29-緒論1.1重要概念?水文：指自然界中水的分布、運動和變化規(guī)律及其與環(huán)境的相互作用。?水資源：從狹義上講，水資源是指人類在一定的經(jīng)濟技術(shù)條件下能夠直接使用的淡水；從廣義上講，是指在一定的經(jīng)濟技術(shù)條件下能夠直接或間接使用的各種水和水中的物質(zhì)。?水文學(hydrology)：是研究地球上水的分布、運動、變化規(guī)律及其與環(huán)境相互作用的一門科學。(水循環(huán)過程，水在大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈以及氣、液、固態(tài)的交換過程與速率)?水資源學(scienceofwaterresources)：是研究地球水資源的形成、分布和演變規(guī)律，以及應(yīng)用這些規(guī)律解決人類對水的需求和由此引起的環(huán)境問題的一門科學（中國資源科學百科全書.水資源）。其核心是淡水供應(yīng)與利用。1.2研究對象、任務(wù)和內(nèi)容（水資源形成、分布、開發(fā)利用狀況|地表水和地下水資源形成規(guī)律|水資源評價方法|管理水資源）1.3基本特征：（1）時程變化的必然性（周期性）和偶然性（隨機性）（2）地區(qū)的相似性與特殊性（3）水資源的循環(huán)性、有限性及不均一性（4）利用的多樣性1.4研究方法與手段?水文學研究：成因分析（物理-確定性模型）、數(shù)理統(tǒng)計（概率論-經(jīng)驗性模型）和地理綜合法（等值線圖-經(jīng)驗公式）。1.5水文學與水資源學的關(guān)系~水文學與水資源學相互交融。~水文學是水資源學的基礎(chǔ)，側(cè)重研究水的分布和變化規(guī)律。~水資源學是水文學研究對象的拓展，側(cè)重研究水的供應(yīng)與利用。1.6水文學的發(fā)展回顧和未來發(fā)展趨勢?水文學發(fā)展的驅(qū)動力——人類社會發(fā)展需要；?發(fā)展階段：萌芽（16世紀前，定性描述）、奠基（17-19世紀，水文規(guī)律的定量描述）、工程水文學興起（20世紀初—20世紀50年代）和現(xiàn)代水文學階段（20世紀60年代至今，計算機和遙感、信息等技術(shù)應(yīng)用）。1.7水文學分支：?按圈層劃分：水文氣象學、水文地質(zhì)學、陸地水文學（河流、湖泊、沼澤、冰川、河口）?按應(yīng)用范圍劃分：工程、農(nóng)業(yè)、城市、環(huán)境、生態(tài)水文學等。?按研究技術(shù)劃分：實驗、同位素、遙感、隨機水文學等。1.8世界和中國水資源概況?水的總儲量：13.86億km3?世界水資源分布：水資源分布不均；供需矛盾尖銳（人口的增加、現(xiàn)代化水平的提高、氣候的變化）；水資源污染嚴重?我國水資源現(xiàn)狀：①水資源分布特征：空間變異性（降水、河流和地下水）；時間變異性（年際變化不穩(wěn)定、年內(nèi)變化大）②中國的主要水問題：水資源虧缺；洪澇災(zāi)害；水體污染1.9GIS在水文與水資源領(lǐng)域的應(yīng)用?水文水資源具有海量的時空數(shù)據(jù)。地理信息是水文水資源的重要基礎(chǔ)信息之一，85%以上的水文信息都跟地理信息相關(guān)。需要運用GIS先進的信息管理手段來提高工作效率，?GIS有利于研究區(qū)域的水文空間分布、GIS有助于開展區(qū)域水資源評價管理2.1水分循環(huán)及水量平衡自然界的水循環(huán)：--1.1地球上水的分布?各種水體共同組成了一個連續(xù)而不規(guī)則的圍繞地球表層的水殼，稱為水圈。?水體：海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等。?形態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)?空間：大氣對流層頂部~深層地下水。--1.2水分循環(huán)及其模式?水循環(huán)：自大氣圈到地幔的地球各圈層中的水構(gòu)成一個系統(tǒng)，這一系統(tǒng)內(nèi)的水相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的過程。（發(fā)生于水圈、大氣圈、生物圈、地殼和地幔）（水循環(huán)圖）?自然界的水循環(huán)按其循環(huán)途徑長短、循環(huán)速度的快慢以及涉及圈層的范圍劃分為：地球淺層圈和深層圈之間水的相互轉(zhuǎn)化過程水的地質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)換交替周期非常長，用地質(zhì)年代記載。水循環(huán)發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中地下水之間的水分循環(huán)水文循環(huán)途徑較短，轉(zhuǎn)換交替比較迅速。水分循環(huán)：地球表面的水體在太陽輻射作用下通過蒸發(fā)上升至空中，然后被氣流輸送到各地，水汽在上升和輸送過程中遇冷凝結(jié)以降雨的形式回到地面或水體上，再以河流或地下水的形式匯入海洋，水分這樣往復(fù)不斷地轉(zhuǎn)移交替的現(xiàn)象叫做自然界的水分循環(huán)。--1.3水分循環(huán)的類型①大循環(huán)：海陸間的水分循環(huán)過程（外循環(huán)）。②小循環(huán)：海洋與大氣之間或陸地與大氣之間局部地區(qū)的水分循環(huán)過程（內(nèi)循環(huán)）。PS：通過調(diào)節(jié)小循環(huán)條件，加強小循環(huán)的頻率和強度，可以改善局部性的干旱氣候。目前仍無法改變大循環(huán)條件。--1.4水分循環(huán)周期T——周期（單位是年、月、日、時）W——水體的儲量（體積單位）——單位時間參與水分循環(huán)的量（體積/時間）?水體的循環(huán)周期短、更新速度快，說明其水資源的利用率高。決定淡水補充量、水體自凈能力！--1.5影響水循環(huán)的因素：氣候因素；下墊面因素；人為因素。--1.6水循環(huán)的作用和意義：①物質(zhì)遷移和轉(zhuǎn)化②能量流動和交換③直接影響氣候和生態(tài)④形成和更新淡水資源（可再生）⑤塑造地表形態(tài)⑥地球上發(fā)生洪、澇、旱災(zāi)害的根本原因水量平衡(waterbalance)--2.1①在水分循環(huán)的各個環(huán)節(jié)中，水分運動遵循質(zhì)量和能量守恒定律，分別表現(xiàn)為水量平衡原理和能量平衡原理水文學的理論基石。②水量平衡即水量收支平衡：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在水分循環(huán)過程中，對于任一區(qū)域在任一時段內(nèi)收入的水量和支出的水量之間的差額，必等于該時段內(nèi)該區(qū)域內(nèi)蓄水量的變化量。--2.2水量平衡方程式：必須具備：1)給定時段；2)給定區(qū)域/系統(tǒng)；3)水分收入、支出和變化。I–A=ΔWI--研究時段內(nèi)輸入?yún)^(qū)域的水量A--研究時段內(nèi)輸出區(qū)域的水量ΔW--研究時段內(nèi)區(qū)域儲水量的變化，可正可負ps:使用時注意（時段、對象、人為和單位）--2.3水量平衡的具體情況：（1）大氣系統(tǒng)P-E（降水、蒸發(fā)）+Ain-Aout（其它收入支出）=A（2）土壤系統(tǒng)（3）地下水系統(tǒng)（4)流域水量平衡 (P（降雨）+E1（水汽凝結(jié)）+R地表+R地下)-(E2（蒸散）+r地表+r地下+q（用水量）)=ΔW（蓄水量變化）流域的定義：河流某斷面以上，匯集地表水和地下水的區(qū)域統(tǒng)稱為河流在該斷面以上的流域。流域亦即分水嶺（山嶺、高原、平原或湖泊）包圍的集水區(qū)域（包括地面集水區(qū)和地下集水區(qū)）。非閉合流域：地面分水線與地下分水線在位置上不完全重合，即地面和地下集水區(qū)不相重合。P+R地下=E+r地表+r地下+q+ΔW→P+R地下=E+R+ΔW閉合流域：流域的地面水和地下水分水線在位置上重合，即地面和地下集水區(qū)相重合。P=E+R+△W閉合流域:R平均/P平均+E平均/P平均=1;δ+?=1(P\R\E:流域內(nèi)多年平均降水\徑流\蒸發(fā)量）δ、?可以反映綜合反映流域內(nèi)的干濕程度，是自然地理分區(qū)上的重要指標。δ<0.2：干燥帶δ：0.2~0.4過渡帶δ>0.4濕潤帶全球陸地水量平衡方程P陸（陸空降水）-R陸（陸地徑流）-E陸（陸面蒸散）=△W陸地（6）全球海洋水量平衡方程P海（?？战邓?R陸（陸地徑流）-E海（海洋蒸發(fā)）=△W海洋(7)全球水量平衡P陸+P海=E陸+E海2.2河流和流域1、河流特征--1.1基本概念——河流、干流、支流、水系…河流(River)指在重力的作用下，沿著陸地表面上的線形凹地流動，并匯集于各級河槽的地表水流（是一種天然水道）。干流、支流：干流——直接注入海洋或湖泊的河流；支流——匯入干流的河流（一級支流、二級支流…）水系：由河流的干流和全部支流構(gòu)成的脈絡(luò)相通的系統(tǒng)，稱作河流水系或河網(wǎng)。湖泊也屬于水系的一部分。（常常以干流或注入的湖泊命名水系，如長江水系、黃河水系、太湖水系等。）中國七大水系：長江水系、黃河水系、淮河水系、遼河水系、松花江水系、海河水系、珠江水系（4）流入海洋的河流——外流河；流入內(nèi)陸湖泊或消失于沙漠中的河流——內(nèi)流河。--1.2河流分段特征（劃分依據(jù)：流經(jīng)地區(qū)的地形、地質(zhì)特征及其所引起的水動力特性。）（1）河源：是河流開始的地方，特點：1）坡陡，河道狹窄；2）水流湍急，多瀑布，具有強烈侵蝕河谷的能力，有巨大石塊停滯于河底和露出水面；3）自然條件嚴酷，生態(tài)環(huán)境脆弱。（2）上游：直接連著河源，流經(jīng)高原或丘陵地區(qū)。特點：1）落差大、水流急、下切力強，兩岸陡峻--為峽谷地形;2）河道比降大，蘊藏著巨大的勢能，適宜修建水電站。（3）中游：指從高原進入丘陵區(qū)的河道。特點：1）河面加寬，坡降較上游緩，河床比較穩(wěn)定，并有灘地出現(xiàn)；2）水土流失地段。（4）下游：指進入平原的河道。特點：1）坡降極緩，河槽甚為寬淺，水流慢，泥沙淤積、河曲發(fā)育；2）易發(fā)生洪澇災(zāi)害，可大力發(fā)展航運、養(yǎng)殖等。（5）河口：河流的終點，也是河流匯人海洋、湖泊或其他河流的地方。特點：常有大量泥沙淤積，形成多汊的河口（三角洲）。（海洋河口、支流河口）長江：黃河：上中游：支流多上游：水多沙少下游：湖泊多中游：流經(jīng)黃土高原，水土流失嚴重，是下游泥沙主要來源區(qū)下游：河道平坦，水流緩慢，泥沙大量淤積（地上河）--1.3河系特征水系形狀?樹枝狀：要發(fā)育在：地殼較穩(wěn)定、巖性較均一的緩傾斜巖層分布地區(qū)。?扇形水系：特點：各支流較集中地匯于干流，流域呈扇形。水情：降雨時，各支流的洪水幾乎同時到達流域出口處，很容易發(fā)生危害性洪水。?羽狀水系：特點：干流較長，支流從左右岸相間呈羽毛狀匯入干流。水情：由于干流較長，各支流到達干流出口的時間有先有后，河網(wǎng)匯流時間較長，調(diào)蓄作用大，洪水過程線較平緩。?平行水系：特點：近似平行的支流匯入干流。水情：洪水狀況與暴雨中心的走向、分布關(guān)系密切。1）流域內(nèi)降雨均勻，各支流的洪水同時匯入干流，流量的時程變化??；2）暴雨中心由上游向下游移動，易造成大洪水，反之則比較平緩。?環(huán)形水系/放射狀&輻合:放射狀水系——河流在穹窿山地或火山地區(qū)，從高處順坡流向四周低地，呈放射狀（或輻散)分布。輻合狀水系——河流由四周山嶺或高地向中心低洼地匯集，多發(fā)育在盆地中，如中國新疆的塔里木水系。?交織狀或網(wǎng)狀水系:特點：交錯排列，猶如網(wǎng)狀?混合狀水系:是指由兩種以上的水系復(fù)合而成的水系。(2)河長:通常河長僅僅指干流的長度。從河口到河源，沿河道溪線（河槽中各斷面的最低點的連線）量得的距離為河長。（3）河網(wǎng)密度:指流域內(nèi)單位面積的干、支流總長度，單位是km/km2。河網(wǎng)密度＝干、支流總長度/流域面積.表示一個地區(qū)河網(wǎng)的疏密程度和集流條件。河網(wǎng)密度越大——流域被洪水切割程度越大，徑流匯集越快；河網(wǎng)密度越小——徑流匯集慢，流域排水不暢。河流的彎曲系數(shù)：指某河流的實際長度與河流直線長度之比。它表示河流平面形狀的彎曲程度。特點：彎曲系數(shù)越大，表明河流越彎曲，徑流排放相對較慢，對本區(qū)域的航運及排洪不利。--1.4河道特征河流平面上的特征河道是河流中的水流和沙流所流經(jīng)的途徑。（1）河道級別：在水系中位于水系網(wǎng)頂端不再分支的河道稱為一級河道；兩條一級河道匯合而成的河道稱作二級河道；…直到把該水系的全部河道劃分完畢。(2)級序分叉比（Rb）：Rb=Nu/Nu+1Rb越大，流域越狹長。Rb可以反映流域形狀。--1.5河流的形態(tài)特征（1）河流的平面形態(tài):按流經(jīng)地區(qū)地形特征分成：山區(qū)河流和平原河流（2）河流的斷面形態(tài)——縱斷面:是指河底高程沿河長的變化，表示河流的縱坡和落差的沿程分布?！獧M斷面:是指垂直于流向的斷面，兩邊以河岸為界，下面以河底為界，上面以水面為界。(分為單式和復(fù)式斷面)（3）河流的比降：--縱比降：是指河段落差與相應(yīng)河段長度之比（單位河長的落差）--橫比降：指河流表面橫向的水面傾斜。（如：漲水時：河流表面呈凸形落水時：河流表面呈凹形)流域特征--2.1基本概念——流域、分水線（嶺）…》流域：河流出口斷面以上匯集地表水和地下水的區(qū)域，或分水嶺包圍的區(qū)域(特征：不同尺度、嵌套)。（外流和內(nèi)流流域）》分水嶺：當?shù)匦蜗騼蓚?cè)傾斜，使雨水分別匯集到兩條河流中去，起著分水作用的山脊為分水嶺（地下水分水嶺不是這樣定義的）。它可以是劃分相鄰水系（流域）的山嶺或河間高地，也可能是高原、平原或湖泊?！贩炙畮X最高點的連線稱為分水線。--2.2流域的幾何特征》閉合、非閉合流域見前》流域面積：流域分水嶺和出口斷面所包圍的面積。（單位為km2）其它因素相同時，面積越大，則1）流域的流量越大2）流域的調(diào)節(jié)作用越大；徑流變化小，洪水過程線平緩，枯水期徑流量大?！妨饔蜷L度(L)：流域長度為河源到河口幾何中心的長度，單位為km。（若流域左右岸對稱的可用干流長度代替；若不對稱的取流域幾何長度。）》流域平均寬度(B)：流域面積與流域長度的比值。特點：1）寬度小，流域比較狹長，水的流程長、徑流不易集中，洪峰流量較?。?）反之，徑流容易集中，洪水威脅大?！妨饔虻男螤钕禂?shù)(Ke)：流域分水線的實際長度與流域同面積圓的周長之比，當流域概化為矩形時，Kg=F/l2=B/L;特點：（1）Ke值接近于1時，說明流域的形狀接近于圓形,這樣的流域易造成大的洪水；（2）Ke值也越小，說明流域形狀與圓的形狀相差越大，越狹長，徑流變化越平緩。>>流域的不對稱系數(shù)(Ka)：表示流域左右岸面積分布的不對稱程度（左右岸面積之差與左右岸面積之和的比值）。Ka=(FA-FB)/(FA+FB)特點：當Ka愈大時，流域愈不對稱，左、右流域面積內(nèi)的來水愈不均勻，徑流不易集中，調(diào)節(jié)作用大。--2.3流域自然地理特征是影響水文現(xiàn)象的主要因素。包括：地理位置(決定氣候)、地形特征（水情）、氣候條件、土壤、巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造（水理性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造）、植被（影響徑流）、水系（增加水面蒸發(fā)、調(diào)節(jié)徑流）、人類活動（改變流域下墊面情況）其中地形特征：平均高度、平均坡度、坡降、坡向等。平均高度計算：方格法（100個，格點高程的算術(shù)平均值）、求積儀法（各相鄰兩等高線平均值與之間面積之積的和/總面積）。2.3降水及其特征：降水:大氣中的水汽以液態(tài)或固態(tài)的形式到達地面。--2.3.1降水類型1.1按降水性質(zhì)分：連續(xù)性、陣性降水、毛毛狀降水1.2按降水強度分：小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨，小雪、中雪、大雪1.3按降水形態(tài)分：雨（液體水滴）、雪（固態(tài)水）、霰（白色不透明的細小球狀晶體）和雹（透明和不透明的冰層相間、球形）1.4按降水成因分：1.氣旋雨：-低氣壓過境形成的降雨。A.非鋒面雨:在氣旋中，水平氣流向低氣壓區(qū)輻合而引起氣流上升所致。B.鋒面雨：由冷暖氣團相遇形成的。①冷鋒雨：冷氣團向暖氣團推進時，暖氣團迅速爬升、冷卻、凝結(jié)成雨。冷鋒面坡度大，雨強大，歷時較短，籠罩面積較小，降雨多在鋒面的后面。②暖鋒雨：當暖氣團向冷氣團移動時，暖氣團緩慢爬升，逐漸成雨。暖鋒面較平緩，雨強小，歷時長，籠罩面積大，降雨多在鋒面的前面。2.對流雨：冷暖空氣上下對流形成的降雨。特點是雨強大、歷時短、降水籠罩面積小，常伴有雷電。3.地形雨：由于受地形的抬升，濕暖空氣團爬升后冷卻形成降雨。4.臺風雨：臺風（產(chǎn)生于熱帶洋面上的一種強烈的熱帶氣旋）過境形成的降雨。當臺風登陸后，將大量的濕熱空氣帶到大陸，造成狂風暴雨。特點是強度大、雨量大，很容易造成大的洪水災(zāi)害。--2.3.2降水基本要素降水的基本要素：是指描述降水的一些基本指標。主要有降水量、降水強度、降水歷時和降水時間、降水面積。降水量：一定時段內(nèi)某一面積上的降水量(mm)。（次、日、月、年/最大、最小降水量…)降水歷時：是指從降水開始到結(jié)束所經(jīng)歷的時間，一般以小時、分表示。降水時間：是對應(yīng)于某一降水量的時間長。一般是人為劃定的，如1日最大降水量，此時的一日即為降水時間。降水強度：指單位時間內(nèi)的降水量，單位為mm/h，mm/min。降水面積：是指某次降水所籠罩的水平面積，單位為km2。--2.3.3降水特征指標為了充分反映降水隨時間的變化規(guī)律和空間分部規(guī)律，常用降水過程線、降水累計曲線、等降水量線、降水特性綜合曲線表示降水的特性。（1）降水過程曲線：降水與時間的關(guān)系曲線，反映降水的時間變化規(guī)律（2）降水量累計曲線：以降水時間為橫坐標，以到某一時刻的總降水量為縱坐標。明確表達到某時刻為止的總降水量。累計曲線上任一點的斜率就是該時刻的降水強度。（時間規(guī)律）（3）降水強度（雨強）歷時曲線：在同一場降水中降水強度隨降水歷時的變化。（時間規(guī)律）（4）等降水量線：區(qū)域內(nèi)降水量相等的各點連成的曲線。它反映區(qū)域內(nèi)降水的分布變化規(guī)律，可以查出各地的降水量和降水面積，但無法確定降水歷時和降水強度。（空間規(guī)律）平均雨深面積曲線：反映降水量(雨深)與降水面積的關(guān)系曲線。一般情況下，降水面積越大，平均雨深越小。 繪制方法：從等雨量線中心開始，分別量取不同等雨量線包圍的面積，由面積及面積內(nèi)的平均雨深點繪而成。（一般規(guī)律是：面積越大，平均雨深越?。臻g規(guī)律）（6）雨深面積歷時曲線：以雨深、降水面積、降水歷時為參數(shù)，會制成的曲線。一般情況下，當面積一定時歷時越長，平均雨深越大；歷時一定時，面積越大，平均雨深越小。（時間變化和空間分布規(guī)律）--2.3.4影響降水的因素1、地理位置：低緯&高緯、沿海&內(nèi)陸2、地形：山脈迫使氣流抬升（坡度、氣流通道）。3、氣旋、臺風路徑：梅雨、暴雨；長江流域、淮河流域、華北、東南沿海4、森林：蒸發(fā)散→林區(qū)空氣濕度→內(nèi)陸水分的小循環(huán)5、水面：蒸發(fā)散→水分的內(nèi)陸循環(huán)6、人類活動：改變下墊面（地形、植被、土壤、地質(zhì)、湖泊率與沼澤率）→水分循環(huán)（次數(shù)、蒸發(fā)散、降水）--2.3.5我國降水的特征地理特征（空間分布不均）時間特征（年內(nèi)分配不均、年際變化大）--2.3.6降水的觀測方法6.1空曠地降雨量的測定:標準量雨筒、翻斗式自計雨量計、虹吸式自計雨量計最低限度的觀測點數(shù)量：流域面積大小、精度要求；選擇觀測點：海拔高度、坡向等地形條件。6.2空曠地降雪量的測定：在觀測場地內(nèi)安置1m×1m的測雪板。降雪后在測雪板上用鋼尺測量積雪深度。取單位面積上的雪樣，融化成水，用量筒測體積。換算成單位面積上的水的厚度－－降雪量。6.3林內(nèi)降水的測定：網(wǎng)格法、受雨器法6.4樹干流的測定：樹干流：由枝葉匯集到樹干的降雨和直接降落到樹干的降雨形成的。6.5大范圍降水的測定：雷達測雨、衛(wèi)星遙感測雨。--2.3.7平均降水量的計算7.1算術(shù)平均法—雨量站較多、分布較均勻、地形起伏不大7.2加權(quán)平均法—流域基本情況（地類、坡度、坡向、海拔）7.3泰森多邊形法—雨量站分布不均、周邊有雨量觀測點7.4客觀運行法7.5等雨量線法—地形變化大、足夠多雨量站2.4蒸發(fā)與蒸散蒸發(fā)散：是液態(tài)水或固態(tài)水表面水分子的能量足以超過分子間的吸力時，水分子不斷地從水體表面逸出的現(xiàn)象。--4.1水面蒸發(fā)散1、水面蒸發(fā)散是液態(tài)水或固態(tài)水變成氣態(tài)水的過程，發(fā)生在自由水面上的蒸發(fā)過程。（熱量交換過程、水量交換過程）空氣濕度達到飽和，說明蒸發(fā)與凝結(jié)達到動態(tài)平衡。2、①蒸散發(fā)能力（Rp）（蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)量）：EP=R(輻射平衡值)⊿t（時段長）/L②蒸發(fā)散潛熱/汽化潛熱（L）:是指單位水量從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)所吸收的熱量。③蒸發(fā)散量(或蒸發(fā)散率/有效蒸發(fā)量)：單位時間內(nèi)從水面躍出的水分子數(shù)量與返回水面的水分子數(shù)量之差，即單位時間內(nèi)從蒸發(fā)面蒸發(fā)的水量（mm／d，或mm／a）。④隨著溫度升高，飽和水汽壓（恒定溫度和體積、出入水面的水分子數(shù)相等）按指數(shù)規(guī)律而迅速增大。蒸發(fā)散量僅與飽和水汽壓有關(guān)，因而空氣溫度的變化對蒸發(fā)和凝結(jié)有重要的影響。3、影響因素：太陽輻射（主要因素）、飽和水汽壓差、氣溫（決定空氣容納水汽含量的能力和水汽分子擴散速度）、風（加強氣流的亂流交換作用，使水面上蒸發(fā)出的水分子不斷被移走）、水質(zhì)和水面情況4、測定方法：器測法：用一定口徑的蒸發(fā)散器測一定時間間隔內(nèi)的失水層厚度（ｍｍ），即水面蒸發(fā)散量?？趶接胁煌话惭b方式不同：地面式蒸發(fā)散器、埋入式蒸發(fā)散器、水面漂浮式--4.2土壤蒸發(fā)散：是指土壤中的水分通過土壤表面進入空氣的過程。1、土壤中水分的去處：向深層運動、被植物吸收、蒸發(fā)散到大氣中2、根據(jù)土壤中水分含量（土壤供水能力）的高低，可將土壤蒸發(fā)散劃分為：穩(wěn)定蒸發(fā)、蒸發(fā)速率下降、蒸發(fā)速率微弱3個階段。3、取決于：A.土壤蒸發(fā)能力（也稱土壤潛在蒸發(fā)量或可能最大蒸發(fā)量，是指在特定氣象條件下，充分供水時土壤的蒸發(fā)量。）B.土壤的供水條件。土壤蒸發(fā)量的大小決定于以上兩個條件中較小的一個，并且大體上接近于這個較小值。影響因素：氣象因素（溫度、溫度和風速等）、土壤本身的特性（土壤含水量、地下水埋深、土壤質(zhì)地、顏色和表面狀況等）。5、測定方法：土壤蒸散器、大型蒸滲儀。--4.3植物蒸發(fā)散指植物在生長期內(nèi)，水分從葉面和枝干進入大氣的過程。通過植物體表面的蒸發(fā)量較?。煌ㄟ^氣孔的水氣擴散，其量較大。從物理的蒸發(fā)規(guī)律，受植物生理作用的調(diào)節(jié)，受氣候因素的影響和土壤供水能力的限制。測定：器測法-莖流計、剪枝稱重法、水量平衡法、能量平衡法、遙感監(jiān)測法--4.4蒸發(fā)散的計算方法熱量平衡—波文比法（EBBR法）森林林冠層Penman-Monteith方程(水面、林冠)Thornthwaite公式(最大蒸散量)Makkink公式(草地蒸發(fā)散)Priestley-Taylor公式(草地蒸發(fā)散)Morton公式（地區(qū)的實際蒸散）Ture公式（年蒸散量）2.5下滲意義：（1）直接影響地面徑流量的大小。（2）影響土壤水分及地下水的增長。（3）是分配和聯(lián)系地表水、地下水、土壤水的紐帶。（4）是徑流形成過程、水分循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。--1、基本概念》下滲(infiltration)：指水分通過土壤表面垂直向下進入土壤和地下的運動過程，又稱入滲，通常用下滲（速）率表示?！废聺B速率（Infiltrationrate）：指單位時間內(nèi)、單位面積上滲入土壤或巖石中的水的數(shù)量（mm/h，mm/min），也叫下滲強度?！废聺B能力（infiltrationcapacity）：是指地面供水充分時的土壤下滲率，即最大下滲率。--2、下滲的物理過程》水分的下滲是在重力、分子力和毛管力的綜合作用下進行的，其下滲過程就是這三種力的平衡過程，整個下剩過程按照作用力組合變化和水分運動特征，可以劃分為滲潤、滲漏和滲透三個階段。》滲潤階段（分子力）、滲漏階段（毛管力和重力）、滲透階段（重力）》1）3個階段并無截然的分界，可能同時交錯進行（土層較厚）。2）有的將滲潤與滲漏階段結(jié)合起來，統(tǒng)稱滲漏。滲漏屬于非飽和水流運動，而滲透則屬于飽和水流運動。》重量含水量土壤空隙中水的重量與干燥土壤重量的比值。體積含水量土壤空隙中水的體積與包括空隙在內(nèi)的土壤總體積的比值?？紫讹査畷r的含水量稱作飽和含水量?！犯鶕?jù)土壤含水量的多少和變化情況，可以把土壤剖面劃分為飽和層（在土壤表層、1.5cm）、過渡帶（5cm）、傳地帶和濕潤帶4個層次（帶）。--3、土壤水分再分配當?shù)乇硗Ｖ构┧偷乇矸e水消耗了以后，水分入滲過程結(jié)束，但土壤剖面中的水分在水勢作用下仍繼續(xù)向下運動，原先飽和層（在土壤表層）中的水分逐漸向下排出，含水量逐漸降低，而原先干燥層（濕潤鋒下方）中的水分逐漸增加，這就是土壤水分的再分配。再分配時間由土壤水力性質(zhì)決定，持續(xù)幾天或更長時間。1、再分配的驅(qū)動力：重力勢和基質(zhì)勢梯度的作用下。（濕潤鋒下移，濕潤帶厚度增加。）2、土壤水分運動速度：決定于水勢梯度和導(dǎo)水性質(zhì)；再分配速度隨時間而減小，同時濕潤鋒的清晰度也越來越小，并逐漸消失，最終趨于均一。3、土壤類型的影響：對于不同類型的土壤，由于土壤水力性質(zhì)的差異，土壤水分的再分配速度也有差別。--4、影響下滲的因素土壤特性的影響（透水性能、土壤前期含水量）2、降水特性的影響（降雨強度、歷時、過程）3、植被的影響（枯枝落葉、植物根系）4、地形條件的影響（地形、坡度）5、人類活動的影響--5、下滲公式略--6、下滲的測定：雙環(huán)（刀）法（內(nèi)外環(huán)都加水、測量內(nèi)環(huán)下滲速率）、圓盤入滲儀法、Guelph入滲儀法2.6徑流徑流是自然環(huán)境中最活躍的因素之一，它也是水分循環(huán)的基本環(huán)節(jié)、水量平衡的基本要素。--1、徑流的含義及組成》徑流：是指沿地表或地下運動、匯人河網(wǎng)、向流域出口斷面匯集的水流?！费氐乇磉\動的水流為地表徑流；在土壤中的弱透水層上部運動的水流為壤中流；沿地下巖土空隙運動的水流稱為地下徑流。按降雨類型分為：降雨、融雪徑流--2、徑流的表示方法(1)流量Q（Discharge）是指單位時間通過某一橫斷面的水量（m3/s）。(2)徑流總量W：T時段內(nèi)通過河流某一橫斷面的總水量，單位為m3或108m3。(3)徑流深R：將徑流總量平鋪在整個流域面積上而求得的水層厚度，單位為mm。R=W/F*10-3=QT/F*10-3R:mm,W:m3F:km2Q-T時段內(nèi)的平均流量m3/s.(4)徑流模數(shù)M:指流域出口斷面流量與流域面積的比值，亦指單位時間單位面積上產(chǎn)生的水量，單位mm/s。M=Q/F*10-3(5)徑流系數(shù)α:指同一時段內(nèi)徑流深與降雨深的比值.α=R/P.(6)模比系數(shù)K:指某一時段的徑流量與同時段的多年平均經(jīng)流量之比。K>1，徑流量偏豐；K<1，徑流量偏枯。--3、徑流的形成過程徑流形成過程：是指由降水開始到水流流經(jīng)流域出口斷面的整個物理過程。根據(jù)各個階段的特點，劃分為流域蓄滲（流域產(chǎn)流）、坡地匯流、河網(wǎng)匯流三個過程。①流域蓄滲過程：降雨開始時，除一少部分降落在河床上的雨水直接形成河川徑流之外，大部分降水首先要消耗于植物截留、枯枝落葉吸水、下滲、填洼等。水分以垂向運動為主，是降雨在時程上的第一次再分配，同時也是形成不同徑流成分的基本過程。（A.植物截留:降雨過程中植物枝葉攔蓄（吸附）降水的現(xiàn)象;b.枯枝落葉吸水:取決于枯枝落葉的特性和含水量大小;c.下滲:當雨水穿過枯枝落葉層到達土壤表面時，水分開始下滲。下滲發(fā)生在降雨期間和降雨停止后地面尚有積水的地方;d.填洼:在出現(xiàn)產(chǎn)流的地方，雨水在地表流動過程中填滿流路上的洼坑。洼坑積蓄的水量為填洼量。）②坡地(面)匯流:坡面漫流\壤中流匯流\地下徑流匯流;水分以側(cè)向運動為主，是降雨在時程上的第二次再分配，也是各種徑流成分在時程上的第一次再分配。③河網(wǎng)匯流過程：各種徑流成分沿河網(wǎng)向下游干流出口斷面匯集的過程（自坡地匯流注入河網(wǎng)開始，直至將最后匯入河網(wǎng)的降水輸送到出口斷面為止）。河網(wǎng)匯流是徑流形成的最終環(huán)節(jié)，也是徑流形成過程中各種徑流成分的第二次時程再分配。當水位變化時：河網(wǎng)調(diào)蓄作用、河岸調(diào)蓄作用--4、影響徑流的因素：氣象、下墊面、人類活動因素等。--5、坡面徑流的測定--6、小流域徑流的測定》水位：1、水位：是指河流、湖泊、水庫及海洋、地下水等水體自由水面的高程，以m計。2、水位基準面：絕對基面、假定基面（暫時假定）、測站基面（水文測站專用的一種假定基面）、凍結(jié)基面（測站第一次使用的基面凍結(jié)）。3、水位特征值：最高水位、最低水位、平均水位、警戒水位、防汛水位4、水位過程線：水位隨時間變化的曲線。水位歷時曲線：是指一年中按各級水位與相應(yīng)歷時點繪成的曲線。水位歷時是指某斷面上一年中大于等于某一水位所出現(xiàn)的天數(shù)。5、水位測驗儀器及方法：用基本水尺和比降水尺觀測水位。6、單位時間的平均水位：》流速：層流（水質(zhì)點呈直線）、 紊流影響因素：風、河槽粗糙率、河底地形、水深等等。計算：謝才公式流速分布：A、斷面上的流速分布—中心處的流速最大，河岸處的流速最低。

B、垂線上的流速分布—淺層流速大，深層較小。測定：測速儀、浮標法?！酚嬎愫恿鲾嗝媪髁浚簡挝粫r間內(nèi)流過江河某一橫斷面的水量（m3/s）。（1）根據(jù)斷面確定垂線分布；（2）計算斷面部分面積；（3）測量垂線點流速，計算垂線平均流速；（4）計算岸邊流速；（5）計算面積平均流速；（6）計算整個斷面流量。1、隨機變量（X）：離散型隨機變量、連續(xù)型隨機變量2、隨機變量是以一定概率來取某一可能值的，即隨機變量X的取值與其概率存在一一對應(yīng)關(guān)系。3、隨機變量的概率分布（隨機變量的分布律）：定義隨機變量X的概率分布函數(shù)：定義隨機變量X的概率分布函數(shù)：隨機變量X的概率密度函數(shù)：隨機變量X的概率密度函數(shù)：隨機變量的概率分布：隨機變量X的概率分布函數(shù)隨機變量X的概率密度函數(shù)連續(xù)型隨機變量常用的概率分布曲線：1、正態(tài)分布2、皮爾遜Ⅲ型分布隨機變量的分布參數(shù)：位置特征參數(shù)：平均數(shù)、中位數(shù)和眾數(shù)離散特征參數(shù)：標準差、變異系數(shù)對稱特征系數(shù)：偏態(tài)系數(shù)》標準差：離散型隨機變量：連續(xù)型隨機變量：》變差系數(shù)（Cv）：反映離散程度Cv值大，表示年徑流的年際變化大，容易發(fā)生洪、旱災(zāi)，水利建設(shè)費用大；Cv值小則相反?！菲钕禂?shù)（CS）：反映隨機變量取值在均值兩邊出現(xiàn)頻率的大小，分布的對稱性。當CS=0時：密度曲線對稱分布，大于均值和小于均值的出現(xiàn)機會相等；當CS>0時：正偏，正高差占優(yōu)勢；當CS<0時：負偏，負離差占優(yōu)勢。實際工作中，CS不是由計算得到的，而是通過假定與CV的比例關(guān)系B求得的。CS=BCV頻率公式與經(jīng)驗頻率曲線：較廣泛地應(yīng)用數(shù)學期望公式來估算頻率。P——隨機變量取值等于或大于某一數(shù)值的頻率。m——隨機變量的從大到小的排序號n——隨機變量取值的總個數(shù)。》經(jīng)驗頻率繪制方法：1、對隨機變量從大到小排序；2、根據(jù)經(jīng)驗頻率的數(shù)學期望公式，計算經(jīng)驗頻率；3、以經(jīng)驗頻率為橫坐標，隨機變量為縱坐標，描繪經(jīng)驗頻率分布曲線。》使用經(jīng)驗頻率曲線應(yīng)該注意的問題及解決的方法：1、缺點：用普通坐標紙繪制的曲線是S型，只適合于內(nèi)插，不適合于外延。2、解決方法：如果要增加曲線兩端的數(shù)據(jù)點，可以用幾率格紙畫圖，使曲線兩端變得更加平緩，這樣外延時誤差更小。重現(xiàn)期：是指某一水文要素在其總體樣本中平均隔多少年可能出現(xiàn)一次，或多少年一遇。它與頻率的關(guān)系：暴雨洪水：枯水干旱：水文隨機變量概率分布的估計P-Ⅲ型分布比較符合水文隨機變量的分布，在分析水文與水資源中應(yīng)用較廣>>1、采用標準化變換\2、采用模比系數(shù)（常用）:由給定的Cv、P，在P-Ⅲ型曲線模比系數(shù)表中，查到Kp值，再由簡化求解公式Xp=Kp*X'求得Xp。xp——頻率為P時隨機變量所取的值KP——頻率為p時的模比系數(shù)(根據(jù)CV和CS查表）X——隨機變量的平均值用EXCEL函數(shù)計算4、計算機輔助繪制繪制分布曲線>>·均值對頻率曲線的影響（在CV和CS不變時）:頻率曲線的縱坐標的變化與平均數(shù)成正比。·在CV和平均數(shù)不變時(當CS>0的情況下):CS增大，頻率曲線的上端逐漸變陡，而下端逐漸變緩。CS變小，則相反?！v對頻率曲線的影響（Cs和平均數(shù)不變）:當CV增大時，曲線左上方向高處升起，而右下方向低處降落；當CV變小時，則相反；當CV=0時，曲線變成平行于橫軸的一條直線。4.1流域產(chǎn)流--1.1產(chǎn)流機制1.包氣帶（或非飽和帶）：地下水面以上，土壤含水量未達到飽和，固液氣三相共存，水壓力<大氣壓。飽水帶（或飽和帶）：地下水面以下，土壤處于飽和狀態(tài)，固液二相共存，水壓力>大氣壓.特殊情況：1）沒有地下水面→不存在飽和帶，整個土層都屬于包氣帶。2）地下水面或不透水基巖出露地面時，整個土層都屬于飽水帶2.包氣帶對降雨的再分配作用（“篩子”和“門檻”作用。）包氣帶的水分狀況：懸著毛管水帶\毛管理上升帶、中間帶“篩子”作用：包氣帶總是將地面承受的降雨分成兩部分（滲入土中和暫留在地面）。“門檻”作用：在土層對降雨量I的再分配過程中，包氣帶是否有自由重力水排除，田間持水量是控制下限3包氣帶水量平衡方程P=I+Rs--1.2流域產(chǎn)流方式1、霍頓產(chǎn)流機制：“篩子”作用和“門檻”作用實際上就是霍頓產(chǎn)流機制（最經(jīng)典的產(chǎn)流機制）?；纛D認為降雨徑流的產(chǎn)生受控于兩個條件：1）降雨強度超過地面下滲能力i>fp:2）包氣帶的土壤含水量超過田間持水量W>Wf:山坡水文學產(chǎn)流機制:多數(shù)情況下包氣帶的巖土結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的。因此，產(chǎn)生了一些新的產(chǎn)流機制，如壤中徑流與飽和地面徑流的形成機制，以及回歸流概念。當降雨到達山坡地面后，就會遇到在確定山坡徑流形成機制中起重要作用的“篩子”作用。1）當I〉Fp時，不能被地面吸收的超滲雨成為地面徑流。超滲地面徑流/霍頓坡面流被土壤吸收的那部分降雨可能儲蓄在土壤中，也可能以不同的路徑進入河槽…….地下水壤中流回歸流（飽和地面徑流）四種產(chǎn)流機制共同規(guī)律：①供水（首要條件）②足夠的供水強度(>下滲率)③存在飽和帶④要有側(cè)向驅(qū)動力⑤產(chǎn)流界面--1.3產(chǎn)流面積的變化產(chǎn)流區(qū)：在降雨過程中，對流域出口斷面徑流量有貢獻的區(qū)域，其面積為產(chǎn)流面積。揭示和定量描述產(chǎn)流區(qū)位置和產(chǎn)流面積的變化規(guī)律，是流域產(chǎn)流量分析計算的關(guān)鍵。流域產(chǎn)流面積的變化取決于降雨特征（降雨量、雨強）和下墊面（包氣帶土層厚度、土質(zhì)、土壤含水量等）特性的空間不均勻性。--1.4主要產(chǎn)流方式超滲產(chǎn)流方式--多發(fā)生在干旱地區(qū)蓄滿產(chǎn)流--多發(fā)生在濕潤地區(qū)發(fā)生條件：包氣帶較薄、植被較好、土壤透水性強、超滲與蓄滿產(chǎn)流交替型方式--在自然界較普遍存在包氣帶厚度約2—4米左右，土壤透水性中等，年內(nèi)及多年降水量很不均勻，地下水位變幅較大的地區(qū)?！废聣|面構(gòu)成的特性是決定流域產(chǎn)流方式的主導(dǎo)因素，降水特性（包括雨量、雨強、變率等）也是影響流域產(chǎn)流方式的重要因素。（各地區(qū)產(chǎn)流機制）旱期：超滲產(chǎn)流機制；枯水年：超滲產(chǎn)流；汛期，蓄滿產(chǎn)流機制；豐水年：蓄滿產(chǎn)流。4.2流域匯流--2.1流域匯流過程流域匯流過程：在流域各點產(chǎn)生的凈雨，經(jīng)過坡地和河網(wǎng)匯集到流域出口斷面，即為形成徑流的全部過程。流域匯流過程的作用主要表現(xiàn)為流域的調(diào)蓄作用，輸入過程是流域的凈雨過程，輸出過程是流域出口斷面的流量過程。地表水流地表水流地下水流（坡地匯流）（河網(wǎng)匯流）河網(wǎng)水流降水與蒸發(fā)之差（P-E）坡地匯流：水流從地面和坡地表層向河網(wǎng)匯集的過程。河網(wǎng)匯流：由坡地匯入河網(wǎng)之后經(jīng)過河網(wǎng)的調(diào)蓄作用，逐漸到達出口斷面的流量過程。--2.2匯流歷時最大匯流歷時(τm)：離流域出口斷面最遠處的水質(zhì)點，從產(chǎn)流開始，經(jīng)坡地與河網(wǎng)匯流到達出口斷面的時間。平均流域匯流歷時：流域不同位置上的水質(zhì)點，流到出口斷面處的平均時間。等流時線：流域內(nèi)匯流歷時相同的點連成的線。等流時面積：任意相鄰兩條等流時線間的面積。--2.3流域匯流的影響因素1、降水特性的影響（暴雨中心分布越近于下游，峰形越尖瘦。雨強大，流量過程尖瘦）2、流域的地形坡度坡度越陡，匯流速度越快，匯流時間越短，地面徑流的損失量就越小，流量過程線越尖瘦。3、流域形狀（扁形流域匯流集中，洪水過程線峰形尖；狹長形流域的匯流時間較長，徑流過程平緩）4、水力條件（暢流條件下，水位越高、流速越快，匯流歷時越短，峰量越大，因而峰形越尖瘦）--2.4流域匯流的定量計算坡地匯流計算公式河網(wǎng)匯流計算公式流域匯流歷時：流域匯流計算（即計算流域出口斷面的流量過程）——等流時線法優(yōu)點：揭示了徑流形成過程的基本規(guī)律；符合徑流成因分析。問題（與實際有很大的差距）：特征值變化（等流時面積、流速等）；全流域凈雨量的分布(雨強、包氣帶厚度等)；過程線的形態(tài)尖瘦？沒有考慮徑流二次時程的再分配！--河川徑流成分分析直線斜線分割出口斷面的退水曲線（拐點）：（1）作圖法、（2）公式法、設(shè)計洪水分析與計算--5.1設(shè)計洪水在水利、水土保持工程規(guī)劃設(shè)計中確定攔洪、泄洪設(shè)備能力時所依據(jù)的洪水——設(shè)計洪水。1洪水的三要素：洪峰、洪量和洪水過程線2設(shè)計標準（1）歷史上最大的一次洪水（過去）（2）工程重要性（現(xiàn)在）（3）工程重要性+校核標準:設(shè)計洪水（正常運用）<校核洪水（非常運用）3、方法：由流量資料推求由暴雨資料推求由簡化公式、等值圖推求水文隨機模擬--5.2正常年徑流量 在氣候和下墊面基本穩(wěn)定的條件下，隨著觀測年數(shù)的不斷增加，多年平均年徑流量Q趨向于一個穩(wěn)定的數(shù)值，這個穩(wěn)定的數(shù)值稱為正常年徑流量。具有長期實測資料——直接計算(>20~30Y)具有短期實測資料無實測資料——間接推求:（1）等值線圖法（2）水文比擬法（3）徑流系數(shù)法W——多年平均徑流總量(m3)C——研究區(qū)域的徑流系數(shù)P——研究區(qū)域的多年平均降雨量(mm)F——研究區(qū)域的集水面積(km2)--5.3河川徑流的變化徑流情勢——指河川徑流在年際之間的變化特征和年內(nèi)分配規(guī)律。準周期性、隨機性?！吩O(shè)計年徑流量年內(nèi)分配的計算（時序分配法）1、繪制經(jīng)驗頻率曲線和理論頻率曲線2、查出要求頻率（2%、50%和98%）對應(yīng)的流量值3、對照實測數(shù)據(jù)找出對應(yīng)的年份4、以實測年分為依據(jù)，對要求頻率下的年徑流進行逐月分配計算。A、計算所選定實測年份年平均值B、計算實測年份每月觀測值的Ki值C、計算設(shè)計年每月的設(shè)計值（KI*流量值）--5.4由流量資料推求設(shè)計洪水一、選樣方法1、洪峰流量的選樣：選取一年中最大的一次洪峰流量（年最 大洪峰流量）。2、洪量選樣：（1）最大統(tǒng)計時段的確定（洪水歷時）（2）洪量確定：選取最大統(tǒng)計時段對應(yīng)的洪量。二、歷史調(diào)查實測期：從有實測洪水資料年份開始至今的時期。調(diào)查期：在實地調(diào)查到若干可以定量的歷史大洪水的時期。文獻考證期：從具有連續(xù)可靠文獻記載歷史大洪水的時期。>>☆N=調(diào)查年份-發(fā)生年份+1（久遠）☆追溯法（近代）N=1/PQN可以考慮作為特大洪水處理。>>不連續(xù)樣本的經(jīng)驗頻率計算:1.特大洪水系列的經(jīng)驗頻率公式：M——特大洪水按遞減次序排列的序號。N——特大洪水系列中首項的重現(xiàn)期；一般系列的經(jīng)驗頻率公式:m——實測一般洪水按遞減排列的序號L——實測洪水中特大洪水的數(shù)目n——實測洪水的年數(shù)…………水資源的計算與評價地下水資源及其基本特征地下水的基本概念地下水（Groundwater）的定義：廣義地下水賦存于地面以下巖石空隙中的水，包括包氣帶及飽水帶巖石空隙中的所有液態(tài)水和氣態(tài)水。狹義地下水：賦存于飽水帶巖石空隙中的液態(tài)水。地下水的賦存空間2.1巖石空隙是地下水的賦存場所和運移通道。地下水的賦存和運移受巖石空隙的性質(zhì)直接支配。2.2巖石的空隙性質(zhì)指巖石空隙的多少、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律?？紫叮╬ore）:松散巖石顆粒間的空隙空隙空隙根據(jù)成因劃分裂隙（fissure）:堅硬巖石破裂產(chǎn)生的空隙溶穴（cave）:可溶性巖石被溶蝕后產(chǎn)生的空隙2.2.1孔隙：松散巖石顆粒間的空隙孔隙度是指某一體積巖石(包括孔隙在內(nèi))中孔隙體積所占的比例?？紫侗仁菐r土中孔隙體積與固體的體積的比。影響孔隙度的因素：①顆粒的分選程度（分選性）②顆粒排列方式③巖土顆粒形狀④結(jié)構(gòu)孔隙和次生孔隙（粘土）2.2.2裂隙按成因分為：成巖裂隙構(gòu)造裂隙風化裂隙裂隙率(Kr)是裂隙體積(Vr)與包括裂隙在內(nèi)的巖石體積(V)的比值。2.2.3溶穴溶穴：溶穴(隙)可溶的沉積巖（巖鹽、石膏、石灰?guī)r、白云巖等）在地下水溶蝕下產(chǎn)生的空洞。巖溶率：溶穴的體積與巖石總體積比值。2.2.4空隙發(fā)育的多樣性》松散巖石以孔隙為主，但粘土干縮后可產(chǎn)生裂隙，超過其原有的孔隙度?！饭探Y(jié)程度不高的沉積巖，往往既有孔隙，又有裂隙?！房扇軒r石，有時還可保留原生的孔隙與裂縫。2.2.5空隙特點與地下水類型》巖石中的空隙連接成網(wǎng)絡(luò)，成為地下水有效的儲容空間和運移通道?！房紫哆B通良好，分布均勻，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少很接近。地下水分布與流動都比較均勻?！妨严毒哂幸欢ǖ姆较蛐?，連通性較差。地下水分布不均勻，水力聯(lián)系差。》溶穴空隙大小懸殊且分布極不均勻。地下水分布與流動通常極不均勻?！犯鶕?jù)含水介質(zhì)，地下水分為：孔隙水、裂隙水和巖溶水。巖石中水的存在形式地殼巖石中各種形式的水結(jié)合水（吸附水）①形成條件松散巖土的顆粒表面、巖石空隙壁帶有電荷；水分子是偶極體（水土相互吸引）。②特征巖石顆粒周圍水分子受到庫侖力的作用（遠離固體表面而減弱）；結(jié)合水的物理性質(zhì)內(nèi)強外弱，固液雙重性質(zhì)，抗剪強度。③結(jié)合水定義--引力大于水分子自身重力的那部分水。它束縛于固相表面，不能在自身重力影響下運動。最接近固相表面的結(jié)合水稱為強結(jié)合水，其外層稱為弱結(jié)合水。④分類與特點結(jié)合水性質(zhì)：（1）具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；（2）具有一定的抗剪強度，即自身重力作用下不能運動，在外力作用下能夠移動及變形。重力水重力水：遠離固相表面，水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱，主要受重力影響。在重力影響下可以自由運動，可以通過泉或井流出（抽出）毛細水》毛細現(xiàn)象：毛細管中的水面產(chǎn)生上升的現(xiàn)象。》毛細水受固體表面吸引力、液體表面張力和液體重力的共同作用。毛細力是在三相界面上彎液面引起的附加表面力。》毛細管管徑越小，毛細力越大，毛細上升高度也越大。松散巖石中細小的孔隙通道構(gòu)成毛細管。①支持毛細水：在地下水面支持下存在的（附在水面上的），隨地下水升降而升降。上升高度與水面上部的巖石孔隙性質(zhì)有關(guān)。②懸掛毛細水：指地下水面以上，巖石細小孔隙中保留的水分。③孔角毛細水：顆粒與顆粒之間相互接觸，接觸點附近孔徑最小，形成孔角毛細水。－孔角毛細水是孤立的，而支持毛細水和懸掛毛細水似串珠狀，且連續(xù)分布。地下水的賦存類型包氣帶與飽水帶含水層與隔水層含水層：飽含水的透水層隔水層：新鮮致密結(jié)晶巖（相對意義）地下水分類①上層滯水（PerchedWater）：當包氣帶存在局部隔水層(弱透水層)時，局部隔水層(弱透水層)上會積聚具有自由水面的重力水，為上層滯水。特征：季節(jié)性；易受污染；可以轉(zhuǎn)化為潛水或承壓水。②潛水（PhreaticWater）：包氣帶以下、第一個隔水層以上有自由水面的地下水。潛水面：地下的第一個自由水面。潛水埋深：潛水面上任意一點到地面的距離。潛水位：潛水面上任意一點到基準面的距離。基本特征：（1）上部不存在完整的隔水或弱透水頂板，與包氣帶直接連通，埋藏淺，具有自由水面，因此與大氣、地表水密切聯(lián)系；（2）積極參與水循環(huán)；（3）潛水面的高低很容易受到地形、氣象、水文因素的影響；（4）容易受到污染。③承壓水（Confinedgroundwater）：兩個隔水層或弱透水層之間的飽和含水層的水。承壓的含義:(1)含水層上下被頂板、底板封閉；(2)地下水測壓水位高于頂板。（上部隔水層或弱透水層與含水層交界面：頂板；下部隔水層或弱透水與含水層交界面層：底板。）承壓水的特征：（1）埋藏深;（2）與大氣、地表水聯(lián)系差;（3）水循環(huán)緩慢；（4）不易污染。(5)當測壓水位高于頂板時，可能出現(xiàn)自流區(qū)；(6)接受其它水體補給的條件：其它水體的水位大于承壓含水層測壓水位，而且具有聯(lián)系其它水體的通道。（6）潛水與承壓水相互轉(zhuǎn)化天然條件下的轉(zhuǎn)化承壓水從補給區(qū)到排泄區(qū)的轉(zhuǎn)化過程一般為:潛水承壓水潛水所有的承壓水歸根到底都是由潛水轉(zhuǎn)化而來的。人工條件下的轉(zhuǎn)化承壓水被開采，測壓水位降低到頂板以下，則轉(zhuǎn)化為潛水。總結(jié)：(1)巖層的水文地質(zhì)類型：強透水層&弱透水層、含水層&隔水層。(2)地下水可以分為孔隙水、裂隙水、巖溶水。(3)地下水可以分為包氣帶水（包括上層滯水）、潛水和承壓水，三者在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。5、與地下水儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)（1）容水度容水度是指巖石完全飽水時所能容納的水的體積與巖石總體積的比值。一般，容水度在數(shù)值上與孔隙度、裂隙率、巖溶率相當，但粘土充水后體積擴大，容水度可大于孔隙度。給水度給水度（u）飽和巖土單位體積所釋放的水的體積。影響因素：巖性影響釋水速度的影響持水度持水度飽和巖土釋水后單位體積內(nèi)保持的水量。持水度與給水度、孔隙度的關(guān)系是：持水度的影響因素與給水度的影響因素相同。最大持水度數(shù)值上相當于包氣帶充分釋水而又未受到蒸發(fā)、蒸騰消耗時的含水量（殘留含水量）。透水性透水性是指巖石透水的能力，用滲透系數(shù)（K）表征。影響因素：①孔隙大?。簬r土的透水能力并不取決于平均孔隙直徑，而在很大程度上取決于最小的孔隙直徑。②孔隙通道彎曲性：孔隙通道愈彎曲，流程就愈長，流動阻力愈大。地下水運動的基本規(guī)律（1）重力水運動的基本規(guī)律①達西定律(Darcy’sLaw)通過飽和土體斷面的流量與斷面面積和水力梯度成正比。滲透流速與水力梯度成正比。達西定律適用于層流狀態(tài)。②滲透流速V（滲流流速）滲透流速不是實際流速，而是滲流（虛擬水流）的流速，它等于實際流速與有效空隙度的乘積。③滲透系數(shù)K(HydraulicConductivity)達西定律中，令I(lǐng)=1，則K=V，即滲透系數(shù)為水力梯度等于1時的滲透流速，一般采用m/d或cm/s為單位。滲透系數(shù)可定量說明巖石的滲透性能，對重力水運動的影響非常大?！鷿B透系數(shù)愈大，巖石的透水能力愈強。：由空隙性質(zhì)和流體的粘滯性。（2）地下水滲流場的表示方法--流網(wǎng)滲流場（Flowdomain）：滲流所占據(jù)的空間區(qū)域，包括空隙和巖石顆粒所占的全部空間。一般由一系列等水頭線與流線組成的網(wǎng)格（流網(wǎng)Flownet）來表示滲流場。流線（帶箭頭的直線）和等水頭線（虛線）相互垂直！1）均質(zhì)各向同性（物質(zhì)組成相同、性質(zhì)相同）的滲流場的流網(wǎng)①注意流場的邊界類型和補給排泄特征；②流線和等水頭線正交；③等水頭線越密說明水力梯度越大；④流線越密說明地下水徑流越強。⑤潛水面可能是流線，也可能不是流線。⑥河間地塊流網(wǎng):注意分水嶺與流網(wǎng)的關(guān)系（PPT上圖）層狀非均質(zhì)滲流場的流網(wǎng)①如果地層交界面與水流方向平行，則滲透系數(shù)越大，流線越密集，而等水頭線不變；通過斷面的滲透流速與滲透系數(shù)成正比。②如果地層交界面與水流方向垂直，則滲透系數(shù)越小，等水頭線越密集，而流線不變；水力梯度與滲透系數(shù)成反比。③如果地層交界面與水流方向斜交，則流線發(fā)生偏轉(zhuǎn)（折射），滲透系數(shù)越大，流線越傾向于與交界面平行。3）不規(guī)則非均質(zhì)滲流場的流網(wǎng)當含水層中存在強滲透性透鏡體時，流線將向其匯聚；存在弱滲透性透鏡體時，流線將繞流。7、地下水的補給與排泄補給含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程。補給過程的變化增加勢能、鹽分、熱量、理化性質(zhì)等發(fā)生變化。研究補給的內(nèi)容補給來源、補給條件與補給量。補給來源大氣降水、地表水、凝結(jié)水，其它含水層或含水系統(tǒng)的水、人類的相關(guān)補給（灌溉回歸水、水庫滲漏水、專門性的人工補給）。（1）大氣降水對地下水的補給大氣降水入滲機制—松散沉積物①活塞式：入滲水的濕鋒面整體向下推進（老水在前，新水在后），猶如活塞運移的入滲方式。：砂礫質(zhì)土②捷徑式：由于孔隙大小的差異，當降水強度較大，入滲水將沿著滲透性良好的大孔隙通道優(yōu)先下滲，同時向下滲通道周圍擴散。在接受連續(xù)入滲補給后，大通道的入滲水將優(yōu)先到達地下水面。：粘性土中活塞式與捷徑式下滲同時發(fā)生。③影響大氣降水補給地下水的因素：①降水特征間歇小雨只濕潤土壤表層而經(jīng)由蒸發(fā)及蒸騰返回大氣，不構(gòu)成地下水的有效補給。集中暴雨降水強度超過地面入滲能力而部分轉(zhuǎn)化為地表徑流，入滲系數(shù)偏低。連綿細雨不超過地面入滲速率的最有利于地下水的補給。②降水量和包氣帶厚度降水的一部分首先補足水分虧損，然后補給地下水。年降水量和潛水埋深的影響很大。③包氣帶巖性與滲透性：砂土-砂壤土-壤土=粘土④植被覆蓋率影響：古老-幾年-草地-裸地⑤地形的影響降水強度>入滲強度時（超滲產(chǎn)流），地形坡度越大，越不利于降水補給地下水。河流對地下水的補給①山區(qū)：河谷深切，河水位一般低于地下水位，因此河流一般排泄地下水（地下水補給河流）。洪水期由于河水位上升快，高于地下水位，因此補給地下水。②山前:由于堆積作用，河床很高，河水位>地下水位，因此河流常年補給地下水。③沖積平原:河床低，河水位與地下水位很接近，二者的補給排泄關(guān)系具有季節(jié)性。④地上河:河床很高，河水位常年高于地下水位，河流長期補給地下水。河流對地下水的補給過程－間歇河流為例`汛期開始，以垂直入滲為主，潛水面處形成水丘。`水丘水位不斷抬高，與河水連成一體。`汛期結(jié)束，潛水位普遍抬高。影響因素:①河床面積②河床透水性③河床水位與地下水位之差。承壓含水層接受降水補給的特點含水層出露于地表或與地表連通處接受補給\匯水面積較潛水小徑流長度長\受到地質(zhì)構(gòu)造和地形及含水層分布等地質(zhì)特征影響。（4）凝結(jié)水的補給特點：晝夜溫差大（撒哈拉大沙漠晝夜溫差50℃）。夜間土壤（沙層）溫度低，首先自身凝結(jié)出水，其次是大氣層凝結(jié)出水（敦煌壁畫受到凝結(jié)水的破壞）。（5）含水層之間的補給①潛水補給承壓水②承壓水補給潛水③松散沉積物中含水層通過“天窗”和越流補給④含水層通過導(dǎo)水斷裂發(fā)生聯(lián)系⑤含水層通過鉆孔發(fā)生聯(lián)系⑥含水層通過弱透水層越流補給（6）人類對地下水補給的影響補給方式：建造水庫灌溉農(nóng)田地下水位抬高，土壤鹽漬化。工業(yè)生活廢水的排放地下水受污染。有計劃、有措施人工補給：排泄概述：地下水排泄含水層失去水量的過程。排泄過程的變化含水層的水質(zhì)、水位等也發(fā)生相應(yīng)變化。研究含水層的排泄內(nèi)容排泄途徑、排泄條件與排泄量等。排泄途徑泉、地表水體、蒸發(fā)、蒸騰、其他含水層、井孔抽汲、渠道坑道等排泄地下水。（1）泉是地下水的天然露頭。泉類型根據(jù)補給泉的含水層的性質(zhì)，泉分為下降泉（由潛水含水層或上層滯水補給）、上升泉（由承壓含水層補給）。下降泉據(jù)出露原因分為:侵蝕（下降泉）、接觸泉、溢流泉上升泉按出露原因分為:侵蝕（上升泉）、斷層泉、接觸帶泉（泉城濟南的原因）蒸發(fā)蒸發(fā)與地下水的兩種關(guān)系類型：①蒸發(fā)與飽水帶無直接聯(lián)系包氣帶水不與潛水面發(fā)生直接聯(lián)系。蒸發(fā)排泄造成包氣帶水分虧缺，影響飽水帶接受降水補給的份額，但不直接消耗飽水帶的水量。②蒸發(fā)與飽水帶潛水有直接聯(lián)系潛水面埋藏不深，支持毛細水帶上緣離地表較近，潛水補充支持毛細水，使蒸發(fā)得以持續(xù)進行。影響潛水蒸發(fā)及地下水鹽化程度的因素：氣候、潛水埋藏深度、包氣帶巖性、以及地下水流動特征。地區(qū)：干旱氣候區(qū)平原區(qū)，蒸發(fā)與蒸騰往往是地下水主要的排泄方式。干旱、半干旱的平原與盆地，利用地表水大量灌溉引起潛水面抬升，潛水蒸發(fā)增強，常常出現(xiàn)土壤鹽漬化。干旱、半干旱地區(qū)的地下水排泄區(qū)是蒸發(fā)濃縮作用最為強烈的地方。區(qū)域性流動系統(tǒng)的排泄區(qū)由于能夠匯集更大范圍地下水中的鹽分，蒸發(fā)濃縮較局部流動系統(tǒng)排泄區(qū)更為發(fā)育。(3)蒸騰植物生長過程中根系吸收水分，在葉面轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水而蒸發(fā)--蒸騰。地下水的排泄類型①根據(jù)地下水排泄對水質(zhì)的影響，分為：`徑流排泄：以泉、泄流等為主要排泄方式，其特點是鹽被徑流帶走（“鹽隨水走“）。`蒸發(fā)排泄：水排泄掉，而鹽分留下（“水走鹽留“）。②根據(jù)補給與排泄特點，分為：`入滲—徑流型長期循環(huán)的結(jié)果，使巖土與其中賦存的地下水向溶濾淡化方向發(fā)展；`入滲—蒸發(fā)型長期循環(huán)結(jié)果，補給區(qū)的巖土與地下水淡化脫鹽，排泄區(qū)的地下水鹽化，土壤鹽漬化。③因不同類型水的補給，水質(zhì)（礦化度與化學類型）發(fā)生變化。`經(jīng)常獲得低礦化水補給的地段，如河流沿岸，季節(jié)性集水洼地，灌渠兩側(cè)等，常可找到適于飲用的水。`干旱地區(qū)的潛水往往因長期蒸發(fā)濃縮而成為高礦化水，含水層水質(zhì)惡化。CH09水質(zhì)與水環(huán)境天然水水質(zhì)的組成>>天然水中的主要離子成分:離子成分的粒徑：<10-9m。含氮離子（NH4-、NO3-）含磷離子（HPO42-）含鐵離子（Fe3+