第四章 植物截留與填洼

1、Liu Lihong水文學(xué)原理水文學(xué)原理Principles of Hydrology第四章第四章 植物截留與填洼植物截留與填洼植物截留植物截留填洼填洼4.14.2主要內(nèi)容主要內(nèi)容v 重重 點(diǎn)點(diǎn)： 植物截留的過程和影響因素；植物截留的過程和影響因素； 填洼的過程和影響因素；填洼的過程和影響因素；v 難難 點(diǎn)點(diǎn)： 植物截留量的計(jì)算；植物截留量的計(jì)算；4.1 植物截留植物截留一、植物一、植物截留截留 植物截留（植物截留（plant intercention）指）指降水降水落到地面落到地面以前，被樹木枝葉，作物莖葉以前，被樹木枝葉，作物莖葉攔截并滯留攔截并滯留的部分。的部分。植物單位投影面積上的截留

2、量記為植物單位投影面積上的截留量記為 ,簡稱截留量。簡稱截留量。v 降雨初期，降雨初期，雨滴雨滴落在植物枝葉上，幾乎完全被葉面截留，落在植物枝葉上，幾乎完全被葉面截留，呈小水滴或薄膜狀。呈小水滴或薄膜狀。v 在沒有滿足最大截留量之前，植物下的地面僅能獲得少量在沒有滿足最大截留量之前，植物下的地面僅能獲得少量降水。這是因?yàn)榻涤曛酰俨糠钟晁畷?huì)穿過樹冠，與植降水。這是因?yàn)榻涤曛?，少部分雨水?huì)穿過樹冠，與植物枝葉發(fā)生沖擊后被分裂，有利于降落過程中被物枝葉發(fā)生沖擊后被分裂，有利于降落過程中被蒸發(fā)蒸發(fā)，結(jié)，結(jié)果落至地面的雨水十分稀少。植物枝葉截留的水量，隨著果落至地面的雨水十分稀少。植物枝葉截留的水

3、量，隨著降雨持續(xù)而增加，直到水量的重力超過植物枝葉表面對(duì)水降雨持續(xù)而增加，直到水量的重力超過植物枝葉表面對(duì)水分的吸附力、承托力和水分表面張力時(shí)，超重水量才向下分的吸附力、承托力和水分表面張力時(shí)，超重水量才向下跌落至地面，落下的水滴往往大于雨滴。跌落至地面，落下的水滴往往大于雨滴。v 降雨過程中，首先在枝葉表面聚積起離散的水珠，繼而水降雨過程中，首先在枝葉表面聚積起離散的水珠，繼而水珠相互并連成為鋪蓋在枝葉上的水層，水層不斷增厚，終珠相互并連成為鋪蓋在枝葉上的水層，水層不斷增厚，終因水層的重力超過枝葉與水的附著力，一部分穿過枝葉間因水層的重力超過枝葉與水的附著力，一部分穿過枝葉間隙落入地面，成為

4、穿過林冠的降雨，另一部分沿枝干流達(dá)隙落入地面，成為穿過林冠的降雨，另一部分沿枝干流達(dá)地面，只有存留在枝葉上的部分才成為植物截留。地面，只有存留在枝葉上的部分才成為植物截留。 v 植物截留量可視為兩部分組成。其一，降水過程中從枝葉植物截留量可視為兩部分組成。其一，降水過程中從枝葉表面表面蒸發(fā)蒸發(fā)的水量；其二，降水終止時(shí)枝葉上存留的水量，的水量；其二，降水終止時(shí)枝葉上存留的水量，這部分最終也消耗于蒸發(fā)。在這部分最終也消耗于蒸發(fā)。在水文循環(huán)水文循環(huán)過程中，截留起著過程中，截留起著增加蒸發(fā)、減少達(dá)到地面的降水、從而也減少地面徑流的增加蒸發(fā)、減少達(dá)到地面的降水、從而也減少地面徑流的作用。對(duì)徑流形成而言，

5、截留是一種損失。作用。對(duì)徑流形成而言，截留是一種損失。 v 截留過程延續(xù)整個(gè)降雨期間，當(dāng)植物截留達(dá)到最大截留量截留過程延續(xù)整個(gè)降雨期間，當(dāng)植物截留達(dá)到最大截留量后，原先積蓄于枝葉上的水分不斷被新的雨水所替代，截后，原先積蓄于枝葉上的水分不斷被新的雨水所替代，截留的水量處于動(dòng)態(tài)平衡。截留過程有如下特點(diǎn)：留的水量處于動(dòng)態(tài)平衡。截留過程有如下特點(diǎn)：（1）降雨初期，雨水全部截留于枝葉表面，截留量與降雨）降雨初期，雨水全部截留于枝葉表面，截留量與降雨強(qiáng)度強(qiáng)度i無關(guān)。無關(guān)。（2）對(duì)給定的降雨強(qiáng)度，有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的最大截留量）對(duì)給定的降雨強(qiáng)度，有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的最大截留量In。（3）隨著降雨強(qiáng)度的增加，）隨著

6、降雨強(qiáng)度的增加， In也增大，最后趨于一個(gè)常數(shù)也增大，最后趨于一個(gè)常數(shù)Im，為植物的截留容量。為植物的截留容量。截留量與降雨量、降雨歷時(shí)成正比截留量與降雨量、降雨歷時(shí)成正比二、影響植物截留的因素二、影響植物截留的因素植物特性植物特性，包括植物的種類、樹齡、生長季節(jié)等。一般闊，包括植物的種類、樹齡、生長季節(jié)等。一般闊葉樹截留量較針葉樹大，稠密的莊稼和茂盛的草叢截留量葉樹截留量較針葉樹大，稠密的莊稼和茂盛的草叢截留量也很可觀。也很可觀。氣象特點(diǎn)氣象特點(diǎn)，包括降雨特性、風(fēng)速大小和雨間天氣情況等，包括降雨特性、風(fēng)速大小和雨間天氣情況等, ,一般說一般說, ,間斷性長歷時(shí)低強(qiáng)度降雨的截留量較急驟的短歷間

7、斷性長歷時(shí)低強(qiáng)度降雨的截留量較急驟的短歷時(shí)降雨的截留量要大。中國凱江徑流實(shí)驗(yàn)站測(cè)得的截留量時(shí)降雨的截留量要大。中國凱江徑流實(shí)驗(yàn)站測(cè)得的截留量與樹種和雨量的關(guān)系見圖。就一個(gè)地區(qū)言，植物截留量還與樹種和雨量的關(guān)系見圖。就一個(gè)地區(qū)言，植物截留量還取決于森林郁閉度（森林覆蓋面積與該地區(qū)總面積之比取決于森林郁閉度（森林覆蓋面積與該地區(qū)總面積之比值），郁閉度大則截留量也大。值），郁閉度大則截留量也大。 植物截留的水量，對(duì)一次洪水過程，特別是對(duì)大洪水，植物截留的水量，對(duì)一次洪水過程，特別是對(duì)大洪水，影響并不顯著，但對(duì)年降水量而言，卻占很大部分。據(jù)實(shí)影響并不顯著，但對(duì)年降水量而言，卻占很大部分。據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)知，

8、森林及茂密的植被，一年中截留的水量可達(dá)年驗(yàn)觀測(cè)知，森林及茂密的植被，一年中截留的水量可達(dá)年降水量的降水量的2530。這些截留的水量最終消耗于蒸發(fā)。這些截留的水量最終消耗于蒸發(fā)。三、截留量測(cè)定 v 主要通過在樹冠、樹干、樹下和林間曠地分別設(shè)置雨量計(jì)，主要通過在樹冠、樹干、樹下和林間曠地分別設(shè)置雨量計(jì)，觀測(cè)對(duì)比確定。單棵樹對(duì)一次降雨的最大截留量也可用公觀測(cè)對(duì)比確定。單棵樹對(duì)一次降雨的最大截留量也可用公式式IS+KEt進(jìn)行估算。進(jìn)行估算。 式中式中 I為一次降雨總截留量，以樹冠在地面投影的單位面積為一次降雨總截留量，以樹冠在地面投影的單位面積上截留水量的深度（毫米）表示；上截留水量的深度（毫米）表示

9、；S 為該樹在地面投影的為該樹在地面投影的單位面積上最大可能持留的水量（毫米）；單位面積上最大可能持留的水量（毫米）；E 為降雨過程為降雨過程中的蒸發(fā)強(qiáng)度中的蒸發(fā)強(qiáng)度(毫米毫米/小時(shí)小時(shí));t為降雨歷時(shí)為降雨歷時(shí)(小時(shí)小時(shí))；K為枝葉總為枝葉總面積與樹冠在地面投影面積之比值。這些量均可通過觀測(cè)面積與樹冠在地面投影面積之比值。這些量均可通過觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)測(cè)得。和實(shí)驗(yàn)測(cè)得。 將該式用于某地區(qū)時(shí)，尚需乘以該地區(qū)的森林郁閉度。將該式用于某地區(qū)時(shí)，尚需乘以該地區(qū)的森林郁閉度。植物對(duì)雪等其他形態(tài)降水的截留量也可用類似方法估算。植物對(duì)雪等其他形態(tài)降水的截留量也可用類似方法估算。發(fā)育良好的林冠的年截留量可達(dá)年降雨

10、量的發(fā)育良好的林冠的年截留量可達(dá)年降雨量的10102020。 森林郁閉度：森林郁閉度： 指森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度，它是指森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度，它是反映林分密度的指標(biāo)。它是以林地樹冠垂直投影面積與林反映林分密度的指標(biāo)。它是以林地樹冠垂直投影面積與林地面積之比，以十分?jǐn)?shù)表示，完全覆蓋地面為地面積之比，以十分?jǐn)?shù)表示，完全覆蓋地面為1 1。 v中科院地理所，陜北黃龍縣林區(qū)獲得的中科院地理所，陜北黃龍縣林區(qū)獲得的S S經(jīng)驗(yàn)公經(jīng)驗(yàn)公式：式： S=KPS=KP-n-n長江流域規(guī)劃辦公室在四川凱江流域獲得的經(jīng)驗(yàn)長江流域規(guī)劃辦公室在四川凱江流域獲得的經(jīng)驗(yàn)公式：公式：(1)mKPImIIev 上述各

11、計(jì)算公式及參數(shù)的地區(qū)性很強(qiáng)，僅供參考。上述各計(jì)算公式及參數(shù)的地區(qū)性很強(qiáng)，僅供參考。v 由于植物截留量對(duì)一次降雨徑流過程的影響量很小，實(shí)用由于植物截留量對(duì)一次降雨徑流過程的影響量很小，實(shí)用中常將其忽略或合并于降雨徑流的其他損失中。中常將其忽略或合并于降雨徑流的其他損失中。 填洼填洼是降雨或融水產(chǎn)生的充填、滯蓄于地面坑洼的現(xiàn)象。是降雨或融水產(chǎn)生的充填、滯蓄于地面坑洼的現(xiàn)象。為徑流形成過程中重要的損失項(xiàng)。為徑流形成過程中重要的損失項(xiàng)。 充填坑洼的水量稱充填坑洼的水量稱填洼量填洼量。其最終耗于。其最終耗于下滲、蒸發(fā)和地下下滲、蒸發(fā)和地下水水的補(bǔ)給。流域上存在很多自然或人工的、大小不等、深淺不的補(bǔ)給。流

12、域上存在很多自然或人工的、大小不等、深淺不一的坑洼，有的獨(dú)立封閉，有的大小重疊貫通。在徑流形成過一的坑洼，有的獨(dú)立封閉，有的大小重疊貫通。在徑流形成過程中，超滲雨（包括融水）和壤中流沿坡面注入凹坑，從而產(chǎn)程中，超滲雨（包括融水）和壤中流沿坡面注入凹坑，從而產(chǎn)生填洼現(xiàn)象。當(dāng)坑洼蓄滿或坑洼水外溢時(shí)填洼結(jié)束，隨之出現(xiàn)生填洼現(xiàn)象。當(dāng)坑洼蓄滿或坑洼水外溢時(shí)填洼結(jié)束，隨之出現(xiàn)坡面漫流現(xiàn)象。不能注入河槽的填洼水耗稱死填洼，注入河槽坡面漫流現(xiàn)象。不能注入河槽的填洼水耗稱死填洼，注入河槽部分的稱流動(dòng)填洼。部分的稱流動(dòng)填洼。 4.2 填洼填洼一、填洼過程一、填洼過程二、影響因素二、影響因素 1.坑洼體積及地貌條件；坑洼體積及地貌條件； 2.土壤入滲狀況；土壤入滲狀況； 3.降水量、降水強(qiáng)度和降水歷時(shí)等降水特性。降水量、降水強(qiáng)度和降水歷時(shí)等降水特性。 三、分析研究三、分析研究v 在水文分析中常利用降水、徑流觀測(cè)資料建立在水文分析中常利用降水、徑流