2第二章水文现象及其过程的物理基础

1、第二章 水文现象及其过程的物理基础第一节 水的物理性质水的密度水的热容量与传热性水的三态转化（气态、液态、固态）水的表面张力水的运动特征及其它特性第二节 水文学现象的基本规律以及研究方法的基本特点1 1、成因规律（确定性规律）： 确定的成因和水文现象形成的内在因果关系，确定的成因和条件将件将对应于确定的结果。 根据质量守恒原理可得全球的多年平均降水量 = 全球的多年平均蒸发 流域上一次暴雨过程 扣除相应的损失过程 程 = 净雨过程流域汇流 = 流域出口相应的一次洪水过程（一） 水文现象变化的基本规律2 2、统计规律（随机性规律）： 水文现象不断地随时间、地点发生变化， 不断地随时间、地点发生变

2、化这种现象称水文现象的随机性。例如：各年份中最大洪峰流量、最枯径流量出现的时间、大小也各不相同。样本容量很大时， 随机变量趋向于一个稳定的分布，或相关变量表现为稳定的相关系,如某流域的年最大洪峰流量频率曲线图。（一） 水文现象变化的基本规律3 3、水文现象的相似性和特殊性两流域或地区气象条件、地理位置、自然地理条件等相似，则两地水文现象在一定程度上存在着 相似性。举例 ：不同地区、不同流域各自处于不同的地理位，具有不同的气象条件，因而各自的水文现象绝不会完全相同，而是具有其本身独特的规律性。水文现象的研究方法 成因分析法：由观测资料，从物理成因上研究水文变化规律， 只定性分析 ，在定量上不能满

3、足工程设计要求。 数理统计法：运用概率统计理论对长期观测的资料进行统计计算， 以寻求其规律性。 地理综合法：由地区经验公式和等值线图分析，揭示水文现象，分析地区分布规律。水文现象的研究方法特点 （1）多学科的交叉与渗透 （2）通过水文实验揭示水文规律 （3）应用流域水文模型探索水文规律 （4）确定性与随机性研究方法的结合第三节 水文平衡(重点)水量平衡1.通用的水量平衡方程 根据物质不灭定律，水量平衡原理的概念就是对于任一区域在给定的时段内，各种输入量与区域内储水量的变化之和。 I在给定时段内输入区域的各种水量之和； O在给定时段内输出区域的各种水量之和； W1 、W2区域内时段始、末的储水量

4、。1.河流流域的水量平衡（重点） 闭合流域在某一给定时段内的水量平衡方程为： 闭合流域的多年平均水量平衡方程为： P 、R、 E 分别为 降水、径流、蒸发；W：存储量变化式中：0、 0 分别是多年平均径流系数和多年平均蒸发系数。 可写作： 第四节 降雨资料的收集与整理1、降雨三个要素：降水量、历时和强度降雨强度分类 2、下渗的定义 下渗:降雨渗入土壤和地下水的运动过程。 3、下渗过程 降雨粘膜水毛细水重力水地下水降水的入渗过程4.下渗率和下渗能力下渗率f 又称下渗强度。指单位面积上、单位时间内渗入土壤中的水量。下渗能力fp 又称下渗容量。指在充分供水条件下的下渗率。累积下渗量F d F / d

5、 t = f第五节 天然条件下的下渗下渗与降雨强度的关系定义：在充分供水条件下，单点均质土壤的下渗规律，反映土壤的最大下渗率过程，称下渗能力曲线。下渗率曲线及累积下渗量曲线示意图f0:初始下渗率fc：稳定下渗率供水充足的时候：降雨强度=下渗能力二、下渗经验公式1. 霍顿公式（R . E . Horton , 1940)2. 考斯加柯夫公式3. 一般形式 四、下渗能力的测定方法 1.注水型：同心环下渗仪 2.采用人工降雨三、下渗曲线与下渗量累计曲线的关系 五、下渗的影响因素1.土壤性质对下渗的影响2.降雨性质对下渗的影响3.植被对下渗的影响4.流域地形影响5.人类活动的影响第六节 一、径流及其表

6、示方法1.径流定义:2.径流组成：3.泥沙对水质的重要影响： （1）水质参数 （2）载体4.泥沙测算重点： （1）河水挟带泥沙数量的多少和泥沙颗粒的大小，与给排水工程有密切关系。 （2） 泥沙测验分悬移质输沙率和推移质输沙率测验两种。第七节 河川径流 1.径流的表示方法(前面已提及)：二、 河川径流 2.径流形成过程 由降雨(或融雪）到水流汇集至河流出口断面的整个物理过程，称径流形成过程。 降雨过程 扣除损失 净雨过程流域汇流流量过程降雨转化为净雨的过程称产流过程； 净雨转化为河川流量的过程称汇流过程。 可概括为如下的图式： 3.产流： （1）超渗产流（2）蓄满产流汇流：（1）坡地汇流（2）

7、河槽汇流/河网汇流 产流过程 超渗、蓄满4.径流形成过程 坡面汇流 汇流过程 壤中汇流 地下水汇流 河网汇流5.超渗产流过程雨水降落到地面，大部分降雨并不立即产生径流，而是消耗于植物截留、下渗、填洼、蒸发。 产流过程与初损净雨量汇流过程和后期损失净雨与径流的关系：t2：净雨终止t2t3：最大汇流时间6.坡地汇流过程 超渗雨水在坡面上以片流或时分时合的细沟流运动的现象称坡面漫流。在这一过程中有坡面漫流、地下径流、壤中流。 在径流形成中，坡地汇流过程起着对各种成分在时程上的第一次再分配作用。7.河网汇流出口断面tQ汇流示意图定义： 各种径流成分在河网内沿河槽作纵向流动和汇集的过程称河网汇流。8.河流径流的影响因素气象地形地貌植被流域面积和形状土壤地质湖泊和沼泽人类活动：水利；城市化9.世界若干大城市月降水量占全年降水量百分比10.中国七大江河年径流量 项 目松花江辽 河海 河黄 河淮 河长 江珠 江流域面积(万km2）55.722.926.475.226.9180.944.4河长（km）2308139010905456100063002214年均降水深mm52747355947588910701469年均径流量亿m376214822865862295133338三、水文测验信息采集1、水文测验的定义2、水文测验的项目3、水位与流量关系曲线 四、水位与流量关系曲线分析稳定