□賓予蓮（河南省水文水資源局）

□齊登紅（河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院）

一、降雨入滲補給概念

通常將降雨從地表進入土壤，通過土壤進入地下水的過程稱為降雨入滲補給。降雨從地表進入土壤的水量稱為降雨入滲量。降雨從地表滲入土壤非飽和帶，又從非飽和帶滲入飽和帶或潛水含水層的那部分水量，稱為降雨對淺層地下水的入滲補給量，簡稱降雨入滲補給量，其過程稱為降雨入滲補給過程。

二、降雨入滲過程

降雨入滲過程一般可用圖1來表示。圖中abc線為干土降雨條件下入滲率隨時間變化過程線。降雨入滲補給的強度主要取決于降雨強度和土壤滲吸強度。當(dāng)降雨強度較小或土壤滲吸性能較強，且降雨強度小于土壤滲吸強度時，則入滲水強度主要取決于降雨強度，雨水將全部滲入地下。入滲率如圖中ab段所示，此時降雨強度基本保持不變，土壤表層含水率隨入滲時間的延續(xù)而逐漸提高，直至達到某一穩(wěn)定值。這一階段的入滲強度等于降雨強度，為自由入滲階段，入滲率為R。當(dāng)降雨強度超過了土壤的滲吸速度，入滲強度將取決于土壤的滲吸強度，這樣就會形成地表積水或地表徑流（入滲率如圖1中的bc段）。這一階段為壓力入滲階段。兩個階段的交點（圖中1的b點）即為積水點（時間為tp）。滲入地下的水量一部分儲存在地下水面以上土層的土壤孔隙中，超過田間土壤持水率部分的水量才滲入補給地下水，這部分水量為地下水入滲補給量。

下面以亞砂土夾薄層亞粘土降雨入滲試驗為例，說明年度降雨入滲補給過程。在降雨初期，由于土壤干燥，毛細負壓很大，毛細負壓與重力共同使水下滲，此時包氣帶的入滲能力很強，但入滲補給地下水的量不一定很大。經(jīng)過幾次降雨后，土壤中的濕峰面未達到地下水面，就被蒸發(fā)掉或引起土壤含水量增加，并未對地下水形成入滲補給。隨著降雨強度和頻率的增加，試筒土壤中含水量增加，濕峰面推進到地下一定深度，相對于重力水力梯度而言，毛細水力梯度逐漸變小，入滲速率逐漸趨于某一定值。當(dāng)土壤中含水量超過田間持水度時，降雨入滲量迅速增加，形成一個入滲高峰，之后逐漸變小。砂性土在雨季每次這樣的降雨過程，都會形成一個入滲補給過程。

圖1 降雨入滲過程圖

三、活塞式降雨入滲過程

目前認為降雨入滲方式有2種，活塞式和捷徑式（優(yōu)先流）?；钊饺霛B補給過程，屬于入滲濕潤峰面推進補給型。由于形成入滲濕潤峰的降雨強度、降雨頻率、降雨持續(xù)時間、雨前土壤含水率等復(fù)雜因素的影響，峰面下移的速度有所差異，入滲過程也不一樣。

土壤含水量的變化明顯反映了降雨入滲補給模式。在長時間沒有降雨的情況下，由于土面蒸發(fā)，試筒上部的含水量已低于殘留含水量，而造成所謂的包氣帶水分含水量較低，自頂?shù)降字饾u過渡，呈現(xiàn)比較明顯的蒸發(fā)型土壤水分剖面。連續(xù)降雨后，較淺部的土壤含水量迅速增大，然后逐漸減小，而較深處則逐漸增大。隨著時間的推移和降雨的不斷下滲，土壤中超過田間持水率的水分不斷向下運移，最后入滲補給地下水。這種入滲過程符合活塞流的入滲模式。地下水位埋藏較淺時，降雨后入滲補給量迅速增大，然后迅速衰減，隨著地下水位埋深增大，入滲過程線逐漸變緩，入滲補給流量的增加和衰減均變緩。由此分析粉細砂中入滲模式以活塞式為主，但是降雨后，淺埋深入滲補給量迅速增加，說明也可能存在部分優(yōu)先流。

四、優(yōu)先流降雨入滲過程

由于包氣帶土壤中不可避免的存在蟲孔、大孔隙或裂縫等大的孔隙通道。降雨后，水分首先沿此類大孔隙迅速下移，以優(yōu)先流的形式補給地下水。如亞粘土中大孔隙發(fā)育，且基本貫通，盡管埋深不同，但是降雨入滲補給對降雨的響應(yīng)時間基本一致。降雨后，入滲補給量迅速增加，降雨之后，入滲補給量迅速衰減。在整個入滲過程中土壤含水量略有增加或基本保持不變。說明該種巖性為優(yōu)先流入滲模式。在雨季之前，由于土壤水分虧缺，零星的降雨基本不能對埋深較大的地下水形成補給。雨季過后，滯留于土壤中的水分在重力作用下緩慢下移，以活塞式入滲補給地下水。

對于細粒土，在降雨入滲過程中，活塞式入滲和優(yōu)先流式入滲兩種模式同時存在，只是哪種入滲模式占優(yōu)勢而已。

五、降雨入滲補給的滯后和延遲

降雨入滲補給過程是包氣帶對降雨的一個響應(yīng)，因此具有系統(tǒng)響應(yīng)的特征，存在明顯的滯后和延遲。優(yōu)先流的存在又導(dǎo)致了降雨入滲補給的滯后和延遲的復(fù)雜化。

包氣帶與水庫調(diào)節(jié)地表徑流過程一樣，對降雨入滲補給地下水過程有調(diào)節(jié)作用，使得降雨入滲補給過程明顯滯后于降雨過程。這種現(xiàn)象被稱為降雨入滲補給的滯后延遲效應(yīng)。入滲滯后延遲補給特征與調(diào)節(jié)庫容大小有密切關(guān)系。地下水埋深越大，調(diào)節(jié)庫容也越大，調(diào)節(jié)功能越強，入滲補給滯后延遲現(xiàn)象越明顯。表1為新鄉(xiāng)輕亞砂土2000年9月24日最后1次較大降雨后（89.7mm）不同埋深實測入滲補給量歷時曲線的特征值。由表1可以看出，當(dāng)?shù)叵滤宦裆睢?m時，次降雨過后引起入滲補給時間一般不超過2d。隨著地下水位埋深的加大，降雨入滲補給滯后時間延長。埋深分別為5m和7m的試筒的滯后補給時間分別為13d和19d，而延遲補給的時間分別達到72d和98d。存在明顯的入滲補給滯后和延遲效應(yīng)。圖2為鄭州黃土狀亞砂土3m水位埋深在汛期降雨入滲補給過程曲線。上半部分為降雨過程線，下半部分為降雨入滲過程線。第一次較大的次降雨形成一個由低到高，又由峰值逐漸下降的入滲過程線，明顯也存在滯后和延遲。在連續(xù)降雨的情況下，前一場入滲過程常常同相鄰的后一場降雨入滲補給過程疊加，使前一場的入滲過程受到干擾。總的入滲補給過程線由幾場降雨入滲補給過程迭加而成。最后一次降雨入滲延遲補給過程持續(xù)時間較長。土壤含水量對入滲滯后補給也會產(chǎn)生明顯的影響。雨前土壤含水量越小，入滲補給滯后時間越長；反之入滲補給滯后時間越短。

表1 新鄉(xiāng)輕亞砂土次降雨入滲補給的滯后和延遲時間（2000年）

圖2 鄭州3m水位埋深黃土狀亞砂土降雨入滲補給歷時曲線（1994年）

六、降雨入滲優(yōu)先補給過程

當(dāng)土壤中存在有根孔、蟲孔與裂縫等大的孔隙通道時，降雨后雨水沿著滲透性良好的大孔隙通道優(yōu)先快速下滲補給地下水，稱為降雨入滲補給的優(yōu)先流。由于亞粘土中存在裂隙，因此降雨后雨水從裂隙通道直接下滲，每一次降雨都有一個入滲過程，入滲補給滯后不明顯或滯后延遲時間都很短。入滲過程曲線與1m埋深的粉細砂或亞砂土相似，在很短的時間內(nèi)入滲補給地下水。不同水位埋深入滲規(guī)律比較一致，但是隨著埋深的加大次入滲量有所減少。在＜2m埋深的試筒中降雨后直接入滲，降雨結(jié)束，入滲也隨之結(jié)束。但在3m埋深以下，入滲高峰過后仍然有不間斷的入滲發(fā)生，只是次入滲量較小。說明粘性土中主要存在優(yōu)先流補給模式，水位埋深較大時粘性土中也存在少部分活塞流式入滲。

砂性土主要入滲形式是活塞式，也可能存在部分優(yōu)先流。砂性土中裂隙、蟲孔、根系等分布不均、連通性差，因此優(yōu)先流發(fā)生在水位埋深＜2m的試筒中可能性較大。埋深＞3m的試筒入滲過程線明顯符合活塞式入滲的特點。

七、結(jié)語

粉細砂中入滲模式以活塞式為主，在地下水位埋藏較淺時，降雨后入滲補給量迅速增大，然后快速衰減，隨著地下水位埋深增大，入滲過程線逐漸變緩，入滲補給流量的增加和衰減均變緩。

亞粘土以優(yōu)先流入滲模式為主，由于亞粘土中大孔隙和裂隙發(fā)育，盡管埋深不同，但是降雨入滲補給對降雨的響應(yīng)時間基本一致。降雨后短期內(nèi)，入滲補給量迅速增加，之后，入滲補給量快速衰減。在整個入滲過程中土壤含水量略有增加或基本保持不變。

降雨入滲在不同巖性中普遍存在滯后與延遲，入滲滯后延遲補給特征與調(diào)節(jié)庫容大小有密切關(guān)系。地下水埋深越大，調(diào)節(jié)庫容也越大，調(diào)節(jié)功能越強，入滲補給滯后延遲現(xiàn)象越明顯。土壤含水量對入滲滯后補給也會產(chǎn)生明顯的影響。雨前土壤含水量越小，入滲補給滯后時間越長；反之入滲補給滯后時間越短。

[1]王大純,張人權(quán),史毅虹，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社,1995:69.

[2]徐恒力.水資源開發(fā)與保護[M].北京：地質(zhì)出版社，2001.

[3]張 平，李日運.降雨入滲補給地下水的影響因素[J].遼寧大學(xué)學(xué)報，1999，26（2）：118-122.

[4]吳繼敏,鄭建青.次降雨入滲補給系數(shù)的模型研究[J].河海大學(xué)學(xué)報，1999，27(6):7-11.

[5]王增銀，李世忠，辛選民，等.降雨延遲補給系統(tǒng)分析[J].勘察科學(xué)技術(shù)，1998，4：11-14.

[6]李云峰.降雨補給潛水的滯后分配[J].勘察科學(xué)技術(shù)，1997，3：22-26.

[7]陳崇希.滯后補給權(quán)函數(shù)-降雨補給潛水滯后性處理方法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1998，6:22-24.

[8]周 旻，靳孟貴，魏秀琴，等.利用地中滲透儀觀測資料進行降雨入滲補給規(guī)律分析[J].地質(zhì)科技情報，2002，21(1):37-40.