Page 46 - 2022年第53卷第6期

表 ４ 华北平原不同土壤类型给水度
土壤类型 山前冲洪积扇 中部平原 滨海平原
壤土 ０．０７ ０．０６ ０．０５
壤砂土 ０．１８ ０．１６
注：表内数据均为平均值。

计算结果见表 ５。初步分析表明，华北平原地表径流消失临界埋深约为 ６～１２ｍ。土壤条件对临界
埋深影响较大，壤砂土区域临界埋深小于壤土区域。
应该指出，由于新底层土壤（原含水层）的相关研究较少，本文对地下水下降后包气带下层土壤的
孔隙度以及气体压强等参数的选取或许粗略，会影响到计算结果。尽管如此，依然可以反映出地表径
流消失临界埋深的区域变化关系。
表 ５ 地表径流消失临界埋深 （单位：ｍ）

水资源分区 壤砂土 壤土 总计
滦河冀东沿海平原 ８．３～８．６ ８．３～９．３ ８．３～９．３
海河北系平原 ８．４～８．６ ８．４～９．１ ８．４～９．１
大清河淀西平原 １１．２～１１．６ １１．０～１２．２ １１．０～１２．２
大清河淀东平原 ６．２～６．３ ６．２～６．７ ６．２～６．７
子牙河平原 １１．１～１１．５ １０．９～１２．２ １０．９～１２．２
漳卫平原 ８．１～８．４ ８．１～９．０ ８．１～９．０
黑龙港及运东平原 ７．１～７．２ ７．０～７．７ ７．０～７．７
徒骇马颊河平原 ６．７～６．９ ６．７～７．３ ６．７～７．３

４ 结论与展望

本文针对降雨径流与包气带的内在关系，根据力学原理分析降雨径流过程，提出了径流形成力学
分析理论。通过研究降雨水体封闭包气带形成禁锢气体空间，分析在重力与土壤气体阻力作用下降雨
径流形成条件，推导出降雨径流关系与包气带的定量联系。由此分析研究自然常态下维持稳定的降雨
径流关系的包气带厚度，定义了产流基准埋深，并以此为原点深入探讨降雨径流关系发生改变机理，
研究地表径流消失的临界条件，完成了理论推导，并对华北平原进行了初步研究。
包气带土壤气体压强变化形成的气体阻力是开展径流形成力学分析的难点，取决于初始压强的大
小。包气带上界面与大气相接，在土层不深（如埋深 ５ｍ以内）的条件下，土壤气体初始压强与大气压
相近。自然常态下包气带结构稳定，以大气压作为土壤气体初始压强反推产流基准埋深，计算结果可
信度高。地下水位下降导致包气带增厚、上下土层孔隙度非均匀，使得气体组成、容量、温差都发生
较大变化，确定初始压强难度很大，会严重影响反推地表径流消失临界埋深的计算精度。
迄今为止，水文学与土壤气体物理学交叉研究较少，在近地表层以农田灌排较普遍，而对深层土
壤研究极为罕见。这正是径流形成力学分析的难点，特别是地下水位下降后包气带土壤物理属性以及
气体压强变化的问题，需要加强研究，尤其是实验观测，这需要专门开展研究。
本文研究降雨径流关系与包气带的机理联系，涉及的降雨入渗是研究土壤气体空间压强等物理问
题，而非土壤水下渗运动。当降雨形成径流后，汇流与土壤水下渗运动都有成熟的专门研究，不是本
文的研究范畴。

参 考 文 献：

［ １］ ＰＯＷＥＲＳＷ Ｌ．Ｓｏｉｌ － ｗａｔｅｒｍｏｖｅｍｅｎｔａｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｃｏｎｆｉｎｅｄａｉｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，１９３４，４９
（１２）：１１２５ － １１３３．

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