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(jìn)行的往復(fù)交替的運(yùn)動(dòng)過(guò)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)： 海陸之間的水分交換過(guò)程，又稱為外循環(huán)。 2、小循環(huán)： 海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結(jié)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(jié)又降落到陸地上，又稱為內(nèi)循環(huán)。,二、地球上的水量平衡 水量平衡原理： 在水文循環(huán)過(guò)程中，對(duì)任一區(qū)域、任一時(shí)段進(jìn)入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： I、O給

2、定時(shí)段內(nèi)輸入、輸出該地區(qū)的總水量 S時(shí)段內(nèi)區(qū)域蓄水量的變化量，可正可負(fù)。,以陸地作為研究范圍水量平衡方程為： 以海洋為研究對(duì)象水量平衡方程為：,對(duì)多年平均情況： Sc、So趨于零。所以： 合并得： 或:,三、流域水量平衡 以流域作為研究范圍水量平衡方程為：,對(duì)于多年平均情況而言： S趨于零，故其水量平衡方程為：,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 形成：地面徑流長(zhǎng)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：

3、 無(wú)支流匯入的河流為一級(jí)河流。 兩條同級(jí)別的匯合而成的比原來(lái)高一級(jí)。 兩條不同級(jí)別河流匯合取較高者。 干流：水系中最高級(jí)別的河流。,水系：脈絡(luò)相同的大小河流所構(gòu)成的體統(tǒng)。,黃河流域水系圖,2、河流的基本特征 河長(zhǎng) 自河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： 概念 任意河段兩端（水面或水底）的高差h稱為落差，單位河長(zhǎng)的落差稱為河道縱比降。 水面比降、河底比降。 比降計(jì)算,比降計(jì)算計(jì)算示意圖,二、流域 1、流域概念 匯集地面水和地下水的區(qū)域,即分水線所包圍的區(qū)域。,流域示意圖,分界線 (分水線）,某一斷面

4、流域 河口斷面流域,閉合流域 不閉合流域,2、流域邊界線勾繪：,3、流域基本特征 流域的幾何特征 流域面積 F(km2），采用方格法、求積儀法量面積。 流域長(zhǎng)度（L）、平均寬度（M） L（ km），采用同心圓法。M（km）： F/L。 河網(wǎng)密度 L/F（km/ km2 ） 流域形狀系數(shù)： M/L 流域平均高度和平均坡度 采用方格法。,流域面積 F（km2） 求積儀法、數(shù)方格法,流域長(zhǎng)度（L）和平均寬度（M）,流域平均高度和平均坡度 方格法，方格交叉點(diǎn)值平均。,流域自然地理特征 地理位置： 經(jīng)緯度。反應(yīng)水文循環(huán)的強(qiáng)弱。 氣候條件： 降水、蒸發(fā)、濕度、氣溫、氣壓、風(fēng)速等。決定流域水文特征。 下墊面

5、條件 地形、地質(zhì)構(gòu)造、土壤和巖石性質(zhì)、植被、湖泊、沼澤等。反應(yīng)每一水系形成的具體過(guò)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、與降水有關(guān)的氣象因素 對(duì)流層特點(diǎn)： 氣溫隨高度增加降低 具有氣流的對(duì)流運(yùn)動(dòng) 對(duì)流層中溫度、濕度水平分布不均勻 氣溫： 平均每升高100m，氣溫下降0.65 。,氣壓： 單位面積承受大氣的重力。hPa,高空?qǐng)D,地面天氣圖,輻合,輻散,風(fēng)： 大氣的運(yùn)動(dòng)：垂直稱為對(duì)流，水平稱為風(fēng)。 風(fēng)為矢量：用風(fēng)速、風(fēng)向表示。 影響我國(guó)降水的最重的風(fēng)：季風(fēng)。 濕度： 主要指標(biāo)： 水汽壓(hPa) 飽和水汽壓、飽和差。 濕度 絕對(duì)濕度（g/m3)、相對(duì)濕度。

6、 露點(diǎn) 水汽達(dá)到飽和時(shí)的溫度。 比濕 水汽質(zhì)量與氣團(tuán)空氣總質(zhì)量的比值。,云 蒸發(fā) 二、 降水的形成與分類 降水的形成 三因素：水汽、上升運(yùn)動(dòng)、冷卻凝結(jié)。 原理: 地面濕熱氣團(tuán)上升膨脹、冷卻、凝結(jié)、成云、形成降水。, 降水的分類 對(duì)流雨 地形雨 鋒面雨 氣旋雨 對(duì)流雨 形成： 上升的空氣形成動(dòng)力冷卻而致雨稱為對(duì)流雨。 特點(diǎn)： 降雨強(qiáng)度大，歷時(shí)短、雨區(qū)較小。,地形雨,特點(diǎn)： 因空氣本身溫濕特性，運(yùn)行速度及地形特點(diǎn)而異。,Lifting of moist air currents over mountain barriers Common in the west coast of U.S., 鋒面雨

7、 鋒面活動(dòng)產(chǎn)生的降水稱為鋒面雨。 鋒面： 溫濕特性不同的氣團(tuán)相遇時(shí)，在其接觸區(qū)由于性質(zhì)不同來(lái)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(xí)慣上稱為鋒。 鋒面分類： 按運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)分為： 冷鋒、暖鋒、靜止鋒、錮囚鋒。,特點(diǎn)：降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短、雨區(qū)范圍較小。,冷鋒雨,暖鋒雨,特點(diǎn)：降雨強(qiáng)度小、歷時(shí)長(zhǎng)、雨區(qū)范圍大。, 氣旋雨 、溫帶氣旋雨,、熱帶氣旋雨,我國(guó)降水量地區(qū)分布,三、 降水量觀測(cè) 器測(cè)法 方法 雷達(dá)探測(cè) 氣象衛(wèi)星云圖 1、雨量器 分辨率0.1mm。兩段制觀測(cè)，即每日8時(shí)及20時(shí)各觀測(cè)一次。雨季增加觀測(cè)段次。 每日8時(shí)至次日8時(shí)降水量為當(dāng)日降水量。,2.自計(jì)式雨量計(jì) 虹吸式 翻斗式

8、稱重式 (1)虹吸式 分辨率：0.1mm 降雨強(qiáng)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 time it fills,The precipitation depth determined based on the number of bucket tilts,四、 降水特性的描述 降水量： 一定時(shí)段的降雨量，單位： mm。 降水歷時(shí)： 降水持續(xù)時(shí)間，單位：min，h，d。 降雨強(qiáng)度： 單位時(shí)間降雨量

9、，單位：mm/h，mm/d。 瞬時(shí)降雨強(qiáng)度，平均降雨強(qiáng)度。,五、流域平均面雨量計(jì)算 1、算數(shù)平均法,2、泰森多邊形法,66 mm,D,A,45 mm,C,69 mm,57 mm,B,E,78 mm,A1,A2,A3,A4,A5,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(cè)法 間接計(jì)算法 1. 器測(cè)法： 水文部門(mén)普遍采用E601型蒸發(fā)器。 每日8時(shí)觀測(cè)一次， 得日蒸發(fā)量；可計(jì)算月蒸發(fā)量、年蒸發(fā)量。,二、土壤蒸發(fā) 1、土壤蒸發(fā)過(guò)程 三個(gè)階段： 第一階段：土壤充分濕潤(rùn)，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

10、，供水條件變差，E逐漸減小。 第三階段：水分運(yùn)動(dòng)十分緩慢，蒸發(fā)率很小。,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(shí)段： 多年平均：,中國(guó)蒸發(fā)量地理分布,第五節(jié) 下滲 水透過(guò)地面進(jìn)入土壤的過(guò)程，稱為下滲。是在分子力、毛細(xì)管力和重力綜合作用下發(fā)生的 物理過(guò)程。 一 、下滲的物理過(guò)程 1.滲潤(rùn)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(yùn)動(dòng)，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(shí)驗(yàn) 1. 直接測(cè)定法 （1）注水法：同心環(huán)下滲儀（略）。 （2）人工降雨法

11、（略） ： 2. 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：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)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。,3、下滲曲線、霍頓（Horton)下滲公式：,起始下滲率,穩(wěn)定下滲率,系數(shù),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(kù)、洼地等流動(dòng)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(guò)程 流域內(nèi)，自降雨開(kāi)始到水流匯集到流域出口斷面的整個(gè)物理過(guò)程，稱為徑流形成過(guò)程。 人為劃分 產(chǎn)流過(guò)程 匯流過(guò)程,徑流形成過(guò)程示意圖,植物截留,下滲,填洼,R1,R2

12、,R4,R3,總結(jié)： 1.產(chǎn)流過(guò)程：降雨扣除損失成為凈雨的過(guò)程。 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。 凈雨是徑流的來(lái)源，而徑流則是凈雨匯流的結(jié)果；凈雨在降雨結(jié)束時(shí)就停止了，而徑流卻要延長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)間。 地面凈雨地面徑流 表層流凈雨表層流或壤中流 地下凈雨地下徑流,地面徑流,總徑流過(guò)程,2.匯流過(guò)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(guò)程。 坡地匯流： 坡面漫流: 由地面凈雨形成。沿坡面流到附近河網(wǎng)。流程歷時(shí)較短。大雨時(shí)是構(gòu)成河流流量的主要來(lái)源。 表層流徑流: 由表層流凈雨形成。由土壤孔隙流入河網(wǎng)，流程歷時(shí)較坡面漫流長(zhǎng)。對(duì)歷時(shí)較長(zhǎng)的暴雨，也是構(gòu)成河流流量的主要來(lái)源。 地下匯流: 由地下凈雨形成。部分形成淺層地下水補(bǔ)給河流，部分形成深層地下水、構(gòu)成河流的基流。 河網(wǎng)匯流： 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(shí)段T內(nèi)通過(guò)河流某一斷面的總水量，m3、萬(wàn)m3。 3. 徑流深（R）：將徑流量平鋪在整個(gè)流域面積上所得的水 層深度，mm。,4.徑流模數(shù)（M）：流域出口斷面流量與流域面積之比值， L/(skm2)，洪峰流量模數(shù)，多年平均流量模數(shù)。