2)薄型 薄型的包气带其厚度往往不到1米,有的只有几十厘米,包气带内只有毛细上升带的存在,没有中间过渡带,强烈变化亦不明显。因而毛细上升水可以直接到达地表,在这种情况下,毛细管就象无数的小吸管,源源不断地将地下水吸至地表,所以地下潜水蒸发迅速。反之由于包气带薄,降水入渗补给地下水的途径亦短,雨后地下潜水面上升快。因而薄型包气带之下的潜水季节变化强烈。
3)过渡型 过渡型包气带之厚度介于上述两类之间,并存在明显的季节性变化。在雨季,地下水面上升,包气带变薄,只存在毛细上升带;到了旱季,地下水面下降,整个包气带又可区分出3个亚带。我国东部平原地区的地下包气带大多属于这种类型。
(二)包气带的水分交换与动态
包气带中的水分,不仅垂向上存在明显差异,而且在时程上亦不断变化。这种变化一方面是由于和外界发生水分交换而引起的,另一方面是通过内部水分的再分配和内排水过程而发生的。这种变化的结果还会影响到后继降水的径流形成过程。
造成包气带水分增长途径有两个,一是通过上界面得到降水与地表水的补给;二是通过下界面来自饱和水带的补给。在给定的条件下,包气带水分的增长及运动受控于土壤水分势梯度,以及土壤的水分传导特性。一般情况下,由于下界面的交换处于稳定的均衡状态,因此上界面的交换是造成包气带水分增长的主要方面。据观测,在干旱地区,透水性较差的土壤,一次降水形成的下渗锋面一般均在10厘米以内,在个别长历时低强度的降水情况下(降水量达40—80毫米),其锋面可下深至60—80厘米。
包气带中水分的消退亦是在它的上、下界面上进行的。其中土壤蒸发和植物散发是造成上层水分消退的主导因素,内排水则是水分通过下界面的主要消退方式。两相比较,与增长过程一样,水分消退过程主要是通过上界面进行的。其消退量可采用三段模式进行计算:
式中,θi为土壤实际含水量;θf为田间持水量;θa为最大分子持水量;E为实际蒸发量;Ep为蒸发能力,k为系数;c为常数。
包气带中水分增长、消退及各有关参数的定量关系,可借助于水量平衡原理来表达,即在某一给定时段(Δt)内包气带内水分变化量ΔW可用下式表达:
ΔW=I-E-Rs s-Fd (5-4)
式中,I为时段内地面入渗水量;E为蒸发量;Rss为土壤中侧向净流出量;Fd为深层下渗量。计算单位均以毫米表示。
降雨期间由于E=0,则ΔW=I-Rss-Fd,ΔW为正值,是包气带水分增长期。
在无雨期,I=0,则ΔW=-E-Rss-Fd,ΔW为负值,是水分消退期。
式(5-4)中的时段地面入渗量I,可由包气带上界面以上,大气系统水量平衡方程求出。
I=P-In-Rs-ΔSd (5-5)
式中,P为时段降水量;In为植物截流量;Rs为地表径流量;ΔSd为填洼水量。
如In及ΔSd可忽略不计,则有I=P-Rs,并代入式(5-4)则:
ΔW=P-Rs-E-Rs s-Fd (5-6)
上式即为大气-土壤系统的水量平衡方程式,它是表达产流量与各参数关系的基本方程。
三、潜水
(一)潜水的概念和主要特征
饱水带中自地表向下第一个具有自由水面的含水层中的重力水,称为潜水.表征潜水特性的参数有:
潜水位(h)是指潜水面上任一点的海拔高程(米);
潜水埋深(T)是指潜水面距地表的铅直距离(米);
含水层厚度(H)指潜水面至隔水底板的距离(米);
潜水流水力坡度:是指潜水面上任意两点的水位差与该两点的渗透距离之比。