水量平衡方程课件.ppt
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- 水量 平衡 方程 课件
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1、WUHEE工程水文学工程水文学武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院WUHEE第二章第二章 水文循环与径流形成水文循环与径流形成F第一节第一节 水文循环与水量平衡水文循环与水量平衡一、自然界的水文循环一、自然界的水文循环 地球上以液态、固态和气态的形式分布于海洋、陆地地球上以液态、固态和气态的形式分布于海洋、陆地、大气和生物机体中的水体构成了地球上的水圈。、大气和生物机体中的水体构成了地球上的水圈。 水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程,称为水降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程,称为水文循环。文
2、循环。 水文循环的范围贯穿整个水圈,向上延伸到水文循环的范围贯穿整个水圈,向上延伸到10km左左右,下至地表以下平均右,下至地表以下平均1km深处。深处。WUHEE大循环:海陆之间的水分交换过程,又称为外循环。大循环:海陆之间的水分交换过程,又称为外循环。小循环:海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后,以降水小循环:海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后,以降水的形式落到海洋里,或陆地上的水经蒸发凝结又降落的形式落到海洋里,或陆地上的水经蒸发凝结又降落到陆地上,又称为内循环。前者称为海洋小循环,后到陆地上,又称为内循环。前者称为海洋小循环,后者称为陆地小循环。者称为陆地小循环。 水文循环是地球上最重要、最
3、活跃的物质循环之一水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。正是由于自然界的水文循环,才形成永无终止千变。正是由于自然界的水文循环,才形成永无终止千变万化的水文现象。万化的水文现象。 水文循环也是水资源具有再生性的原因。水文循环也是水资源具有再生性的原因。WUHEEWUHEE二、地球上的水量平衡二、地球上的水量平衡 水量平衡原理:在水文循环过程中,对任一区域水量平衡原理:在水文循环过程中,对任一区域、任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水、任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。量的变化量。 水量平衡方程:水量平衡方程:SOII I、O O给定时段内输入、输出该地区的
4、总水量给定时段内输入、输出该地区的总水量 S S时段内区域蓄水量的变化量,可正可负。时段内区域蓄水量的变化量,可正可负。WUHEE若以地球的整个大陆作为研究范围,其水量平衡方程为:若以地球的整个大陆作为研究范围,其水量平衡方程为:cccSERP若以海洋为研究对象,其水量平衡方程为:若以海洋为研究对象,其水量平衡方程为:oooSERPScSc大陆在研究时段内蓄水量的变化量大陆在研究时段内蓄水量的变化量SoSo海洋在研究时段内蓄水量的变化量海洋在研究时段内蓄水量的变化量对多年平均情况,对多年平均情况, ScSc 、SoSo 趋于零。所以:趋于零。所以:ooccERPERP合并得:合并得:ococE
5、EPP或或EP 全球多年平均全球多年平均降水量等于多降水量等于多年平均蒸发量,年平均蒸发量,为为1130mm1130mmWUHEEF第二节第二节 河流与流域河流与流域一、河流一、河流 (一)河流的形成与分段(一)河流的形成与分段 地面径流长期侵蚀地面,冲成沟壑,形成溪流,最地面径流长期侵蚀地面,冲成沟壑,形成溪流,最后汇集成河流。后汇集成河流。 河谷、河槽或河床。河谷、河槽或河床。 上游、下游、左岸、右岸。上游、下游、左岸、右岸。 分段:沿水流方向,自高向低可分为河源、上游、分段:沿水流方向,自高向低可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。中游、下游和河口五段。 外流河、内流河或内陆河。外流河
6、、内流河或内陆河。 WUHEE(二)河流的基本特征(二)河流的基本特征 1. 1. 河流的长度河流的长度 自河源沿主河道至河口的距离称为河长(自河源沿主河道至河口的距离称为河长(kmkm)。)。 2. 2. 河流的断面:河流的断面: 横断面横断面 中泓线中泓线 纵断面纵断面 WUHEE3. 3. 河道纵比降:河道纵比降: 任意河段两端(水面或任意河段两端(水面或水底)的高差水底)的高差h h称为落差称为落差,单位河长的落差称为河,单位河长的落差称为河道纵比降。道纵比降。水面比降、河底比降水面比降、河底比降2012211102)(.)()(LLhlhhlhhlhhJnnnWUHEE二、水系及河流
7、地二、水系及河流地貌定律貌定律 斯特拉勒河流分斯特拉勒河流分级法级法:河流地貌定律:河流地貌定律: 河数律河数律 河长律河长律 面积律面积律 河流比降律河流比降律 WUHEEF流域流域 (一)流域(一)流域 汇集地面水和地下水的区域 即分水线所包围的区域 WUHEEWUHEE(二)流域基本特征(二)流域基本特征 流域面积(流域面积(F,km2) 河网密度(河网密度(L/F,km/km2) 流域长度(流域长度(L)和平均宽度()和平均宽度(M) 流域形状系数(流域形状系数(M/L) (扇状流域、羽状流域)(扇状流域、羽状流域) 流域平均高度和平均坡度流域平均高度和平均坡度 流域自然地理特征流域自
8、然地理特征 (位置、气候、下垫面)(位置、气候、下垫面)WUHEE第三节第三节 降水降水F形式:形式: 雨、雪雨、雪、霰、雹、露、霜等、霰、雹、露、霜等F特征要素:特征要素: 降水量(降水量(mm) 降水历时降水历时(min,h,d) 降水强度降水强度(mm/h,mm/d) 降水面积降水面积(km2) 暴雨中心暴雨中心WUHEEF与降水有关的气象因素与降水有关的气象因素 降水发生在大气中的对流层,对流层是地球大气降水发生在大气中的对流层,对流层是地球大气中最底的一层。中最底的一层。 对流层的特点:对流层的特点: 1. 1. 气温随高度的增加而降低气温随高度的增加而降低 2. 2. 具有强烈的上
9、升和下降的气流具有强烈的上升和下降的气流 3. 3. 受地表差异影响,对流层温度、湿度水平分布受地表差异影响,对流层温度、湿度水平分布 不均匀。不均匀。 对流层又可分三部分:对流层又可分三部分:下层(地面下层(地面-1.5km-1.5km) 中层(中层(1.5km-6km1.5km-6km) 上层(上层(6km-6km-对流层顶部)对流层顶部)WUHEE对流层中与降水有关的主要气象因素有:对流层中与降水有关的主要气象因素有: 气温、气压、风、湿度、云、蒸发气温、气压、风、湿度、云、蒸发F降水的形成与分类降水的形成与分类 (一)降水的形成(一)降水的形成 水汽水汽、上升运动上升运动和和冷却凝结冷
10、却凝结三因素三因素 (二)降水的分类(二)降水的分类 1. 1. 对流雨对流雨 降雨强度大,历时短、雨区较小降雨强度大,历时短、雨区较小 WUHEEF地形雨地形雨WUHEEF锋面雨锋面雨WUHEEF气旋雨气旋雨 (1 1)温带气旋雨)温带气旋雨WUHEE(2 2)热带气旋雨)热带气旋雨WUHEEF影响我国降水(暴雨)的主要天气系统影响我国降水(暴雨)的主要天气系统 高空槽高空槽 锋面气旋锋面气旋 低涡低涡 切变线切变线 静止锋静止锋 锋区与降雨锋区与降雨 副热带高压副热带高压 热带风暴(台风)热带风暴(台风)WUHEEWUHEE四、降水量观测四、降水量观测(一)器测法(一)器测法 1. 1.
11、雨量器雨量器 分辨率分辨率0.1mm0.1mm。两段制观测,即每两段制观测,即每日日8 8时及时及2020时各观测时各观测一次。雨季增加观一次。雨季增加观测段次。测段次。 每日每日8 8时至次日时至次日8 8时降水量为当日降时降水量为当日降水量。水量。WUHEE2. 自计式自计式(1)虹吸式)虹吸式分辨率分辨率:0.1mm降雨强度适用降雨强度适用范围:范围:0.014.0mm/minWUHEE(2 2)翻斗式)翻斗式 分辨率分辨率:0.1mm0.1mm 降雨强度适用降雨强度适用 范围范围: 4.0mm/min4.0mm/min以内以内(3 3)称重式)称重式 记录降水时全部降记录降水时全部降水
12、的重量。优点在于能水的重量。优点在于能够记录雪、冰雹及雨雪够记录雪、冰雹及雨雪混合降水。混合降水。WUHEEF(二)雷达探测(二)雷达探测 气象雷达是利用云、雨、雪等对无气象雷达是利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象来发现目标的。线电波的反射现象来发现目标的。 有效范围:有效范围:40200km。F(三)气象卫星云图(三)气象卫星云图 极轨卫星极轨卫星 地球静止卫星:地球静止卫星:可见光云图可见光云图 红外云图红外云图 WUHEE第四节第四节 土壤水、下渗与地下水土壤水、下渗与地下水F陆地上的三种水体:陆地上的三种水体: 地表水、土壤水、地下水地表水、土壤水、地下水WUHEE一、包气带和饱和带
13、一、包气带和饱和带包气带:包气带:土壤颗粒、水分、空气三相系统土壤颗粒、水分、空气三相系统饱和带:饱和带:土壤颗粒、水分二相系统土壤颗粒、水分二相系统WUHEE二、土壤水二、土壤水 包气带中的水称为土壤水。水分变化剧烈,是包气带中的水称为土壤水。水分变化剧烈,是水分通道,联系降雨、下渗、蒸发与径流的纽带。水分通道,联系降雨、下渗、蒸发与径流的纽带。 (一)土壤水分存在形式:(一)土壤水分存在形式: 1. 吸湿水吸湿水 2. 薄膜水薄膜水 3. 毛管水毛管水 (1 1)支持毛管水(毛管上升水)支持毛管水(毛管上升水) (2 2)毛管悬着水)毛管悬着水 4.4.重力水重力水WUHEE(二)土壤含水
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