第二章(水文循环与径流形成).ppt

第二章水文循环与径流形成 水文循环与水量平衡 河流与流域3 降水 蒸散发 下渗 径流 第一节水文循环与水量平衡一 自然界的水文循环地球上存在的各种水体以蒸发 降水 入渗和径流等方式进行的往复交替的运动过程 称为水文循环 水循环示意图 大循环 小循环 小循环 1 大循环 海陆之间的水分交换过程 又称为外循环 2 小循环 海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后 以降水的形式落到海洋里 或陆地上的水经蒸发凝结又降落到陆地上 又称为内循环 二 地球上的水量平衡水量平衡原理 在水文循环过程中 对任一区域 任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量 水量平衡方程 I O 给定时段内输入 输出该地区的总水量 S 时段内区域蓄水量的变化量 可正可负 以陆地作为研究范围水量平衡方程为 以海洋为研究对象水量平衡方程为 对多年平均情况 Sc So趋于零 所以 合并得 或 三 流域水量平衡以流域作为研究范围水量平衡方程为 对于多年平均情况而言 S趋于零 故其水量平衡方程为 第二节河流与流域一 河流1 河流的形成与分段 干流 支流 水系概念 形成 地面径流长期侵蚀地面 冲成沟壑 形成溪流 最后汇集成河流 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 无支流汇入的河流为一级河流 两条同级别的汇合而成的比原来高一级 两条不同级别河流汇合取较高者 干流 水系中最高级别的河流 水系 脉络相同的大小河流所构成的体统 黄河流域水系图 2 河流的基本特征 河长自河源沿主河道至河口的距离称为 km 量取方法 曲线仪或分规 河流的断面 横断面 垂直流向纵断面 沿中泓线 3 河道纵比降 概念任意河段两端 水面或水底 的高差 h称为落差 单位河长的落差称为河道纵比降 水面比降 河底比降 比降计算 比降计算计算示意图 二 流域1 流域概念汇集地面水和地下水的区域 即分水线所包围的区域 流域示意图 分界线 分水线 某一断面流域 河口断面流域 闭合流域 不闭合流域 2 流域边界线勾绘 3 流域基本特征 流域的几何特征 流域面积F km2 采用方格法 求积仪法量面积 流域长度 L 平均宽度 M L km 采用同心圆法 M km F L 河网密度 L F km km2 流域形状系数 M L 流域平均高度和平均坡度采用方格法 流域面积F km2 求积仪法 数方格法 流域长度 L 和平均宽度 M 流域平均高度和平均坡度方格法 方格交叉点值平均 流域自然地理特征 地理位置 经纬度 反应水文循环的强弱 气候条件 降水 蒸发 湿度 气温 气压 风速等 决定流域水文特征 下垫面条件地形 地质构造 土壤和岩石性质 植被 湖泊 沼泽等 反应每一水系形成的具体过程 并影响径流的变化规律 第三节降水降水 雨 雪 霰 雹 露 霜 一 与降水有关的气象因素 气温 对流层内 平均每升高100m 气温下降0 65 气压 单位面积承受大气的重力 hPa气压场 等压面 位势高度 等位势高度线 高空图概念 高空图 地面天气图 气压分布基本形式 气压系统 低气压 高气压 高压脊 低压槽 鞍形气压区 辐合 辐散 风 大气的运动 垂直称为对流 水平称为风 风为矢量 用风速 风向表示 影响我国降水的最重的风 季风 湿度 主要指标 水汽压 e hPa 饱和水汽压 E 随温度而变饱和差 E e若 则凝结 湿度绝对湿度 g m3 单位体积空气中所含水汽的质量 相对湿度 实际水汽压与饱和水汽压比值 露点 Td 水汽达到饱和时的温度 露点的高点与空气中水汽含量有关 比湿 q 水汽质量与气团空气总质量的比值 云 蒸发二 降水的形成与分类 降水的形成三因素 水汽 上升运动 冷却凝结 原理 地面湿热气团上升膨胀 冷却 凝结 成云 形成降水 降水的分类对流雨地形雨锋面雨气旋雨 对流雨形成 上升的空气形成动力冷却而致雨称为对流雨 特点 降雨强度大 历时短 雨区较小 地形雨 特点 因空气本身温湿特性 运行速度及地形特点而异 LiftingofmoistaircurrentsovermountainbarriersCommoninthewestcoastofU S 锋面雨锋面活动产生的降水称为锋面雨 锋面 温湿特性不同的气团相遇时 在其接触区由于性质不同来不及混合而形成的不连续面 锋面与地面的交线称为锋线 习惯上称为锋 锋面分类 按运动学观点分为 冷锋 暖锋 静止锋 锢囚锋 特点 降雨强度大 历时短 雨区范围较小 冷锋雨 暖锋雨 特点 降雨强度小 历时长 雨区范围大 气旋雨 温带气旋雨 热带气旋雨 我国降水量地区分布 三 降水量观测器测法方法雷达探测气象卫星云图1 雨量器分辨率0 1mm 两段制观测 即每日8时及20时各观测一次 雨季增加观测段次 每日8时至次日8时降水量为当日降水量 2 自计式雨量计虹吸式翻斗式称重式 1 虹吸式分辨率 0 1mm降雨强度适用范围 0 01 4 0mm min Tippingbucketgauge funnelingthecollectedraintoasmallbucketthattiltsandemptieseachtimeitfills Theprecipitationdepthdeterminedbasedonthenumberofbuckettilts 四 降水特性的描述 降水量 一定时段的降雨量 单位 mm 降水历时 降水持续时间 单位 min h d 降雨强度 单位时间降雨量 单位 mm h mm d 瞬时降雨强度 平均降雨强度 4 降雨量过程线 5 降雨量累计过程线 五 流域平均面雨量计算1 算数平均法 2 泰森多边形法 66mm D A 45mm C 69mm 57mm B E 78mm A1 A2 A3 A4 A5 六 我国降水量及其时空分布 分带性 5带 年内分配不均 年际变化大 第四节下渗水透过地面进入土壤的过程 称为下渗 是在分子力 毛细管力和重力综合作用下发生的物理过程 一 与下渗有关的概念1 包气带和饱水带2 土壤水 土壤水分存在形式吸湿水薄膜水毛管水重力水 土壤含水量和水分常数土壤含水量一定量的土壤中所含水分的数量 mm 最大吸湿量 饱和空气中 最大分子持水量 薄膜水厚度最大 凋萎含水量 凋萎系数 毛管断裂含水量田间持水量 最大毛管悬着水量 饱和含水量 二 下渗的物理过程 渗润阶段受分子力作用 渗漏阶段受毛管力和中共同作用 渗透阶段受重力作用 三 下渗率 下渗能力 下渗曲线 下渗公式1 下渗率 单位时间内渗入单位面积土壤中的水量 mm min mm h 2 下渗能力 充分供水条件下的下渗率 3 下渗曲线 霍顿 Horton 下渗公式 起始下渗率 稳定下渗率 系数 四 自然条件下的入渗五 地下水 潜水 承压水 第五节蒸散发蒸散发是水文循环的重要环节 流域蒸发 水面蒸发土壤蒸发陆面蒸发植物散发 一 水面蒸发 器测法间接计算法1 器测法 水文部门普遍采用E601型蒸发器 大型蒸发池 20m2 100m2 每日8时观测一次 得日蒸发量 可计算月蒸发量 年蒸发量 蒸发器折算系数 K 二 土壤蒸发1 土壤蒸发过程三个阶段 第一阶段 土壤充分湿润 供水充足E接近最大蒸发能力EM 第二阶段 土壤水分减少 供水条件变差 E逐渐减小 第三阶段 水分运动十分缓慢 蒸发率很小 三 流域总蒸发包括 水面蒸发 土壤蒸发 植物截留蒸发及植物散发 水量平衡法 某一时段 多年平均 第六节径流降水形成的 沿着流域地面和地下向河川 湖泊 水库 洼地等流动的水流 地表径流组成表层流 壤中流 地下径流 一 径流的形成过程流域内 自降雨开始到水流汇集到流域出口断面的整个物理过程 称为径流形成过程 人为划分产流过程汇流过程 径流形成过程示意图 植物截留 下渗 填洼 R1 R2 R4 R3 总结 1 产流过程 降雨扣除损失成为净雨的过程 降雨扣除损失后的雨量称为净雨 净雨和它形成的径流在数量上是相等的 净雨是径流的来源 而径流则是净雨汇流的结果 净雨在降雨结束时就停止了 而径流却要延长很长时间 地面净雨 地面径流 表层流净雨 表层流或壤中流地下净雨 地下径流 地面径流 总径流过程 2 汇流过程 净雨沿坡面从地面和地下汇入河网 再沿河网汇集到流域出口断面的过程 坡地汇流 坡面漫流 由地面净雨形成 沿坡面流到附近河网 流程历时较短 大雨时是构成河流流量的主要来源 表层流径流 由表层流净雨形成 由土壤孔隙流入河网 流程历时较坡面漫流长 对历时较长的暴雨 也是构成河流流量的主要来源 地下汇流 由地下净雨形成 部分形成浅层地下水补给河流 部分形成深层地下水 构成河流的基流 河网汇流 从支流