7.1.2 汇流过程
汇流过程指净雨沿坡面从地面和地下汇入河网,然后再沿着河网汇集到流域出口断面的整个过程;前者称为坡地汇流,后者称为河网汇流。两部分过程合称为流域汇流过程。
1.坡地汇流过程
坡地汇流分为3种情况:①超渗雨满足了填洼后产生的地面净雨沿坡面流到附近河网的过程,称为坡面漫流。坡面漫流是由无数时分时合的细小水流组成,通常没有明显的沟槽,雨强很大时可形成片流。坡面漫流的流程较短,一般不超过数百米,历时也较短。地表径流经坡面漫流注入河网,形成地表径流。大雨时地表径流是构成河流流量的主要来源。②表层流沿坡面侧向表层土壤孔隙流入河网,形成表层径流。表层流的流动比地表径流慢,到达河槽也较迟,但对历时较长的暴雨,数量可能很大,成为河流流量的主要部分。表层流与地表径流有时可互相转化。例如,在坡面上部渗入土壤中形成的表层流,可在坡地下部流出,再以地表径流形式流入河槽,部分地表径流也可在坡面漫流过程中渗入土壤中成为表层流。③地下净雨向下渗透到地下潜水面或浅层地下水体后,沿水力坡度最大的方向流入河网,称为坡地地下汇流。深层地下水汇流很慢,所以降雨后,地下水流可以维持很长时间,较大河流可以终年不断,是河川的基本径流,简称基流。
在径流形成过程中,坡地汇流过程是对净雨在时程上进行的第一次再分配。降雨结束后,坡地汇流仍将持续很长一段时间。
一次降雨过程,经植物截留、填洼、下渗、蒸发等损失,形成径流进入河网的水量显然比降雨量少,且经过坡地汇流和河网汇流,使出口断面的径流过程远比降雨过程变化缓慢,历时也长,时间滞后。
必须注意的是,降雨、产流和汇流,在整个的径流形成过程中,在时间上并无明显界限,而是同时交替进行的。
2.河网汇流
图7.2 一次降雨径流过程示意图
各种径流成分经坡地汇流注入河网后,从支流到干流,从上游到下游,最后流出流域出口断面,这个过程称为河网汇流或河槽集流过程。坡地水流进入河网后,使河槽水量增加,水位升高,这就是河流洪水的涨水阶段。在涨水阶段,由于河槽蓄水量不断增加,依据水量平衡原理,对任一河段,上断面流量总是大于下断面流量。随降雨和坡地漫流量的逐渐减少直至完全停止,河槽水量减少,水位降低,这就是退水阶段。所以河槽可以将涨水阶段的水量暂时蓄在河槽中等到退水阶段再慢慢地泄放出来,这种现象称为河槽调蓄作用。河槽调蓄是对净雨在时程上进行的第二次再分配。
降水经历了流域产流、汇流两个阶段后,形成的河川径流过程与降雨过程就大不相同了,图7.2绘出了一次降雨径流过程,由于坡面漫流、壤中流和地下径流汇集到出口断面所需时间不同,因而洪水过程线的退水段上,各类径流终止时间不同;直接降落在河槽水面上的雨水所形成的径流最先终止,然后依次是地表径流、壤中流、浅层地下径流,最后是深层地下径流。
根据图7.2还可以看出降落在流域上的降雨过程与经过流域下垫面的作用后形成的流量过程之间具有明显的差异,具体表现在以下几方面。
(1)次降水量大于相应的次洪径流深。降落在流域上的雨水必然有部分消耗于植物截留、填洼、下渗以及蒸散发等损失,使得最后流出流域出口的水量小于降落在流域内的水量。
(2)两条过程线的形状不同。降水过程变化剧烈而不规则,流量过程则相对较平缓光滑。降落在流域内的雨水受流域下垫面的调蓄,类似于一个没有闸门的水库,使得出流过程较入流过程平缓。
(3)流量过程的起始时刻、洪峰、重心等出现的时间均滞后于降水过程。
(4)流量过程的总历时要比降水历时长很多。
以上4方面的差异,各个流域均存在。只是随着流域面积的大小、流域下垫面条件以及流域所处的气候条件和降水特征等而有所不同,其差异的程度要依据流域的具体情况进行分析。