1、第二章 水文循環(huán)與徑流形成 水文循環(huán)與水量平衡 河流與流域 3.降水、蒸散發(fā)、下滲、徑流 第一節(jié) 水文循環(huán)與水量平衡 一、自然界的水文循環(huán) 地球上存在的各種水體以蒸發(fā)、降水、入滲和徑流等方式進行的往復交替的運動過程，稱為水文循環(huán)。 水循環(huán)示意圖大循環(huán)小循環(huán)小循環(huán) 1、大循環(huán)：、大循環(huán)： 海陸之間的水分交換過程，又稱為外循環(huán)。海陸之間的水分交換過程，又稱為外循環(huán)。 2、小循環(huán)：、小循環(huán)： 海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結后，以降水海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結后，以降水的形式落到海洋里，或陸地上的水經(jīng)蒸發(fā)凝結又降的形式落到海洋里，或陸地上的水經(jīng)蒸發(fā)凝結又降落到陸地上，又稱為內循環(huán)。落到陸地上，又稱

2、為內循環(huán)。 二、地球上的水量平衡二、地球上的水量平衡 水量平衡原理：水量平衡原理： 在水文循環(huán)過程中，對任一區(qū)域、任一時段進入在水文循環(huán)過程中，對任一區(qū)域、任一時段進入水量與輸出水量之差額必等于其蓄水量的變化量。水量與輸出水量之差額必等于其蓄水量的變化量。 水量平衡方程：水量平衡方程： I、O給定時段內輸入、輸出該地區(qū)的總水量給定時段內輸入、輸出該地區(qū)的總水量 S時段內區(qū)域蓄水量的變化量，可正可負。時段內區(qū)域蓄水量的變化量，可正可負。 以陸地作為研究范圍水量平衡方程為： 以海洋為研究對象水量平衡方程為： 對多年平均情況：Sc、So趨于零。所以： 合并得： 或:EP 三、流域水量平衡 以流域作為

3、研究范圍水量平衡方程為：SREP 對于多年平均情況而言： S趨于零，故其水量平衡方程為：REP 第二節(jié) 河流與流域 一、河流 1、河流的形成與分段、干流、支流、水系概念 構成：地面徑流長期侵蝕地面，沖成溝壑，形成溪流，最后匯集成河流。 分段： 河源、上、中、下游、河口。 干流、支流、水系概念： 干流 ：直接流入海洋、湖泊的河流。 支流：流入干流的河流。 Strahler河流分法： 無支流匯入的河流為一級河流。 兩條同級別的匯合而成的比原來高一級。 兩條不同級別河流匯合取較高者。 干流：水系中最高級別的河流。 水系：脈絡相同的大小河流所構成的體統(tǒng)。 黃河流域水系圖 2、河流的基本特征 河長 自河

4、源沿主河道至河口的距離稱為km）。 量取方法：曲線儀或分規(guī)。 河流的斷面： 橫斷面：垂直流向 縱斷面：沿中泓線 3. 河道縱比降：河道縱比降： 概念概念 任意河段兩端水面或水底的高差任意河段兩端水面或水底的高差h稱稱為落差，單位河長的落差稱為河道縱比降。為落差，單位河長的落差稱為河道縱比降。 水面比降、河底比降。水面比降、河底比降。 比降計算比降計算比降計算計算示意圖 二、流域二、流域 1、流域概念、流域概念 匯集地面水和地下水的區(qū)域匯集地面水和地下水的區(qū)域,即分水線所包圍的區(qū)即分水線所包圍的區(qū)域。域。出口河網(wǎng)流域示意圖分界線(分水線）某一斷面流域河口斷面流域 閉合流域不閉合流域 2、流域邊界

5、線勾繪：、流域邊界線勾繪： 3、流域基本特征、流域基本特征 流域的幾何特征流域的幾何特征 流域面積流域面積F(km2），采用方格法、求積儀法量面積。），采用方格法、求積儀法量面積。 流域長度流域長度L）、平均寬度）、平均寬度M） L（ km），采用同心圓法。），采用同心圓法。Mkm）：）： F/L。 河網(wǎng)密度河網(wǎng)密度 L/Fkm/ km2 ） 流域形狀系數(shù)：流域形狀系數(shù)： M/L 流域平均高度和平均坡度流域平均高度和平均坡度 采用方格法。采用方格法。 流域面積 Fkm2）求積儀法、數(shù)方格法 流域長度L和平均寬度M）出口河網(wǎng) 流域平均高度和平均坡度 方格法，方格交叉點值平均。 流域自然地理特征

6、地理位置： 經(jīng)緯度。反應水文循環(huán)的強弱。 氣候條件： 降水、蒸發(fā)、濕度、氣溫、氣壓、風速等。決定流域水文特征。 下墊面條件 地形、地質構造、土壤和巖石性質、植被、湖泊、沼澤等。反應每一水系形成的具體過程，并影響徑流的變化規(guī)律。 第三節(jié) 降水 降水： 雨、雪、霰、雹、露、霜。 一、 降水的形成與分類 降水的形成 三因素：水汽、上升運動、冷卻凝結。 原理: 地面濕熱氣團上升膨脹、冷卻、凝結、成云、形成降水。 降水的分類 對流雨 地形雨 鋒面雨 氣旋雨 對流雨 構成： 上升的空氣形成動力冷卻而致雨稱為對流雨。 特點： 降雨強度大，歷時短、雨區(qū)較小。地形雨 特點：因空氣本身溫濕特性，運行速度及地形特點

7、而異。Precipitation on the “windward” sideMountainDry on the “l(fā)eeward” side Lifting of moist air currents over mountain barriers Common in the west coast of U.S. 鋒面雨 鋒面活動產生的降水稱為鋒面雨。 鋒面： 溫濕特性不同的氣團相遇時，在其接觸區(qū)由于性質不同來不及混合而形成的不連續(xù)面。鋒面與地面的交線稱為鋒線，習慣上稱為鋒。 鋒面分類： 按運動學觀點分為： 冷鋒、暖鋒、靜止鋒、錮囚鋒。 特點：降雨強度大、歷時短、雨區(qū)范圍較小。冷鋒雨暖鋒雨

8、特點：降雨強度小、歷時長、雨區(qū)范圍大。 氣旋雨 、溫帶氣旋雨 、熱帶氣旋雨我國降水量地區(qū)分布 二、 降水量觀測 器測法 方法 雷達探測 氣象衛(wèi)星云圖 1、雨量器 分辨率0.1mm。兩段制觀測，即每日8時及20時各觀測一次。雨季增加觀測段次。 每日8時至次日8時降水量為當日降水量。 2.自計式雨量計 虹吸式 翻斗式 稱重式 (1)虹吸式 分辨率：0.1mm 降雨強度適用范圍： 0.014.0mm/min。Tipping bucket gauge: funneling the collected rain to a small bucket that tilts and empties each

9、time it fillsThe precipitation depth determined based on the number of bucket tilts 三、 降水特性的描述 降水量： 一定時段的降雨量，單位： mm。降水歷時： 降水持續(xù)時間，單位：min，h，d。降雨強度： 單位時間降雨量 ，單位：mm/h，mm/d。 瞬時降雨強度，平均降雨強度。ABCDE45 mm57 mm69 mm66 mm78 mmmmP6357866695745 四、流域平均面雨量計算 1、算數(shù)平均法 2、泰森多邊形法66 mmDA45 mmC69 mm57 mmBE78 mmA1A2A3A4A5測站

10、ai (%)Pi (mm)aiPi (mm)A244510.8B215712.0C376925.5D8665.3E10787.8合計10061.4AAaiiniiAA1iniiPaP1 第四節(jié) 蒸散發(fā) 蒸散發(fā)是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。 流域蒸發(fā)： 水面蒸發(fā) 土壤蒸發(fā) 陸面蒸發(fā) 植物散發(fā) 一 、水面蒸發(fā)： 器測法 間接計算法 1. 器測法： 水文部門普遍采用E601型蒸發(fā)器。 每日8時觀測一次， 得日蒸發(fā)量；可計算月蒸發(fā)量、年蒸發(fā)量。 二、土壤蒸發(fā) 1、土壤蒸發(fā)過程 三個階段： 第一階段：土壤充分濕潤，供水充足E接近最大蒸發(fā)能力EM。 第二階段：土壤水分減少，供水條件變差，E逐漸減小。 第三階段：水

11、分運動十分緩慢，蒸發(fā)率很小。EMWWE田EME 三 、流域總蒸發(fā) 包括：水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物截留蒸發(fā)及植物散發(fā)。 水量平衡法： 某一時段： 多年平均：RPE總URPE總中國蒸發(fā)量地理分布 第五節(jié) 下滲 水透過地面進入土壤的過程，稱為下滲。是在分子力、毛細管力和重力綜合作用下發(fā)生的 物理過程。 一 、下滲的物理過程 1.滲潤階段 分子力作用，土壤顆粒吸收成薄膜水。非飽和水流。 2. 滲漏階段 毛管力、重力作用，水分向下運動，水分逐漸飽和。非飽和水流。 3. 滲透階段 重力作用，水分飽和。飽和水流。 二 、下滲實驗 1. 直接測定法 （1注水法：同心環(huán)下滲儀略）。 （2人工降雨法略） ： 2.

12、 水文分析法：流域水量平衡方程分析略） 三、下滲率、下滲能力、下滲曲線、下滲公式 1、下滲率：單位時間內滲入單位面積土壤中的水量mm/min，mm/h）。 2、下滲能力：充分供水條件下的下滲率EM)。3 3、下滲曲線、霍頓、下滲曲線、霍頓Horton)Horton)下滲公式：下滲公式：:0f:cf:起始下滲率起始下滲率穩(wěn)定下滲率穩(wěn)定下滲率系數(shù)系數(shù)ctctfefff0 第六節(jié) 徑流 降水形成的，沿著流域地面和地下向河川、湖泊、水庫、洼地等流動的水流。 地表徑流 組成 表層流壤中流） 地下徑流 一、徑流的形成過程 流域內，自降雨開始到水流匯集到流域出口斷面的整個物理過程，稱為徑流形成過程。 人為劃

13、分 產流過程 匯流過程徑流形成過程示意圖植物截留下滲填洼R1R1R2R2R4R4R3R3 總結：總結： 1. 1.產流過程：降雨扣除損失成為凈雨的過程。產流過程：降雨扣除損失成為凈雨的過程。 降雨扣除損失后的雨量稱為凈雨，凈雨和它形成降雨扣除損失后的雨量稱為凈雨，凈雨和它形成的徑流在數(shù)量上是相等的。的徑流在數(shù)量上是相等的。 凈雨是徑流的來源，而徑流則是凈雨匯流的結果；凈雨是徑流的來源，而徑流則是凈雨匯流的結果；凈雨在降雨結束時就停止了，而徑流卻要延長很長時間。凈雨在降雨結束時就停止了，而徑流卻要延長很長時間。 地面凈雨地面凈雨地面徑流地面徑流 表層流凈雨表層流凈雨表層流或壤中流表層流或壤中流

14、地下凈雨地下凈雨地下徑流地下徑流地面徑流總徑流過程 2. 2.匯流過程：凈雨沿坡面從地面和地下匯入河網(wǎng)，再沿河網(wǎng)匯流過程：凈雨沿坡面從地面和地下匯入河網(wǎng)，再沿河網(wǎng)匯集到流域出口斷面的過程。匯集到流域出口斷面的過程。 坡地匯流：坡地匯流： 坡面漫流坡面漫流: :流程歷時較短，大雨時是構成河流流量的流程歷時較短，大雨時是構成河流流量的 主要來源；主要來源； 表層流徑流表層流徑流: :由土壤孔隙流入河網(wǎng)，流程歷時較坡面漫流長，由土壤孔隙流入河網(wǎng)，流程歷時較坡面漫流長， 對歷時較長的暴雨，也是構成河流流量的對歷時較長的暴雨，也是構成河流流量的 主要來源。主要來源。 坡地地下匯流坡地地下匯流: :地下水補給河流，構成河流的基流。地下水補給河流，構成河流的基流。 由于匯流途徑不同，匯流特征匯流時間、速度不同。由于匯流途徑不同，匯流特征匯流時間、速度不同。 河網(wǎng)匯流：河網(wǎng)匯流： 從支流到干流，從上游到下游，流域出口斷面。從支流到干流，從上游到下游，流域出口斷面。 二、徑流的表示方法 1. 流量Q）：m3/s，洪峰流量 Q m，日平均流量. 2. 徑流量W）：時段T內通過河流某一斷面的總水量，m3、萬m3。 3. 徑流深R）：將徑流量平鋪在整個流域面積上所得的水 層深度，mm