水文学基础知识.pptx

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1、主要内容一、水文循环与水量平衡二、降雨、蒸发三、入渗、土壤水、地下水四、河川径流1第1页/共137页一、水文循环及水量平衡水文学：研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。2第2页/共137页1.1 水文循环：（1）地球上水的存在形式：汽态、液态、固态汽态、液态、固态 （2 2）存在位置：空气中、地表、地下、生物体内空气中、地表、地下、生物体内 3第3页/共137页 水文循环的概念：地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在

2、这过程中，汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水分这种给河流流入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替往返循环、不断转移交替的的现象称为水文循环或水循环。现象称为水文循环或水循环。4第4页/共137页5水循环示意图水循环示意图第5页/共137页6 水循环的外因：太阳辐射能和地球引力的存在 水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互 转化第6页/共137页自然界水循环据其规

3、模及涉及的地域可分为：自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：大循环大循环/小循环小循环7海海 洋洋 上上 空空大大 陆陆 上上 空空海海 洋洋地地 下下陆陆 面面降降水水蒸蒸发发返返回回大大气气地面径流地面径流海海洋洋蒸蒸发发降降水水气流输运气流输运大循环：大循环：小循环小循环：地下径流地下径流汇入汇入河川河川第7页/共137页水文循环的意义：8 直接影响气候变化：直接影响气候变化：改变地表形态：改变地表形态：造成再生资源：造成再生资源：负面影响：干旱，洪涝灾害负面影响：干旱，洪涝灾害第8页/共137页（2 2）河流流域的水量平衡9河流流域的定义：河流某断面以上，汇集地表水和地下水河流某断面

4、以上，汇集地表水和地下水的区域（称做地面集水区和地下集水区）的区域（称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上的流域。统称做河流在该断面以上的流域。由分水线包围的集水区域。由分水线包围的集水区域。第9页/共137页非闭合流域/闭合流域：10 非闭合流域：若地面分水线与地下分水线在位置上不完全重合，即地面和地下集水区不相重合常称这种流域为非闭合流域。闭合流域：若流域的地面水和地下水分水线在位置上重合，即地面和地下集水区相重合，则称这种流域为闭合流域。第10页/共137页二、降水与蒸发2.1 降水：是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水是指液态或固态的水汽凝结物，

5、从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。的现象。降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。11第11页/共137页（1 1）降水的各种形态：12 雨雨 从云中降落下来的液态水滴从云中降落下来的液态水滴,其直径一般为其直径一般为0.56毫米。小雨滴呈球形，直径在毫米。小雨滴呈球形，直径在1 1毫米以上毫米以上的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。雪雪 由较大的冰晶（即雪晶）组成。雪晶一般由较大的冰晶（即雪晶）组成。雪晶一般大于大于0.3 毫米，其基本形状为六角形。毫米，其基本形状为六角形。第12页/共

6、137页13霰 又称雪珠或软雹，是白色不透明的圆锥形或球形的颗粒状固态降水。直径约25毫米，下降时常呈阵性，触及硬地时常反跳。它是由各自冻结的小云滴组合在一起而成的，密度小而松脆易碎。雹雹 又称冰雹或雹块，从对流云中产生的球状、锥状、椭球状或形状不规则的坚硬固态降水，直径约250毫米。第13页/共137页（2 2）降水的成因：14 大气中存在水分，即水汽；大气中存在水分，即水汽；降温，降至露点温度以下，或空气冷却降温，降至露点温度以下，或空气冷却 大气中存在吸水性的微粒大气中存在吸水性的微粒(凝结核凝结核)露点：空气中水汽达到饱和时的温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必要条件

7、。大气凝结核：指飘浮在大气中的尘粒，其直径约10-310m。大气凝结核由固态物质、溶液滴或两者的混合物组成，其化学成分很复杂，最常见的是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。第14页/共137页（3 3）降雨的分类及其特性 按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种类型：15 对流雨对流雨 地形雨地形雨 锋面雨锋面雨 气旋雨气旋雨第15页/共137页1 1）对流雨：16对流雨对流雨(亦称对流性降水亦称对流性降水)发生的条件：发生的条件：地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水汽则会凝结

8、成云（淡积云汽则会凝结成云（淡积云浓积云浓积云 积雨云），积雨云），形成形成 降雨。降雨。第16页/共137页 对流雨发生的特点：17 对对流流雨雨是是在在大大气气不不稳稳定定的的条条件件下下产产生生的的，多发生在夏季酷热的午后；多发生在夏季酷热的午后；其其水水平平尺尺度度很很小小(0.150公公里里)，降降雨雨历历时时较较短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。降降水水强强度度的的变变化化很很大大。对对流流性性降降水水常常伴伴有有雷暴（伴有闪电和雷声），称为雷阵雨。雷暴（伴有闪电和雷声），称为雷阵雨。第17页/共137页2 2）地形雨18地形雨形成示意

9、图地形雨形成示意图山山 脉脉 暖暖湿湿空空气气在在运运移移过过程程中中，因因受受地地形形（如如山山脉脉等等）影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。地形雨发生的条件：第18页/共137页19 因因气气流流（空空气气）的的湿湿度度、温温度度、抬抬升速度及地形特点的差异而不同。升速度及地形特点的差异而不同。地地形形作作用用一一般般使使山山的的迎迎风风面面的的降降水水量大，而背风面降水量减少。量大，而背风面降水量减少。地形雨的特点：第19页/共137页3 3）锋面雨:20 由由于于不不同同性性质质的的气气团团相相遇遇所所形形成成的的雨雨称称为锋面雨为锋面雨。气

10、团：气团：物物理理属属性性（物物理理属属性性主主要要是是温温度度、湿湿度度、大大气气静静力力稳稳定定度度等等物物理理量量）在在水水平平方方向向差差异异很很小小的的空空气气质质点点群群体体。其其水水平平范范围围可可达达几几百百万万平平方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。第20页/共137页气团的分类：21 按按气气团团的的热热力力性性质质不不同同,可可划划分分为为：冷冷气气团团(比比其其所所经经下下垫垫面面冷冷)和和暖暖气气团团（比比其其所经下垫面暖）所经下垫面暖）;按按湿湿度度特特征征的的差差异异可可分分为为：干干气气团团和和湿湿气团气团；第21页/共1

11、37页22 按其静力稳定度的区别可分为按其静力稳定度的区别可分为稳定气团稳定气团和和不稳定气团不稳定气团；按气团的发源地的不同常分为按气团的发源地的不同常分为极地气团极地气团和和热带气团热带气团两大类，再按发源地带的海陆差别，两大类，再按发源地带的海陆差别，这些气团还可划分为一些亚类。这些气团还可划分为一些亚类。第22页/共137页在北半球的主要气团有：23 北冰洋气团：北冰洋气团：形成于北极的北冰洋，空气极寒且干燥。形成于北极的北冰洋，空气极寒且干燥。极地气团：极地气团：形形成成于于除除北北极极的的北北冰冰洋洋以以外外的的中中、高高纬纬度度地地区区，比比较较寒寒冷冷，其其中中形形成成于于大大

12、陆陆上上的的有有极极地地大大陆陆气气团团、西西伯伯利利亚亚气气团团；形形成成于于海海洋洋上上的的有有极地海洋气团极地海洋气团。第23页/共137页24 赤道气团：赤道气团：形形成成于于赤赤道道海海洋洋上上，既既热热又又很很潮潮湿湿，有有时难以将它和热带海洋气团相区别。时难以将它和热带海洋气团相区别。热带气团：热带气团：形形成成于于热热带带、副副热热带带的的暖暖气气团团。其其中中形形成成于于大大陆陆上上的的，称称为为热热带带大大陆陆气气团团；形形成成于于海洋上的称为海洋上的称为热带海洋气团热带海洋气团。第24页/共137页 锋面：25 温温度度或或密密度度差差异异很很大大的的两两个个气气团团相相

13、遇遇，接接触触区区形形成成一一过过渡渡带带，简简称称锋锋面面。锋锋面面是是倾倾斜斜的的，坡坡度度很很小小，一一般般约约为为1/100，冷冷气气团团在在下下，暖暖气气团团在在上上。锋锋面面的的铅铅直直厚厚度度约约1公公里里，水水平平宽宽度度在在近近地地面面约约数数十十公公里里，其其高高度度可可达达400公公里里以以上上（延延伸伸到到对对流流层层顶顶），锋锋的的水水平平范范围围可可延延伸伸数数百百公公里里甚甚至数千公里。至数千公里。第25页/共137页26 锋线：锋锋面面与与地地面面交交线线称称为为地地面面锋锋线线，也也简简称称为为锋。锋。锋线锋线锋面锋面冷气团冷气团暖气团暖气团 地地 面面第26

14、页/共137页u 暖锋雨27暖暖锋锋：冷冷暖暖气气团团相相遇遇时时，暖暖气气团团较较强强起起主主导导作作用用，暖暖气气团团推推动动锋锋面面向向冷冷气团一侧移动。气团一侧移动。暖锋雨示意图 水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向的水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向的不同，所形成的锋面雨分成以下几种类型：不同，所形成的锋面雨分成以下几种类型：第27页/共137页28暖锋雨的特点：雨区位于锋线前方；雨区位于锋线前方；降降雨雨强强度度较较小小(锋锋面面坡坡度度小小，介介于于1/1001/300，暖湿气团上升缓慢）；，暖湿气团上升缓慢）；云和降雨区面积较大。云和降雨区面积较大。第28页/共137页u 冷

15、锋雨:29 冷冷暖暖气气团团相相遇遇时时，冷冷气气团团较较强强起起主主导导作作用用，冷冷气气团团推推动动锋锋面面向向暖暖气气团团一一侧侧移移动动。根根据据冷冷锋锋推推移移速速度度的的不不同同，又又分分为为慢行冷锋和和急行冷锋两种：两种：第29页/共137页30 缓行冷锋：云和雨区分布云和雨区分布 及降雨强度与及降雨强度与 暖锋雨相仿；暖锋雨相仿；雨区位于锋线雨区位于锋线 后方。后方。缓行冷锋雨特点：冷锋运移速度较慢冷锋运移速度较慢缓行冷锋雨示意图第30页/共137页急行冷锋：31冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升运动，锋面坡度较陡，介于运动

16、，锋面坡度较陡，介于1/401/80（41820）。）。降雨在锋线附近，降雨在锋线附近，降雨强度大降雨强度大 历时短、雨区窄历时短、雨区窄急行冷锋雨特点：急行冷锋雨示意图第31页/共137页u 准静止锋:32 当冷暖锋面势均力敌，则锋面在一定地区来当冷暖锋面势均力敌，则锋面在一定地区来回摆动，称为准静止锋。或指移动很缓慢呈准静回摆动，称为准静止锋。或指移动很缓慢呈准静止状态的锋。止状态的锋。准静止锋雨示意图第32页/共137页33准静止锋雨的特点：降雨持续时间较长降雨持续时间较长 降雨强度比较小降雨强度比较小 雨区比暖锋雨更广雨区比暖锋雨更广 如江淮一带如江淮一带6、7月的常出现的阴雨天气月的

17、常出现的阴雨天气即为典型的准静止锋雨。即为典型的准静止锋雨。第33页/共137页u 锢囚锋：34 当当有有三三种种冷冷暖暖性性质质不不同同的的气气团团（如如暖暖气气团团、较较冷冷气气团团、更更冷冷气气团团）相相遇遇时时，便便会会产产生生两两个个锋锋面面，此此两两锋锋面面相相遇遇并并逐逐渐渐合合并并起起来来，原原来来暖暖气气团团被被迫迫抬抬离地面，锢囚在高空，这样形成的锋称作锢囚锋。离地面，锢囚在高空，这样形成的锋称作锢囚锋。图中：冷气团 暖气团 更冷气团(1)(4)(2)(3)锢囚锋形成示意图第34页/共137页4 4）气旋雨35气旋：北北（南南）半半球球，由由于于地地球球离离心心力力、偏偏向

18、向力力及及摩摩擦擦力力的的共共同同作作用用下下，大大气气中中水水平平气气流流呈呈逆逆（顺顺）时时针针旋旋转的大型涡旋。在同高度转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四上，气旋中心的气压比四周低，又称周低，又称低压低压。小气旋水平尺度为几百公小气旋水平尺度为几百公里，大的可达三四千公里，里，大的可达三四千公里，气旋中，天气常发生剧烈气旋中，天气常发生剧烈的变化，是人们最关心和的变化，是人们最关心和最早研究的天气系统。最早研究的天气系统。第35页/共137页气旋区气流运动特点：36气旋平面图气旋平面图低气压区气旋立面图气旋立面图低气压区 在在低低气气压压中中心心区区，气气流流从从四四周周向向中

19、中心心辐辐合合，垂垂直直方方向向上上运运动动是是上上升升的的，即即暖暖湿湿气气流流辐辐合合上上升升，在在水水平平面面上上温温度度和和湿湿度度变变化化很很大大，故故常常常常有有凝凝结结降降水水现现象象。可可出出现现大大范范围围降降雨雨和和大大风风的的天天气气现现象象，称为称为气旋雨气旋雨第36页/共137页气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气旋和温带气旋37 热带气旋热带气旋 发发生生在在热热带带海海洋洋上上强强烈烈的的气气旋旋性性涡涡旋旋，即即所所谓谓的的台台风风。风风的的水水平平尺尺度度约约几几百百公公里里至至上上千千公公里里，铅铅直直尺尺度度可可从从地地面面直直达达平平流流层层低低层层

20、，是是一一种种深深厚厚的的天天气气系系统统。台台风风中中心心气气压压很很低低，一一般般在在990870百百帕帕（1hpa=1dyn/cm2)之之间间，中中心心附附近近地地面面最最大风速一般为大风速一般为3050米米/秒，有时可超过秒，有时可超过80米米/秒。秒。第37页/共137页9898长江流域大洪水起因：38 与发生在1997.51998.5上世纪最强的厄尔尼诺现象有关;冷暖空气频繁交绥于长江流域，造成二度梅雨（6.117.3和7.1631）1998年长江流域降雨天气图第38页/共137页热带气旋的危害：39 强风引起的巨大海浪，可对海洋船舶造成很大强风引起的巨大海浪，可对海洋船舶造成很大

21、破坏；当台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大破坏；当台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大的海潮（风暴潮）。台风中心经过的地区常有大暴的海潮（风暴潮）。台风中心经过的地区常有大暴雨或特大暴雨，日雨量雨或特大暴雨，日雨量可高达可高达1000毫米以上，毫米以上，造成大范围洪涝。它是造成大范围洪涝。它是重要天气系统之一，一重要天气系统之一，一些河流特大洪水均与热些河流特大洪水均与热带气旋有关。带气旋有关。1983198319831983年年年年9 9 9 9月月月月6 6 6 6日第日第日第日第9 9 9 9号台风号台风号台风号台风的彩色增强显示卫星云图的彩色增强显示卫星云图的彩色增强显示卫星云图的彩

22、色增强显示卫星云图第39页/共137页按热带气旋地面中心附近风速大小，可分为：40风速风速平均风力平均风力分分 类类10.810.817.1m/s17.1m/s6 6 8 8级级热带低气压热带低气压17.2 17.2 32.7m/s32.7m/s8 8 9 9级级热带风暴热带风暴10 10 1111级级强热带风暴强热带风暴32.7m/s32.7m/s 12 12级级台风台风（按中国气象部门规定分类）第40页/共137页 温带气旋雨（锋面气旋）41 锋面气旋是由锋面的波动产生的，多发生锋面气旋是由锋面的波动产生的，多发生于温带的极地气团和热带气团的交界面之上，于温带的极地气团和热带气团的交界面之

23、上，这种波动也称气旋波。温带地区的降水大部分这种波动也称气旋波。温带地区的降水大部分同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。第41页/共137页温带气旋的特点：42 温温带带气气旋旋主主要要出出现现在在中中、高高纬纬度度地地区区。温温带带气气旋旋范范围围大大，风风区区长长，在在海海上上形形成成大大风风、降降水水和和雷雷暴暴等等危危险险天天气气和和巨巨浪浪，在在冬冬季季有有时时也也能引导冷空气南下，

24、形成寒潮天气。能引导冷空气南下，形成寒潮天气。第42页/共137页43影响中国近海的温带气旋影响中国近海的温带气旋影响中国近海的温带气旋影响中国近海的温带气旋（主要发生在两个地区）：（主要发生在两个地区）：从从中中国国长长江江中中下下游游到到日日本本南南部部海海上上，命命名名为为江淮气旋江淮气旋江淮气旋江淮气旋和和东海气旋东海气旋东海气旋东海气旋 从从蒙蒙古古中中部部到到中中国国东东北北的的大大兴兴安安岭岭东东侧侧，命命名为名为蒙古气旋蒙古气旋蒙古气旋蒙古气旋 和和 黄河气旋黄河气旋黄河气旋黄河气旋第43页/共137页(4)(4)降雨的观测 按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种

25、：44 1)暴雨暴雨(50mm/24h)暴雨：暴雨：50100大暴雨：大暴雨：100200特大暴雨：特大暴雨：2002)大雨：2550 mm/24h3)中雨中雨：1025 mm/24h4)小雨小雨：1600mm 1600mm东南沿海，云南西南部，广西南部，西东南沿海，云南西南部，广西南部，西藏东南角，湖南、江西、四川山地藏东南角，湖南、江西、四川山地2)2)湿润带湿润带800 800 1600mm1600mm长江中下游地区，云贵川和广西大部分长江中下游地区，云贵川和广西大部分地区地区3)3)半湿润带半湿润带400 400 800mm800mm华北平原，东北大部分，山西、陕西大华北平原，东北大部

26、分，山西、陕西大部及甘肃东南部，四川西北，西藏东部部及甘肃东南部，四川西北，西藏东部4)4)半干旱带半干旱带200 200 400mm400mm内蒙，宁夏，甘肃，新疆西北部内蒙，宁夏，甘肃，新疆西北部5)5)干旱带干旱带 200mm 200mm内蒙、宁夏、甘肃沙漠区，青海、新疆内蒙、宁夏、甘肃沙漠区，青海、新疆的盆地的盆地第55页/共137页56 2.5 5 20 40 80 120 160 200 300(cm)十分湿润带1600-2000湿润带半湿润带半干旱带干旱带8.0 说明丰枯变化很大。说明丰枯变化很大。北京地区：北京地区：1959年年P=1405mm，1869年年P=242mm K=

27、1405/242=5.8 南方多雨地区：南方多雨地区：K=1.5-3.0 说明年际间降雨相对均匀；说明年际间降雨相对均匀；北方少雨地区：北方少雨地区：K=3.0-6.0 说明丰枯变化较大；说明丰枯变化较大；第59页/共137页 中国暴雨的时空分布特点60 暴暴 雨：雨：指指在在短短时时期期出出现现的的大大量量降降水水，大大暴暴雨雨往往往往形形成成大大洪洪水水。特特大大暴暴雨雨是是一一种种灾灾害害性性天天气气,往往往往造造成成洪洪涝涝灾灾害害和和严严重重的的水水土土流流失失,导导致致工工程程失失事事、堤堤防防溃溃决决和和农农作作物物被被淹淹等等重重大大的的突突发发事事故故，另另一一方方面面，适适

28、度度暴暴雨则是水资源的重要来源，可用来兴利。雨则是水资源的重要来源，可用来兴利。第60页/共137页61暴雨：暴雨：50100mm大暴雨：大暴雨：100200mm特大暴雨：特大暴雨：200mm 我国西部为暴雨低值区，东南沿海及我国西部为暴雨低值区，东南沿海及海南岛为暴雨高值区，海河、黄河、淮河海南岛为暴雨高值区，海河、黄河、淮河及长江的下游均为大暴雨区。及长江的下游均为大暴雨区。中国规定的暴雨量级：中国规定的暴雨量级：第61页/共137页中国大陆上暴雨主要集中在三个时期：62 4-64-6月月月月：东东南南季季风风登登陆陆，大大暴暴雨雨主主要要出出现现在在长长江江以以南南地地区区，是是华华南南

29、地地区区汛汛前前暴暴雨雨和和江江南南梅梅雨雨期期暴雨出现的季节；暴雨出现的季节；6-7 6-7月：月：月：月：季风南移，暴雨区主要发生在江淮流域，季风南移，暴雨区主要发生在江淮流域，是长江中下游的梅雨期；是长江中下游的梅雨期；7-8 7-8月：月：月：月：由于西南与东南季风盛行，暴雨区主要由于西南与东南季风盛行，暴雨区主要发生在华北、川西、东南沿海多热带气旋暴雨。发生在华北、川西、东南沿海多热带气旋暴雨。第62页/共137页2.2 2.2 蒸散发63 水水汽汽从从水水面面、冰冰面面或或其其他他含含水水物物质质表表面面逸逸出出的的过过程程。它它属属于于水水由由液液态态或或固固态态变变为为气气态态

30、的的相相变变过过程程。水水汽汽分分子子的的不不规规则则运运动动，会会使使一一部部分分逸出去的水水分分子子又又回回到到水水（或或冰冰）面面，因因此此蒸蒸发发量量就就是是从从水水（或或冰冰）面面飞飞出出的的水水汽汽分分子子通通量量与与回回到到水水（或冰）面的水汽分子通量的差值。（或冰）面的水汽分子通量的差值。蒸蒸发发是是气气象象要要素素之之一一。在在自自然然界界中中，蒸蒸发发是是海海洋洋和和陆陆地地水水分分进进入入大大气气的的唯唯一一途途径径，是是地地球水文循环的主要环节之一。球水文循环的主要环节之一。第63页/共137页 蒸散发64 水文学中指自然界水面蒸发、土壤表面蒸发水文学中指自然界水面蒸发

31、、土壤表面蒸发和植物散发的总称。和植物散发的总称。植物蒸散（蒸腾）植物蒸散（蒸腾）在植物生长期，水分从植物叶面和技干逸入在植物生长期，水分从植物叶面和技干逸入大气的过程。大气的过程。蒸发蒸发 水面与土壤表面的水变成水汽的过程。水面与土壤表面的水变成水汽的过程。第64页/共137页（1）水面蒸发65 水面蒸发是在水分充分供给条件下的蒸发现水面蒸发是在水分充分供给条件下的蒸发现象。用以反映当地蒸发能力的一个指标。象。用以反映当地蒸发能力的一个指标。蒸发率蒸发强度：蒸发率蒸发强度：指单位时间内的蒸发量。指单位时间内的蒸发量。(单位:mm/day,mm/min)蒸发量：蒸发量：某个时段内单位面积蒸发的

32、水量。某个时段内单位面积蒸发的水量。(单位:cm3/cm2=cm 或或 mm)蒸发量的大小可用以下特征量表示：蒸发量的大小可用以下特征量表示：第65页/共137页66水汽水汽水汽水汽饱和水压差：饱和水压差：水面温度水面温度T T：风速：风速：湍流湍流：可见，水面蒸发与以下几个因素有关：第66页/共137页(2)土壤蒸发67土壤蒸发：土壤蒸发：土壤中的水分通过空隙上升和汽化以水汽形土壤中的水分通过空隙上升和汽化以水汽形式从土壤表面进入大气的过程。式从土壤表面进入大气的过程。土土壤壤蒸蒸发发过过程程要要比比水水面面蒸蒸发发复复杂杂，除除影影响响水水面面蒸蒸发发的的几几种种因因素素(气气温温、水水面

33、面温温度度、饱饱和和差差及及风风速速)外外，还还与与土土壤壤性性质质(结结构构、色色泽泽等等)、土土壤壤中中水水分分含含量量、地地下下水水埋埋深深、土土壤壤表表面面特特征征和和地地形形等因素有关。等因素有关。第67页/共137页（3）植物散发(蒸腾)68植物散发（蒸腾）：在植物生长期，水分从植物在植物生长期，水分从植物叶面和技干逸入大气的过程。叶面和技干逸入大气的过程。植植物物散散发发是是一一物物理理生生物物的的过过程程，水水分分从从叶叶面面气气孔孔中中扩扩散散出出去去的的量量可可受受气气孔孔开开闭闭程程度度而而受受到到调调节节。在在水水文文学学中中认认为为水水面面蒸蒸发发、土土壤壤蒸蒸发发与

34、与植植物物散散发发是是不不可可分分割割的的，故统称为陆面蒸发。故统称为陆面蒸发。第68页/共137页（4）流域总蒸发量69流域总蒸发包括：流域总蒸发包括：流流域域内内的的水水面面蒸蒸发发、土土壤壤蒸蒸发发、植植物物散散发发的的总总称称。又又称称流流域域蒸蒸散散发发。在在水水文文学学中，通常指这些蒸发量的总和。中，通常指这些蒸发量的总和。第69页/共137页（5 5）中国蒸发的特点70年蒸发量的地区分布：1）水面蒸发的地区分布特点：低温湿润地区水面蒸发量小，高温干燥地低温湿润地区水面蒸发量小，高温干燥地区水面蒸发量大；区水面蒸发量大；蒸发低值区一般多在山区，而高值区多在蒸发低值区一般多在山区，而

35、高值区多在平原区和高原地区。平原区和高原地区。第70页/共137页中国多年平均水面蒸发量最低值400mm，最高值2600mm，相差悬殊，可分为几个区：71 年蒸发量在800mm以下的低值区：东北地区（除平原区南部）东北地区（除平原区南部）中国的中部，包括湖南、湖北西部，贵州、云中国的中部，包括湖南、湖北西部，贵州、云南北部，四川大部，甘肃、青海东南部和陕西南南北部，四川大部，甘肃、青海东南部和陕西南部山区等；部山区等；第71页/共137页72 年蒸发量大于1200mm的高值区：年蒸发量在8001200mm的中间地带区：西北高原、盆地；青藏高原；华北东北平原；西北高原、盆地；青藏高原；华北东北平

36、原；南部沿海；云南等；南部沿海；云南等；分分布布很很广广，如如东东北北平平原原大大部部，海海滦滦河河流流域域的的山山区区、海海河河平平原原北北部部，华华北北平平原原南南部部，长长江江流域的大部分地区等。流域的大部分地区等。第72页/共137页中国多年平均水面蒸发量图73说明：说明：该该分分布布图图由由 E601转转换换求求到到的的多多年年平平均均水面蒸发水面蒸发1000-12001000-1200600-800600-800600-800600-800600200020001600-20001600-2000800-1000800-10001400-16001400-16001200-1400

37、1200-1400第73页/共137页陆面蒸发的地区分布：74 陆面蒸发量的地区分布与降水、径流的地区陆面蒸发量的地区分布与降水、径流的地区分布有密切关系，呈东南向西北有明显递减趋势。分布有密切关系，呈东南向西北有明显递减趋势。说明中国的供水条件是陆面蒸发的主要制约因素。说明中国的供水条件是陆面蒸发的主要制约因素。有有一一条条300mm的的（陆陆面面）蒸蒸发发量量等等值值线线自自东东北北向向西西南南贯贯穿穿我我国国大大陆陆，大大体体上上将将中中国国陆陆地地的的蒸发量分布情况分为二个区：蒸发量分布情况分为二个区：第74页/共137页75 此线以西大部分属于干旱和半干旱地区：此线以西大部分属于干旱

38、和半干旱地区：雨雨量量少少、温温度度低低、属属中中国国陆陆面面蒸蒸发发量量的的低低值区。值区。此线以东属湿润与半湿润地区：此线以东属湿润与半湿润地区：南南方方湿湿润润地地区区雨雨量量大大，蒸蒸发发能能力力达达充充分分发发挥挥（即即充充分分条条件件下下蒸蒸发发），为为中中国国陆陆面面蒸蒸发发量量的高值区。的高值区。第75页/共137页76多多年年平平均均陆陆面面蒸蒸发发量量图图海南岛东部1000 mm塔里木盆地、柴塔木盆地：25 mm陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的高值区陆面蒸发量的高值区陆面蒸发量的高值区陆面蒸发量的高值区300mm第76页/

39、共137页 年蒸发量的年内变化77 年年内内蒸蒸发发量量变变化化主主要要受受温温度度、湿湿度度和和季季节节变变化的影响，因此有：化的影响，因此有：一一般般南南方方变变化化小小，北北方方大大；山山区区变变化化小小，平平原原区区变变化化大大；低低纬纬度度地地区区年年内内分分配配较较均均匀匀而而高高纬纬度地区年内分配非常集中。度地区年内分配非常集中。夏夏季季太太阳阳辐辐射射较较强强故故蒸蒸发发增增强强，冬冬季季由由于于气气温温低低蒸蒸发发小小。全全年年月月的的最最小小蒸蒸发发量量一一般般出出现现在在1212月及月及1 1月。月。第77页/共137页三、土壤水、入渗及地下水 土壤水 入渗 地下水78第

40、78页/共137页3.1 3.1 土壤水79 存在于非饱和带土壤孔隙中和为土壤颗粒所吸附水分。它具有三态：液态水、固态水及汽态水。土壤水是土壤 土粒、水、气三相系统的一个组成部分。在水文学中指地表土层中的水，广义的土层指整个包气带。土壤水分的增长、消退及动态变化同降水、蒸散发、地下水和径流有密切关系。第79页/共137页3.1.13.1.1土壤水的不同形式80 土壤固体颗粒同水分子经常处于相互作用之中，作用于土壤水的主要的力有分分子子力力、毛毛细细管管引引力力和重重力力。它们决定了土壤水的存在形式和运动。土壤水通常以下列几种形式存在于土壤中：第80页/共137页81 吸湿水吸湿水（强结合水/吸

41、着水）v土壤颗粒表面的分子对水分子具有很强的吸引力(称分子力)，故土壤颗粒表面能吸附大气中的水分子，则称这部分水为吸湿水。第81页/共137页82吸湿水的特点：土粒表面对它的吸力很大，紧贴土粒的第一层水分子受的吸力约1万个大气压（1大气压1.01105N/m2=1.03kg/cm2)。吸湿水具有固态水的性质（1.22.4),因此吸湿水不能自由移动。只有在高温（105110 0C）条件下可转变成汽态散失，故吸湿水不能被植物所利用。第82页/共137页 薄膜水（弱结合水）83 指土粒表面吸湿水达到最大量后，土颗粒剩余的分子力还能吸附水分，在吸湿水外表形成的膜状液态水。土土 壤壤颗颗 粒粒土土 壤壤

42、颗颗 粒粒吸湿水薄膜水第83页/共137页84薄膜水的特点：薄膜水的特点：主要受分子吸力作用（为316.25大气压），与液态水的性质基本相似，在吸力作用下能以湿润的方式，从水膜厚处向水膜薄处缓慢移动，或从土壤湿润的地方向干燥的地方运移，属于非饱和土壤水运动研究的范畴。第84页/共137页 毛管水/毛细水85毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：指依靠土壤中毛细管（一般指d1mm的空隙称毛细管)的吸引力（毛管力,d=0.030.0006mm时，毛管力最为明显）而被保持

43、在土壤孔隙中的水分。所受的吸力为6.250.08大气压。毛管悬着水毛管悬着水 毛管上升水毛管上升水/毛管支持水毛管支持水第85页/共137页 重力水:86 是受重力作用而运动的那一部分水分，具有是受重力作用而运动的那一部分水分，具有一般液态水性质，如可以在重力作用下产生水一般液态水性质，如可以在重力作用下产生水流运动，能传递压力等，因此，重力水不易保流运动，能传递压力等，因此，重力水不易保持在土壤上层，是形成地下水的重要来源。持在土壤上层，是形成地下水的重要来源。第86页/共137页3.1.2 3.1.2 几个常用的水分常数87 土壤水分常数是表征土壤水分形态和运动特性发生明显变化的特征值。不

44、同形态水分的存在反映土壤不同的持水量级，这种关系通常用一些土壤含水量的特征数值来表示。主要的水分常数有：第87页/共137页88 最大吸湿量（吸湿系数）土壤吸湿水达到最大值时的土壤含水量，指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸附的大气中最大水汽量，它反映了土壤吸附气态水的能力。土壤颗粒的分子力所能吸附或结合的水分的最大值称作最大分子持水量，此时薄膜水厚度达到最大值。最大分子持水量第88页/共137页89 凋萎含水量(凋萎系数)当土壤水分减少到一定量后致使植物根系无法从土壤中吸收水分，开始枯死时的相应最大土壤含水量称作凋萎含水量。第89页/共137页 田间持水量90 指土壤中所能保持的毛细管悬着水的最

45、大量。当土壤含水量超过毛细管悬着水的最大量即田间持水量时，超过的部分不能为毛细管力所维持，则表现为自由重力水。田间持水量是土壤水分运动性发生明显变化的重要标志，是划分土壤持持水水与下下渗渗的重要参数，对水文学具重要意义。水文学中田间持水量常以 fc 表示（相应的土壤吸力为1/3大气压0.34kg/cm2)。第90页/共137页91 饱和含水量/全蓄含水量s 土壤中全部孔隙全被水所充满时的含水量称为饱和含水量。第91页/共137页3.2 3.2 入渗92 3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 入渗的物理过程入渗的物理过程入渗的物理过程入渗的物理过程 入渗一般是指大气降水或灌溉水通过土壤

46、表面进入土壤从而改变土壤内水分状况的过程。它是水在分子力、毛细管引力和重力的综合作用下在土壤中发生的物理过程，是径流形成过程的重要环节之一。包括三个阶段：渗润阶段 渗漏阶段 渗透阶段第92页/共137页3.2.2 3.2.2 下渗的定量描述93 下渗量定量分析可用三种特征值来描述 入渗总量入渗总量F F 指入渗开始到某一指定时刻渗入到土壤中的累积水量（单位：mm）。用下渗量累积曲线表示下渗量随时程的增长过程。第93页/共137页入渗率f fi i/入渗强度94 指单位时间内单位面积上渗入土壤中的水量（单位：mm/h 或 mm/min）。在某时刻t 的入渗率应为入渗累计量F 对时间的变化率：第9

47、4页/共137页 土壤入渗能力/容量/性能 fp95 在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率称为下渗能力（单位：mm/h）。通常用下渗能力曲线来表示下渗率随时程的变化过程，简称入渗能力曲线。下渗能力随时程而递减，初期 f fp p 很 大，后期逐渐变小，最后趋于稳定:f fp p f fc c=const.=const.f fc c称为稳定下渗率（渗透能力）。称为稳定下渗率（渗透能力）。入渗能力曲线fc第95页/共137页3.3 3.3 地下水96 存在于地表以下岩土的孔隙、裂隙和洞穴中的水统称为地下水。地表以下含水的岩土可分两个带。上部为包气带（非饱和带），该带岩土的空隙中

48、除水以外还包含空气。下部为饱水带（饱和带），岩土的空隙被水充满，其分界为地下水潜水面。水文学中把地下水潜水面以下饱和带中的水称作地下水。第96页/共137页 3.3.1 3.3.1 地下水分类97根据埋存条件，地下水又可以分为以下二类根据埋存条件，地下水又可以分为以下二类：1 1、潜水、潜水 潜水是指埋存于地表以下，第一个连续稳定的隔水层以上具有自由水面的重力水。它主要的补给来源是降水和地表水的渗入。第一个隔水层第一个隔水层潜潜 水水第97页/共137页 潜水的特点：98 1 1）它它具具有有自自由由水水面面（潜潜水水面面）通通过过包包气气带带与与大大 气气相相通通，因因此此潜潜水水可可以以直

49、直接接受受到到降降水水和和地地表表水水的的补给，另一方面补给，另一方面 也可以通过蒸发、也可以通过蒸发、植物散发方式从包植物散发方式从包 气带垂向向大气排气带垂向向大气排 泄。泄。潜水示意图潜水示意图第98页/共137页99 2 2）潜水大致沿潜水位较高处向水位较低处流动，由于地形切割或岩性变化，潜水流可集中排泄于地表成泉，称作下降泉。潜水流还可分别泄流进入河、湖或海中。潜水示意图潜水示意图第99页/共137页2 2、承压水100 承压水是充满于上下两个隔水层之间的含水层中的地下水，它承受一定的压力，当钻孔打穿上覆隔水层时，水能从钻孔内上升到一定的高度。下隔水层下隔水层上隔水层上隔水层承压水承

50、压水承压水头线承压水头线第100页/共137页 承压水的特点：101 具有承压性质，含水层可明显地分为补给区补给区补给区补给区、承压区承压区承压区承压区及排泄区排泄区排泄区排泄区三个部分。a.补补给给区区：补给区的上部没有隔水层，该区地下水具有自由水面，实际上是潜水，它直接接受降水及地表水的补给。第101页/共137页102 b.b.承承压压区区：系指隔水顶板以下，被水充满的含水层。其主要特征是：承受静水压力具有压力水头；由于承压区与补给区在地域上不一致，故其性质受当地气象水文因素影响较小，参与水文循环远不如潜水积极，因此水量不易补充恢复。c.排泄区：系系指指承承压压水水流流出出地地表表或或流