水文与水资源学期末复习资料.docx
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1、水文与水资源学期末复习资料 一、绪论 1 1什么叫做水文学?什么叫做水文学? o 水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环 境、人类社会之间相互关系的科学。 研究对象:地球上的水 (1)水本身性质 (2)水与地理环境、人类的联系 o水文学的特点:一方面,具有自然属性,属于地球科学的范畴;另一 方面,又具有社会属性,属于应用科学的范畴。 水文学 地球物理水文学地理水文学 工程水文学 2 2地理水文研究的特点地理水文研究的特点 宏观性:水体运动变化的自然规律、总体演化趋势; 综合性:与其它自然地理因素间的相互影响研究; 区域性:各水体的区域差异性。 3 3水文现象的主要特点
2、水文现象的主要特点 水文现象:水循环过程中,水的存在和运动的各种形态。 o 水循环永无止尽,水文现象在空间或时间上存在一定的因果关系。 o 水文现象在时间上既有周期性又有随机性。 o 水文现象在地区分布上既存在相似性,又存在特殊性。 确定性不确定性 第一章地球上谁的性质与分布 4 4水的物理性质水的物理性质 o 大热容量:所有固体和液体中热容量最大的物质 o 潜热:水在固、液、汽三态转化中吸收或放出的热量。 o 显热:物体在加热或冷却过程中,温度升高或降低而不改变其原有相态所 需吸收或放出的热量。 o 水的大热容量和潜热性质对调节地球上的热量变化具有重要作用:使冬季 不致过冷,夏季不致过热;低
3、纬度地区不至过热,高纬度地区不至过冷。 o 水温特征:海水、河水、湖泊、水库、地下水 5 5各水体的化学组成及特点各水体的化学组成及特点 降水 o 矿化度最低。呈弱酸性,对于各种可溶性盐类远未饱和。 o 当雨雪中饱和的 CO2 达到电离平衡时,其 pH 值为 5.6,故显酸性。大气 降水的 pH 值小于 5.6 即为酸雨 海水 海水的盐度:单位质量海水中所含溶解物质的质量。 o 绝对盐度:海水中溶解物质的质量与海水质量的比值 o 河水 河水的水化学属性几乎完全取决于补给水源的性质及比例。 o 河水化学组成的时间变化明显 湖水 矿化度差异:淡水湖(1 克/升)、微咸水湖(1-24.7 克/升)、
4、咸水湖 (24.7-35 克/升)、盐湖(35 克/升)。 地下水 地下水的化学成分的时间变化极为缓慢。 6 6水资源水资源 广义水资源 o 世界上一切水体,包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、土壤水、地下水 及大气中的水分 狭义水资源 指在一定时期内,能被人类直接或间接开发利用的那一部分动态水体 7 7水资源的特性水资源的特性 可再生性 o 水循环过程具有无限性的特点,水资源具有可再生性。但这种可更新的水 量又是有限的。 时空分布的不均匀性 o 年内与年际变化大;地区分布不均衡 利用的广泛性和不可代替性 利与害的两重性 8 8如何理解水资源如何理解水资源 .水资源是指全球水量中可为人类生存、发
5、展所利用的水量,主要是指逐年 可以得到更新的那部分淡水量。 .最能反映水资源数量和特征的是年降水量和河流的年径流量。 9 9我国水资源条件和问题我国水资源条件和问题 水资源总量不少,但人均、亩均水量较少 水资源的地区分布很不均匀,与人口、耕地的分布不相适应 水量的年内、年际变化大,水旱灾害频繁 水土流失和泥沙淤积严重,破坏了生态平衡,增加了江河防洪困难,降低 了水利工程效益。 地下水过量开采现象严重 水污染现象严重,大量河流、湖泊水质恶化 第二章第二章 地球上的水循环地球上的水循环 1010补充概念补充概念 分水线:山峰、山脊和鞍部的连线称为分水线 流域:地面分水线包围的区域称为流域 水系:流
6、域中大大小小河流交汇形成的树枝状或网状结构称为水系,也称 河系 闭合流域与非闭合流域 1111水系的几何特征水系的几何特征 河流长度:河流的长度是指从其起始断面,沿河流中心线至终断面的距离 (km)。 流域面积:分水线包围区域的平面投影面积。 河道比降:河段上相邻两断面河底的高程差与该两断面间中心线的长度的 比值。 J=(Z1-Z2)/L () 1212水循环基本过程水循环基本过程 水循环是指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。 1313水循环机理水循环机理 水循环的基本动力 o 太阳辐
7、射与重力作用 o 水循环的前提条件:水在常温常压下液态、气态、固态的三相变化 o 水循环的制约因素:地理纬度、海陆分布、地貌形态等制约了水循环的路 径、规模与强度 1414水体的更替周期水体的更替周期 o 指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。 通常用 下式来估算式中,T 为更替周期;W 为水体总贮水量;W 为水体年平均参 与水循环的活动量 o 水体的更替周期是反映水循环强度的重要指标, 亦是反映水体水资源可利 用率的基本参数。 o 循环速度愈快,周期愈短,可开发利用的水量就愈大。 1515水循环与全球气候水循环与全球气候 水循环一方面受到全球气候变化的影响,另一方面它又制
8、约了全球气候。 水循环通过对地表太阳辐射能的重新再分配如果没有热平流来调节高低 纬度之间的这种热量分配的不均状态 o 水循环的强弱及其路径,会直接影响到各地的天气过程,甚至可以决定地 区的气候基本特征。在这方面,海洋环流系统的气候效应表现得最为强烈。 1616水量平衡水量平衡 定义 o 是指任意选择的区域(或水体),在任意时段内,其收入的水量与支出的 水量之间差额必等于该时段区域(或水体)内蓄水的变化量,即水在循环 过程中,从总体上说收支平衡。 水量平衡与水循环的关系: 水量平衡是质量守恒原理在水循环过程中的具体体现,是水循环持续不断 的基本前提。水循环是地球上客观存在的自然现象,水量平衡是水
9、循环内 在的规律 水量平衡方程式的通式 式中收入项 I 和支出项 Q,可视具体情况进一步细分。其简繁程度与所研究 的对象以及时段长短有关。 例如,对于多年平均来说,s0,可忽略不计;但对于短时段水量平衡 方程式而言,蓄水变化量s 不可忽略 水量平衡方程式是水循环的数学表达式 1717全球水量平衡方程全球水量平衡方程 32 陆地多年平均:P 陆-R = E 陆 海洋多年平均:P 海+R = E 海 全球多年平均:P 全球= E 全球 E/P 为多年平均蒸发系数 R/P 为多年平均径流系数 18 作业 结合水循环示意图,分别写出鄱阳湖及鄱阳湖流域的水量平衡方程,并注 明方程中各符号的含义。 191
10、9水面蒸发水面蒸发 水面的水分从液态转化为气态逸出水面的过程。 水面蒸发是充分供水条件下的蒸发,即某一地区最大的可能蒸发量,也称 为潜在蒸发或蒸发能力。水面蒸发的大小受气象条件的控制 蒸发过程是水分子交换过程,也是能量的交换过程 2020影响蒸发的因素影响蒸发的因素 蒸发供水条件 动力学及热力学因素 土壤特性 2121 水汽输送水汽输送 水汽输送是指,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。 对沿途的降水有重大的影响。 2222 区域水汽平衡区域水汽平衡 水量平衡方程 多年平均 2323 我国水汽输送基本特点我国水汽输送基本特点 存在三个基本的水汽来源,三条输出入路径
11、,并有明显的季节变化。 o 西北水汽流自西北方向入境,于东南方向出境,大致呈纬向分布,冬季直 达长江,夏季退居黄河以北; o 南海气流自广东、福建沿海登陆北上,至长江中下游地区偏转,并由长江 口附近出境,夏季可深入华北平原,冬季退缩到北纬 25以南地区,水汽 流呈明显的经向分布,由于水汽含量丰沛,所以输送通量值大; o 孟加拉湾水汽流通常自北部湾入境, 流向广西、 云南, 继而折向东北方向, 并在贵阳-长沙一线与南海水汽流汇合,而后亦进入长江中下游地区,然后 出海,全年中春季强盛,冬季限于华南沿海。 2424降水降水 降水是水循环过程的最基本环节,是水量平衡方程中的基本参数,决定一 个区域水资
12、源的多少。 形成降水的必要条件是水汽和冷却凝结。空气的垂直上升运动是促使水汽 冷却凝结的主要条件。 2525 垂直平分法(太森多边形法)垂直平分法(太森多边形法) 适用于雨量站分布不均匀的地区。其缺点是把各雨量站所控制的面积在不 同的降水过程中都视作固定不变,这与实际降水情况不符。 2626面降水的计算面降水的计算 把实测的点降水量转化为全区域的降水量 o 算术平均法 o 垂直平分法(太森多边形法) o 等雨量线法 o 客观运行法 2727下渗(下渗(InfiltrationInfiltration) 下渗又称入渗,是指水从地表渗入土壤和地下的运动过程。 2828 下渗阶段的划分下渗阶段的划分
13、 渗润阶段:下渗水主要受分子力作用,土壤水以薄膜水的形式存在开始下 渗率很大 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,直到基本达到饱和为止。这一阶段下渗率迅速递减。 渗透阶段:当土壤孔隙被水充满达到饱和时,水在重力作用下运行,属饱 和水流运动。下渗率维持稳定。 2929影响下渗的因素影响下渗的因素 土壤特性的影响 o 土壤的透水性能和前期含水量 o 有机质含量 o 下渗率随雨强增大而增大; 降水特性的影响 o 强雨点击碎土粒,充填土壤空隙,减小下渗率 流域植被、地形的影响 o 影响下渗时间;植被根系增加裂隙 人类活动的影响 3030径流的表示方法径流的表示方法
14、 流量 Q, m3/s o 单位时间内通过某一断面的水量 径流总量 W,m3 o T 时段内通过某一断面的总水量。W=QT 径流深度 R,mm o 指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度。R=W/F=QT/F 径流模数 M,L/skm2 o 流域出口断面流量与流域面积 F 的比值; 流域内单位面积单位时间内的产 生的径流量。M=Q/F 径流系数,无单位比值 o 某一时段的径流深及与相应的降水量之比值。 o=R/P 31 作业 鄱阳湖湖口以上集水面积 162225km2,多年平均流量 4810m3/s,多年平均 降水量 1620mm。试求鄱阳湖流域多年平均年径流量、多年平均年径流深、
15、多年平均年径流模数、多年平均年径流系数。 3131 径流形成过程径流形成过程 、 径流形成过程实质上是水在流域的再分配与运行过程。 o 产流过程中水以垂向运行为主,它构成降雨在流域空间上的再分配过程, 是构成不同产流机制和形成不同径流成分的基本过程。 o 汇流过程中水以水平侧向运行为主, 水平运行机制是构成降雨过程在时程 上再分配的过程,是构成流域汇流过程的基本机制。 3232影响径流的因素影响径流的因素 气候因素 流域下垫面因素 人类活动因素 第三章第三章 陆地表面水的组成与运动陆地表面水的组成与运动 3333 流域产流理论流域产流理论 产流机制 o 水在沿土层的垂向运行中, 供水与下渗矛盾
16、在一定介质分界面上的发展机 理和过程,称为产流机制。 o 不同的供水条件和不同的介质条件,出现不同的产流机制,呈现不同的径 流特征 3434壤中径流的产生条件壤中径流的产生条件 要有供水、即上层有下渗水; 下层土壤的下渗能力比上层小; 降水的供水强度要大于下层土壤下渗强度; 具有产生侧向流动的动力条件,即坡度及水流归槽条件。 3535流域产流的界面流域产流的界面 地面径流 壤中流 地下径流 超渗地面径流 饱和地面径流 供水与下渗矛盾在一定界面上的发展 3636水情要素水情要素 水情要素是用以表达河流水文情势变化的主要尺度。 它包括水位、流速、流量等。充分掌握水情要素资料,是研究河流水文的 重要
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