(遼寧省撫順市水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 撫順 113008)

在全球范圍內(nèi)，寒冷山區(qū)大部分是大型河流的水源區(qū)。在我國的東北地區(qū)，寒冷山區(qū)的徑流形成過程決定著河流中下游的水量和其動態(tài)變化，是流域水資源科學(xué)管理的基礎(chǔ)[1]。降雨量變化特征是進(jìn)行河流泥沙量研究的重要基礎(chǔ)，對于進(jìn)行河流泥沙治理具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者分別采用多種方法理論，在大量的研究課題中開展了土地利用形式和植被覆蓋率對水文河流的影響研究，并取得了豐富的研究成果[1]。但是因考慮的因素較少且應(yīng)用技術(shù)存在一定的缺陷，僅僅采用水文模型、水文學(xué)方法以及水土保持技術(shù)的研究較難滿足水資源演化規(guī)律性研究的需要[2]。當(dāng)前，我國已經(jīng)開展了大量的水土保持工程建設(shè)，并建立了適用于水土保持的技術(shù)理論體系，明顯改變了流域下墊面層的地形地貌結(jié)構(gòu)特征。遼東地區(qū)近年來的徑流特征發(fā)生了明顯改變，且因?qū)|東流域內(nèi)各個水文站之間的流域研究不足，造成對遼東地區(qū)流域的水土保持工程的科學(xué)評價產(chǎn)生不利影響。故本文選擇徑流較大的遼東地區(qū)為研究對象，并結(jié)合監(jiān)測站的水文監(jiān)測資料，探討了該流域的降雨徑流變化趨勢，為進(jìn)行水土保持關(guān)鍵性技術(shù)措施研究提供決策性依據(jù)和評判標(biāo)準(zhǔn)[2]。

1 降雨過程特征

2012年，第一次典型降雨事件加密期間共收集了13個SiO2樣品。其中，基本流量降水前，降水事件發(fā)生在12次底雨事件。在第一次典型降雨事件之前，水樣中的SiO2含量約為9.0 mg/L。隨著降雨的進(jìn)行，SiO2的含量分兩個階段。7月20日7時至21日7時左右，河流SiO2含量由9.0 mg/L迅速降至5.0 mg/L左右；7月21日6時至7月21日17時左右。，SiO2含量迅速從約5.0 mg/L上升到8.8 mg/L左右。7月21日17時左右到7月22日17時左右，SiO2含水量約為8.0 mg/L左右。SiO2含量的變化符合第一個降雨峰值的曲線。

2012年，第二次降雨事件典型地被收集了14個樣品的SiO2同位素，其中一組是從降雨開始到降雨結(jié)束的前雨流13。第二個典型的降雨事件類似于第一個典型的降雨事件。降雨前，水樣中SiO2含量約為4.0 mg/L，隨著降雨事件的減少而增加。到了最低點(diǎn)，SiO2約為2.65 mg/L，然后在8月10日17:30左右逐漸增加，中等揮發(fā)度，SiO2最終增加到4.0 mg/L左右。總體變化曲線與第二次曲線一致降雨高峰[3]。

2 降雨的結(jié)果分析

在2012年的第一次典型降雨事件中，地下徑流量隨著降雨量的增加而逐漸增加，但比例逐漸下降[4]。降雨前，河流徑流完全被地下徑流補(bǔ)給，減少約0.003 08 m3/s。當(dāng)徑流量達(dá)到峰值時，徑流達(dá)到最大值，達(dá)到0.034 8 m3/s，最低，約占河流總流量的56%。隨著流量上升到最高水平而開始下降，地下徑流量也在減少，但這個比例逐漸增加，直到降雨量最小化對河流的影響，比例上升到100%左右。地表徑流和徑流的比例先增加后減小，地下徑流趨勢相反。地表徑流量的變化先增大后減小，與地下徑流量相同。地表徑流峰值約為0.023 4 m3/s，地表徑流峰值約為44%。地表徑流約占河流總徑流量的23%，老水約占總徑流量的77%。在徑流減少過程中，地表徑流總量約占總徑流量的19%，地下徑流約占81%。在整個降雨事件中，地下徑流比例約為79.2%，地表徑流約占20.8%。

2012年第二次典型降雨事件，地下徑流及其對徑流的貢獻(xiàn)率與7月19日基本持平。2012年8月17日1740左右，地下徑流和地表徑流量分別為0.056 1 m3/s和0.024 1 m3/s，分別達(dá)到了最大值。此時地表徑流對河流徑流的貢獻(xiàn)率為32.5%，也達(dá)到了最高值。地下徑流對河流徑流的貢獻(xiàn)率為67.5%，是最低的。在徑流總量增加的情況下，地表徑流總量約占總徑流量的13.5%，舊徑流約占86.5%。在徑流總量減少的情況下，地表總徑流量約占總徑流量的10%，地下徑流約占90%。在整個降雨過程中，地表徑流約占10%，地下徑流約占90%。

根據(jù)以上兩個典型的降雨事件分割結(jié)果，可以看出，2012年第一次典型降雨事件中，地表徑流比例約為20%，地下徑流比例約為80%。在2012年的第二次典型降雨事件中，地表徑流約占10%，地下徑流約占90%。根據(jù)研究結(jié)果，在2012年的第一次典型事件中，降雨量約占徑流量的30%，而地表徑流量僅占20%左右。滲透或中間的地下水或地下水之后，至少約10%的降雨滲入河中。第二個典型的降雨事件約占徑流量的10%。地表徑流僅占降雨總量的10%。滲透至少約18%后，W滲入河中。在第二個典型事件中，地下徑流比例增加，這也與活動層厚度增加和降雨入滲增加有關(guān)。

可以看出，在上述典型降雨-滲流事件中，降雨對徑流的貢獻(xiàn)較小(20%～44%)，僅有10%～20%左右進(jìn)入地表徑流。雨前降雨對徑流(60%～80%)有顯著貢獻(xiàn)，并且經(jīng)歷了流入或流回河中的地下流。降雨滲入非飽和帶內(nèi)的地下水，導(dǎo)致淹沒水面上升，飽和面積增加或地下水和河水的梯度增大。

同時也反映出遼西地區(qū)的草原帶具有一定的攔截能力和較強(qiáng)的導(dǎo)水能力?？赡艿脑蛉缦拢河袡C(jī)層發(fā)育良好;地下室由二疊系和古近系砂巖，泥巖和泥質(zhì)砂巖組成。從上到下，殘留沉積物較薄，導(dǎo)水能力有所減弱。

3 模型構(gòu)建研究

研究徑流形成機(jī)制具有重要的理論和實(shí)踐價值，而遼寧東部流域是這種分水嶺的典型代表。 通過對小流域河流徑流形成過程，特別是夏季降雨徑流過程的環(huán)境同位素和反應(yīng)示蹤劑，提出了如下的概念模型。

(1)流域基底為與白聖紀(jì)砂巖、泥巖和泥質(zhì)砂巖。上覆薄層殘余沉積物(約1～4 m厚)與地下室和地形的起伏是一致的。因此，良好的防水地坪，地下徑流(地下水和中流)僅限于薄的殘余沉積物的發(fā)生和遷移，水量有限，流量和停留時間短。

(2)流域內(nèi)松散沉積物主要由殘留沉積物組成。其分布特征如下：從南部的頂部，東部和西部斜坡向下，殘坡的增厚，由<1 m增加到>3 m，砂礫主要由粘土變?yōu)橹饕w粒由粗變薄，滲透性強(qiáng)由弱變強(qiáng)，儲存能力從弱到強(qiáng)。在分布格局的控制下，山腰中上部為非飽和地區(qū)，降雨入滲，下部為飽和區(qū)，形成了雨季兩岸淹沒的濕地。

(3)流域徑流形成過程為：降水位于山坡上，侵入粗磨帶上部;被淺海底巖層阻擋，收集為淺層地下水和中層水流;季節(jié)性霜層(初夏)阻塞溢流表面，形成一條斜流，流經(jīng)河岸濕地(飽和帶)，最后進(jìn)入河流。如果坡腳直接被河流切割，則地面徑流不再轉(zhuǎn)化為回流，而基流直接進(jìn)入河流。

(4)流域內(nèi)主要存在兩個蓄水單元，分布在山丘上部和殘余薄層上部，主要起到地下徑流儲存和傳輸?shù)淖饔?。河岸分布在山體濕地下部殘留細(xì)粒表面以上，主要來源于儲運(yùn)地表徑流(包括回流)作用。

(5)由于兩座水庫蓄水能力較低，季節(jié)性凍土的凍結(jié)深度達(dá)到基巖，即兩類蓄水單元冬季凍結(jié)，冬季切斷。盡管春季沒有水文輸入到流域，但地下儲存的固體冰在重力作用下逐漸融化并融入河流，河流開始回流。由于蓄水單元容量有限，釋放的液態(tài)水量有限，隨著氣溫的變化，河水徑流晝夜波動。另外，由于季節(jié)性凍土層的廣泛存在，永久凍土層的融化主要由淺層地下徑流或坡面流動所控制。在秋天，當(dāng)河流徑流得到控制時，過度擁擠恰恰相反。首先是存儲在河岸濕地中的地表徑流或淺層地下水徑流轉(zhuǎn)化為固體水。此時，上游的剩余徑流逐漸轉(zhuǎn)化為固體水，徑流進(jìn)一步減少，直到兩個蓄水單元完全凍結(jié)，河流被切斷。

(6)夏季，水文輸入以降水主要集中在盆地內(nèi)。由于流域蓄水能力有限，季節(jié)性凍結(jié)王可能會進(jìn)一步降低初夏的蓄水量。長期以來，河灘濕地的蓄水單元已經(jīng)飽和，即使在洪水的情況下，水流也能迅速運(yùn)輸。另外，高度有機(jī)墊的廣泛分布導(dǎo)致了流域降雨徑流的形成：徑流與降雨密切相關(guān)，對后者的響應(yīng)非常迅速。降雨徑流通常有一個非常明顯的高峰，非常陡峭。

4 結(jié)語

(1)流域基底為二疊與白里紀(jì)砂巖、泥巖和泥質(zhì)砂巖，沿坡面形成良好的防水底板，地下徑流(地下水和中流)局限于殘余沉積物上它(約1-4米厚)發(fā)生和遷移。從斜坡頂部到斜坡頂部，殘坡變厚變大，但顆粒變薄，滲透性減小，導(dǎo)致山體上部不飽和帶的滲入。斜坡下部為飽和帶，雨季兩側(cè)濕地淹沒。

(2)降水在山坡上，入滲上部受到淺海水道的阻擋，并以地下徑流的形式匯聚到下部，受到弱水或季節(jié)性弱水層的阻擋。斜坡腳下的永凍土(初夏)溢出形成一個斜坡流，河岸濕地匯合成河流。

(3)流域內(nèi)的兩個主要蓄水單元(下部殘留細(xì)粒沉積物上方山坡上部和中部的細(xì)殘留沉積物和河床濕地)容量有限，冬季不凍結(jié)液態(tài)水被釋放，導(dǎo)致河流不連續(xù)秋季，河灘濕地儲存的淺層徑流首先凍結(jié)，河床主要由基流補(bǔ)充。秋季，地下水層在春季融化，重力水被釋放到淺層地下徑流或坡面。由于坡面上的徑流逐漸凍結(jié)，河流徑流進(jìn)一步減少，直至斷流。

(4)由于流域蓄水能力有限，漫灘濕地的輸水能力非常強(qiáng)，流域內(nèi)有機(jī)層分布極為集中。夏季降水徑流過程具有以下特點(diǎn)。因此，這個過程是暫時的：對降雨的徑流響應(yīng)是非常迅速和顯著的；環(huán)境同位素和反應(yīng)示蹤劑與徑流動態(tài)變化是一致的。

[1]陳宗宇,萬力,聶振龍,等.利用穩(wěn)定同位素識別黑河流域地下水的補(bǔ)給來源[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2006(06)：9-14.

[2]王振穎,蔡景平,張中凱.遼寧省水土流失現(xiàn)狀、動態(tài)變化及防治對策[J].水土保持應(yīng)用技術(shù).2002.(05)：32-36.

[3]賈仰文,王浩,嚴(yán)登華.黑河流域水循環(huán)系統(tǒng)的分布式模擬(Ⅰ)——模型開發(fā)與驗(yàn)證[J].水利學(xué)報.2006(05)：534-542.

[4]胡立堂,陳崇希.數(shù)值模型在黑河干流中游水資源管理中的應(yīng)用[J].地質(zhì)科技情報.2006(02)：93-98.