1、流域降雨產(chǎn)匯流教學(xué)沙盤模型實習(xí)報告實驗?zāi)康耐ㄟ^沙盤模型的直觀演示，使學(xué)生掌握降水過程、坡面產(chǎn)匯流、河道匯流、河道洪水演進、水量調(diào)節(jié)等水文循環(huán)過程的現(xiàn)象和機理。實驗原理自然界的水在太陽能和大氣運動的驅(qū)動下，不斷地從水面（江、河、湖、海等）、陸面（土壤、巖石等）和植物的莖葉面，通過蒸發(fā)或散發(fā)，以水汽的形式進人大氣圈。在適當(dāng)?shù)臈l件下，大氣圈中的水汽可以凝結(jié)成水滴，小水滴合并成為大水滴，當(dāng)凝結(jié)的水滴大到能克服空氣阻力時，就在地球引力的作用下，以降水的形式降落到地球表面。到達地球表面的降水，一部分在分子力、毛管力和重力的作用下，通過地面滲人地下；一部分則形成地面徑流主要在重力作用下流入江、河、湖泊，再匯

2、入海洋；還有一部分通過蒸發(fā)和散發(fā)重新逸散到大氣圈。滲入地下的那部分水，或者成為土壤水，再經(jīng)由蒸發(fā)和散發(fā)逸散到大氣圈，或者以地下水形式排人江、河、湖泊，再匯入海洋。水的這種既無明確的“開端”，也無明確的“終了”的永無休止的循環(huán)運動過程稱為水文循環(huán)。水分由海洋輸送到大陸，又回到海洋的循環(huán)稱為大循環(huán)或外循環(huán)。水分由陸地輸送到陸地，又回到陸地，或由海洋輸送到海洋，又回到海洋的循環(huán)稱為小循環(huán)或內(nèi)循環(huán)。一般為區(qū)別這兩種小循環(huán)，將前者叫做內(nèi)陸小循環(huán)，而將后者叫做海洋小循環(huán)。實驗設(shè)備組成流域降雨產(chǎn)匯流教學(xué)沙盤模型主要由流域地形模型、流域水利工程模型、發(fā)電輸電線路模型、城鎮(zhèn)居民地模型，以及水流循環(huán)控制設(shè)備、數(shù)據(jù)

3、存儲服務(wù)器、數(shù)字顯示器等部分組成，用于水文學(xué)相關(guān)課程內(nèi)容的教學(xué)演示。演示實驗內(nèi)容（1）降水過程：結(jié)合具體流域顯示該流域的降水特點（包括大暴雨過程）；（2）坡面產(chǎn)匯流：坡面地形條件下的產(chǎn)流、匯流過程機制演示；（3）河道匯流：各支流匯入主河道（包括區(qū)間入流與主河道的交匯過程），下游防洪控制點狀況演示；（4）河道洪水演進：各河道遇到大洪水時的演進過程演示（包括水位過程和流量過程）；（5）水量調(diào)節(jié)：能夠演示不同降水強度的上述水文過程，并能進行水庫泄水、分洪、蓄洪（滯洪）等水量調(diào)節(jié)過程演示；實習(xí)詳情在流域降雨產(chǎn)匯流教學(xué)沙盤模型實驗室里，老師給我們演示了某個水電站周邊環(huán)境水文循環(huán)的基本過程。實驗沙盤模擬了

4、降水、蒸發(fā)、下滲、產(chǎn)流、匯流以及河道徑流調(diào)節(jié)等過程。水文實驗室里的水文循環(huán)控制設(shè)備模擬大氣中的水汽克服空氣阻力，以降水的形式降落到地面的過程。（一）降水到達流域地形模型的降水，一部分在分子力、毛管力和重力的作用下，通過地面滲入地形模型下面。水汽、上升運動和冷卻凝結(jié)是形成降水的三個因素。計算區(qū)域平均降雨量的方法主要有：1算術(shù)平均法pi或變化均勻，測站位置合理適用條件：pi或變化均勻，測站位置合理流域內(nèi)雨量站分布均勻，地形起伏不大，流域內(nèi)降雨量分布均勻且站點較多。計算公式：p工P,幾泰森多邊形繪制方法：P按地圖上測站的位置連線，構(gòu)成許多銳角三角形；對每個三角形各邊作垂直平分線，再用這些垂直平分線構(gòu)

5、成以每個測站為核心的多邊形；量取每個多邊形的面積f適用條件：雨量站分布不均缺點：沒有考慮地形影響，假定雨量呈線性變化；權(quán)重系數(shù)是固定的，不能反映降雨空間分布復(fù)雜多變的特點。1)2)3)3等雨量線法計算公式：計算公式：p工P,幾泰森多邊形繪制方法：P按地圖上測站的位置連線，構(gòu)成許多銳角三角形；對每個三角形各邊作垂直平分線，再用這些垂直平分線構(gòu)成以每個測站為核心的多邊形；量取每個多邊形的面積f適用條件：雨量站分布不均缺點：沒有考慮地形影響，假定雨量呈線性變化；權(quán)重系數(shù)是固定的，不能反映降雨空間分布復(fù)雜多變的特點。1)2)3)3等雨量線法計算公式：戸+?/+Pj繪制等雨量線；量取每2條相鄰等雨量線間

6、的面積；求各相鄰等雨量線間的平均雨深，然后再乘以相應(yīng)的面積權(quán)重，得權(quán)雨量；將所有的權(quán)雨量相加，即得流域平均雨量。適用條件：足夠多的雨量站資料，地形資料。缺點：不同場次降雨，其面積權(quán)重是變化的，所以每次降雨都必須繪制等雨量線圖，工作量很大。1)2)3)4)4距離平均倒數(shù)法口PM)Xj=m工(J（二）蒸發(fā)到達流域地形模型的降水，還有一部分通過蒸發(fā)和散發(fā)重新逸散到大。水分子從物體表面向大氣逸散的現(xiàn)象稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)分為水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物蒸發(fā)和劉御蒸散發(fā)四種。具體的計算方法為：1水面蒸發(fā)水面蒸發(fā)是充分供水條件下的蒸發(fā)，水面蒸發(fā)的影響氣象因素有太陽輻射、水面大小及形狀、溫度、濕度，水體因素有水深、氣

7、壓、風(fēng)速、水質(zhì)。確定水面蒸發(fā)量的方法：a.熱量平衡法QnQhQe=QQnQhQe=Qo-Qu0-On+Q、2=QnQuE二優(yōu)點：考慮了影響水面蒸發(fā)的熱量條件。厶(1+R)缺點：在影響水面蒸發(fā)的動力條件中只考慮了水汽擴散的作用，尚嫌不足。b.空氣學(xué)動力法Qn水體吸收的凈太陽輻射值;Qh水體的傳導(dǎo)感熱損失；Q.蒸發(fā)耗熱；Qe水體儲熱變化量；Qv水體出入流的凈熱量。親動粘滯系數(shù)；水面以上勺高度處的平均風(fēng)速;風(fēng)速和飽和差引起的蒸發(fā)OAt+P-水體吸收凈輻射熱量引起的蒸發(fā)2=S+J力條件一風(fēng)速和水汽擴散。SHS2時段初、末的水體蓄水量；IM時段內(nèi)從地面和地下進入水體的平均人流量；O山時段內(nèi)經(jīng)由地面和地F

8、流岀水體的平均出流量;確定水面蒸發(fā)量的經(jīng)驗公式途徑：水體水向t】的降剛憤：邁耶經(jīng)驗公式*邁耶（Maye）1942年建議的經(jīng)驗公式:c&uioE水面蒸發(fā)tuio水面溫度下的飽和水汽壓,in;2）華東水利學(xué)院經(jīng)驗公式,.QE0.22+0.31說（勺-f200）2.土壤蒸發(fā)過程：E2.土壤蒸發(fā)過程：e0相應(yīng)于水面溫度的飽和水汽壓，mbar;土壤蒸發(fā)一水面以上2m處的實際水汽H,rnbar;*我土壤含水量超過田間含水量匕22）土壤含水量介于田間含水量與毛管斷裂含水量之間3）土壤含水量小于等于毛管含水量EcEDD。E。5E亦FmsnCEms植物從然后輸送到莖和葉面,大部分水分從葉面和莖逸散到空氣中，這就

9、為一毛管斷裂含EcEDD。E。5E亦FmsnCEms植物從然后輸送到莖和葉面,大部分水分從葉面和莖逸散到空氣中，這就為一毛管斷裂含水量；土壤含水量小于肛時的土壤蒸發(fā)系數(shù).其值遠小于4是散發(fā)現(xiàn)象。“水分，植物散發(fā)規(guī)律：賀率;Do/（D+Do）應(yīng)是土壤含水量和植物生理特性的函數(shù)。Ep植物散發(fā)量；D植物葉面與大氣之間的水分交換積分系數(shù)；Do植物細胞薄膜面與葉面之間的水分交換積分系數(shù);E00Enpi,EU=Em,EL=O,ED=O；PU十PC*WLi-EUWU+P,EL=(Eni-EU)WL/WLM,ED二Q；障TV十PEm,C(Em-EU)WLCWLMWi:EUWU+P,EL=C(Eni-EU).E

10、D二Q；T/+PE,WLC(EED)時：(三)下滲._j.到達地形模型的降雨，一部分則形成地面徑流主要在重力作用下滲入沙盤模型里的江、河、湖泊。對通過觀測實際問題取得的下滲資料，選配合適的函數(shù)形式，并率定其中的參數(shù)，從而求得相應(yīng)的下滲曲線。經(jīng)驗下滲曲線：1)科斯加柯夫公式：fp=(1).計算不同#時刻的1口(耳)與ln(/)2).點繪ln(6)ln(F),過點擴中心定線，在線上収兩點:_Ind),確定出牛ln(f)2-ln(/)j戡距=In(t7),故w=r戡距3.3.2)霍頓公式1.、過點據(jù)中心定線，在線上取兩點根據(jù)資料確定幾計算不同耐刻的山-力)(2).點繪菲利普公式(1)計算不同時刻7的

11、弓(2).點繪打7戈過點據(jù)中心定線，在線上取兩點:(四)產(chǎn)流畫上超滲地面產(chǎn)流2.4.飽和地面徑流產(chǎn)流oJO-a)dWm2）建立降雨徑流關(guān)系十PER=PE-Win-J嚴(1+PE嚴（五）匯流降落在流域上的雨水，從各處向流域出口斷面匯集的過程稱為流域匯流。它可劃分為坡面匯流流時線匯的兩流階段。+%-氏+氏（1-嚴hFAr+R二PE+叫Wm2.經(jīng)驗單位線法的匯流計算10103.納西單位線法Q(Q(t)1(1+KD（六）徑流調(diào)節(jié)徑流是由降水所形成的，在重力的作用下沿著一定的方向和路徑流動的水流。徑流的年內(nèi)分配指徑流在一年內(nèi)的變化過程及特性。年際變化是指徑流在多年期間的變化特點。由于受氣候及其他自然地理因素的影響，河川徑流的年內(nèi)變化是不均勻的。徑流的年內(nèi)分配分析方法：用月（季或旬）徑流量占年徑流量的百分比表示和綜合反映河川徑流年內(nèi)分配不均的特征值。反映徑流年內(nèi)分配不均的特征值較多，主要用徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)與完全年調(diào)節(jié)系數(shù)。徑流的表示方法有：流量瞬時流量、平均流量徑流量f_0TaR/P徑流深0TaR/P徑流模數(shù)徑流系數(shù)在一年內(nèi)，無論是洪水期還是枯水期，水庫下泄的流量均是年平均流量（等流量調(diào)節(jié)）。徑流年內(nèi)分配越不均，進行完全年調(diào)節(jié)需要的庫容V越大。影響年徑流變差系數(shù)的主要因素有年徑流量、徑流補給來源和流域面積。徑流是降水的直接產(chǎn)物，降水的形式、總量、