5.2 植物蒸散对潜流变化的影响

从力学角度分析，潜流在竖直方向上主要受重力和植物的蒸腾牵引力作用。其中在某一确定的地点，重力加速度g是不随时间变化的，因此重力也不随时间而变化；从测定林地水分蒸散的波文比-能量平衡法角度讲，植物的蒸腾牵引力所需要的能量是由太阳净辐射的分量—潜热通量提供的，而不论是太阳净辐射，还是潜热通量均存在明显的日变化。因此，太阳净辐射是造成潜流日变化的根本原因，而植物的蒸散作用是造成潜流日变化的直接原因。为了说明植物蒸散对潜流的影响，在此利用波文比自动观测系统所测得的数据进行植物日蒸散速率的分析。

典型流域2000年第222d（8月10日）的日蒸散速率变化情况，可以看出，蒸散速率在早晨7：00前后出现正负拐点，其后呈逐渐增大的趋势，直到中午前；蒸散速率（E）以0.35mm/h的高速率在中午前后徘徊近4h后，在下午3：00左右开始下降，并且在傍晚7：00左右转负；从整体情况看，可将日蒸散速率变化情况分为3个阶段：0～7点，该阶段处于缓慢凝结阶段：7～19点，该阶段处于蒸发阶段：19～24点，该阶段处于快速（较0～7点）凝结阶段。典型流域2000年第222d（8月10日）的径流通量变化情况，径流通量（R）是指在单位时间内从流域出口流出的水量与流域面积的比，它是根据测得的有关数据计算来的，主要是用来说明大小不同的流域之间潜水流量的不同变化情况，也就是使不同流域间的潜水流量具有可比性。根据变化情况，同样可将全天24h的变化分为3个阶段：0～7点，该阶段径流通量呈缓慢增长趋势；7～18点，该阶段径流通量呈下降趋势；18～24点，该阶段径流通量呈快速增长趋势。

三阶段相互对比可以看出，典型小流域第二阶段径流通量的下降与植物蒸散所造成的大量失水有着直接的关系。这还可以通过植物蒸散速率E与流域径流通量R的相关关系曲线得到进一步说明。给出了上午6～11点和下午14～19点两个阶段E与R的关系曲线，可以看出，上午6～11点之间，典型小流域的径流通量R是随着植物蒸散速率E的增大而减小的，两者呈负的极相关关系（R2=0.78）；可以看出，在下午14～19点之间，典型小流域的径流通量R是随着植物蒸散速率E的减小而减小的，两者呈正的极相关关系（R2=0.8035）。

通过以上分析，我们可以这样推理潜流的日变化情况：在清晨的日出前后，太阳净辐射由负转正，植物的蒸腾牵引力在潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气之间形成一定的水势差，在该水势差的作用下，水分沿潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气的方向由潜水层不断地向大气中扩散，潜水层的水头开始下降，从而使得潜水因重力作用而流向流域出口的分量减少，因此潜水的径流通量开始下降。之后，随着太阳净辐射的不断增加，植物的蒸腾牵引力及蒸散速率也不断增加，从而使得水分沿潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气的方向扩散的速率也不断增加，潜水层的水头加速下降，因此潜水的径流通量呈加速下降趋势。而午后，随着太阳净辐射的不断减少，植物的蒸腾牵引力及蒸散速率也不断降低，这降低了潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气之间的水势差，从而使得水分沿潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气的方向扩散的速率也不断降低，潜水层的水头减速下降，因此潜水的径流通量呈减速下降趋势，这种作用一直持续到太阳净辐射由正转负的傍晚时刻。同时由于太阳净辐射及植物的蒸腾牵引力对下层土壤中水分的影响存在相对滞后的现象，使得潜水层—植物根系活动的岩土层之间仍保持较高的水势差，从而出现了水分在潜水层—植物根系活动的岩土层之间的运移速率大于在植物根系活动的岩土层—植物体—大气之间的运移速率的现象，其结果是有“相对过多的水分”储存在了植物根系活动的岩土层中，也正是这种“相对过多的水分”使得潜水流量在夜间的前半夜比后半夜增加较快。

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