水文学基础知识

1、第一讲 水文水资源基础1水文学基础知识第1页主要内容一、水文循环与水量平衡二、降雨、蒸发三、入渗、土壤水、地下水四、河川径流2水文学基础知识第2页一、水文循环及水量平衡水文学： 研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体存在数量、分布及改变规律科学。 与气象学、地理学、生态环境学等关系亲密。3水文学基础知识第3页1.1 水文循环： （1）地球上水存在形式： 汽态、液态、固态 （2）存在位置： 空气中、地表、地下、生物体内 4水文学基础知识第4页 水文循环概念： 地球表面广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水形式降落到地

2、面和海洋，降至地面那部分水，再从河道或渗透地下以地下水形式补给河流流入海洋。水分这种往返循环、不停转移交替现象称为水文循环或水循环。 5水文学基础知识第5页6水循环示意图水文学基础知识第6页7 水循环外因： 太阳辐射能和地球引力存在 水循环内因： 水物理三态(气、液、固)之间相互 转化水文学基础知识第7页自然界水循环据其规模及包括地域可分为：大循环/小循环8海 洋 上 空大 陆 上 空海 洋地 下陆 面降水蒸发返回大气地面径流海洋蒸发降水气流输运大循环：小循环：地下径流汇入河川水文学基础知识第8页水文循环意义：9 直接影响气候改变： 改变地表形态： 造成再生资源： 负面影响：干旱，洪涝灾害水文

3、学基础知识第9页（2）河流流域水量平衡10河流流域定义：河流某断面以上，聚集地表水和地下水区域（称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上流域。 由分水线包围集水区域。水文学基础知识第10页非闭合流域/闭合流域：11 非闭合流域： 若地面分水线与地下分水线在位置上不完全重合，即地面和地下集水区不相重合常称这种流域为非闭合流域。 闭合流域： 若流域地面水和地下水分水线在位置上重合，即地面和地下集水区相重合，则称这种流域为闭合流域。水文学基础知识第11页二、降水与蒸发2.1 降水： 是指液态或固态水汽凝结物，从天空下降至地面而成液态水或固态水现象。降水是气象要素之一，也是水循环中主要一个步

4、骤。 12水文学基础知识第12页（1） 降水各种形态：13 雨 从云中降落下来液态水滴,其直径普通为0.56毫米。小雨滴呈球形，直径在1毫米以上雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。 雪 由较大冰晶（即雪晶）组成。雪晶普通大于0.3 毫米，其基本形状为六角形。水文学基础知识第13页14霰 又称雪珠或软雹，是白色不透明圆锥形或球形颗粒状固态降水。直径约25毫米，下降时常呈阵性，触及硬地时常反跳。它是由各自冻结小云滴组合在一起而成，密度小而松脆易碎。 雹 又称冰雹或雹块，从对流云中产生球状、锥状、椭球状或形状不规则坚硬固态降水，直径约250毫米。水文学基础知识第14页（2） 降水成因：15 大气中存

5、在水分，即水汽； 降温，降至露点温度以下，或空气冷却 大气中存在吸水性微粒(凝结核) 露点：空气中水汽到达饱和时温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结必要条件。 大气凝结核： 指飘浮在大气中尘粒，其直径约10-310m。大气凝结核由固态物质、溶液滴或二者混合物组成，其化学成份很复杂，最常见是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。水文学基础知识第15页（3）降雨分类及其特征 按气流上升运动原因，常把降雨分成四种类型：16 对流雨 地形雨 锋面雨 气旋雨水文学基础知识第16页1）对流雨：17对流雨(亦称对流性降水)发生条件： 地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形

6、成绝热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云浓积云 积雨云）， 形成 降雨。水文学基础知识第17页 对流雨发生特点：18 对流雨是在大气不稳定条件下产生，多发生在夏季酷热午后； 其水平尺度很小(0.150公里)，降雨历时较短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。 降水强度改变很大。对流性降水常伴有雷暴（伴有闪电和雷声），称为雷阵雨。水文学基础知识第18页2）地形雨19地形雨形成示意图山 脉 暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，则因为动力冷却而形成雨。 地形雨发生条件：水文学基础知识第19页20 因气流（空气）湿度、温度、抬升速度及地形特点差异而不一样。 地形作用普通使山迎风面降水量

7、大，而背风面降水量降低。 地形雨特点：水文学基础知识第20页3）锋面雨:21 因为不一样性质气团相遇所形成雨称为锋面雨。 气团： 物理属性（物理属性主要是温度、湿度、大气静力稳定度等物理量）在水平方向差异很小空气质点群体。其水平范围可达几百万平方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。水文学基础知识第21页气团分类：22 按气团热力性质不一样,可划分为：冷气团(比其所经下垫面冷)和暖气团（比其所经下垫面暖）; 按湿度特征差异可分为：干气团和湿气团；水文学基础知识第22页23 按其静力稳定度区分可分为稳定气团和不稳定气团； 按气团发源地不一样常分为极地气团和热带气团两大类，再按发源地带海陆差异，这些

8、气团还可划分为一些亚类。水文学基础知识第23页在北半球主要气团有：24 北冰洋气团： 形成于北极北冰洋，空气极寒且干燥。 极地气团： 形成于除北极北冰洋以外中、高纬度地域，比较严寒，其中形成于大陆上有极地大陆气团、西伯利亚气团；形成于海洋上有极地海洋气团。水文学基础知识第24页25 赤道气团： 形成于赤道海洋上，既热又很潮湿，有时难以将它和热带海洋气团相区分。 热带气团： 形成于热带、副热带暖气团。其中形成于大陆上，称为热带大陆气团；形成于海洋上称为热带海洋气团。水文学基础知识第25页 锋面：26 温度或密度差异很大两个气团相遇，接触区形成一过渡带，简称锋面。锋面是倾斜，坡度很小，普通约为1/

9、100，冷气团在下，暖气团在上。锋面铅直厚度约1公里，水平宽度在近地面约数十公里，其高度可达400公里以上（延伸到对流层顶），锋水平范围可延伸数百公里甚至数千公里。水文学基础知识第26页27 锋线： 锋面与地面交线称为地面锋线 ，也简称为锋。锋线锋面冷气团暖气团 地 面水文学基础知识第27页 暖锋雨28暖锋： 冷暖气团相遇时，暖气团较强起主导作用，暖气团推进锋面向冷气团一侧移动。暖锋雨示意图 水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向不一样，所形成锋面雨分成以下几个类型：水文学基础知识第28页29暖锋雨特点： 雨区位于锋线前方； 降雨强度较小(锋面坡度小，介于1/1001/300，暖湿气团上升迟缓）

10、； 云和降雨区面积较大。水文学基础知识第29页 冷锋雨:30 冷暖气团相遇时，冷气团较强起主导作用，冷气团推进锋面向暖气团一侧移动。依据冷锋推移速度不一样，又分为慢行冷锋和急行冷锋两种：水文学基础知识第30页31 缓行冷锋： 云和雨区分布 及降雨强度与 暖锋雨相仿； 雨区位于锋线 后方。 缓行冷锋雨特点：冷锋运移速度较慢缓行冷锋雨示意图水文学基础知识第31页急行冷锋：32冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生猛烈上升运动，锋面坡度较陡，介于1/401/80（41820）。 降雨在锋线附近，降雨强度大 历时短、雨区窄急行冷锋雨特点：急行冷锋雨示意图水文学基础知识第32页 准静止锋:33 当冷暖锋面势

11、均力敌，则锋面在一定地域往返摆动，称为准静止锋。或指移动很迟缓呈准静止状态锋。准静止锋雨示意图水文学基础知识第33页34准静止锋雨特点： 降雨连续时间较长 降雨强度比较小 雨区比暖锋雨更广 如江淮一带6、7月常出现阴雨天气即为经典准静止锋雨。水文学基础知识第34页 锢囚锋：35 当有三种冷暖性质不一样气团（如暖气团、较冷气团、更冷气团）相遇时，便会产生两个锋面，此两锋面相遇并逐步合并起来，原来暖气团被迫抬离地面，锢囚在高空，这么形成锋称作锢囚锋。图中： 冷气团 暖气团 更冷气团 (1)(4)(2)(3)锢囚锋形成示意图水文学基础知识第35页4）气旋雨36气旋：北（南）半球，因为地球离心力、偏向

12、力及摩擦力共同作用下，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋转大型涡旋。在同高度上，气旋中心气压比四周低，又称低压。小气旋水平尺度为几百公里，大可达三四千公里，气旋中，天气常发生猛烈改变，是人们最关心和最早研究天气系统。水文学基础知识第36页气旋区气流运动特点：37气旋平面图低气压区气旋立面图低气压区 在低气压中心区，气流从四面向中心辐合，垂直方向上运动是上升，即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度改变很大，故经常有凝结降水现象。可出现大范围降雨和大风天气现象，称为气旋雨水文学基础知识第37页气旋按其生成地理位置不一样，可分为热带气旋和温带气旋38 热带气旋 发生在热带海洋上强烈气旋性涡旋，即所谓台

13、风。风水平尺度约几百公里至上千公里，铅直尺度可从地面直达平流层低层，是一个深厚天气系统。台风中心气压很低，普通在990870百帕（1hpa=1dyn/cm2)之间，中心附近地面最大风速普通为3050米/秒，有时可超出80米/秒。水文学基础知识第38页98长江流域大洪水起因： 39 与发生在1997.51998.5上世纪最强厄尔尼诺现象相关; 冷暖空气频繁交绥于长江流域，造成二度梅雨（6.117.3和7.1631）1998年长江流域降雨天气图水文学基础知识第39页热带气旋危害：40 强风引发巨大海浪，可对海洋船舶造成很大破坏；当台风移近海岸时，狂风可引发大范围巨大海潮（风暴潮）。台风中心经过地域

14、常有大暴雨或特大暴雨，日雨量可高达1000毫米以上，造成大范围洪涝。它是主要天气系统之一，一些河流特大洪水均与热带气旋相关。1983年9月6日第9号台风彩色增强显示卫星云图水文学基础知识第40页按热带气旋地面中心附近风速大小，可分为：41风速平均风力分 类10.817.1m/s6 8级热带低气压17.2 32.7m/s8 9级热带风暴10 11级强热带风暴32.7m/s 12级台风（按中国气象部门要求分类）水文学基础知识第41页 温带气旋雨（锋面气旋）42 锋面气旋是由锋面波动产生，多发生于温带极地气团和热带气团交界面之上，这种波动也称气旋波。温带地域降水大部分同锋面气旋相关，气旋活动频次、强

15、弱对人类最密集温带地域经济和社会活动有主要影响，所以它是最受重视天气系统之一。水文学基础知识第42页温带气旋特点：43 温带气旋主要出现在中、高纬度地域。温带气旋范围大，风区长，在海上形成大风、降水和雷暴等危险天气和巨浪，在冬季有时也能引导冷空气南下，形成寒潮天气。水文学基础知识第43页44影响中国近海温带气旋（主要发生在两个地域）： 从中国长江中下游到日本南部海上，命名为江淮气旋和东海气旋 从蒙古中部到中国东北大兴安岭东侧，命名为蒙古气旋 和 黄河气旋水文学基础知识第44页 (4) 降雨观察 按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种：451) 暴雨( 50mm/24h)暴雨：50

16、100大暴雨：100200特大暴雨：2002) 大雨 ：2550 mm/24h3) 中雨 ：1025 mm/24h4) 小雨 ： 1600mm东南沿海，云南西南部，广西南部，西藏东南角，湖南、江西、四川山地2) 湿润带800 1600mm长江中下游地域，云贵川和广西大部分地域3) 半湿润带400 800mm华北平原，东北大部分，山西、陕西大部及甘肃东南部，四川西北，西藏东部4) 半干旱带200 400mm内蒙，宁夏，甘肃，新疆西北部5) 干旱带 200mm内蒙、宁夏、甘肃沙漠区，青海、新疆盆地水文学基础知识第56页57 2.5 5 20 40 80 120 160 200 300(cm)十分湿

17、润带1600-湿润带半湿润带半干旱带干旱带8.0 说明丰枯改变很大。 北京地域： 1959年P=1405mm，1869年P=242mm K=1405/242=5.8 南方多雨地域： K=1.5-3.0 说明年际间降雨相对均匀； 北方少雨地域： K=3.0-6.0 说明丰枯改变较大；水文学基础知识第60页 中国暴雨时空分布特点61 暴 雨： 指在短时期出现大量降水，大暴雨往往形成大洪水。特大暴雨是一种灾害性天气,往往造成洪涝灾害和严重水土流失,导致工程失事、堤防溃决和农作物被淹等重大突发事故，其次，适度暴雨则是水资源重要来源，可用来兴利。水文学基础知识第61页62暴雨：50100mm大暴雨：10

18、0200mm特大暴雨：200mm 我国西部为暴雨低值区，东南沿海及海南岛为暴雨高值区，海河、黄河、淮河及长江下游均为大暴雨区。中国要求暴雨量级：水文学基础知识第62页中国大陆上暴雨主要集中在三个时期：63 4-6月：东南季风登陆，大暴雨主要出现在长江以南地域，是华南地域汛前暴雨和江南梅雨期暴雨出现季节； 6-7月：季风南移，暴雨区主要发生在江淮流域，是长江中下游梅雨期； 7-8月：因为西南与东南季风盛行，暴雨区主要发生在华北、川西、东南沿海多热带气旋暴雨。水文学基础知识第63页2.2 蒸散发64 水汽从水面、冰面或其它含水物质表面逸出过程。它属于水由液态或固态变为气态相变过程。水汽分子不规则运

19、动，会使一部分逸出去水分子又回到水（或冰）面，所以蒸发量就是从水（或冰）面飞出水汽分子通量与回到水（或冰）面水汽分子通量差值。 蒸发是气象要素之一。在自然界中，蒸发是海洋和陆地水分进入大气唯一路径，是地球水文循环主要步骤之一。水文学基础知识第64页 蒸散发65 水文学中指自然界水面蒸发、土壤表面蒸发和植物散发总称。 植物蒸散（蒸腾） 在植物生长久，水分从植物叶面和技干逸入大气过程。 蒸发 水面与土壤表面水变成水汽过程。水文学基础知识第65页（1）水面蒸发66 水面蒸发是在水分充分供给条件下蒸发觉象。用以反应当地蒸发能力一个指标。 蒸发率蒸发强度：指单位时间内蒸发量。 (单位:mm/day, m

20、m/min) 蒸发量：某个时段内单位面积蒸发水量。 (单位:cm3/cm2=cm 或 mm)蒸发量大小可用以下特征量表示：水文学基础知识第66页67水汽饱和水压差：水面温度T： 风速： 湍流：可见，水面蒸发与以下几个原因相关：水文学基础知识第67页(2) 土壤蒸发68土壤蒸发： 土壤中水分经过空隙上升和汽化以水汽形式从土壤表面进入大气过程。 土壤蒸发过程要比水面蒸发复杂，除影响水面蒸发几个原因(气温、水面温度、饱和差及风速)外，还与土壤性质(结构、色泽等)、土壤中水分含量、地下水埋深、土壤表面特征和地形等原因相关。水文学基础知识第68页（3）植物散发(蒸腾)69植物散发（蒸腾）：在植物生长久，

21、水分从植物叶面和技干逸入大气过程。 植物散发是一物理生物过程，水分从叶面气孔中扩散出去量可受气孔开闭程度而受到调整。在水文学中认为水面蒸发、土壤蒸发与植物散发是不可分割，故统称为陆面蒸发。水文学基础知识第69页（4）流域总蒸发量70流域总蒸发包含： 流域内水面蒸发、土壤蒸发、植物散发总称。又称流域蒸散发。在水文学中，通常指这些蒸发量总和。水文学基础知识第70页（5）中国蒸发特点71年蒸发量地域分布：1）水面蒸发地域分布特点： 低温湿润地域水面蒸发量小，高温干燥地域水面蒸发量大； 蒸发低值区普通多在山区，而高值区多在平原区和高原地域。水文学基础知识第71页中国多年平均水面蒸发量最低值400mm，

22、最高值2600mm，相差悬殊，可分为几个区：72 年蒸发量在800mm以下低值区：东北地域（除平原区南部）中国中部，包含湖南、湖北西部，贵州、云南北部，四川大部，甘肃、青海东南部和陕西南部山区等；水文学基础知识第72页73 年蒸发量大于1200mm高值区： 年蒸发量在8001200mm中间地带区：西北高原、盆地；青藏高原；华北东北平原；南部沿海；云南等；分布很广，如东北平原大部，海滦河流域山区、海河平原北部，华北平原南部，长江流域大部分地域等。水文学基础知识第73页中国多年平均水面蒸发量图74说明：该分布图由E601转换求到多年平均水面蒸发1000-1200600-800600-8001600

23、-800-10001400-16001200-1400水文学基础知识第74页陆面蒸发地域分布：75 陆面蒸发量地域分布与降水、径流地域分布有亲密关系，呈东南向西北有显著递减趋势。说明中国供水条件是陆面蒸发主要制约原因。 有一条300mm（陆面）蒸发量等值线自东北向西南贯通我国大陆，大致上将中国陆地蒸发量分布情况分为二个区：水文学基础知识第75页76 此线以西大部分属于干旱和半干旱地域： 雨量少、温度低、属中国陆面蒸发量低值区。 此线以东属湿润与半湿润地域： 南方湿润地域雨量大，蒸发能力达充分发挥（即充分条件下蒸发），为中国陆面蒸发量高值区。水文学基础知识第76页77多年平均陆面蒸发量图海南岛东

24、部1000 mm塔里木盆地、柴塔木盆地： 25 mm陆面蒸发量低值区陆面蒸发量高值区300mm水文学基础知识第77页 年蒸发量年内改变78 年内蒸发量改变主要受温度、湿度和季节改变影响，所以有： 普通南方改变小，北方大；山区改变小，平原区改变大；低纬度地域年内分配较均匀而高纬度地域年内分配非常集中。 夏季太阳辐射较强故蒸发增强，冬季因为气温低蒸发小。整年月最小蒸发量普通出现在12月及1月。水文学基础知识第78页三、土壤水、入渗及地下水 土壤水 入渗 地下水79水文学基础知识第79页3.1 土壤水80 存在于非饱和带土壤孔隙中和为土壤颗粒所吸附水分。它含有三态：液态水、固态水及汽态水。土壤水是土

25、壤 土粒、水、气三相系统一个组成部分。在水文学中指地表土层中水，广义土层指整个包气带。土壤水分增加、消退及动态改变同降水、蒸散发、地下水和径流有亲密关系。水文学基础知识第80页3.1.1土壤水不一样形式81 土壤固体颗粒同水分子经常处于相互作用之中，作用于土壤水主要力有分子力、毛细管引力和重力。它们决定了土壤水存在形式和运动。土壤水通常以以下几个形式存在于土壤中：水文学基础知识第81页82 吸湿水（强结合水/吸着水）土壤颗粒表面分子对水分子含有很强吸引力(称分子力)，故土壤颗粒表面能吸附大气中水分子，则称这部分水为吸湿水。水文学基础知识第82页83吸湿水特点： 土粒表面对它吸力很大，紧贴土粒第

26、一层水分子受吸力约1万个大气压（1大气压1.01105N/m2 =1.03kg/cm2 )。吸湿水含有固态水性质（1.22.4),所以吸湿水不能自由移动。 只有在高温（105110 0C）条件下可转变成汽态散失，故吸湿水不能被植物所利用。水文学基础知识第83页 薄膜水（弱结合水）84 指土粒表面吸湿水到达最大量后，土颗粒剩下分子力还能吸附水分，在吸湿水外表形成膜状液态水。土 壤颗 粒土 壤颗 粒吸湿水薄膜水水文学基础知识第84页85薄膜水特点： 主要受分子吸力作用（为316.25大气压），与液态水性质基本相同，在吸力作用下能以湿润方式，从水膜厚处向水膜薄处迟缓移动，或从土壤湿润地方向干燥地方运

27、移，属于非饱和土壤水运动研究范围。水文学基础知识第85页 毛管水/毛细水86毛管水按其是否与地下水潜水面有联络又分为： 指依靠土壤中毛细管（普通指d1mm空隙称毛细管)吸引力（毛管力,d=0.030.0006mm时，毛管力最为显著）而被保持在土壤孔隙中水分。所受吸力为6.250.08大气压。 毛管悬着水 毛管上升水/毛管支持水水文学基础知识第86页 重力水:87 是受重力作用而运动那一部分水分，含有普通液态水性质，如能够在重力作用下产生水流运动，能传递压力等，所以，重力水不易保持在土壤上层，是形成地下水主要起源。水文学基础知识第87页3.1.2 几个惯用水分常数88 土壤水分常数是表征土壤水分

28、形态和运动特征发生显著改变特征值。不一样形态水分存在反应土壤不一样持水量级，这种关系通惯用一些土壤含水量特征数值来表示。主要水分常数有：水文学基础知识第88页89 最大吸湿量（吸湿系数） 土壤吸湿水到达最大值时土壤含水量，指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸附大气中最大水汽量，它反应了土壤吸附气态水能力。 土壤颗粒分子力所能吸附或结合水分最大值称作最大分子持水量，此时薄膜水厚度到达最大值。 最大分子持水量水文学基础知识第89页90 凋萎含水量(凋萎系数) 当土壤水分降低到一定量后致使植物根系无法从土壤中吸收水分，开始枯死时对应最大土壤含水量称作凋萎含水量。水文学基础知识第90页 田间持水量91 指

29、土壤中所能保持毛细管悬着水最大量。当土壤含水量超出毛细管悬着水最大量即田间持水量时，超出部分不能为毛细管力所维持，则表现为自由重力水。田间持水量是土壤水分运动性发生显著改变主要标志，是划分土壤持水与下渗主要参数，对水文学具主要意义。水文学中田间持水量常以fc 表示（对应土壤吸力为1/3大气压0.34kg/cm2) 。 水文学基础知识第91页92 饱和含水量/全蓄含水量s 土壤中全部孔隙全被水所充满时含水量称为饱和含水量。水文学基础知识第92页3.2 入渗93 3.2.1 入渗物理过程 入渗普通是指大气降水或浇灌水经过土壤表面进入土壤从而改变土壤内水分情况过程。 它是水在分子力、毛细管引力和重力

30、综合作用下在土壤中发生物理过程，是径流形成过程主要步骤之一。 包含三个阶段：渗润阶段 渗漏阶段 渗透阶段水文学基础知识第93页3.2.2 下渗定量描述94 下渗量定量分析可用三种特征值来描述 入渗总量F 指入渗开始到某一指定时刻渗透到土壤中累积水量（单位：mm）。用下渗量累积曲线表示下渗量随时程增加过程。水文学基础知识第94页入渗率fi /入渗强度95 指单位时间内单位面积上渗透土壤中水量（单位：mm/h 或 mm/min）。在某时刻t 入渗率应为入渗累计量F 对时间改变率：水文学基础知识第95页 土壤入渗能力/容量/性能 fp96 在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下最大下渗率称为下

31、渗能力（单位：mm/h）。通惯用下渗能力曲线来表示下渗率随时程改变过程，简称入渗能力曲线。下渗能力随时程而递减，早期 fp 很 大， 后期逐渐变小，最终趋于稳定: fp fc= const.fc称为稳定下渗率（渗透能力）。入渗能力曲线fc水文学基础知识第96页3.3 地下水97 存在于地表以下岩土孔隙、裂隙和洞穴中水统称为地下水。地表以下含水岩土可分两个带。上部为包气带（非饱和带），该带岩土空隙中除水以外还包含空气。下部为饱水带（饱和带），岩土空隙被水充满，其分界为地下水潜水面。 水文学中把地下水潜水面以下饱和带中水称作地下水。水文学基础知识第97页 3.3.1 地下水分类98依据埋存条件，地

32、下水又能够分为以下二类：1、潜水 潜水是指埋存于地表以下，第一个连续稳定隔水层以上含有自由水面重力水。它主要补给起源是降水和地表水渗透。第一个隔水层潜 水水文学基础知识第98页 潜水特点：99 1）它具有自由水面（潜水面）经过包气带与大 气相通，所以潜水可以直接收到降水和地表水补给，其次 也可以经过蒸发、 植物散发方式从包 气带垂向向大气排 泄。潜水示意图水文学基础知识第99页100 2）潜水大致沿潜水位较高处向水位较低处流动，因为地形切割或岩性改变，潜水流可集中排泄于地表成泉，称作下降泉。潜水流还可分别泄流进入河、湖或海中。潜水示意图水文学基础知识第100页2、承压水101 承压水是充满于上

33、下两个隔水层之间含水层中地下水，它承受一定压力，当钻孔打穿上覆隔水层时，水能从钻孔内上升到一定高度。下隔水层上隔水层承压水承压水头线水文学基础知识第101页 承压水特点：102 含有承压性质，含水层可显著地分为补给区、承压区及排泄区三个部分。a. 补给区：补给区上部没有隔水层，该区地下水含有自由水面，实际上是潜水，它直接接收降水及地表水补给。 水文学基础知识第102页103 b.承压区：系指隔水顶板以下，被水充满含水层。其主要特征是： 承受静水压力含有压力水头； 因为承压区与补给区在地域上不一致，故其性质受当地气象水文原因影响较小，参加水文循环远不如潜水主动，所以水量不易补充恢复。c. 排泄区

34、：系指承压水流出地表或流向潜水地段。承压水常以地表水、潜水、泉水形式排出。水文学基础知识第103页104承压水含水层补给与排泄示意图水文学基础知识第104页四、河川径流流域与水系河川径流形成及径流度量河川径流动态改变105水文学基础知识第105页4.1 流域与河系1064.1.1 流域及流域主要特征 流域定义 河流某断面以上，聚集地表水和地下水区域（分别称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上流域。水文学基础知识第106页 流域主要特征:107 流域面积 A ,单位km2 指分水线所划定范围在水平面上投影面积。(1) 流域几何特征 流域长度L ,单位km 指流域轴长，可用作图法求到，

35、见右示意图。水文学基础知识第107页 流域平均宽度B ：km108 气候条件 以各种气象因子来描述。 流域形状系数 KB=A/L K=B/L=A/L2(2) 流域自然地理特征 地理位置 以地理经度和纬度来表示。水文学基础知识第108页 流域土壤岩石性质和地质结构109 可用流域平均高程、平均坡度S表征。 流域地形特征 反应了流域下垫面特征，影响到降水入渗多小，土壤蓄水性及地下水运动等。 可用流域地形图表征；水文学基础知识第109页 流域植被率和湖沼率110PP/PL/PM 植被率PP = AP /A 湖泊率PL = AL /A 沼泽率PM = AM /A式中，PP、PL、PM 分别为流域内植被

36、、湖泊和沼泽面积；P 流域总面积。降雨截留量径流R经过调查或遥感信息提取水文学基础知识第110页4.1.2 河系特征111 地表水在重力作用下，沿陆地凹地流动，按其大小可分为江、河、溪和沟，这些统称为河流，而流域中河流（包含干流、支流）和流域内湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大系统，称水系，又称河系或河网。 (1) 概述: 河系汇聚全流域地表和地下水，最终注入海洋、湖泊或消失于荒原。水系名称通常以它干流或以注入湖泊、海洋命名，如长江水系、太湖水系、太平洋水系等。水文学基础知识第111页河流按不一样级别划分为：112 汇入干流河流均称为一级支流，而汇入一级支流河流则称为二级支流，以这类推。

37、河系中取长度最大或水量最多河流为干流。 支流 : 干流：依据水流流动方向从上至下分为五段：河源中游下游河口上游水文学基础知识第112页(2) 河系主要特征：113 河流长度 L:指河源到河口轴线长度。尼罗河亚马孙河长 江6650 km6437 km6380 km水文学基础知识第113页114 流域河网密度D :式中，L 流域内干支流总长度(km) A 流域面积(km2) 定义为单位流域面积内河流总长度，反应了流域对径流调整能力，计算公式为：水文学基础知识第114页 河流弯曲系数115式中，L 河流实际长度(km); l 河流二端间直线距离(km)弯曲系数 越大，对洪水宣泄越不利。水文学基础知识

38、第115页116 河流落差和比降落差：河源与河口垂直高差称为河流落差。 落差大表明河流水能资源丰富。河道比降：落差与河长比值称为河流比降。 比降越大河道汇流越快。水文学基础知识第116页4.2 径流形成和径流度量117径流 ： 指降落在流域表面降水，沿流域地表和地下二个路径流入河系，再流出流域出口断面水流，这么物理过程称作径流形成过程。 有时也指它量，即在一定时段内经过某一河流断面水量，称径流量。水文学基础知识第117页118 流域蓄渗指降雨雨水耗于植物截留、下渗和填洼等综合过程。降雨形成地面径流之前，在流域中会被以上几个方面所消耗，不参加径流形成：4.2.1 径流形成过程可概化为二个过程 ：

39、(1)产流过程或称为流域蓄渗过程水文学基础知识第118页b.土壤蓄水量 S119 指降雨入渗过程中被土壤吸附存放于土壤孔隙中水量。a. 植物截留量 Is降雨被植物茎叶拦截现象称截留，APIS 水文学基础知识第119页120 以上各种量不参加径流形成，统称为: 雨量损失量或地面滞留量。c.填洼量 Vd水分停蓄在地面洼陷处（水库、湖、塘等），称填洼。d.雨间蒸散发量 E水文学基础知识第120页 降雨形成径流量/净雨量121径流量(净雨量) = 降雨量 - 损失量净雨量包含二个方面： 地面径流 R 地下径流 Rg 水文学基础知识第121页122 壤中径流/表层流 Rin 指下渗雨水，一部分滞蓄在土壤

40、中；一部分继续向下运行，碰到相对不透水层时，形成沿不透水层面表层流。a. 地面径流R 包含: 坡面漫流 Rs 指沿流域坡地成片连续流动水流。水文学基础知识第122页b. 地下径流 Rg包含:123 浅层地下径流 Rgs 当下渗水流抵达地下水面后，则形成地下径流它包含： 指潜水面以下和第一个不透水层以上含水层中水流，亦称作无压地下水。水文学基础知识第123页124以上统称为地下径流，其特点是： 流量稳定； 地下水运动迟缓，补给河流滞后于地表径流，故往往成为河流枯水期主要起源。 深层地下径流 Rgd 指第一不透水层以下深含水层中水流，亦称作有压地下水或承压水。水文学基础知识第124页流域渗蓄及汇流过程示意图1