半濕潤區徑流形成的力學分析

陳敏建，鄧 偉，2，趙 勇，汪 勇

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.清華大學 水利水電工程系，北京 100084）

1 問題提出

降雨徑流關系是水文循環的核心。自然條件下降雨徑流關系在穩定的范圍內波動。高強度的水土資源開發利用導致許多區域降雨徑流關系發生了改變，如處在半濕潤區的華北平原，降雨量變化并不顯著，地表產水量卻大幅度下降甚或基本不產流。降雨徑流關系改變的原因是支撐產流機制的自然常態條件發生了變化，越來越多的研究者意識到地下水位持續下降導致包氣帶增厚是主要原因。

通過研究徑流形成過程的物理機制，或許可以揭示降雨徑流關系變化的原因。而現有的產流理論，如同水文學發展遇到的瓶頸：注重對結果的研究，缺乏對過程的理解與剖析。需要從物理學，尤其是經典力學的角度，揭示降雨徑流過程，探討徑流形成的內在機理。為水文學朝更具經典物理學、力學支撐的方向發展進行有益探索，同時為以華北平原為代表的地下水治理提出理論依據和發展方向。

2 徑流形成的力學原理

2.1 包氣帶的物理條件在一定降水條件下，包氣帶對降雨徑流關系有著決定性的影響，包括兩個方面：一是土壤初始含水量，二是包氣帶厚度。后者的重要性在華北平原陸續出現徑流消失后被人們逐漸認識，但研究深度遠遠不夠。一般情況下，包氣帶土壤作為有孔介質，其孔隙被氣體和水分充滿。除濕潤地區外，包氣帶孔隙多數空間在一年里的大部分時間都被氣體占據，尤其是降雨季節到來之前。……