水文学第2章课件

第二章地球上的水循环第一节水循环概述一、水循环的基本过程

水循环:地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。

蒸发、凝结、降水是必须具备的环节

蒸发径流水分入渗凝结降水输送二、水循环类型与层次结构1.水循环的基本类型(大循环、小循环)

大循环的主要特点：1）垂向交换与横向交换共存2）海面年蒸发量大于年降水量,陆地相反3）海洋的有效水汽输送2．全球水循环系统的层次结构

四、水体的更替周期

水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需的时间极地冰川世界大洋湖泊水土壤水河水大气水生物水10000a2500a17a1a16d8d12h五、水循环的作用与效应

1．水文循环与地球圈层构造

水循环使四大圈层耦合在一起

2．水循环与全球气候1）是大气系统能量的主要传输、储存和转化者2）对太阳辐射能的再分配，使不同纬度热量收支达到平衡

3）直接影响天气过程，甚至可以决定地区的气候基本特征3．水循环与地貌形态及地壳运动是地表最重要的地貌塑造力,并可改变地壳应力平衡

4．水循环与生态平衡

1）水是生物有机体的基本组成物质2）水循环强度及时空变化，是制约生态环境平衡或失调的关键,是影响地区内生物有机体类型及其活动主要因子

3）水循环强度的时空变化，是洪、涝、旱等自然灾害的主要原因

第二节水量平衡水量平衡：任意选择区域在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间的差额必等于该时段区域内蓄水的变化量水量平衡研究是定量研究水循环过程的主要方法和手段，是水资源评价和供需预测研究的核心和重要手段二、水量平衡方程

水量平衡方程式的通式：时段Δt内的水量平衡方程：通用水量平衡方程式：

三、全球水量平衡方程式

1．海洋水量平衡方程式

3．全球水量平衡

注意：全球总水量不变，不等于各种水体之间相对数量亦恒定不变第三节蒸发

一、蒸发的物理机制

蒸发:水面蒸发,陆面蒸发（土壤蒸发,植物散发）1．水面蒸发发生在水体与大气界面上的分子交换现象有效蒸发量:从蒸发面跃出的水量和返回蒸发面的水量之差值2．土壤蒸发发生在土壤孔隙中的水的蒸发现象土壤蒸发与水面蒸发的区别:蒸发面的性质的区别供水条件的区别

3．植物散发（植物蒸腾）植物根系从土壤中吸收水后，经由根、茎、叶柄和叶脉输送到叶面，并为叶肉细胞所吸收，其中除一小部分留在植物体内，90％以上的水分在叶片的气腔中汽化而向大气散逸植物对水的吸收与输送功能是在根土渗透势和散发拉力的共同作用下形成的

根土渗透势:

根土系统中，由于根系中溶液浓度和土壤水的浓度梯度差而产生的（细胞膜的作用）散发拉力:由于植物散发作用而拉引根部水向上传导的吸力二、影响蒸发的因素

1．供水条件充分供水条件

不充分供水条件蒸发能力（蒸发力）：具有充分供水条件的可能达到的最大蒸发量二、影响蒸发的因素

4．土壤特性和土壤含水量1）对土壤蒸发的影响

2）对植物散发的影响

临界含水量

有效水

第四节水汽扩散与输送一、水汽扩散

物质、粒子群等的随机运动而扩展于给定空间的一种不可逆现象

1．分子扩散液面上水分子由于热运动，脱离水面进入空中并向四周散逸的现象2．紊动扩散(紊动混合)

“杂乱无章的运动”湍流运动与湍流扩散二、水汽输送

大气中水分因扩散而由一地向另一地运移，或由低空输送到高空的过程影响水汽输送的主要因素

大气环流地理纬度海陆分布海拔高度与地形屏障作用我国水汽输送基本特点1）存在三个基本的水汽来源，三条输出入路径，并有明显的季节变化2）平均输送与涡动输送并存3）地理位置、海陆分布与地貌格局制约了全国水汽输送的基本态势

我国上空水汽的收支特点：

1）年输入大于输出(折合径流深279.4毫米)并与入海径流量接近2）从南部和西部边境进入从东界输出

3）经纬向输入55.8％和44.2％；经纬向输出10.8％和89.2％第五节降水

一、降水要素

1）降水（总）量：2）降水历时与降水时间：3）降水强度：4）降水面积：

等级小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨降水量(12)0.2-5.05-1515-3030-7070-140＞140降水量(24)＜1010-2525-5050-100100-200＞2002．降水特征的表示方法

1）降水过程线：

2）降水累积曲线：

3）等降水量线:4）降水特性综合曲线：

（1）强度-历时曲线：

（2）平均深度-面积曲线：

（3）雨深-面积-历时曲线：

二、面降水的计算

点降水量与面降水量的区别与联系1．算术平均法：2．等雨量线法：

3．垂直平分法（泰森多边形法）

4）客观运行法：

（1）各格点降水量的计算：

（2）流域平均降水量的计算：三、影响降水的因素

地理位置、大气环流、下垫面等1．地形条件影响

屏障作用与抬升作用对降水强度与时空分布的影响焚风效应：迎风坡与雨影区地形的抬升增雨的限制性：

2．森林对降水的影响（三种观点）

1）大流域随森林覆盖率的增加，年降水量增加

2）森林对降水的影响不大

3）森林不仅不能增加降水，还可能减少降水

3．水体对降水量的影响减少降水量，但迎风的库岸地带降水增加

4．人类活动的影响改变下垫面条件人工直接控制降水城市的增雨作用

四、可能最大降水

可能最大洪水（PMF）：由可能最大降水及其时空分布，通过流域产流和汇流计算，可推算出相应的洪水，称为可能最大洪水（PMF）。

可能最大降水（PMP）或可能最大暴雨（PMS）：在现代的地理环境和气候条件下，特定的区域在特定的时段内，可能发生的最大降水量（或暴雨）

第六节下渗

下渗：水从地表渗入土壤和地下的运动过程一、下渗的物理过程

1．下渗过程的阶段划分

下渗的作用力：重力、分子力和毛管力

1）渗润阶段：降水初期，若土壤干燥，下渗水主要受分子力作用，被土粒所吸附形成吸湿水，进而形成薄膜水，当土壤含水量达到岩土最大分子持水量时，开始向下一阶段过渡1．下渗过程的阶段划分

1）渗润阶段：2）渗漏阶段：随着土壤含水率的不断增大，分子作用力渐由毛管力和重力作用取代，水在岩土孔隙中作不稳流动，并逐渐充填土壤孔隙，直到基本达到饱和为止，下渗过程向第三阶段过渡3）渗透阶段：在土壤孔隙被水充满达到饱和状态时，水分主要受重力作用呈稳定流动。

2．下渗要素

1）下渗率:单位面积上单位时间内渗入土壤中水量2）下渗能力:充分供水条件下的下渗率3）稳定下渗率:下渗率趋于稳定的常值

二、影响下渗的因素

2．降水特性的影响降水强度、历时、降水时空分布1．土壤特性的影响透水性能(质地、孔隙度)土壤的前期含水量

3．流域植被、地形条件的影响植被及枯枝落叶具有滞水作用切割程度影响地面漫流的速度和汇流时间4．人类活动的影响控制入渗过程，使之朝向人们所期望的方向发展第七节径流

一、径流的涵义及其表示方法

1．径流的涵义与径流组成径流：流域的降水，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流径流形成过程：由降水到达地面时起，到水流流经出口断面的整个物理过程

径流组成：地面径流、地下径流及壤中流

2．径流的表示方法

1）流量Q：单位时间内通过某一断面的水量2）径流总量W：T时段内通过某一断面的总水量

3）径流深度R：将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度

4）径流模数M：流域出口断面流量与流域面积之比5）径流系数：某一时段的径流深度R与相应的降水深度P之比值

二、径流的形成过程径流类型：地面径流，壤中径流和地下径流蓄渗过程中水的运行机制：垂向运行1．流域蓄渗过程植物载留：降水量、植被类型及郁闭程度

下渗：降雨期间,雨停后地面有积水的地方填洼：超渗雨形成地面积水，蓄积于地面洼地径流：先满足蓄渗的地方先产流

2．坡地汇流过程坡面漫流：超渗雨水在坡面上呈片流、细沟流运动的现象地面径流与坡面汇流的关系:必要条件，继续和发展3．河网汇流过程各种径流成分经坡地汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程流量过程线的涨洪段：河岸容蓄：河网容蓄(槽蓄)：退水段：河网调蓄作用：对净雨量在时程上的又一次再分配三、影响径流的因素1．气候因素

降水、蒸发、气温、风、湿度等2．流域下垫面因素

地理位置，地貌特征，地形特征，地质条件，植被特征.上述因素组合的差异构成了下垫面条件的差异下垫面条件的差异又使得产流方式及产流条件上的差异

同样的降水条件下，不同的下垫面可以具有完全不同的径流效应:1）流量上，有大有小，各不相同

2）过程形态上的差别

3）径流组成上的差别

总之，径流形成过程，除了降雨条件