地表水文及地表水资源基础知识课件.pptx
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1、水文与水资源学水文与水资源学第四章第四章 地表水文及地表水资源基础知识地表水文及地表水资源基础知识2第四章第四章 地表水文及地表水资源基础知识地表水文及地表水资源基础知识 主要内容主要内容河流及流域的主要特征河流及流域的主要特征 降水降水 蒸发蒸发 4.14.24.34.4地表径流地表径流 3第四章第四章 地表水文及地表水资源基础知识地表水文及地表水资源基础知识 主要内容主要内容下渗下渗 包气带和饱和带包气带和饱和带 土壤水土壤水 4.54.64.74.8地表水及地表水资源地表水及地表水资源 4 4.1 河流及流域的主要特征河流及流域的主要特征 (1)河流长度:从河源沿河道至河口的距离称为河长
2、。)河流长度:从河源沿河道至河口的距离称为河长。可在大比例尺地形图上,用曲线仪或小分规量取。可在大比例尺地形图上,用曲线仪或小分规量取。(2)河网密度:是指一个流域范围内各级河道的总长度)河网密度:是指一个流域范围内各级河道的总长度与该流域面积之比,即表示单位面积内的河流长度。与该流域面积之比,即表示单位面积内的河流长度。(3)河流弯曲系数:河流的实际长度与从河口到河源两)河流弯曲系数:河流的实际长度与从河口到河源两端点间的直线长度的比值,称为河流的弯曲系数。端点间的直线长度的比值,称为河流的弯曲系数。 (4)河流分段:每一条河流都有河源、河口之分。河源)河流分段:每一条河流都有河源、河口之分
3、。河源是河流开始的地方,可以是溪涧、泉、冰川、湖泊或是河流开始的地方,可以是溪涧、泉、冰川、湖泊或沼泽等;河口则是河流的终点,即河流注入海洋、湖沼泽等;河口则是河流的终点,即河流注入海洋、湖泊、沼泽或其他河流的地方。在干旱区,有的河流消泊、沼泽或其他河流的地方。在干旱区,有的河流消失于沙漠之中而无明显河口。失于沙漠之中而无明显河口。 5(5)流域面积:分水线所包围的面积称为流域面积或集)流域面积:分水线所包围的面积称为流域面积或集水面积。水面积。 (6)流域长度、平均宽度:流域的几何中心轴长称流域)流域长度、平均宽度:流域的几何中心轴长称流域长度。以河口为圆心,任意长为半径,画出不同半径长度。
4、以河口为圆心,任意长为半径,画出不同半径的若干圆弧,各与流域边界线相交于两点,绘出各弧的若干圆弧,各与流域边界线相交于两点,绘出各弧的割线,并取这些割线中点的连线长度即为流域的长的割线,并取这些割线中点的连线长度即为流域的长度。度。 (7)流域平均高度:流域范围内地表的平均高程即为流)流域平均高度:流域范围内地表的平均高程即为流域平均高度。域平均高度。 (8)河槽的平面形态:山区河流的平面形态极为复杂,)河槽的平面形态:山区河流的平面形态极为复杂,急弯、卡口比比皆是,两岸和河心常有巨石突出,岸急弯、卡口比比皆是,两岸和河心常有巨石突出,岸边极不规则,宽度变化很大。急滩、深潭上下交错,边极不规则
5、,宽度变化很大。急滩、深潭上下交错,有时呈台阶状,在落差较大的地方往往形成陡坡跌水有时呈台阶状,在落差较大的地方往往形成陡坡跌水或瀑布。或瀑布。 6 4.2 降水降水 4.2.1 降水的成因与类型降水的成因与类型 降水的形成主要是由于地面暖湿气团在各种因素降水的形成主要是由于地面暖湿气团在各种因素的影响下升入高空,在上升过程中产生动力冷却使温的影响下升入高空,在上升过程中产生动力冷却使温度下降,当温度达到露点(即空气中水汽达到饱和时度下降,当温度达到露点(即空气中水汽达到饱和时的温度)以下时,气团中的水汽便凝结成水滴或冰晶,的温度)以下时,气团中的水汽便凝结成水滴或冰晶,这就形成云。云中的水滴
6、或冰晶由于水汽继续凝结及这就形成云。云中的水滴或冰晶由于水汽继续凝结及相互碰撞合并,不断凝聚增大,当其重量超过上升气相互碰撞合并,不断凝聚增大,当其重量超过上升气流顶托力时,在重力作用下就形成降水。由此可知,流顶托力时,在重力作用下就形成降水。由此可知,气流上升过程中产生动力冷却是形成降水的主要条件,气流上升过程中产生动力冷却是形成降水的主要条件,而气流中的水汽含量及冷却程度则决定着降水强度和而气流中的水汽含量及冷却程度则决定着降水强度和降水量的大小。降水量的大小。7 对流雨对流雨 地形雨地形雨 锋面雨锋面雨 对流雨是因地表局部受热,气温向上递减率过大,大气对流雨是因地表局部受热,气温向上递减
7、率过大,大气稳定性降低,因而产生垂直上升运动,形成动力冷却而降雨。稳定性降低,因而产生垂直上升运动,形成动力冷却而降雨。 地形雨是气流因所经地面的地形升高而被抬升,由于动地形雨是气流因所经地面的地形升高而被抬升,由于动力冷却而成云致雨。地形雨的降雨特性因空气本身的温湿特力冷却而成云致雨。地形雨的降雨特性因空气本身的温湿特性、运行速度及地形特点而异,差别较大。性、运行速度及地形特点而异,差别较大。 当冷气团向暖气团方向移动并占据原属暖气团的地区时,当冷气团向暖气团方向移动并占据原属暖气团的地区时,这种锋称为冷锋;当暖气团向冷气团方向移动并占据原属冷气这种锋称为冷锋;当暖气团向冷气团方向移动并占据
8、原属冷气团的地区时,这种锋称为暖锋。团的地区时,这种锋称为暖锋。 气旋雨气旋雨 气流汇入后再转向高层,上升气流中的水汽因动力冷却气流汇入后再转向高层,上升气流中的水汽因动力冷却凝结成云,条件具备时即产生降雨。这种大气的涡旋称为气凝结成云,条件具备时即产生降雨。这种大气的涡旋称为气旋,对于高空中的涡旋则称为涡。旋,对于高空中的涡旋则称为涡。 84.2.2 降水要素和表示法降水要素和表示法 4.2.2.1 降水要素降水要素 (1)降水(总)量。对某一测点而言指一定口径承雨面)降水(总)量。对某一测点而言指一定口径承雨面积上的降水深度,亦可指某一面积上一次降水总量,积上的降水深度,亦可指某一面积上一
9、次降水总量,单位以单位以m3、亿、亿m3计或以降水深度计或以降水深度mm表示。表示。(2)降水历时与降水时间。前者是指一场降水自始至终)降水历时与降水时间。前者是指一场降水自始至终所经历的时间;后者是指对应于某一阵水量而言,其所经历的时间;后者是指对应于某一阵水量而言,其时间长短通常是人为划定的时间长短通常是人为划定的(如如1、3、6、24小时或小时或1、3、7天等天等),在此时段内并非意味着连续地降水。,在此时段内并非意味着连续地降水。(3)降雨强度。简称雨强。是指单位时间内的降水量,)降雨强度。简称雨强。是指单位时间内的降水量,以以mm/min或或mm/h计。在实际工作中常根据雨强进行计。
10、在实际工作中常根据雨强进行分级,常用分级标准如表分级,常用分级标准如表4-1所示。所示。(4)降水面积。即降水所笼罩的面积,以平方千米计。)降水面积。即降水所笼罩的面积,以平方千米计。94.2.2.2 降水特征的表示方法降水特征的表示方法 (1)降水量过程线。以一定时段(时、日、月或年)为)降水量过程线。以一定时段(时、日、月或年)为单位所表示的降水量在时间上的变化过程,可用曲线单位所表示的降水量在时间上的变化过程,可用曲线或直方图表示。或直方图表示。 (2)降水量累积曲线。此曲线以时间为横坐标,纵坐标)降水量累积曲线。此曲线以时间为横坐标,纵坐标代表自降水开始到各时刻降水量的累积值。代表自降
11、水开始到各时刻降水量的累积值。 (3)等降水量线(或等雨量线)。是流域内降水量相等)等降水量线(或等雨量线)。是流域内降水量相等的点的连线。的点的连线。 (4)降水特性综合曲线。常用的降水特征综合曲线有)降水特性综合曲线。常用的降水特征综合曲线有 :强度强度-历时曲线历时曲线 、平均雨深、平均雨深-面积曲线面积曲线 、平均雨深、平均雨深-面积面积-历时曲线历时曲线 。10某站一次降雨量过程线及积累曲线某站一次降雨量过程线及积累曲线 11 4.3 蒸发蒸发 4.3.1 蒸发类型蒸发类型 4.3.1.1 水面蒸发水面蒸发 水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发现象,在蒸发水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发
12、现象,在蒸发面上有两种水分子运动:一种是水分子跃离水面(液面上有两种水分子运动:一种是水分子跃离水面(液态变为气态),另一种则是空气中的水分子跃入水面态变为气态),另一种则是空气中的水分子跃入水面(气态变为液态),前者称为蒸发,后者称为凝结。(气态变为液态),前者称为蒸发,后者称为凝结。实际蒸发量为蒸发面跃出的水分子数与返回水中的水实际蒸发量为蒸发面跃出的水分子数与返回水中的水分子数之差。分子数之差。 影响水面蒸发的因素有水汽压差、风速、辐射、温影响水面蒸发的因素有水汽压差、风速、辐射、温度、气压、水质、水深等。度、气压、水质、水深等。124.3.1 蒸发类型蒸发类型 4.3.1.2 土壤蒸发
13、土壤蒸发 土壤蒸发即土壤中所含水分以水汽的形式逸入大土壤蒸发即土壤中所含水分以水汽的形式逸入大气的现象。湿润的土壤,蒸发过程一般可分为三个阶气的现象。湿润的土壤,蒸发过程一般可分为三个阶段。第一阶段,当土壤含水量大于田间持水量时,土段。第一阶段,当土壤含水量大于田间持水量时,土壤中存在自由重力水,且土层中毛管上下沟通,水分壤中存在自由重力水,且土层中毛管上下沟通,水分从表面蒸发后,能得到下层的充分供应。土壤蒸发主从表面蒸发后,能得到下层的充分供应。土壤蒸发主要发生在表层,蒸发速度稳定。在第二阶段内,随着要发生在表层,蒸发速度稳定。在第二阶段内,随着土壤水分的减少,供水条件越来越差,土壤表面局部
14、土壤水分的减少,供水条件越来越差,土壤表面局部地方开始干化。在第三阶段中,土壤水分蒸发主要发地方开始干化。在第三阶段中,土壤水分蒸发主要发生在土壤内部,蒸发的水汽由分子扩散作用通过表面生在土壤内部,蒸发的水汽由分子扩散作用通过表面的干涸层逸入大气,蒸发速度极其缓慢。在这种情况的干涸层逸入大气,蒸发速度极其缓慢。在这种情况下,不论是气象因素还是土壤含水量对土壤蒸发均不下,不论是气象因素还是土壤含水量对土壤蒸发均不起明显作用。起明显作用。134.3.1.3 植物散发植物散发 植物散发指在植物生长期,水分从叶面和枝干蒸植物散发指在植物生长期,水分从叶面和枝干蒸发进入大气的过程,又称蒸腾。植物根细胞液
15、的浓度发进入大气的过程,又称蒸腾。植物根细胞液的浓度和土壤水的浓度存在较大的差异,由此可产生高达和土壤水的浓度存在较大的差异,由此可产生高达l0多多个大气压的渗压差,促使土壤水通过根膜液渗入根细个大气压的渗压差,促使土壤水通过根膜液渗入根细胞内。进入根系的水分,受到根细胞生理作用产生的胞内。进入根系的水分,受到根细胞生理作用产生的根压和蒸腾拉力的作用通过茎干输送到叶面。叶面上根压和蒸腾拉力的作用通过茎干输送到叶面。叶面上有许多气孔,当叶面气孔打开,水分通过开放的气孔有许多气孔,当叶面气孔打开,水分通过开放的气孔逸出,这就是散发过程。逸出,这就是散发过程。 144.3.1.4 流域总蒸发流域总蒸
16、发 流域总蒸发包括流域水面蒸发、土壤蒸发、植物流域总蒸发包括流域水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发和植物散发。一个流域的下垫面极其复杂,截留蒸发和植物散发。一个流域的下垫面极其复杂,从现有技术条件看,要精确求出各项蒸发量是有困难从现有技术条件看,要精确求出各项蒸发量是有困难的。通常是先对全流域进行综合研究,再用流域水量的。通常是先对全流域进行综合研究,再用流域水量平衡法或模式计算法分析求出。平衡法或模式计算法分析求出。 154.3.2 年蒸发量的地理及时间分布年蒸发量的地理及时间分布 4.3.2.1 年蒸发量的地理分布年蒸发量的地理分布 我国年蒸发量为我国年蒸发量为364mm,地理分布与年降水量
17、地,地理分布与年降水量地区分布大体相当,总的趋势由东南向西北递减。淮河区分布大体相当,总的趋势由东南向西北递减。淮河以南,云贵高原以东广大地区年蒸发量大都为以南,云贵高原以东广大地区年蒸发量大都为700800mm;海南岛东部和西藏东南部年蒸发量可达;海南岛东部和西藏东南部年蒸发量可达1000mm以上,是我国年蒸发量最大的地区;华北平原以上,是我国年蒸发量最大的地区;华北平原大部分地区年蒸发量为大部分地区年蒸发量为400600mm;东北平原为;东北平原为4OOmm左右;大兴安岭以西地区、内蒙古高原、鄂尔左右;大兴安岭以西地区、内蒙古高原、鄂尔多斯高原、阿拉善高原以及西北广大地区,都小于多斯高原、
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