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1、第二章第二章 河川径流形成的基本知识河川径流形成的基本知识内内 容容：u2.1 水文循环与水量平衡水文循环与水量平衡u2.2 河流和流域河流和流域u2.3 降水降水u2.4 蒸发蒸发u2.5 下渗下渗u2.6 径流及其形成过程径流及其形成过程重重 点点：水量平衡；水量平衡；河流与流域基本特征；河流与流域基本特征；河川径流及其表示方法河川径流及其表示方法河川径流的形成过程河川径流的形成过程难难 点点：径流的形成径流的形成2.1水文循环与水量平衡水文循环与水量平衡一一 水文循环水文循环u水文循环：水在水文循环：水在太阳辐射太阳辐射与与地心引力地心引力的作用下，以的作用下，以蒸发、降水、下渗和径流方
2、式进行的往复循环的运动蒸发、降水、下渗和径流方式进行的往复循环的运动过程过程u水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一u水文循环分为水文循环分为大循环、小循环大循环、小循环（内陆小循环和海洋（内陆小循环和海洋小循环）小循环）水汽输送水汽输送蒸发蒸发降水降水蒸发蒸发降水降水植物蒸腾植物蒸腾湖湖地表径流地表径流地下径流地下径流海洋海洋蒸发蒸发降水降水云云小循环小循环小循环小循环水文循环水文循环：地球上的水在太阳辐射作用下，不断从水面、陆面：地球上的水在太阳辐射作用下，不断从水面、陆面和植物表面蒸发，化为水汽上升到高空，然后被气流带到其和植物表面蒸发，
3、化为水汽上升到高空，然后被气流带到其他地区，在适当的条件下凝结，又以降水的形式降落到地面。他地区，在适当的条件下凝结，又以降水的形式降落到地面。到达地面的水，一部分渗入地下成为地下水、一部分形成地到达地面的水，一部分渗入地下成为地下水、一部分形成地面径流流入江河归入海洋，还有一部分又重新回到空气中。面径流流入江河归入海洋，还有一部分又重新回到空气中。其中，渗入到地面的水，一部分被蒸发、一部分最终也流入其中，渗入到地面的水，一部分被蒸发、一部分最终也流入海洋海洋下渗下渗u降降雨雨、下下渗渗、径径流流、蒸蒸发发是是水水文文循循环环的的四四个个重重要要环环节节。水水文文循循环环的的强强度度、规规律律
4、和和路路径径因因下下垫垫面面的的不不同同而不同而不同u 形形成成水水文文循循环环的的内内因因是是水水的的三三态态（固固、液液、气气）在在常温下可以相互转化，常温下可以相互转化，外因外因是太阳辐射和地心引力是太阳辐射和地心引力 u水水文文循循环环的的存存在在是是水水资资源源和和水水能能资资源源可可再再生生的的根根本原因本原因二二 水文循环的尺度水文循环的尺度水文循环具有水文循环具有全球全球水文循环、水文循环、流域或区域流域或区域水文循水文循环和环和水水土壤土壤植物系统植物系统水文循环三种不同尺度水文循环三种不同尺度全球水文循环系统全球水文循环系统是空间尺度最大的水文循是空间尺度最大的水文循环，也
5、是最完整的水文循环，也是最完整的水文循环环,是水文学研究的核心是水文学研究的核心 大气圈大气圈 陆地陆地海洋海洋 流域或区域水文循环流域或区域水文循环截留、填洼、截留、填洼、下渗下渗土壤系统土壤系统含水层系统含水层系统蒸蒸散散发发河川径流河川径流地表径流地表径流壤中流壤中流地下径流地下径流降水降水是流域水文学或径流形成学研究的核心水水土土植物系统植物系统 植被植被土壤土壤下渗下渗地表径流地表径流蒸发蒸发 降水降水空间尺度最小，不仅是流域水文学的重要基础，而且是生态空间尺度最小，不仅是流域水文学的重要基础，而且是生态水文学的重要课题之一水文学的重要课题之一截留、蒸散发截留、蒸散发下渗下渗.三三
6、水量平衡水量平衡1、概念：、概念：在水文循环过程中，任意区域、任一时段内在水文循环过程中，任意区域、任一时段内输入与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量输入与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量 水量平衡原理（物理学中的质量平衡原理）是水文水量平衡原理（物理学中的质量平衡原理）是水文学中最重要的原理之一，水量平衡法是分析研究水文学中最重要的原理之一，水量平衡法是分析研究水文现象、建立水文要素之间定性或定量关系、了解其时现象、建立水文要素之间定性或定量关系、了解其时空分布变化规律等的主要方法之一空分布变化规律等的主要方法之一 2、水量平衡方程、水量平衡方程1)基本形式基本形式据定义，对任意区
7、域，在任一时段内，有据定义，对任意区域，在任一时段内，有I O=S式式中中I、O分分别别为为给给定定时时段段内内输输入入、输输出出该该区区域域的的总总水量；水量；S为时段内区域蓄水量的变化量，可正可负为时段内区域蓄水量的变化量，可正可负 2)通用方程通用方程 对于任一区域，对于任一区域，I 和和 O 可细化为：可细化为：I=P+RsI+RgI；O=E+RsO+RgO+q 则有：则有：(P+RsI+RgI)-(E+RsO+RgO+q)S 其中其中P 为时段内降水量；为时段内降水量；E 为时段内蒸发量；为时段内蒸发量；q 为时段内用水量；为时段内用水量；RsI 和和 RgI 分别为时段内从地表和地
8、下流入的水量；分别为时段内从地表和地下流入的水量；RsO 和和 RgO 分别为时段内从地表和地下流出的水量分别为时段内从地表和地下流出的水量闭合流域与非闭合流域闭合流域与非闭合流域地面分水线和地下分水线相重合的流域为地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域闭合流域；地面与地下分水线不重合的流域为地面与地下分水线不重合的流域为非闭合流域非闭合流域一般大中河流多按闭合流域考虑一般大中河流多按闭合流域考虑P19闭合流域闭合流域非闭合流域非闭合流域地面分水线地面分水线地下分水线地下分水线地面分水线地面分水线地下分水线地下分水线闭合流域与非闭合流域示意图3)闭合流域水量平衡方程闭合流域水量平衡方程闭
9、合流域闭合流域：地表分水线和地下分水线重合，无水分从：地表分水线和地下分水线重合，无水分从地表和地下流入地表和地下流入则则 RsI=RgI=0；令出流水量令出流水量 R=RsO+Rg，再假设区域用水量小到，再假设区域用水量小到可以忽略，即可以忽略，即 q=0，则闭合流域水量平衡方程为：，则闭合流域水量平衡方程为：P-(E+R)S多年平均情况下，多年平均情况下，S0则多年平均水量平衡方程为：则多年平均水量平衡方程为：P-(E+R)0大陆的水量平衡方程大陆的水量平衡方程：大陆多年平均水量平大陆多年平均水量平衡方程为：衡方程为：海洋的水量平衡方程海洋的水量平衡方程：海洋的多年平均水量平海洋的多年平均
10、水量平衡方程为：衡方程为：多年平均情况下：多年平均情况下：S0 O指海洋指海洋C指大陆指大陆4)全球水量平衡方程则全球多年平均水量平衡方程为：则全球多年平均水量平衡方程为：全球多年平均降水量与多年平均蒸发量相等，全球多年平均降水量与多年平均蒸发量相等，即即P14：2.2河流和流域河流和流域一一 河流河流降水除去下渗、蒸发等降水除去下渗、蒸发等损失后，在重力作用下损失后，在重力作用下沿一定方向和路径流动，沿一定方向和路径流动，称为称为地面径流地面径流。地面径。地面径流长期侵蚀地面，冲成流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后沟壑，形成溪流，最后汇集成汇集成河流河流海洋海洋1 1、相关概念、相关概
11、念直接发源于河源的小河流为直接发源于河源的小河流为一一级河流级河流；两条同级别的河流汇合而成的两条同级别的河流汇合而成的河流比原来高一级；河流比原来高一级；两条不同级别的河流汇合而成两条不同级别的河流汇合而成的河流的级别为两条河流中的河流的级别为两条河流中较高者；依此类推较高者；依此类推干流干流指水系中最高级别的河流指水系中最高级别的河流流入一较大河流的河流称为流入一较大河流的河流称为支流支流一级支流一级支流指注入干流的支流；指注入干流的支流；二级支流二级支流指注入一级支指注入一级支流的支流；依此类推流的支流；依此类推由河流的干流和各级支流、流域内湖泊、沼泽或地下由河流的干流和各级支流、流域内
12、湖泊、沼泽或地下暗河构成的脉络相通的系统称为暗河构成的脉络相通的系统称为河系或水系河系或水系河流流经的谷地称为河流流经的谷地称为河谷河谷，包括河槽、滩地和坡地；，包括河槽、滩地和坡地；河谷中水流经过的部分称为河谷中水流经过的部分称为河槽河槽注入海洋的河流称为注入海洋的河流称为外流河外流河，补给外流河的流域范围，补给外流河的流域范围称为称为外流流域外流流域流入内陆湖泊或消失与沙漠的河流称为流入内陆湖泊或消失与沙漠的河流称为内流河内流河，补给，补给内流河的流域范围称为内流河的流域范围称为内流流域内流流域2 2、河流的分段、河流的分段河流通常分为河源、上游、河流通常分为河源、上游、中游、下游、河口五
13、段中游、下游、河口五段河源河源：河流的发源地。正源：河流的发源地。正源确定确定“唯远唯丰唯远唯丰”S河源可以是溪涧、泉水、冰川、沼河源可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊。如黄河发源于青海省巴泽或湖泊。如黄河发源于青海省巴彦喀拉山北麓的卡日曲彦喀拉山北麓的卡日曲(地下水出露地下水出露的泉眼的泉眼)；长江发源于青海省格拉丹；长江发源于青海省格拉丹东雪山的现代冰川；松花江发源于东雪山的现代冰川；松花江发源于长白山的天池长白山的天池上游上游：直接连着河源：直接连着河源河口河口：河流的终点：河流的终点海洋海洋河源河源河源河源上游上游中游中游下游下游河口河口河源河源洪水位洪水位上游断面上游断面上游特点：河
14、道坡度大，水流急，流量小，水情变化大，河谷上游特点：河道坡度大，水流急，流量小，水情变化大，河谷窄，多急滩瀑布，河槽多为基岩或砾石，冲刷下切占优势窄，多急滩瀑布，河槽多为基岩或砾石，冲刷下切占优势中游断面中游断面洪水位洪水位中游特点：河道坡度变缓，流速减小，流量增大，河道冲淤都不中游特点：河道坡度变缓，流速减小，流量增大，河道冲淤都不严重，河床比较稳定，下切力减弱，但侧蚀力量增强，河槽逐严重，河床比较稳定，下切力减弱，但侧蚀力量增强，河槽逐渐拓宽和曲折，两岸出现滩地渐拓宽和曲折，两岸出现滩地 下游断面下游断面下游特点：河道坡道更缓，流速更小，流量更大，河川淤积作用下游特点：河道坡道更缓，流速更
15、小，流量更大，河川淤积作用显著，河床多浅滩或沙洲，河槽多细砂或淤泥，河曲发育显著，河床多浅滩或沙洲，河槽多细砂或淤泥，河曲发育泥沙淤积导致形成地上悬河：如黄河开封段、长江荆江段泥沙淤积导致形成地上悬河：如黄河开封段、长江荆江段.冲积层冲积层.基岩基岩洪水位洪水位.河流下游横断面图河流下游横断面图.冲积层冲积层.基岩基岩洪水位洪水位.3 3、河流主要特征、河流主要特征(1)(1)河长河长：河源至河口沿河槽中泓线或轴线量取的距离：河源至河口沿河槽中泓线或轴线量取的距离中泓线：河道中各横断面中泓线：河道中各横断面表面流速最大点的连线表面流速最大点的连线深泓线：河道中各横断深泓线：河道中各横断面最大水
16、深点的连线面最大水深点的连线(2)弯曲系数弯曲系数：河流的实际长度与河源至河口间直线长：河流的实际长度与河源至河口间直线长度的比值。弯曲系数能反映河流流经地的地质地貌特征，度的比值。弯曲系数能反映河流流经地的地质地貌特征，弯曲系数弯曲系数 越大，越不利于洪水的宣泄越大，越不利于洪水的宣泄L1L2弯曲系数弯曲系数 =L1/L2(3)河网密度河网密度：河流干支流总长度与流域面积之比：河流干支流总长度与流域面积之比式中，式中，L 流域内干支流的总长度流域内干支流的总长度(km)A 流域面积流域面积(km2)(4)河流的平面形态河流的平面形态平原河流：流经地势平坦的平原地区，河谷多为发平原河流：流经地
17、势平坦的平原地区，河谷多为发育完全的河漫滩形态育完全的河漫滩形态山区河流：受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河山区河流：受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形成发育不完全的谷断面形成发育不完全的“V”字和字和“U”字形字形在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，往往形成各种淤积体往往形成各种淤积体凹岸凹岸凹岸凹岸凸岸凸岸凸岸凸岸深槽深槽深槽深槽浅槽浅槽S 相关术语相关术语:站在上游，面向下游，左为站在上游，面向下游，左为左岸左岸，右为，右为右岸右岸河水流动过程中作用于河岸，侵蚀形成河水流动过程中作用于河岸，侵蚀形成凹岸凹岸，堆积形成，堆积形成凸
18、岸凸岸在凹岸水深较大，称为在凹岸水深较大，称为深槽深槽，两反向河湾之间为直段，水深较两反向河湾之间为直段，水深较浅，称为浅，称为浅槽浅槽流向流向左岸左岸右岸右岸在河湾处，由于地球自转偏向力和离心力的作用，水在河湾处，由于地球自转偏向力和离心力的作用，水面会出现横比降。表面水流从凸岸流向凹岸，底层水面会出现横比降。表面水流从凸岸流向凹岸，底层水流从凹岸流向凸岸，形成一个环流，称为螺旋流。凹流从凹岸流向凸岸，形成一个环流，称为螺旋流。凹岸冲刷形成深槽，凸岸发生淤积，形成浅滩岸冲刷形成深槽，凸岸发生淤积，形成浅滩凸岸凸岸凹岸凹岸(5)河流的横断面和横比降河流的横断面和横比降横断面横断面：指与水流方向
19、相垂直的断面，分单式断面和：指与水流方向相垂直的断面，分单式断面和复式断面（复式断面由枯水河槽和复式断面（复式断面由枯水河槽和滩地滩地组成）组成）横比降横比降：河流弯道处，水流由于作曲线运动产生离心：河流弯道处，水流由于作曲线运动产生离心力，形成的垂直于纵向水流的水面比降力，形成的垂直于纵向水流的水面比降平原河流平原河流的的横断面横断面形状形状根据所在位置的不同有抛物线、根据所在位置的不同有抛物线、不对称三角形和不对称三角形和W W形等数种形等数种10/10(6)河流的纵断面和纵比降河流的纵断面和纵比降纵断面纵断面：河流从上游至下游沿：河流从上游至下游沿深泓线深泓线所切取的河床和所切取的河床和
20、自由水面间的剖面，河流纵断面坡度一般从下游向下自由水面间的剖面，河流纵断面坡度一般从下游向下游逐渐变缓游逐渐变缓纵比降纵比降：任意河段两端的垂直高差：任意河段两端的垂直高差 H 与其长度与其长度 L 之比之比落差落差：河源与河口的垂直高差称为河流的落差，落差：河源与河口的垂直高差称为河流的落差，落差大表明河流水能资源丰富大表明河流水能资源丰富河道比降河道比降：落差与河长的比值称为河流的比降，比降：落差与河长的比值称为河流的比降，比降越大河道汇流越快越大河道汇流越快 a.当河段的纵断面河底近于一条直线时，纵比降计当河段的纵断面河底近于一条直线时，纵比降计算式为：算式为：河道纵比降的计算：河道纵比
21、降的计算：式中，式中，J 河段的比降；河段的比降；h1,h0 河段二端河底高程；河段二端河底高程；L 河段的长度河段的长度Lh0h0h10b.当河段纵断面河底呈折线或曲线时，平均纵比降计算当河段纵断面河底呈折线或曲线时，平均纵比降计算式：式：式中，式中，L 河段的长度；河段的长度；h0,h1,hn 从从下下游游到到上游各点河底高程；上游各点河底高程；l1,l2,ln 各各点点间间的的距距离离Llnlill河底线河底线hnhihlh00hx相等相等二二 流域流域1 流域流域(1)分水线分水线：地形等高线中的极大值区域称为：地形等高线中的极大值区域称为山峰山峰，山峰的下坡方向为山峰的下坡方向为山脊
22、山脊，相邻山峰之间的区域称，相邻山峰之间的区域称为为鞍部鞍部。山峰、山脊和鞍部的连接线称为。山峰、山脊和鞍部的连接线称为分水线分水线P18(2)流域流域：地面分水线和地下分水线包围的集水区或：地面分水线和地下分水线包围的集水区或汇水区域称为汇水区域称为流域流域，习惯上指分水线包围的区域。，习惯上指分水线包围的区域。流域是相对应于某一出口断面的，当不指明断面流域是相对应于某一出口断面的，当不指明断面时，指河口以上区域时，指河口以上区域 闭合流域与非闭合流域闭合流域与非闭合流域地面分水线和地下分水线相重合的流域为地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域闭合流域；地面与地下分水线不重合的流域为地
23、面与地下分水线不重合的流域为非闭合流域非闭合流域一般大中河流多按闭合流域考虑一般大中河流多按闭合流域考虑P19闭合流域闭合流域非闭合流域非闭合流域地面分水线地面分水线地下分水线地下分水线地面分水线地面分水线地下分水线地下分水线闭合流域与非闭合流域示意图2 流域的基本特征流域的基本特征几何特征几何特征自然地理特征自然地理特征流域面积和流域形状流域面积和流域形状流域的地理位置和地形流域的地理位置和地形流域几何特征流域几何特征(1)流域面积流域面积：流域分水线与河口断面所包围区域的：流域分水线与河口断面所包围区域的平面投影面积，单位为平面投影面积，单位为km2，通常用求积仪获得，通常用求积仪获得(2
24、)河网密度河网密度：流域河流干支流总长度与流域面积的：流域河流干支流总长度与流域面积的比值比值(3)水系水系：流域里大大小小的水流路线，构成枝状或：流域里大大小小的水流路线，构成枝状或网状结构，称为水系，也称为河系或河网网状结构，称为水系，也称为河系或河网水系形态归纳为三类：羽毛状、平行状、混合状水系形态归纳为三类：羽毛状、平行状、混合状羽毛状水系：支流短而密集，干流和支流大体呈羽毛状水系：支流短而密集，干流和支流大体呈垂直趋势相交汇。相应的流域形状多为狭长形垂直趋势相交汇。相应的流域形状多为狭长形平行状水系：干流和支流大体呈平行趋势相交汇，平行状水系：干流和支流大体呈平行趋势相交汇，流域形状
25、多为扇形流域形状多为扇形混合状水系介于前两者之间混合状水系介于前两者之间l思考思考：面积相同、水系形状不同的流域，同样一：面积相同、水系形状不同的流域，同样一场暴雨形成的流域出口断面流量过程线明显不同，场暴雨形成的流域出口断面流量过程线明显不同，为什么？为什么？P19-20平行状水系平行状水系混合状水系混合状水系羽状水系羽状水系(4)流域长度和平均宽度：流域长度和平均宽度：流流域域长长度度(轴轴长长)：以以流流域域出出口口为为中中心心向向河河源源方方向向做做一一组组不不同同半半径径的的同同心心圆圆，在在每每个个圆圆与与流流域域分分水水线线相相交交处作割线，各割线中点的连线的长度就是流域轴长处作
26、割线，各割线中点的连线的长度就是流域轴长平均宽度平均宽度：流域面积与流域长度之比：流域面积与流域长度之比(5)流域形状系数流域形状系数：流域平均宽度与流域长度之比。：流域平均宽度与流域长度之比。扇形流域的形状系数大，狭长形流域则较小，所以扇形流域的形状系数大，狭长形流域则较小，所以流域形状系数在一定程度上以定量的方式反映了流流域形状系数在一定程度上以定量的方式反映了流域的形状域的形状(6)坡坡地地：流流域域中中水水系系以以外外的的陆陆地地部部分分，有有倾倾斜斜面面、收敛曲面、发散曲面几种形状类型收敛曲面、发散曲面几种形状类型P20流域自然地理特征流域自然地理特征(1)流域的地理位置流域的地理位
27、置:流域所处的经纬度，可以反映流域所处的经纬度，可以反映流域所处的气候带，说明流域距离海洋的远近，流域所处的气候带，说明流域距离海洋的远近，反映水文循环的强弱反映水文循环的强弱(2)流域的下垫面条件流域的下垫面条件：包括流域的地形、土壤和岩：包括流域的地形、土壤和岩石性质、地质构造、植被、湖泊、沼泽等自然地石性质、地质构造、植被、湖泊、沼泽等自然地理因素。这些要素都影响着径流的变化规律理因素。这些要素都影响着径流的变化规律PP/PL/PM流域植被和湖沼状况对径流的影响流域植被和湖沼状况对径流的影响 植被率植被率PP=AP/A 湖泊率湖泊率PL=AL/A 沼泽率沼泽率PM=AM/A式式中中，AP
28、、AL、AM 分分别别为为流流域域内内植植被被、湖湖泊泊和沼泽的面积；和沼泽的面积；A 流域总面积流域总面积降雨截留量径流径流 R R通过调查或遥感信息提取通过调查或遥感信息提取2.3降水降水一一 降水的成因及分类降水的成因及分类1 降水：降水：液态或固态的水汽凝结物从大气降落到地面液态或固态的水汽凝结物从大气降落到地面的现象。其主要形式有雨、雪、霰、雹、霜、露等的现象。其主要形式有雨、雪、霰、雹、霜、露等2 成因成因在一定温度下，空气中最大的水汽含量称为在一定温度下，空气中最大的水汽含量称为饱和湿饱和湿度度；在一定水汽含量下，空气达饱和状态时对应的；在一定水汽含量下，空气达饱和状态时对应的温
29、度称温度称露点温度露点温度；水汽在过饱和状态下不稳定，多水汽在过饱和状态下不稳定，多余水汽易凝结成水余水汽易凝结成水地面暖湿空气在某因素作用下上升，期间因动力冷地面暖湿空气在某因素作用下上升，期间因动力冷却降温，当温度降到露点以下时，气团中的水汽便却降温，当温度降到露点以下时，气团中的水汽便凝结成水滴或冰晶，形成云层，云中的水滴、冰晶凝结成水滴或冰晶，形成云层，云中的水滴、冰晶随着水汽不断碰撞合并而增大，直到其重量不能为随着水汽不断碰撞合并而增大，直到其重量不能为上升气流浮托时，在重力作用下降落形成降水上升气流浮托时，在重力作用下降落形成降水3分类分类按照使空气抬升而形成动力冷却的原因常将降水
30、分为按照使空气抬升而形成动力冷却的原因常将降水分为对流雨、地形雨、锋面雨与气旋雨对流雨、地形雨、锋面雨与气旋雨对流雨：对流雨：因地表局部受热使气团垂直上升形成的降雨。对因地表局部受热使气团垂直上升形成的降雨。对流雨降雨强度大，雨面不广，历时较短流雨降雨强度大，雨面不广，历时较短 地形雨：地形雨：气团在迁移途中，因所经地形天然升高而被抬升气团在迁移途中，因所经地形天然升高而被抬升形成的降雨时。地形雨的降雨特性随气团自身温湿特性、形成的降雨时。地形雨的降雨特性随气团自身温湿特性、运行速度以及地形特点而异运行速度以及地形特点而异锋面雨：锋面雨：两个温湿特性不同的气团相遇来不及混合而形成两个温湿特性不
31、同的气团相遇来不及混合而形成一个不连续面，称为一个不连续面，称为锋面锋面或锋区，锋面活动产生的降水称或锋区，锋面活动产生的降水称为锋面雨。其特点是降雨范围大，历时长为锋面雨。其特点是降雨范围大，历时长气旋雨气旋雨：当一地区气压低于四周气压时，四周气流就向该：当一地区气压低于四周气压时，四周气流就向该处汇集并辅合上升形成的降雨处汇集并辅合上升形成的降雨3 降水量的观测降水量的观测(1)降水量：降水量：指降落在地面的水层深度，以指降落在地面的水层深度，以mm计计(2)观测仪器：观测仪器：雨量器和自记雨量计雨量器和自记雨量计(3)根据观测的降雨数据，得到逐日降水量和汛期降根据观测的降雨数据，得到逐日
32、降水量和汛期降水量资料，根据这些资料，可以绘制降雨强度过程水量资料，根据这些资料，可以绘制降雨强度过程线和降雨累积过程线，以及计算流域平均降水量线和降雨累积过程线，以及计算流域平均降水量工作原理：工作原理：承雨器将雨量导入浮子室，承雨器将雨量导入浮子室，浮子随注入的雨水增加而浮子随注入的雨水增加而上升，带动自记笔在附有上升，带动自记笔在附有时钟的转筒上的记录纸上时钟的转筒上的记录纸上连续记录随时间累积增加连续记录随时间累积增加的雨量。当累积雨量达的雨量。当累积雨量达10mm时，自行进行虹吸，时，自行进行虹吸，将浮子室内的雨水排入储将浮子室内的雨水排入储水瓶，同时自记笔立即垂水瓶，同时自记笔立即
33、垂直下落到记录纸上纵坐标直下落到记录纸上纵坐标的零点，重新记录的零点，重新记录二二 降水的特征降水的特征降水的特征常用几个降水的特征常用几个基本要素来基本要素来表示，如降水量、表示，如降水量、降降水历时、降水强度、降水面积等水历时、降水强度、降水面积等一场降水持续的时间称为一场降水持续的时间称为降水历时降水历时，以，以min、h或或d计计单位时间的降水量称为单位时间的降水量称为降水强度降水强度，简称雨强，以，简称雨强，以mm/min或或mm/h计计降水笼罩的平面面积为降水笼罩的平面面积为降水面积降水面积，以，以km2计计三三 降雨特征的表示方法降雨特征的表示方法1 降雨量过程线降雨量过程线：以
34、时段次序为横轴、时段降雨量为：以时段次序为横轴、时段降雨量为纵轴绘制的直方图。如月降水量、年降水量过程线纵轴绘制的直方图。如月降水量、年降水量过程线2 降雨强度过程线降雨强度过程线：以时间为横轴、雨强为纵轴绘制：以时间为横轴、雨强为纵轴绘制的直方图的直方图(时段雨量除以时段长即为时段平均雨强时段雨量除以时段长即为时段平均雨强)3 累积降雨过程线累积降雨过程线：以时间为横轴、以降雨开始至各：以时间为横轴、以降雨开始至各个时刻的累积降雨量为纵轴绘制而成的曲线个时刻的累积降雨量为纵轴绘制而成的曲线降雨降雨强度过程线随时间积分即累积降雨过程线。累积过强度过程线随时间积分即累积降雨过程线。累积过程线的坡
35、度即相应时间的降雨强度程线的坡度即相应时间的降雨强度 四四 流域平均降雨量计算流域平均降雨量计算由于降雨在地区上的分布不均匀性，所以需要推求流域内由于降雨在地区上的分布不均匀性，所以需要推求流域内的平均降雨量的平均降雨量1 算术平均法算术平均法：用于流域内雨量站分布较均匀，地形起伏用于流域内雨量站分布较均匀，地形起伏变化不大时变化不大时式中：式中：P 为流域平均降水量，为流域平均降水量，mm；P1Pn 为各雨量站同时期内为各雨量站同时期内 的降水量，的降水量，mm；n 为测站数为测站数2泰森多边形法泰森多边形法：用于流域内雨量站分布不均匀，地形起伏变：用于流域内雨量站分布不均匀，地形起伏变化较
36、大时化较大时步骤：在地图上将各测站连接起来，做成若干三角形，对每个步骤：在地图上将各测站连接起来，做成若干三角形，对每个三角形各边作垂直平分线，再以这些垂直平分线构成若干以三角形各边作垂直平分线，再以这些垂直平分线构成若干以不同测站为中心的多边形；假设每个测站的控制面积为该多不同测站为中心的多边形；假设每个测站的控制面积为该多边形的面积，则：边形的面积，则：Pi为第为第i个雨量站的降雨量；个雨量站的降雨量；fi 为第为第i个雨量站所代表的面积，称个雨量站所代表的面积，称为第为第i 站的权重；站的权重；F为流域面积；为流域面积；n为多边形个数为多边形个数3等雨量线法等雨量线法：用于流域较大，地形
37、起伏变化对降雨量影响较：用于流域较大，地形起伏变化对降雨量影响较显著，且雨量站较密集时显著，且雨量站较密集时步骤：绘制等雨量线；用求积仪或其他方法量得各相邻等雨量步骤：绘制等雨量线；用求积仪或其他方法量得各相邻等雨量间的面积；以相邻各等雨量线间的平均降雨量乘以相应控制间的面积；以相邻各等雨量线间的平均降雨量乘以相应控制面积得部分流域面积上的降雨量；将各部分流域降雨量间相面积得部分流域面积上的降雨量；将各部分流域降雨量间相加，即得区域平均降水量，即：加，即得区域平均降水量，即：此法较为精确，但绘制等雨量线需要足够站数的雨量资料，且此法较为精确，但绘制等雨量线需要足够站数的雨量资料，且每次都需重新
38、绘制，工作量大每次都需重新绘制，工作量大2.4蒸发蒸发一一 概述概述1 蒸发蒸发：水汽从水面、冰面或其他含水物质表面逸出水汽从水面、冰面或其他含水物质表面逸出的过程，是水由液态或固态变为气态的相变过程。的过程，是水由液态或固态变为气态的相变过程。蒸发是海洋和陆地水分进入大气的唯一途径，是水蒸发是海洋和陆地水分进入大气的唯一途径，是水文循环的主要环节之一文循环的主要环节之一2 自然界的蒸发包括水面蒸发、土壤蒸发和植物蒸散自然界的蒸发包括水面蒸发、土壤蒸发和植物蒸散发发3 影响蒸发过程的主要因素有水温（或土温）、湿度影响蒸发过程的主要因素有水温（或土温）、湿度饱和差和风速，它们分别影响水分子的运动
39、速度以饱和差和风速，它们分别影响水分子的运动速度以及逸入空中后水分子向外扩散的速度及逸入空中后水分子向外扩散的速度4 蒸发量常用蒸发水层深度（蒸发量常用蒸发水层深度（mm）表示）表示5 流域蒸发流域蒸发=水面蒸发水面蒸发+陆面蒸发陆面蒸发=水面蒸发水面蒸发+土壤蒸发土壤蒸发+植物蒸散发植物蒸散发1)水面蒸发水面蒸发：水面的水分由液态转化为气态向大气扩：水面的水分由液态转化为气态向大气扩散、运移的过程，反映了当地的蒸发能力散、运移的过程，反映了当地的蒸发能力确定水面蒸发量通常有两种途径：用蒸发器进行测确定水面蒸发量通常有两种途径：用蒸发器进行测定定(器测法器测法)；通过气象观测资料进行计算；通过
40、气象观测资料进行计算(计算法计算法)a.器测法，蒸发器类型有：器测法，蒸发器类型有：l-20型、型、-80型、型、E-601型型l大型蒸发池大型蒸发池(A=20100 m2 两种两种)这类蒸发器尺寸小，与天然水体蒸这类蒸发器尺寸小，与天然水体蒸发量有显著差别，计算蒸发量需用发量有显著差别，计算蒸发量需用观测数据乘以折算系数观测数据乘以折算系数直径超过直径超过3.5 m，面积，面积100m2以上。观测数据接近天然水以上。观测数据接近天然水体蒸发量体蒸发量 读数均为同期的观测数据，读数均为同期的观测数据，K 值随蒸发皿类型、地区环值随蒸发皿类型、地区环境、季节的不同而异，可从各地的水文手册查出境、
41、季节的不同而异，可从各地的水文手册查出折算系数法：折算系数法：主要目的是根据小型蒸发器观测到的蒸发量推求大水体主要目的是根据小型蒸发器观测到的蒸发量推求大水体的实际蒸发量的实际蒸发量小型蒸发器的折算系数：小型蒸发器的折算系数：2)土壤蒸发土壤蒸发：除与气象条件有关外，还与土壤含水量、：除与气象条件有关外，还与土壤含水量、土壤性质、地势等因素有关。湿润土壤的蒸发过程分土壤性质、地势等因素有关。湿润土壤的蒸发过程分三个阶段：三个阶段：第一阶段，蒸发主要发生在表层，速度稳定，蒸发量接第一阶段，蒸发主要发生在表层，速度稳定，蒸发量接近近蒸发能力蒸发能力（充分供水时的蒸发速度，水面蒸发）；（充分供水时的
42、蒸发速度，水面蒸发）；第二阶段，土壤含水量降至第二阶段，土壤含水量降至田间持水量田间持水量（土壤能保持（土壤能保持水分的最大量）以下，部分毛细管中水分连续状态受水分的最大量）以下，部分毛细管中水分连续状态受到破坏而中断，供给表层蒸发的水分逐渐减少，蒸发到破坏而中断，供给表层蒸发的水分逐渐减少，蒸发速率随表层土壤含水量减小而变小。当毛细管全部断速率随表层土壤含水量减小而变小。当毛细管全部断裂，毛管水不再上升，土壤表层得不到水分供给而干裂，毛管水不再上升，土壤表层得不到水分供给而干化，则第二阶段结束；化，则第二阶段结束；第三阶段，毛管水完全不能到达地表，蒸发发生在土壤第三阶段，毛管水完全不能到达地
43、表，蒸发发生在土壤内部，水汽以分子扩散作用通过干土层逸入大气，速内部，水汽以分子扩散作用通过干土层逸入大气，速度极其缓慢。当土壤湿度达到某一临界值度极其缓慢。当土壤湿度达到某一临界值(凋萎系数凋萎系数)时时，蒸发基本停止，蒸发基本停止3)植物蒸散发植物蒸散发：在植物生长期，水分从植物叶面和枝：在植物生长期，水分从植物叶面和枝干逸入大气的过程。散发水量随植物的品种和季节干逸入大气的过程。散发水量随植物的品种和季节而不同。植物散发与蒸发总是同时存在的。通常将而不同。植物散发与蒸发总是同时存在的。通常将此二者结合称为陆面蒸发此二者结合称为陆面蒸发 在水文学中认为水面蒸发、土壤蒸发与植物散发不可在水文
44、学中认为水面蒸发、土壤蒸发与植物散发不可分割分割，故统称陆面蒸故统称陆面蒸 发。陆面蒸发与土壤的结构、发。陆面蒸发与土壤的结构、含水量以及植物覆盖含水量以及植物覆盖情况情况有关有关 流域总蒸发包括：流域内的水面蒸发、土壤蒸发、植流域总蒸发包括：流域内的水面蒸发、土壤蒸发、植物散发，又称流域蒸散发物散发，又称流域蒸散发陆地上的年降水量有陆地上的年降水量有6070通过蒸发和散发返回大通过蒸发和散发返回大气，因此总蒸发是水文循环的重要组成要素，从水量气，因此总蒸发是水文循环的重要组成要素，从水量损失角度来说，总蒸发是降雨径流形成过程中的唯一损失角度来说，总蒸发是降雨径流形成过程中的唯一损失，是流域水
45、量平衡计算中重要项目之一损失，是流域水量平衡计算中重要项目之一流域总蒸发量一般通过分析流域水量平衡求出流域总蒸发量一般通过分析流域水量平衡求出二二 流域总蒸发量流域总蒸发量2.5下渗下渗一一 概述概述下渗：下渗：是水从土壤表面进入土壤内的运动过程是水从土壤表面进入土壤内的运动过程下渗不仅直接决定地面径流量的生成及大小，同时下渗不仅直接决定地面径流量的生成及大小，同时也影响土壤水和地下潜水的增长、以及土壤中表层也影响土壤水和地下潜水的增长、以及土壤中表层流、地下径流的生成和大小。是将地表水与地下水、流、地下径流的生成和大小。是将地表水与地下水、土壤水联系起来的纽带土壤水联系起来的纽带 二二 相关
46、知识（了解）相关知识（了解）包气带包气带 指指地地面面与与地地下下潜潜水水面面之之间间的的土土层层，是是包包含含有有空空气气的的水水、土土系系统统，因因此此称称包包气气带带。水水文文上上将将这这里里的的水称为土壤水水称为土壤水 土壤固体颗粒同水分子经常处于相互作用中，土壤固体颗粒同水分子经常处于相互作用中，作用于土壤水的力主要有分子力、毛细管引力和重作用于土壤水的力主要有分子力、毛细管引力和重力。在这几种力的作用下水分通常以下列几种形式力。在这几种力的作用下水分通常以下列几种形式存在于土壤中：存在于土壤中：汽态水、吸着水、毛管水、重力水汽态水、吸着水、毛管水、重力水土壤水分的存在形式土壤水分的
47、存在形式汽态水：汽态水：存在于土壤孔存在于土壤孔隙中隙中汽态水汽态水吸着水吸着水土土粒粒吸湿水吸湿水:紧束在土粒表面，紧束在土粒表面，不能自由移动不能自由移动薄膜水：薄膜水：吸附于吸湿水外部，吸附于吸湿水外部，只能沿土粒表面做只能沿土粒表面做 微小的移动微小的移动毛管水毛管水毛管水毛管水:受毛管力的作用受毛管力的作用保持在土壤中保持在土壤中上升毛管水上升毛管水地下水在毛管作用下上升地下水在毛管作用下上升并保持在土壤中的水分并保持在土壤中的水分悬着毛管水悬着毛管水当地下水位较低时，降雨当地下水位较低时，降雨或灌溉后因毛管力的作用或灌溉后因毛管力的作用而保持在土壤里的水分而保持在土壤里的水分毛管水
48、毛管水重力水重力水重力水：重力水：受重力作用不能为受重力作用不能为 土壤所保持的水分土壤所保持的水分 几种水的受力和运动特点吸湿水：被分子力紧紧吸附在土粒表面，不能流动、也不能为植物利用薄膜水：被剩余分子力吸附在吸湿水层外的水膜，可从薄膜较厚处缓慢流到薄膜较薄处毛管水：土壤孔隙中被毛管力吸持的水分，不能在重力作用下流走重力水：在重力作用下可以流动的土壤水，是地下水的来源 雨水落在干燥土壤表面后，初期渗入土壤的水分受土粒分雨水落在干燥土壤表面后，初期渗入土壤的水分受土粒分子力的作用，吸附于土壤表面，形成子力的作用，吸附于土壤表面，形成薄膜水薄膜水。当薄膜水满。当薄膜水满足以后，继续渗入的水分充填
49、土粒间的孔隙，并在表面张足以后，继续渗入的水分充填土粒间的孔隙，并在表面张力的作用下形成没有一定方向的力的作用下形成没有一定方向的毛细管水毛细管水。当表层土壤中。当表层土壤中的毛管水满足以后，继续入渗的水分使表层土壤饱和。饱的毛管水满足以后，继续入渗的水分使表层土壤饱和。饱和层毛管力的方向向下，水分在毛管力的作用向下层渗透；和层毛管力的方向向下，水分在毛管力的作用向下层渗透；同时，孔隙中的自由水在重力作用下，也沿空隙向下层流同时，孔隙中的自由水在重力作用下，也沿空隙向下层流动，形成动，形成重力水重力水。如果地下水埋藏不深，重力水可能渗过。如果地下水埋藏不深，重力水可能渗过整个包气带，形成整个包
50、气带，形成地下径流地下径流三三 下渗的物理过程下渗的物理过程可见，水分在下渗过程中受到分子力、毛管力和重力的综合作用。分子力和毛管力随着下渗的进行和土壤水分的增加而减弱，当毛管孔隙充水达到饱和时，水分主要在重力的作用下运动，达到稳定状态，此时的下渗率称稳定下渗率 干燥土壤的下渗过程按水分的主要作用力及运动特征不干燥土壤的下渗过程按水分的主要作用力及运动特征不同，可分为三个阶段：同，可分为三个阶段：(1)渗润阶段渗润阶段a 由于初期土壤干燥，水分主要在分子力作用下由于初期土壤干燥，水分主要在分子力作用下，被被土壤颗粒吸附而成为结合水（吸湿水和薄膜水）；土壤颗粒吸附而成为结合水（吸湿水和薄膜水）；