3地表截留和下渗过程模拟

一 植物截留
方法3： Linsley-Kohler-Paulhus(LKP)模型 1949年： I ( Sm ETR )(1 e
P Sm ETR
)
植物截留对大洪水来说是可以忽略的，但在干旱和半 干旱地区，其占年径流量比例是可观的 对郁闭度高的森林，其次降雨截留率可达100%
一 植物截留
一 植物截留
（2）气象、气候因素——外因（决定实际截留大小） 植物截留与雨强的关系： 降雨初期，全部截留，截留量与雨强无关 雨强不变，有一个与之对应的最大稳定截留量SS 随着雨强的增加， SS也增大，最后趋于一常数Sm Hotan认为：S S (1 ei )
s m
风的影响： 吹动树枝，截留量减少 风吹使蒸发增加 风的作用使截留量增加还是减少视具体情况而定
1 F (S ) e kS F (S ) 1 e kS
(S ) ke kS
二 填洼
例：如不计雨期蒸发和下渗，且降雨时空分布均匀， 初始填洼量为0，求降雨量为P时的流域填洼量。
u P ( P S ) ( S )dS
0 P
P ( P S )ke
一 植物截留
5 林地死地植被截留 定义：通过林地、林下植被到达林地表面，附着于落 叶层后蒸发到大气中的那部分降水量 难于现场测定 一般选取样本在室内测定与估算
影响因素：截留量与凋萎物的种类、腐烂及堆积程度、 干湿状态、雨量和雨强、土壤含水量等有关
对林地：截留量可观，但缺乏研究
一 植物截留
6 影响植物截留的因素 （1）植物本身的特性——内因（决定截留容量的大小） 树种：阔叶与针叶 树龄：幼年、壮年、老年——冠层、茂密度 林冠厚度：
表1 森林截留能力实测资料
森林种类 最大截留量 mm 说明 橡树 20 四川凯江 郁闭度49% 松树 17 四川凯江 郁闭度49% 衫树 20 湖南肖奚山 郁闭度90% 幼松 15 黑龙江 宾县
森林种类
最大截留量 mm 说明
苹果树
23
洋槐
21
油松
20
白杨
16
河北 易县
河北 易县
河北 易县
河北 易县
二 填洼
1 定义 流域上的池塘、山沟等大大小小的闭合洼陷部分称为 洼地，被洼地拦蓄的雨量称为填洼量 2 产生填洼量前提：当雨强大于下渗能力时，超渗雨即 开始填充洼地。当填洼量达到最大后，就会产生 洼地出流——RS
二 填洼
3 洼地分配曲线推求 设S为流域上的填洼水深， α表示蓄水深小于等于S的 洼地面积占流域面积的比重，则：
第三章 地表截留和下渗过程模拟
水文水资源研究所
主要内容

植物截留 填洼 下渗过程模拟
一 植物截留
1 定义 雨水在植物枝叶表面吸着力、承托力和水分重力、 表面张力等作用下储存于植物枝叶表面的现象 2 植物截留过程 降雨初期：全部截留 降雨过程中：截留不断增加，直至最大截留量 继续降雨期：截留与蒸发交替进行 雨止后：截留水分消耗于蒸发
P
kS
dS P ( P S )e
kS P 0
1 (1 e kP ) k
0
e kS dS
0
P
二 填洼
当降雨量P无穷大时，流域填洼量达到最大值： 即可推算出参数K：u max
1 k
k 1 u max
考虑降雨过程中的下渗和蒸散发，则填洼量计算如下：
u umax (1 e( P f e) / umax )
d [1 F ( S )] kdS ln[1 F ( S )] kS C dS
设洼地分配曲线的变化率与非填洼面积的大小成正比，则：
( S ) k[1 F ( S )]
dF ( S ) d [1 F ( S )],
S 0 F (0) 0 C 0
一 植物截留
7 植物截留估算 一次降雨过程中的植物截留量I等于降雨结束时枝 叶表面最大截留量Sm与雨期枝叶表面的蒸发量之 和，即 I Sm ETR
ω：植被覆盖度；E：蒸发率；TR：降雨历时
上式仅适用于P>=Sm，因此需要修正
一 植物截留
方法1：中科院林业土壤研究所 假设：降水的增量dP产生的林冠截留量dI为
dI C (1 )dP
C：与林冠特性及雨前林冠湿度有关的函数，当雨前枝 叶表面干时，林冠茂密的C大，稀疏的C小，在 0~1.0之间变化 φ ：林冠的透过函数，随降雨变化，由截留开始的零 变化到截留饱和时的1.0
一 植物截留
对函数φ作不同的假设，推求出不同的计算公式。其中 之一是指数型：假设透过函数等于截留饱和度（林冠 截留I与林冠截留能力Sm之比），则有： 整理得：
dI I C C dP Sm

I Sm
为一阶常微分方程，Sm与C为常数，则有：
I S m (1 e

CP Sm
)

一 植物截留
方法2：Hotan公式 1919年： I Sm ETR 用于不同植被类型的经验公式：I=Sm+CP
槐树：Sm=0.015，C=0.23； 橡树：Sm=0.03， C=0.22。单位：in
F (S ) 类似于蓄水容量面积分布曲线
二 填洼
设 (S )
dF ( S ) ——洼地分配曲线的变化率 dS dF( S ) (S ) dF( S ) ( S )dS F () ( S )dS 1 dS 0
dF ( S ) dF ( S ) k[1 F ( S )] dS dS
一 植物截留
3 林冠截留 林冠使雨水在空间上进行再分配： 林冠截留降水：被林冠暂时容纳，经蒸发返回大气 穿透水：穿过林冠空隙或由林冠到达地面 树干径流 ：沿树干流至地面 林冠截流率：林冠截留量与大气降水量的百分比 林地降水：穿透水与树干径流之和 林地降水=林冠截留降水+林地降水 =林冠截留降水+穿透水+树干径流
注意：流域的最大填洼量一般不大，一次洪水的填洼量 还要小些。但在平原及坡水区，由于地面洼陷较多，填 洼量可能较大，不能忽略
一 植物截留
林冠截留规律： 对于同一树种，一定郁闭度情况下，截留量有极限值 单位时间的截留量与单位时间的雨量成比例 截留强度与干燥度成正比。降雨开始时，干燥度大， 截留量大；随着降雨的增加而逐渐减小。 林冠对降水过程的影响 改变雨滴落至地面的动能 拉长雨水降落时间，增加蒸发量
一 植物截留
4 林下植被截留 冠层穿透水向林地滴落过程中，遇林下植被发生截留 过程与林冠截留完全相似，但范围与程度均较小 但作用范围与程度不一致，截留规律也不同 目前研究成果很少