坡面水分含量对下坡饱和度的依赖关系

我们推导了理想化薄封闭层中横向下坡水分流的稳态平衡，作为一维Richards方程的解。该平衡由两个自由参数决定：下坡通量和边界条件。解在恒定平衡通量下表现出恒定的下坡流速和水分含量，两者为乘积关系。然而，当存在代表边界条件的固定饱和度孤立区域时，紧邻上坡的流速会降低，且水分含量相应增加，以维持恒定的平衡通量。饱和区的毛细水头跃变产生了阻塞，通过由下坡通量恒定这一平衡条件决定的汇聚距离，使上坡回溯处保持高水分含量。在我们的数值积分中，对于粉质或黏土混合土壤中的完全饱和区，垂直投影的汇聚高度超过10 km，但边界区饱和度每降低10%，该高度约下降一个数量级。随着山地水分流出速度增加以及相应的山地水分含量降低，下坡饱和区的干化为美国新墨西哥州东南部半干旱地区阿拉莫戈多上游引泉箱分流处的La Luz/Fresnal流域泉水中神秘出现的约69%无法解释的流量下降提供了合理解释。