楊 海，姜月華，周權(quán)平，劉 鵬

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京 210016； 2.自然資源部流域生態(tài)地質(zhì)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210016； 3.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037)

地表徑流的形成機(jī)制大致可歸納為超滲產(chǎn)流機(jī)制[1]和蓄滿產(chǎn)流機(jī)制[2]，也有研究探討了兩者的混合情況，提出了Dunton的混合形式[3]。超滲產(chǎn)流機(jī)制主要發(fā)生在雨強(qiáng)遠(yuǎn)超過地表土壤下滲率而足以產(chǎn)生積水的情況[1]；蓄滿產(chǎn)流機(jī)制則是當(dāng)初始淺埋地下水水位在流域的局部區(qū)域超過地表時(shí)，飽和區(qū)通過回歸流或直接降雨產(chǎn)生徑流[2]。通常認(rèn)為半干旱-干旱地區(qū)以超滲產(chǎn)流機(jī)制為主導(dǎo)[4]，蓄滿產(chǎn)流機(jī)制則多發(fā)生在濕潤氣候區(qū)[5]，然而，一般很難概括某一區(qū)域明確的降雨產(chǎn)流機(jī)制[6-7]。以往對降雨產(chǎn)流機(jī)制的研究多集中于山丘區(qū)[8-11]，對于平原區(qū)的研究相對較少。

平原區(qū)地勢平坦，受農(nóng)業(yè)效應(yīng)影響較大[12]。Brauer等[13]對荷蘭Hupsel Brook 平原區(qū)流域的一場極端暴雨過程進(jìn)行了分析，基于流域內(nèi)的氣象、土壤水、地下水、地表流量的變化過程，得出全流域降雨響應(yīng)的 4 個(gè)階段：(a)填充土壤水庫容；(b)地下水響應(yīng)；(c)地表填洼和地表徑流；(d)回水反饋。該研究也加深了對平原區(qū)突發(fā)性洪水過程的認(rèn)識。田塊(plot)被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)景觀中最小的響應(yīng)單元[14-15]，準(zhǔn)確認(rèn)識該尺度中的水文過程對于提高控制水污染、土壤流失和洪水形成等實(shí)踐管理水平至關(guān)重要[16]。Appels等[17]在荷蘭地下水淺埋的平原區(qū)，分析了兩個(gè)田塊站點(diǎn)1.5 年間的水文數(shù)據(jù)，在觀測的 7 場降雨中發(fā)現(xiàn)有4場降雨因淺埋地下水影響而形成蓄滿產(chǎn)流，另外3 場則因?yàn)榻涤旰腿谘┑木C合效應(yīng)而發(fā)生超滲產(chǎn)流。五道溝實(shí)驗(yàn)站擁有3個(gè)嵌套尺度的產(chǎn)流試驗(yàn)區(qū)，研究發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)主要的產(chǎn)流機(jī)制為蓄滿地表產(chǎn)流[18-19]，其中田塊尺度的降雨產(chǎn)流規(guī)律分析非常具有借鑒意義。小區(qū)域的產(chǎn)流過程研究有助于定量化描述微地形對區(qū)域產(chǎn)匯流的影響。明確降雨特征、微地形聯(lián)合作用下的產(chǎn)匯流特征亦對更大尺度區(qū)域產(chǎn)流機(jī)制的剖析、田塊營養(yǎng)元素遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制的探究等具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，基于精細(xì)化試驗(yàn)觀測的小尺度平原地區(qū)降雨產(chǎn)流機(jī)制探究仍然較少[20-22]。太湖流域平原區(qū)地下水位普遍埋深較淺，梅雨季和臺風(fēng)秋雨季的降雨豐沛，地表極易發(fā)生澇漬災(zāi)害。為快速排水，小型排水溝在太湖流域平原區(qū)旱地、稻麥輪作田、林地等區(qū)域極其普遍。以往研究中未見涉及平原地區(qū)人工排水溝對地表產(chǎn)匯流過程的影響[23]。本文基于太湖流域平原金壇水文試驗(yàn)區(qū)所收集的典型年份降雨產(chǎn)流過程資料，對區(qū)域內(nèi)的降雨產(chǎn)流特征進(jìn)行分析，明確水文過程中的水量轉(zhuǎn)化機(jī)理，為平原區(qū)產(chǎn)匯流模擬提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)區(qū)布局與土壤特性

1.1 試驗(yàn)區(qū)布局

試驗(yàn)區(qū)位于江蘇省常州市金壇區(qū)朱林鎮(zhèn)紅旗圩村，地處太湖流域西部平原區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，四季分明，雨量豐沛。區(qū)域內(nèi)多年平均氣溫和降水量分別為15.3℃和1 070 mm，年內(nèi)大致分3個(gè)多雨期，即4—5月春雨期、6—7月梅雨期及9—10月臺風(fēng)秋雨期，年內(nèi)地下水平均埋深僅55 cm。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)田塊近似長方形，總面積約1 008 m2(84 m×12 m)。北部為出口三角堰，以田埂中心線作為匯水區(qū)邊界，堰口實(shí)際控制匯水面積約912 m2，其中田埂面積約48 m2，占匯水面積的5%，因其高程與主田塊相近，田埂片區(qū)的產(chǎn)流過程特征可一并納入主田塊考慮。試驗(yàn)區(qū)以北約20 m處為圩區(qū)主干河道，是水稻種植期灌溉水源，其余周邊均為稻-麥輪作田，如圖1所示。該田塊最初亦為稻-麥輪作田，后將其改造為旱地進(jìn)行監(jiān)測。為保證集水區(qū)邊界閉合及避免周邊農(nóng)田灌溉期地表水側(cè)滲影響，采用雙排水溝設(shè)計(jì)。外部排水溝可排出外部區(qū)域進(jìn)入本區(qū)域的水量，內(nèi)部排水溝包圍核心試驗(yàn)區(qū)，收集并排出田塊匯流區(qū)域的降雨產(chǎn)流。核心監(jiān)測區(qū)與內(nèi)部排水溝被兩排水溝間的田埂包圍，在田埂外側(cè)設(shè)置深約1.5 m的隔水膜，切斷表層的水力連通。集水區(qū)排水溝面積約185 m2，占集水面積的20%，平均深度為0.3～0.4 m。核心監(jiān)測區(qū)布設(shè)1個(gè)綜合氣象站、1口地下潛水監(jiān)測井、4個(gè)土壤水分剖面(在10 cm、20 cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm埋深處布設(shè)土壤水分傳感器)和1個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，見圖1(c)。

圖1 金壇水文試驗(yàn)區(qū)位置及布局(單位：m)Fig.1 Location and layout of the Jintan hydrological experimental area

1.2 土壤分層特征

2 次降雨產(chǎn)流要素分析

2.1 典型研究期選取

收集試驗(yàn)區(qū)2014—2016年降雨數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2016年降水最豐，年降水量達(dá)1 853.4 mm，是多年平均降水量(1 070 mm)的1.73倍。將降雨間隔不超過12 h的不連續(xù)降雨定義為一場次降雨過程，從試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，小于10 mm的次降雨基本無法形成明顯出流，該降水量閾值也與Hofer等[24]在小型人工流域產(chǎn)流研究中的結(jié)論一致。因此，剔選出3年間主要降雨期(3—11月)內(nèi)大于10 mm的次降雨，共計(jì)83場，其中2016年最多，達(dá)34場，2014年為29場，2015年僅20場。根據(jù)不同雨量量級，分類統(tǒng)計(jì)剔選次降雨數(shù)量：2016年小于或等于40 mm的次降雨場次為24場，高于2014年的21場和2015年的13場；各年大于40 mm的次降雨場次差異較小，其中2016年有10場，2014年、2015年分別為8場和7場。綜上，2016年大于10 mm的次降雨數(shù)量多，雨量分布也具有較高的代表性，可以反映試驗(yàn)區(qū)多年期降雨產(chǎn)流過程規(guī)律。

選取2016年主要降雨期進(jìn)行次降雨過程特征分析，如圖2所示。由圖2可知，較大量級的徑流場次集中于6—7月的梅雨季和9—10月的臺風(fēng)秋雨季。2016年7月1—5日間累積降水量達(dá)307.3 mm，7月3日試驗(yàn)區(qū)北部河道水位漲至地表，田間發(fā)生河水倒灌現(xiàn)象，無法得到確切出流數(shù)據(jù)。表層土壤含水量、地下水位對降雨-徑流過程響應(yīng)劇烈。堰口出流過程與埋深10 cm處的峰值期土壤含水量相對應(yīng)，可見表層土壤含水量的峰值期是判斷產(chǎn)流發(fā)生的重要依據(jù)[25-26]。研究期內(nèi)地下水埋深較淺，最大埋深約1.2 m，7月6日埋深最淺，不足0.1 m，已接近田面。6月10日至9月22日期間，試驗(yàn)區(qū)周邊稻田共計(jì)灌溉16次，受灌溉側(cè)滲補(bǔ)給影響，田間地下水位抬升明顯。在灌溉影響期和較大規(guī)模產(chǎn)流事件中，地下水位在排水溝底部平均高程上下波動(dòng)。可以推斷，排水溝對田間地下水位有著明顯的控制作用。

圖2 2016年研究期試驗(yàn)區(qū)實(shí)測水量要素變化過程Fig.2 Measured rainfall, runoff, soil moisture and groundwater level at the experimental area during the study period in 2016

2.2 產(chǎn)流要素分析

統(tǒng)計(jì)并提取2016年研究期內(nèi)34場大于10 mm次降雨事件特征值，結(jié)果如表2所示，其中入滲量根據(jù)實(shí)測分層土壤水分變化量和土層厚度估算得到[27]。所有次降水量在11.5～307.3 mm，均值為47.4 mm，最長降雨歷時(shí)達(dá)98.8 h，最短僅為0.7 h，雨前地下水埋深在0.20～1.15 m。共27場降雨有出流，占統(tǒng)計(jì)場次的80%，其中6場降雨出流量較少，徑流深未超過1 mm。最大雨強(qiáng)范圍為2.4～90 mm/h，平均雨強(qiáng)在0.7～35.5 mm/h。已知埋深10 cm處土壤飽和導(dǎo)水率代表區(qū)間為10.8～36 mm/h，因降雨初期地表入滲率通常大于土壤飽和導(dǎo)水率，因此以區(qū)間最大值36 mm/h近似作為Horton超滲產(chǎn)流模型[1]中的地表入滲能力。因此，僅6月1日、6月22日、6月28—29日、7月1—5日、7月15日、8月8日、10月26—27日和11月21日這8場次降雨可能在局部時(shí)段出現(xiàn)地表超滲現(xiàn)象。除8月8日次降雨平均雨強(qiáng)接近地表超滲雨強(qiáng)閾值外，其余場次平均雨強(qiáng)均小于15 mm/h。因此，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)超過表層土壤飽和導(dǎo)水率閾值的降雨時(shí)段較少，區(qū)域主要為蓄滿產(chǎn)流機(jī)制。入滲量與初始地下水埋深呈顯著正相關(guān)關(guān)系，Spearman秩相關(guān)系數(shù)達(dá)0.81。灌溉期初始地下水埋深較小，次降雨過程的入滲量相對較少，徑流系數(shù)較高。徑流量與初始地下水埋深呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.44。非汛期初始地下水埋深相對較深時(shí)，次降雨過程形成的徑流量普遍較少。徑流量與入滲量相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)僅為-0.20。

表2 2016年各降雨場次統(tǒng)計(jì)特征值

3 典型次降雨產(chǎn)匯流過程分析

綜合考慮雨量、雨強(qiáng)對徑流過程的影響，分析27場出流事件中蓄滿、超滲產(chǎn)流機(jī)制的主導(dǎo)特征。因篇幅所限，僅選取典型蓄滿、超滲產(chǎn)流事件各兩場進(jìn)行剖析，總結(jié)試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)匯流過程規(guī)律。

3.1 典型蓄滿產(chǎn)流案例

圖3 2016年典型蓄滿產(chǎn)流次降雨徑流過程Fig.3 Processes of two typical saturated-excess rainfall-runoff events in 2016

20160406次降雨時(shí)段Ⅰ中平均雨強(qiáng)約0.1 mm/min，降雨開始后1.5 h(20160406T02：00)，埋深10 cm、20 cm處的土壤含水量依次響應(yīng)，10 cm處漲幅較大，土壤水分飽和度達(dá)0.8(對應(yīng)土壤含水量θ=0.416 m3/m3)，此時(shí)土壤含水量超過田間持水量，堰前排水溝形成薄層積水。有研究指出，當(dāng)表層土壤水分飽和度達(dá)到0.75～0.90時(shí)，就可能開始積水，該含水量級亦被稱作地表限制含水量[28]。此外，雨滴動(dòng)能對土壤表面的改造作用以及土壤中殘余空氣的阻滯效應(yīng)[29]等都可能減小地表下滲率，從而引起局部地面快速積水。在時(shí)段Ⅰ后的小雨期，堰前積水基本不變，10 cm處含水量到達(dá)峰值后略有下降，而20 cm、40 cm和60 cm處的土壤含水量緩慢升高，反映了表層重力水逐漸向下入滲的過程。

時(shí)段Ⅱ中的平均雨強(qiáng)與時(shí)段Ⅰ中相似，該時(shí)段中堰前排水溝內(nèi)積水繼續(xù)抬升，各層土壤含水量幾乎同時(shí)升高，10 cm處變幅最大，土壤水分飽和度達(dá)0.87(θ=0.450 m3/m3)，地下水位也在此時(shí)段(距降雨開始時(shí)刻約7 h)開始抬升，非飽和帶與飽和帶已形成連通。

在短暫小雨期后進(jìn)入時(shí)段Ⅲ，該時(shí)段中各層土壤含水量均達(dá)到最大值，并趨于穩(wěn)定，已進(jìn)入蓄滿產(chǎn)流階段。地下水位起漲速度加快，堰前積水深首次出現(xiàn)峰值，水深約7 cm(對應(yīng)流量約0.3 L/s)，后隨雨強(qiáng)減小，水深快速消退。該時(shí)段累積降水量為9.8 mm，徑流深為1 mm(折合約912 L水量)，徑流系數(shù)僅為0.1。已知排水溝面積約185 m2，時(shí)段內(nèi)共承接降水量1 813 L，該部分水量即可供給試驗(yàn)區(qū)出流所需。因此，時(shí)段Ⅲ中的徑流可能主要來自排水溝自身面積承接降雨后的出流，主田塊積水尚未大面積連通匯入排水溝，處于填洼和排水溝主導(dǎo)出流階段。隨后約5 h的小雨期中，排水溝積水迅速下降，各層土壤含水量基本保持不變。

在最后一個(gè)主要降雨時(shí)段Ⅳ中，所有埋深處的土壤含水量基本不變，堰口積水迅速抬升，最深達(dá)9 cm(對應(yīng)流量0.95 L/s)，13 mm降雨產(chǎn)生約9 mm徑流，時(shí)段徑流系數(shù)高達(dá)0.7。假設(shè)排水溝承接的13 mm雨量全部出流，折算至全區(qū)也僅有2.63 mm徑流量，遠(yuǎn)小于實(shí)際徑流量。因此，該階段除排水溝自身面積承接降雨出流外，必定有大量主田塊產(chǎn)水匯入排水溝后出流，試驗(yàn)區(qū)進(jìn)入全面出流階段。該降雨時(shí)段后雨強(qiáng)迅速減小，堰前積水深逐漸消退。5月26—28日降雨也呈現(xiàn)相似的蓄滿產(chǎn)流特征。

當(dāng)出現(xiàn)排水溝主導(dǎo)出流時(shí)，主田塊實(shí)際已達(dá)到蓄滿狀態(tài)，并形成一定深度的洼地積水，但尚未與排水溝大面積連通。此時(shí)，主田塊地表仍以一較小速率穩(wěn)定入滲，該入滲率與土壤層最小飽和導(dǎo)水率密切相關(guān)，并成為控制區(qū)域全面產(chǎn)流的閾值。若主田塊繼續(xù)經(jīng)歷一段超滲產(chǎn)流過程(雨強(qiáng)大于穩(wěn)定入滲速率)，則積水持續(xù)起漲，最終與排水溝大面積連通，形成全面出流。時(shí)段Ⅲ(排水溝主導(dǎo)出流)和時(shí)段Ⅳ(全面出流)間的小雨期雨強(qiáng)顯然不足以使地表積水持續(xù)起漲，而時(shí)段Ⅳ中的雨強(qiáng)則超過了入滲控制閾值，從而使地表積水連通，形成全面出流。根據(jù)時(shí)段雨強(qiáng)推斷，形成全面出流的閾值約為0.1 mm/min(折合6 mm/h)，這一量級恰與20 cm、80 cm飽和導(dǎo)水率區(qū)間下限相近。因此，時(shí)段Ⅳ中是土壤蓄滿條件下的超滲產(chǎn)流，該機(jī)制下的區(qū)域徑流系數(shù)極高。

值得注意的是，時(shí)段Ⅲ后各層土壤穩(wěn)定于一峰值含水量，但都未達(dá)到飽和含水量，其中40 cm和60 cm的飽和度僅有0.8，明顯小于其他深度，這可能與各層不同的氣壓勢有關(guān)。詳細(xì)而言，表層土壤相對疏松，隨著入滲量增加，其中的空氣較易被排出，氣壓勢較小，土壤最大含水量較接近飽和含水量，但因雨強(qiáng)較小，滯留空氣很難完全排出。劉宏偉等[25]也指出，產(chǎn)流期的土壤水分很可能處于與雨強(qiáng)相關(guān)的近飽和狀態(tài)。40～60 cm處土壤較密實(shí)，前期入滲水量將地表排氣通道封閉后，該層中滯留的空氣很難被排出，氣壓勢較大，土壤蓄水能力明顯降低。而在更深處，因接近地下水位，土壤中滯留空氣比例較小，氣壓勢也較小。因此推斷，土壤氣壓勢會(huì)減小土壤的飽和含水量級，氣壓勢越大，影響也越大。

3.2 典型超滲產(chǎn)流案例

試驗(yàn)區(qū)在夏、秋季易發(fā)對流雨，雨強(qiáng)大、持續(xù)時(shí)間短，其間可能出現(xiàn)超滲產(chǎn)流現(xiàn)象[30]。選取非灌溉期內(nèi)的兩場典型超滲產(chǎn)流案例進(jìn)行分析，分別為2016年8月8日次降雨(編號為20160808)和2016年11月21日次降雨(編號為20161121)，如圖4所示。兩場次降雨中各要素響應(yīng)變化過程較為相似，僅針對前期土壤含水量較低的20160808次降雨過程進(jìn)行詳細(xì)分析。該場次降水量為23.7 mm，歷時(shí)僅40 min，最大雨強(qiáng)達(dá)90 mm/h，出流量為4.8 mm，徑流系數(shù)約0.2，初始地下水埋深0.5 m，如圖5所示。雨前除表層10 cm處含水量較低外，其余各層土壤含水量均較高(飽和度大于0.8)，60～80 cm埋深處的土壤含水量已接近飽和含水量。排水溝主要出流時(shí)長僅1 h，流量呈單峰過程，堰前最高水深達(dá)14 cm。

圖4 2016年典型超滲次降雨徑流過程Fig.4 Processes of two typical infiltration-excess rainfall-runoff events in 2016

圖5 平原試驗(yàn)區(qū)完整產(chǎn)流過程示意圖Fig.5 Diagram of whole runoff generation processes in plain experimental area

當(dāng)初始2.2 mm降雨(時(shí)段Ⅰ)后，10 cm、20 cm和40 cm深度的土壤含水量尚未響應(yīng)，堰前排水溝已有薄層積水。時(shí)段Ⅱ中降水量為15 mm，時(shí)段雨強(qiáng)高達(dá)1.5 mm/min(90 mm/h)，超過了地表飽和導(dǎo)水率閾值。40 cm以上土壤水分快速升高，但尚未達(dá)到最大值，產(chǎn)流類型是典型的超滲產(chǎn)流。時(shí)段徑流量約1.5 mm，徑流系數(shù)僅0.1。假設(shè)排水溝承接的15 mm雨量全部出流，折算至全區(qū)為2.59 mm徑流量，高于實(shí)際徑流量。因此，該時(shí)段試驗(yàn)區(qū)以排水溝出流為主，尚未進(jìn)入全面出流階段。時(shí)段Ⅲ降水量為6.4 mm，徑流量2.3 mm，徑流系數(shù)約0.36。雨強(qiáng)有所減弱，但仍大于地表飽和導(dǎo)水率，堰前積水深達(dá)到峰值，40 cm以上土壤含水量仍處于上升階段，仍是典型的超滲產(chǎn)流。通過換算可知，該時(shí)段已進(jìn)入全面出流階段，但土壤尚未蓄滿，時(shí)段入滲量較大，因此徑流系數(shù)相對較小。時(shí)段Ⅳ中降水量僅為0.1 mm，堰前水深迅速消退，10 cm處土壤含水量有所下降，20 cm、40 cm土壤含水量增加，表明地表土壤重力水逐漸向下入滲。因降雨歷時(shí)較短，地下水位尚未響應(yīng)。

強(qiáng)降雨形成的超滲產(chǎn)流事件中，土壤水補(bǔ)給、地表填洼、出流等過程都在極短時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)生。傳統(tǒng)意義上的超滲產(chǎn)流機(jī)制并未考慮土壤蓄滿條件，但在地下水淺埋平原區(qū)，土壤初始缺水量較小，超滲產(chǎn)流過程中土壤可能很快達(dá)到蓄滿狀態(tài)，逐漸過渡至蓄滿條件下的超滲產(chǎn)流現(xiàn)象。因此，在地下水淺埋平原區(qū)，傳統(tǒng)意義上的超滲產(chǎn)流階段很短暫，主要為蓄滿條件下的超滲產(chǎn)流。

3.3 討論

綜上分析，試驗(yàn)區(qū)長歷時(shí)小雨強(qiáng)條件下的產(chǎn)流過程可分為4個(gè)階段，如圖5所示。顯然，地下水起漲對產(chǎn)流過程的影響較小，這與Brauer等[13]在荷蘭Hupsel Brook 平原區(qū)總結(jié)的產(chǎn)流過程規(guī)律有所區(qū)別。

第Ⅰ時(shí)段：補(bǔ)給土壤水。該階段主要為降雨的垂向入滲過程，各層土壤含水量隨埋深逐次響應(yīng)、升高。前期土壤濕度、初始地下水埋深、雨強(qiáng)、雨量等因素均影響土壤水補(bǔ)給量。

第Ⅱ時(shí)段：填洼和排水溝出流。主田塊局部較低洼微地形區(qū)土壤缺水量小，表層土壤在入滲過程中最先接近飽和，出現(xiàn)積水。排水溝是試驗(yàn)區(qū)內(nèi)最低洼區(qū)域，隨著降水量的增加，排水溝內(nèi)洼地積水形成連通，排水溝將自身面積承接的雨水排出區(qū)域。該階段出流量較少，徑流系數(shù)低于排水溝面積比例。排水溝主導(dǎo)出流是區(qū)域土壤水庫容飽和的信號，此時(shí)主田塊局部微地形區(qū)域的積水即將與排水溝連通。

第Ⅲ時(shí)段：全面出流。當(dāng)各層土壤水接近飽和條件后，只有在雨強(qiáng)達(dá)到一定閾值(約超過0.1 mm/min)的連續(xù)降雨，才能使主田塊表面積水不斷抬升，經(jīng)微路徑匯入排水溝后排出，區(qū)域開始全面出流。該階段是土壤蓄滿條件下的超滲產(chǎn)流，下滲量小，流量大，徑流系數(shù)大。

第Ⅳ時(shí)段：雨止消退。當(dāng)雨強(qiáng)漸小至雨止，主田塊匯流逐漸中斷，排水溝水深迅速下降，出流量減小，排水溝中的殘余水量繼續(xù)出流，直至結(jié)束。

當(dāng)雨強(qiáng)超過地表入滲能力發(fā)生超滲產(chǎn)流時(shí)，前兩階段在極短時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)生。隨著地表積水快速起漲而與排水溝形成連通，很快進(jìn)入第Ⅲ階段。該階段土壤可能尚未蓄滿，仍有較大比例雨水垂向入滲，徑流系數(shù)略超過排水溝面積比例；若土壤已蓄滿，則時(shí)段入滲量較少，徑流系數(shù)較高。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的產(chǎn)匯流過程與Brauer等[13]在荷蘭平原流域總結(jié)的暴雨響應(yīng)過程較為類似。但筆者分析發(fā)現(xiàn)，在全面產(chǎn)流前，相對低洼的人工排水溝最先承雨出流，排水溝增加了區(qū)域的出流能力。

4 結(jié) 論

a.平原試驗(yàn)區(qū)表層土壤疏松，地表下滲能力較強(qiáng)，可形成超滲產(chǎn)流現(xiàn)象的降雨時(shí)段較少，區(qū)域以蓄滿產(chǎn)流機(jī)制為主。

b.長歷時(shí)小雨強(qiáng)條件下平原試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)流過程可分為補(bǔ)給土壤水、填洼和排水溝出流、全面出流、雨止消退4個(gè)階段。填洼和排水溝出流階段以排水溝面積承接降雨出流為主，徑流系數(shù)小；全面出流階段需雨強(qiáng)達(dá)到一定閾值(約0.1 mm/min)，使主田塊積水與排水溝連通，屬蓄滿條件下的超滲產(chǎn)流，徑流系數(shù)大。

c.在短歷時(shí)強(qiáng)降雨中，補(bǔ)給土壤水、填洼和排水溝出流階段在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)生。若土壤在全面出流階段尚未蓄滿，則仍有較大比例雨水入滲，屬傳統(tǒng)意義上的超滲產(chǎn)流；若土壤已蓄滿，則屬蓄滿條件下的超滲產(chǎn)流。