緒論水文學(xué)研究地球上的水及其分布與運(yùn)動(dòng)變化。核心是水循環(huán)過(guò)程，水在大氣、地上、地下（或大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈）以氣、液、固態(tài)的變換過(guò)程與速率。水文學(xué):研究地球上水的性質(zhì)、分布、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律及其與地理環(huán)境、人類(lèi)社會(huì)之間相互關(guān)系的科學(xué)3.水文現(xiàn)象的特點(diǎn)a.水循環(huán)的永無(wú)止境b.時(shí)間上的周期性與隨機(jī)性c.空間上的相似性與特殊性地理水文現(xiàn)象研究具有宏觀性,綜合性及區(qū)域性三大特點(diǎn).5.傳統(tǒng)水文研究方法a.成因分析法b.數(shù)理統(tǒng)計(jì)法c.地理綜合法6.水資源廣義:一切水體狹義:一定時(shí)期內(nèi)，能被人類(lèi)直接或間接開(kāi)發(fā)利用的那一部分動(dòng)態(tài)水體.水資源的特性①再生性與有限性②時(shí)空分布的不均勻性③利用的廣泛性與不可代替性④利與害的兩重性⑤社會(huì)性與經(jīng)濟(jì)性8.地區(qū)分布---由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減，與降水規(guī)律基本一致。---分為五個(gè)不同的地帶水資源條件和問(wèn)題①總量不少，但人均、畝均較少，合理利用和保護(hù)應(yīng)作為長(zhǎng)期的國(guó)策②地區(qū)分布很不均勻，與人口、耕地分布不相適應(yīng)，進(jìn)行水量的地區(qū)調(diào)配是水資源開(kāi)發(fā)利用的重要課題③水量的年內(nèi)、年際變化大，洪澇干旱災(zāi)害頻繁，防洪抗旱任務(wù)艱巨④水土流失和泥沙淤積嚴(yán)重，破壞了生態(tài)，增加了江河防洪困難，降低了水利工程的效益，所以治理水土流失和防止水庫(kù)泥沙淤積變得更為重要⑤地下水是我國(guó)重要水資源，要合理開(kāi)發(fā)利用，防止過(guò)量開(kāi)采⑥天然水質(zhì)良好，但人為污染日趨嚴(yán)重，防止水質(zhì)惡化，保護(hù)水源已是當(dāng)務(wù)之急⑦水能資源豐富，但地區(qū)分布不均，合理開(kāi)發(fā)西部水能資源，實(shí)現(xiàn)西電東輸，是我國(guó)能源布局必需之舉水資源問(wèn)題的對(duì)策總體戰(zhàn)略:以水資源的可持續(xù)利用支持我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展1)人與洪水協(xié)調(diào)共處的防洪減災(zāi)戰(zhàn)略---既要適當(dāng)控制洪水，改造自然，又要主動(dòng)適應(yīng)洪水，提供一定的蓄泄空間---工程措施與非工程措施的結(jié)合工程措施:---修筑堤防---河道整治---開(kāi)辟分洪道和分蓄洪工程---水庫(kù)攔洪:三峽，小浪底---水土保持非工程措施：---洪泛區(qū)管理---建立洪水預(yù)報(bào)和警報(bào)系統(tǒng)---洪水保險(xiǎn)以建設(shè)節(jié)水高效的現(xiàn)代灌溉農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代旱地農(nóng)業(yè)為目標(biāo)的農(nóng)業(yè)用水戰(zhàn)略傳統(tǒng)的:粗放型灌溉農(nóng)業(yè)和旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)建設(shè)節(jié)水高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，從而以現(xiàn)有規(guī)模的耕地和灌溉用水量，滿(mǎn)足今后16億人口對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求(1)提高水的利用率是節(jié)水高效農(nóng)業(yè)的核心(2)實(shí)行水旱互補(bǔ)的方針，發(fā)展旱地農(nóng)業(yè)(3)將節(jié)水高效農(nóng)業(yè)建設(shè)列為國(guó)家重大基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目3)節(jié)流優(yōu)先、治污為本、多渠道開(kāi)源的城市水資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略A.節(jié)流優(yōu)先---基本國(guó)策---降低供水投資、減少污水排放、提高資源利用效率的最合理選擇---世界發(fā)展方向B.治污為本---保護(hù)水質(zhì)，改善水環(huán)境的必然要求---水資源與水環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的根本出路C.多渠道開(kāi)源---缺水類(lèi)型:資源型、設(shè)施型和污染型---處理后污水、雨水、海水和微咸水等非傳統(tǒng)水資源的利用4)以源頭控制為主的綜合防污減災(zāi)戰(zhàn)略---水污染已成為不亞于洪災(zāi)、旱災(zāi)甚至更為嚴(yán)重的災(zāi)害---粗放型的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)付出了巨大的環(huán)境代價(jià)---以前是未端治理、達(dá)標(biāo)排放為主---推行清潔生產(chǎn)為代表的污染預(yù)防戰(zhàn)略5)保證生態(tài)環(huán)境用水的水資源配置戰(zhàn)略保證生態(tài)環(huán)境用水前提下合理規(guī)劃和保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水,生態(tài)環(huán)境建設(shè)與水資源利用保護(hù)相互依存植被建設(shè)水土保持荒漠化防治6)以需水管理為基礎(chǔ)的水資源供需平衡戰(zhàn)略從過(guò)去的以需定供轉(zhuǎn)變?yōu)樵诩訌?qiáng)需水管理、提高用水效率的基礎(chǔ)上保證供水7)解決北方水資源短缺的南水北調(diào)戰(zhàn)略措施8)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)相協(xié)調(diào)的西部地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用戰(zhàn)略11.多渠道開(kāi)源缺水類(lèi)型?第二章水文循環(huán)與徑流形成1.水循環(huán):(p41)2.水循環(huán)五個(gè)環(huán)節(jié):水汽蒸發(fā),水汽輸送,凝結(jié)降水,水分入滲以及地表、地下徑流(后兩個(gè)可以合成徑流生成)3.水循環(huán)機(jī)理p41(五條)4.水體的更替周期:是指水體在參與水循環(huán)過(guò)程中全部水量被交替更新一次所需的時(shí)間5.水量平衡定義任意選擇的區(qū)域（或水體）,在任意時(shí)段內(nèi)，其收入的水量與支出的水量之間的差額必等于該時(shí)段區(qū)域（或水體）內(nèi)蓄水的變化量。通用水量平衡方程I–Q=ds/dt全球水量平衡方程(p49)①海洋水量平衡方程P海+R-E海=0P海<E海②陸地水量平衡方程P陸-R-E陸=0P陸>E陸土壤蒸發(fā)的三個(gè)階段定常蒸發(fā)率階段2)蒸發(fā)率下降階段3)蒸發(fā)率微弱階段影響蒸發(fā)的因素供水條件2.能量供給條件3.動(dòng)力條件10.水汽擴(kuò)散:由物理量梯度引起的使該物理量平均化的物理遷移現(xiàn)象。概括:可以是分子擴(kuò)散，也可以是紊動(dòng)擴(kuò)散，但以紊動(dòng)擴(kuò)散為主。11.水汽輸送:指水分因擴(kuò)散而由一地向另一地運(yùn)移，或由低空向高空輸送的過(guò)程。12.降水:是云中的水分以液態(tài)或固態(tài)的形式降落到地面的現(xiàn)象。&形成降水的條件有3個(gè)：一是要有充足的水汽；二是要使氣塊能夠抬升并冷卻凝結(jié)；三是要有較多的凝結(jié)核。面降水的計(jì)算(p68)重點(diǎn)14.影響降水的因素:---地面:地理位置、地理環(huán)境，等等---天上:天氣系統(tǒng)、大氣環(huán)流，等等15.①田間持水量:土壤中毛管懸著水達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量.②下滲:水從地表滲入土壤及地下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程(2)存在形式土壤水①結(jié)合水：吸濕水薄膜水②自由水：毛管水重力水(3)下滲過(guò)程的三個(gè)階段按照不同作用力及運(yùn)動(dòng)特征，分三個(gè)階段---滲潤(rùn)階段:分子力與薄膜水---滲漏階段:毛管力與毛管水---滲透階段:重力與重力水(4)下滲率(下滲強(qiáng)度):單位面積單位時(shí)間內(nèi)滲入土壤中的水量16.(1)徑流:流域的降水，由地面與地下匯入河網(wǎng)，流出流域出口斷面的水流,稱(chēng)為徑流。徑流的分類(lèi)17.p82①流量(Q)---單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一斷面的水量。單位一般為m/s②徑流總量(W)---T時(shí)段內(nèi)通過(guò)某一斷面的總水量。W=QT③徑流深度(R)---將徑流總量平鋪在整個(gè)流域面積上所得的水層厚度。R=W/F④徑流模數(shù)(M)---流域出口斷面流量與流域面積的比值。M=Q/F注意:對(duì)應(yīng)于不同的Q，M的含義也不同⑤徑流系數(shù)(α)---某一時(shí)段徑流深度與相應(yīng)降水深度的比值。α=R/P相互關(guān)系：R＝×10-3＝×10-3＝M·T·10-6若T以年計(jì)算T=31.5×106則R與M的關(guān)系為R=31.5M或M=0.0317R習(xí)題:已知流域面積F＝566km2，多年平均流量Q＝8.8m3/s，多年平均降水量P＝686.7mm，試求此流域的徑流總量、徑流模數(shù)、徑流深度和徑流系數(shù)徑流形成過(guò)程:由降水到達(dá)地面起，到水流流經(jīng)流域出口斷面的整個(gè)物理過(guò)程，稱(chēng)為徑流形成過(guò)程。降水的初期損失:截留,下滲,填洼與蒸散發(fā).匯流過(guò)程分類(lèi):坡地匯流,河網(wǎng)匯流影響徑流的因素①氣候因素：包括降水、氣溫、風(fēng)、濕度等。②流域下墊面因素：地理位置；地貌特征、地形特征、地質(zhì)條件、植被特征等。同樣的降水條件下：不同的下墊面可以具有完全不同的徑流效應(yīng)。③人類(lèi)活動(dòng)的影響：改變下墊面幾種產(chǎn)流機(jī)制(大題)產(chǎn)流機(jī)制:水在沿土層的垂向運(yùn)行中，供水與下滲矛盾在一定介質(zhì)條件下的發(fā)展機(jī)理和過(guò)程，稱(chēng)為產(chǎn)流機(jī)制（1）超滲地面徑流的產(chǎn)流機(jī)制是指供水與下滲矛盾發(fā)生在包氣帶上界面（地面）的產(chǎn)流機(jī)制。降水是產(chǎn)流的必要條件，但不是唯一條件。只有i＞f時(shí)，才能產(chǎn)生地面徑流，因此降雨強(qiáng)度大于地面下滲容量是產(chǎn)生超滲地面徑流的物理?xiàng)l件。（2）壤中徑流的產(chǎn)流機(jī)制壤中徑流發(fā)生于非均質(zhì)或?qū)哟涡酝寥乐械耐杆畬优c相對(duì)不透水層界面上。壤中水徑流產(chǎn)生的物理?xiàng)l件是：①包氣帶中必須存在相對(duì)不透水層，并且上層土壤的質(zhì)地比下層粗；②至少要上層土壤的含水量達(dá)到田間持水量（3）地下徑流的產(chǎn)流機(jī)制地下水徑流產(chǎn)生的物理?xiàng)l件是整個(gè)包氣帶土壤含水量達(dá)到田間持水量。（4）飽和地面徑流產(chǎn)流機(jī)制飽和地面徑流產(chǎn)生的物理?xiàng)l件是：①存在相對(duì)不透水層，且上層土壤的透水性很強(qiáng)，而下層土壤的透水性卻弱的多；②上層土壤持水量達(dá)到飽和含水量。（5）特殊包氣帶的產(chǎn)流機(jī)制不透水基巖出露地面、河流沼澤表面、城市道路、屋面和飛機(jī)場(chǎng)跑道等，均可認(rèn)為是包氣帶厚度等于零的情況，當(dāng)包氣帶厚度為零時(shí)，其表面的下滲容量可視為零。因此只要滿(mǎn)足雨強(qiáng)大于蒸發(fā)強(qiáng)度就會(huì)產(chǎn)流。總結(jié):任何一種徑流成分都是在兩種不同透水性物質(zhì)的界面上產(chǎn)生的，而且上層介質(zhì)的透水性必須好于下層介質(zhì)的透水性。反之，如果上層介質(zhì)的透水性弱于下層介質(zhì)的透水性，則在界面上不可能產(chǎn)生任何徑流。陸地表面水的組成和運(yùn)動(dòng)(空)流域:把地面水和地下水匯入河流并補(bǔ)給河流的區(qū)域，即河流的地面集水區(qū)和地下集水區(qū)，統(tǒng)稱(chēng)為流域。流域長(zhǎng)度：以流域出口為中心向河源方向作一組不同半徑的同心圓，在每個(gè)圓與流域分水線(xiàn)相交處作割線(xiàn)，各割線(xiàn)中點(diǎn)的連線(xiàn)的長(zhǎng)度即為流域的長(zhǎng)度。&水位:指水體的自由水面高出某一基面以上的高程&基面:高程起算的固定零點(diǎn)全國(guó)統(tǒng)一基面:黃海基面福建常用基面:羅星塔基面H羅=H黃–2.179m平均流速:0.6H最大流速:0.1-0.3H年徑流量的計(jì)算p114正常年徑流量計(jì)算分三種情況---資料充分---資料不足---沒(méi)有資料洪水過(guò)程線(xiàn)的三要素:洪峰流量、洪水總量和洪水歷時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算*p1238.河水縱向運(yùn)動(dòng)基本特性---是穩(wěn)定流(近似)或非穩(wěn)定流---是非均勻流，但一般近似為均勻流---是紊流&&類(lèi)型(以旋轉(zhuǎn)軸方向劃分)1).縱軸環(huán)流2).橫軸環(huán)流3).豎軸環(huán)流9.河流的泥沙運(yùn)動(dòng)*懸移質(zhì)---懸浮在水流中，隨著水流向前運(yùn)動(dòng)的泥沙(運(yùn)動(dòng)速度與水流相近)*推移質(zhì)---沿河床滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍前進(jìn)的泥沙(運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于水流)含沙量:單位體積河水中泥沙重量(kg/m)湖泊的類(lèi)型①構(gòu)造湖:如云南高原上的滇池、洱海和撫仙湖；青海湖、新疆喀納斯湖等。②火山口湖:如長(zhǎng)白山天池③堰塞湖:如五大連池等④河成湖:如內(nèi)蒙古的烏梁素海⑤風(fēng)成湖:如敦煌附近的月牙湖⑥冰川湖:如新疆阜康天池，又稱(chēng)瑤池⑦海成湖:如里海、杭州西湖⑧巖溶湖:如貴州省威寧縣的草海水庫(kù)的組成p151P165海洋的結(jié)構(gòu)與海水的運(yùn)動(dòng)1.波浪要素波高h(yuǎn)頻率波長(zhǎng)λ波峰波谷波頂周期τ波陡波速cc=λ/τ2.短波（深水波）長(zhǎng)波(淺水波)深水波時(shí):波速與水深無(wú)關(guān)長(zhǎng)波(淺水波):波速只與水深有關(guān)；傳播速度很快3.風(fēng)浪（Windwave）(1)特征——周期短、波峰尖、波長(zhǎng)短、波峰線(xiàn)短，波面不規(guī)則、易破碎。方向（指來(lái)向）與風(fēng)向較為一致。影響風(fēng)浪成長(zhǎng)的三要素：風(fēng)速、風(fēng)時(shí)和風(fēng)區(qū)。地震,海嘯與風(fēng)暴潮----重力長(zhǎng)波潮汐：海水在天體引潮力作用下形成的周期性垂直運(yùn)動(dòng)，或叫漲落運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為潮汐。&與潮汐現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的海水的水平運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為潮流牛頓的平衡潮理論p198洋流①洋流p203②分類(lèi)按成因分A、風(fēng)海流B、密度流C、補(bǔ)償流按溫度特性分暖流B、寒流地理位置分赤道流,大洋流,極地流及沿岸流風(fēng)海流相關(guān)內(nèi)容p204&風(fēng)海流理論的主要結(jié)論：A、45度---表層流速方向是風(fēng)向右側(cè)的45度（北半球）B、90度---海水凈輸送方向與風(fēng)向垂直地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)p229地下水吹向結(jié)構(gòu)基本模式示意圖包氣帶水p232潛水相關(guān)概念p2354.潛水與地表水之間的互補(bǔ)關(guān)系四種類(lèi)型：A周期性水力聯(lián)系B單向水力聯(lián)系C間歇性水力聯(lián)系D無(wú)水力聯(lián)系承壓水承壓性：承壓水最基本特征（承壓水頭、承壓水位）向斜盆地構(gòu)造：正水頭(高出地表)、負(fù)水頭p238承壓斜地構(gòu)造6.地下水補(bǔ)給①降水入滲補(bǔ)給---最主要的補(bǔ)給方式②地表水補(bǔ)給③凝結(jié)水補(bǔ)給④含水層補(bǔ)給&人工補(bǔ)給的效應(yīng)：增加地下水資源改善地下水水質(zhì)調(diào)節(jié)地下水溫度阻擋海水的地下倒灌減小地面的下沉地下水排泄分類(lèi)點(diǎn)：泉排泄線(xiàn)：河流泄流排泄面：蒸發(fā)排泄地下水運(yùn)動(dòng)(1)特點(diǎn)①曲折復(fù)雜的水流通道②遲緩的流速③多為層流達(dá)西定律滲透速度V為：V＝Q/A＝KJQ為流量，A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，k為滲透系數(shù)上述公式成為達(dá)西定律達(dá)西公式適用于層流運(yùn)動(dòng)的潛水。當(dāng)潛水的運(yùn)動(dòng)主要是紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度與水利坡度的平方根成正比，即V=k根下j人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響1.大型水利工程的影響(大題)①自然方面的影響A物理影響---淤積與沖刷:上、下游---徑流：下游徑流減少---局地氣候：水汽條件和熱量平衡條件改變---誘發(fā)地震B(yǎng)化學(xué)影響---水質(zhì)的變化：自?xún)裟芰档汀⒏粻I(yíng)養(yǎng)化等C生物影響---魚(yú)類(lèi)：影響洄游、食物鏈破壞---植物生長(zhǎng)：植物群落和作物②人類(lèi)與社會(huì)環(huán)境方面的影響A土地：淹沒(méi)B移民C文物古跡：保存、破壞、遷移D景觀：發(fā)生變化森林水文效應(yīng)①攔截雨滴②調(diào)節(jié)徑流③涵養(yǎng)水源④控制土壤侵蝕⑤調(diào)節(jié)氣候⑥保護(hù)環(huán)境城市水文效應(yīng):指城市化所及地區(qū)內(nèi),水文過(guò)程的變化及其對(duì)城市環(huán)境的影響.4.①水體污染物質(zhì):引起天然水體水質(zhì)惡化的物質(zhì)②主要來(lái)源---大氣降