地区,山坡的形式,在收敛或发散的计划,和凸性或凹面部分。土壤水分含量会更高和饱和区靠近表面的地区都是收敛的,凹的。这些地区往往是发现特别是在源头流域接近零级渠道的负责人或弹簧的外观。这些地区的土壤是最可能接近饱和,因此就会表现出极大的潜力作为径流来源地区或动态贡献通过表面或地下流过程。

然而,Hillslope地形变化流量的不是唯一的原因。有一个增加的升值的作用地质构造控制流域的地下通道流动,即使在集雨没有很深的地下蓄水层。跟踪实验Genereux et al .(1993),例如,在通道的输入显示很强的可变性沃克分支排水,田纳西州,似乎来自底层岩石的层理结构。断裂系统在近地表地质也能导致流的浓度在某些地点。当地常年或季节性泉的发生是一个迹象表明,这些影响可能是重要的。更深的裂缝系统和流沿着断层线也可能影响地下流途径但是很难研究。通常有必要推断这种流动通路的存在从baseflows的地球化学特征。

地区的相对同质的浅层土壤,它已经证明了一种预测的位置使用模式的来源地区的地形指数a / s(例如,——1978;参见intuition, 1981),这是排水从上坡到单位面积的比值伸直长度在任何时候在集水,坡角。上坡地区代表倾向水收集在一个点;而斜率5代表的将耗尽。近似稳态理论认为,该指数可以作为水文相似性指数,在其他条件相同的情况下,点具有相似指数的值应该回应在一个水文相似的方式(图2)。地形指数已纳入降雨径流模型TOPMODEL和地表参数化TOPLATS,旨在预测的动态表层和次表层的贡献的领域和空间模式潜热通量在一个简单的方法(贝文等,1995;费明力提等,1992)。最近的批评用地形指数代表的成功贡献区域动态看到贝文(1997)。

利用地形指数假设有一个一致的山坡上下坡的水流,但这并非总是如此,特别是在集水区,延长干燥时间。在这样的集雨,有效subsur -

0 100 200 300 400

脚

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图2模式的地形指数/ s与测量领域相比表面饱和盆地WC-4睡者,佛蒙特州(1978年——)。

脸贡献区域正常通道不得扩展到流域划分和当地的发展和连接饱和区可能是重要的。如前所述,在土壤、滞水表可能会渗透在这个概要文件,导致增加下坡的流动速度不饱和的概要文件。这往往会发生第一次在区域斜坡的底部和hillslope凹陷的土壤通常是湿润的前一个事件(如韦曼表示,1970)。

最后一次表层流的过程,会导致快速地下反应流在自然土壤管道或percolines高渗透率(见,例如,贝文和

Germann, 1982;麦克唐奈,1990)。人工排水可以有类似的效果,至少在潮湿的条件下(在干燥条件下人工排水可以提高土壤的存储赤字风暴之前,从而导致更低的径流系数为一个事件。

继续阅读:代的地表径流入渗过剩地表径流的一代

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