[工学]2水文循环与径流形成11课件.ppt

1、n研究对象研究对象 1.1.自然界的水文循环自然界的水文循环 2.2.河流与流域河流与流域 3.3.降雨、蒸发、下渗与径流降雨、蒸发、下渗与径流 2022-9-26n研究内容研究内容1.1.自然界水文循环及水资源自然界水文循环及水资源 2.2.河流、流域特征及其对水文变化的影响河流、流域特征及其对水文变化的影响 3.3.降水成因、分类、观测降水成因、分类、观测 4.4.蒸发观测与计算蒸发观测与计算 5.5.下渗观测与计算下渗观测与计算 6.6.径流及其形成过程径流及其形成过程 7.7.全球、流域水量平衡全球、流域水量平衡2022-9-26n研究目的研究目的 1.1.从自然界的水文循环理解水资源

2、的再生性与有限性从自然界的水文循环理解水资源的再生性与有限性 2.2.了解流域对水文变化的作用及影响了解流域对水文变化的作用及影响 3.3.掌握降水、蒸发、下渗的基本概念与变化规律掌握降水、蒸发、下渗的基本概念与变化规律 4.4.掌握径流形成的基本概念与定量描述方法掌握径流形成的基本概念与定量描述方法 5.5.熟练掌握水量平衡原理及方程。熟练掌握水量平衡原理及方程。2022-9-26n主要内容：主要内容：自然界的水循环、大循环、小循环；地球上自然界的水循环、大循环、小循环；地球上的水量平衡。的水量平衡。n学习要求：学习要求：了解自然界的水文循环现象、原因与作用；了解自然界的水文循环现象、原因与

3、作用；掌握海洋的、陆地的、全球水量平衡原理与方程。掌握海洋的、陆地的、全球水量平衡原理与方程。2022-9-262022-9-261 水文循环定义水文循环定义2 水文循环的原因水文循环的原因3 水文循环分类水文循环分类4 水文循环的主要环节水文循环的主要环节5 水文循环作用水文循环作用定义：地球上各种水体中的水在太阳辐射和地心引力作用下通过定义：地球上各种水体中的水在太阳辐射和地心引力作用下通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降水、下渗、径流的永无休止的往不断蒸发、水汽输送、凝结、降水、下渗、径流的永无休止的往复循环过程，称为水文循环，或水循环。复循环过程，称为水文循环，或水循环。外部因素：地心引力

4、、太阳辐射外部因素：地心引力、太阳辐射 太阳辐射为水分蒸发提供热量，促使液态、固态的水变成水太阳辐射为水分蒸发提供热量，促使液态、固态的水变成水汽，并引起空气流动；地心引力使空中水汽以降水形式回到汽，并引起空气流动；地心引力使空中水汽以降水形式回到地面，并促使地表水、地下水汇入海洋。地面，并促使地表水、地下水汇入海洋。另外，陆地上的地形、地质、土壤、植被等条件对水文循环另外，陆地上的地形、地质、土壤、植被等条件对水文循环也有一定的影响。也有一定的影响。内部因素：水的物理三态（固、液、气）在一定条件下可以相互转换。内部因素：水的物理三态（固、液、气）在一定条件下可以相互转换。陆地大气陆地小循环，

5、陆地海洋大气海洋小循环，海洋小循环海洋陆地大气大循环，海洋水文循环主要环节：降水、蒸发、下渗、径流主要环节：降水、蒸发、下渗、径流水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。它对地球环境水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。它对地球环境的形成、演化和人类生存都有着重要的作用和影响。正是由于水文的形成、演化和人类生存都有着重要的作用和影响。正是由于水文循环，才使得人类生产和生活中不可或缺的水资源具有了可再生性循环，才使得人类生产和生活中不可或缺的水资源具有了可再生性和时空分布的不均匀性，提供了江河湖泊等地表水资源和地下水资和时空分布的不均匀性，提供了江河湖泊等地表水资源和地下水资源，同

6、时也造成了旱涝灾害，给水资源的开发利用增加了难度。源，同时也造成了旱涝灾害，给水资源的开发利用增加了难度。研究水文循环的目的在于认识其基本规律，揭示其内在联系，这研究水文循环的目的在于认识其基本规律，揭示其内在联系，这对合理开发利用水资源、抵御洪旱灾害等都有重要的意义。对合理开发利用水资源、抵御洪旱灾害等都有重要的意义。2022-9-261 水量平衡原理水量平衡原理n定义：在水文循环过程中，对任一区域，任一时段定义：在水文循环过程中，对任一区域，任一时段输入水量输入水量与与输出水量输出水量的差额必等于其的差额必等于其蓄水变化量蓄水变化量。n它是水文学的基本原理，也是水文学最成熟的理论，主要用于

7、定量它是水文学的基本原理，也是水文学最成熟的理论，主要用于定量分析水文要素值。分析水文要素值。2 水量平衡方程水量平衡方程n将水量平衡原理应用于某一区域，可列出如下水量平衡方程：将水量平衡原理应用于某一区域，可列出如下水量平衡方程：n式中：式中：I为给定时段内输入研究区域的总水量；为给定时段内输入研究区域的总水量；O为给定时段内输出为给定时段内输出研究区域的总水量；研究区域的总水量；S为给定时段内研究区域蓄水量的变化量。为给定时段内研究区域蓄水量的变化量。n 上式是水量平衡方程的最基本形式，对于不同的区域和研究问题上式是水量平衡方程的最基本形式，对于不同的区域和研究问题，还应具体分析其输入输出

8、量的组成，写出相应的水量平衡方程。，还应具体分析其输入输出量的组成，写出相应的水量平衡方程。n 水循环过程中的水量平衡方程的基本因素为水循环过程中的水量平衡方程的基本因素为降水量降水量、蒸发量蒸发量和和径径流量流量以及以及区域蓄水量的变化量区域蓄水量的变化量。SQI2022-9-263 3 全球水量平衡全球水量平衡n全球全球=陆地陆地+海洋海洋ooccERPERPS0ooocccSERPSERPSEPSSEEPPocococ全球：全球：tt：陆地：陆地：海洋：海洋：多年平均：多年平均：陆地：陆地：海洋：海洋：mmEPEEPPococ1130 或全球：全球：9/26/20228 有利影响有利影响

9、 不利影响不利影响修建水库修建水库引水灌溉引水灌溉跨流域调水跨流域调水大面积滥伐森林大面积滥伐森林排干湖、沼排干湖、沼过度抽取地下水过度抽取地下水2022-9-26n主要内容：主要内容：河流及其特征、河流地貌定律；流域及其特征河流及其特征、河流地貌定律；流域及其特征n学习要求：学习要求：了解河流、水系的基本概念；了解河流、水系的基本概念；掌握河流主要特征的计算方法；掌握河流主要特征的计算方法；掌握流域、闭合流域、非闭合流域的基本概念以掌握流域、闭合流域、非闭合流域的基本概念以及流域特征对径流的影响。及流域特征对径流的影响。2022-9-261 1 基本概念：基本概念：河流河流：汇集一定区域内地

10、表水与地下水的天然泄水通道，由：汇集一定区域内地表水与地下水的天然泄水通道，由流流动的水体动的水体与与容纳水流的河槽容纳水流的河槽两大要素构成。两大要素构成。河谷河谷：河流流经的谷地。：河流流经的谷地。河床或河槽河床或河槽：河谷底部有水流的部分。：河谷底部有水流的部分。枯水期水流所占据的河床称为主槽；枯水期水流所占据的河床称为主槽；仅在汛期才被洪水淹没的河床部分称为河漫滩。仅在汛期才被洪水淹没的河床部分称为河漫滩。一一 河流及其特征河流及其特征2022-9-26河床河床主槽主槽滩地滩地枯水位枯水位洪水位洪水位2022-9-2612左、右岸左、右岸：面向下游，位于身体左侧的河岸为左岸，位于身体：

11、面向下游，位于身体左侧的河岸为左岸，位于身体 右侧的河岸为右岸。右侧的河岸为右岸。凹、凸岸凹、凸岸：弯曲河段沿流向的平面水流形态呈凹形的岸称为凹：弯曲河段沿流向的平面水流形态呈凹形的岸称为凹岸，相反称凸岸；岸，相反称凸岸；一一 河流及其特征河流及其特征凹岸凹岸凹岸凹岸凸岸凸岸凸岸凸岸2022-9-26干流干流：将汇集的水流注入海洋、湖泊甚至沙漠等的河流。如长江、：将汇集的水流注入海洋、湖泊甚至沙漠等的河流。如长江、黄河、珠江，以及塔里木河黄河、珠江，以及塔里木河(入湖入湖)、石羊河、石羊河(消失于沙漠消失于沙漠)等等。支流支流：将汇集的水流注入一个更高一级河流的河流；：将汇集的水流注入一个更高

12、一级河流的河流；支流分级支流分级：直接汇入干流的河流称为直接汇入干流的河流称为干流的一级支流干流的一级支流，直接汇入一级，直接汇入一级支流的河流称为支流的河流称为干流的二级支流干流的二级支流，依此类推。，依此类推。南溪河南溪河 黑河黑河 泾河泾河 渭河渭河 黄河黄河 岔巴沟岔巴沟 大理河大理河 无定河无定河 黄河黄河 河系或水系河系或水系：河流的干流及其全部支流构成的脉络相通的水流系统：河流的干流及其全部支流构成的脉络相通的水流系统。水系通常用干流命名，如长江水系、黄河水系；或以归宿。水系通常用干流命名，如长江水系、黄河水系；或以归宿的湖泊而定名，如洞庭湖水系，鄱阳湖水系等。的湖泊而定名，如洞

13、庭湖水系，鄱阳湖水系等。一一 河流及其特征河流及其特征2022-9-262022-9-262022-9-26n2 2 河流形成河流形成 地壳运动地壳运动形成线形槽状凹地形成线形槽状凹地 径流侵蚀作用径流侵蚀作用冲淤、改道等冲淤、改道等 大气降水大气降水提供水源提供水源n3 3 河流分段河流分段河源河源上游上游中游中游下游下游河口河口一一 河流及其特征河流及其特征河流的发源地，多为溪涧、泉、湖河流的发源地，多为溪涧、泉、湖泊、冰川、沼泽等泊、冰川、沼泽等三江源：长江、黄河、澜沧江三江源：长江、黄河、澜沧江黄河扎陵湖黄河扎陵湖澜沧江扎曲澜沧江扎曲 长江各拉丹东长江各拉丹东紧接河源，多处于深山峡谷，

14、坡陡紧接河源，多处于深山峡谷，坡陡流急，河谷下切剧烈，常有急滩或流急，河谷下切剧烈，常有急滩或瀑布瀑布白水河黄果树瀑布白水河黄果树瀑布高高77.8m，宽，宽101.0m 河床底坡和水流速度渐缓，河槽变宽，两河床底坡和水流速度渐缓，河槽变宽，两岸有滩地，河床冲淤不明显。岸有滩地，河床冲淤不明显。位于冲积平原，河槽宽阔，河床底坡、水流流速位于冲积平原，河槽宽阔，河床底坡、水流流速较小，泥沙淤积严重，浅滩、河湾多较小，泥沙淤积严重，浅滩、河湾多河流的终点，即河流注入海洋、湖泊等的地方。水流流河流的终点，即河流注入海洋、湖泊等的地方。水流流速骤减，大量泥沙淤积，形成三角洲。速骤减，大量泥沙淤积，形成三

15、角洲。有些河流消失在沙漠中，则无河口，如甘肃石羊河。有些河流消失在沙漠中，则无河口，如甘肃石羊河。2022-9-262022-9-26长江河口长江河口2022-9-26黄河河口黄河河口2022-9-26黄河河口黄河河口2022-9-26滦河入海口滦河入海口2022-9-26n长江长江 源头沱沱河源头沱沱河湖北宜昌湖北宜昌江西湖口江西湖口n黄河黄河 源头扎陵湖、鄂陵湖源头扎陵湖、鄂陵湖内蒙古河口镇内蒙古河口镇河南桃花河南桃花峪峪一一 河流及其特征河流及其特征2022-9-26n4 4 河流基本特征河流基本特征（1 1）河流长度河流长度：或河长，是指自河源沿主沟道至河口的长：或河长，是指自河源沿主

16、沟道至河口的长度，度，L L，kmkm。在一定比例尺地形图上量出。在一定比例尺地形图上量出。河长作用河长作用：是河流特性的基本参数，可确定河流落差、：是河流特性的基本参数，可确定河流落差、比降和能量。比降和能量。一一 河流及其特征河流及其特征河口河源2022-9-26(2)(2)河网密度河网密度n定义：定义：单位面积内河流干、支流的总长度称为河网密度。单位面积内河流干、支流的总长度称为河网密度。反映了一个地区的河网疏密程度，用符号反映了一个地区的河网疏密程度，用符号D D表示，单位为表示，单位为km/kmkm/km2 2，计算公式如下：，计算公式如下：式中：式中：D D为河网密度为河网密度,k

17、m/km,km/km2 2；F F为区域总面积为区域总面积,km,km2 2。n作用作用：河网密度越大，流域切割程度越大，径流汇集速度：河网密度越大，流域切割程度越大，径流汇集速度较快；河网密度小，则流域排水不良，径流汇集缓慢；河较快；河网密度小，则流域排水不良，径流汇集缓慢；河网密度越大，河道滞蓄水量越大，防洪越有利。网密度越大，河道滞蓄水量越大，防洪越有利。一一 河流及其特征河流及其特征FLD2022-9-26(3)(3)河流弯曲系数河流弯曲系数n定义：定义：河流长度与河源到河口间直线距离之比，表示河流平河流长度与河源到河口间直线距离之比，表示河流平面形状的弯曲程度。用符号面形状的弯曲程度

18、。用符号K K表示，计算公式如下：表示，计算公式如下：式中：式中：K K为河流弯曲系数；为河流弯曲系数；L L为河流实际长度，为河流实际长度，kmkm；l l为河流直线为河流直线长度。长度。n作用作用：弯曲系数弯曲系数K K值越大，河段越弯曲，对航运和排洪不利。值越大，河段越弯曲，对航运和排洪不利。一一 河流及其特征河流及其特征lLK 2022-9-26(4)(4)河流断面河流断面n1 1）横断面：）横断面：与水流方向相垂直的断面，两边以河岸、下面以与水流方向相垂直的断面，两边以河岸、下面以河底为界、上面为水面；包括水位线在内的横断面则叫河底为界、上面为水面；包括水位线在内的横断面则叫过水过水

19、断面断面。任一条河流自河源至河口有无数个横断面，各横断面。任一条河流自河源至河口有无数个横断面，各横断面形状各异，且受冲淤变化影响。形状各异，且受冲淤变化影响。n横断面分类：河流横断面是河流平面形态和水流长期相互作横断面分类：河流横断面是河流平面形态和水流长期相互作用和相互影响的结果。用和相互影响的结果。根据横断面形状可分为单式断面（根据横断面形状可分为单式断面（V V或或U U形）和复式断面（宽浅阶梯状形）和复式断面（宽浅阶梯状U U形，有多级河漫滩）两类。形，有多级河漫滩）两类。一一 河流及其特征河流及其特征河流横断面的一般形状2022-9-26(4)(4)河流断面河流断面n2 2）河流纵

20、断面）河流纵断面n定义：定义：是指沿河流水流方向从河源到河口的各横断面最大是指沿河流水流方向从河源到河口的各横断面最大水深点的连线的剖面。水深点的连线的剖面。n作用作用：纵断面图表示河槽纵向坡度（纵比降）和落差的沿：纵断面图表示河槽纵向坡度（纵比降）和落差的沿程分布。是推算水流特性和估计谁能蕴含量的主要依据。程分布。是推算水流特性和估计谁能蕴含量的主要依据。一一 河流及其特征河流及其特征2022-9-26(5)河道比降河道比降 1）河道纵比降河道纵比降 落差：河段两端的高程差落差：河段两端的高程差 h=h上上-h下下 当河段纵断面呈直线时，比降计算公式：当河段纵断面呈直线时，比降计算公式：J=

21、(h上上-h下下)/l=h/l当河段纵断面呈折线时，河道平均比降推求：当河段纵断面呈折线时，河道平均比降推求：一一 河流及其特征河流及其特征2022-9-26h0h1h2h3h4h5l1l2l3l4l5L L2012211102)()()(LLhlhhlhhlhhJnnn河道平均纵比降计算示意图河道平均纵比降计算示意图1 12 21 1=2 2 2022-9-26302）河流横比降河流横比降 在河流弯道段的横断面上存在水面横比降。产生原因是，在河流弯道段的横断面上存在水面横比降。产生原因是，流经弯道河段水流收到地球自转偏转力和河流弯道离心力共同流经弯道河段水流收到地球自转偏转力和河流弯道离心力

22、共同作用，导致表层水流向凹岸流动，凹岸水面高程大于凸岸水面作用，导致表层水流向凹岸流动，凹岸水面高程大于凸岸水面高程。高程。河流弯道段凹、凸岸水面高程差与相应横断面河宽的比河流弯道段凹、凸岸水面高程差与相应横断面河宽的比值称为河流弯道横比降。值称为河流弯道横比降。在二力作用下，河流弯道表层水流从凸岸向凹岸流动，底在二力作用下，河流弯道表层水流从凸岸向凹岸流动，底层水流从凹岸向凸岸流动，构成一个封闭的横向环流。横向环层水流从凹岸向凸岸流动，构成一个封闭的横向环流。横向环流与纵向水流共同作用形成江河中常见的螺旋流。这种螺旋流流与纵向水流共同作用形成江河中常见的螺旋流。这种螺旋流使河道的凹岸受到冲刷

23、，凸岸受到淤积，因此将取水建筑物布使河道的凹岸受到冲刷，凸岸受到淤积，因此将取水建筑物布置在河道弯道凹岸。置在河道弯道凹岸。一一 河流及其特征河流及其特征2022-9-261 1 流域与分水线概念流域与分水线概念n流域流域：河流某一横断面以上汇集地面水和地下水的区域称为：河流某一横断面以上汇集地面水和地下水的区域称为流域。流域。n分水线分水线：流域四周地面最高点的连线，通常就是流域四周山：流域四周地面最高点的连线，通常就是流域四周山脉的脊线。例如，降落在秦岭以南的雨水流入长江，降落在脉的脊线。例如，降落在秦岭以南的雨水流入长江，降落在秦岭以北的雨水则汇入黄河，秦岭便是长江和黄河的分水岭秦岭以北

24、的雨水则汇入黄河，秦岭便是长江和黄河的分水岭。对较小流域而言，其间虽无山岭，但有地形上的脊线，也。对较小流域而言，其间虽无山岭，但有地形上的脊线，也构成分水线。构成分水线。2022-9-262022-9-262 2 闭合流域和非闭合流域闭合流域和非闭合流域n河流水源有地面水和地下水之分，同样分水线也有地下水分水河流水源有地面水和地下水之分，同样分水线也有地下水分水线和地面水分水线之分。二者一般大体一致，但有时受地貌特线和地面水分水线之分。二者一般大体一致，但有时受地貌特征和水文地质条件的影响，二者可能不一致。征和水文地质条件的影响，二者可能不一致。n地面分水线与地下分水线重合的流域称为地面分水

25、线与地下分水线重合的流域称为闭合流域闭合流域。n地面分水线与地下分水线不完全重合的流域称为地面分水线与地下分水线不完全重合的流域称为非闭合流域非闭合流域。n完全闭合流域是不存在的。完全闭合流域是不存在的。在实际工作中，除了有石灰岩溶洞在实际工作中，除了有石灰岩溶洞等特殊地质情况外，等特殊地质情况外，对于一般大中流域而言，对于一般大中流域而言，当对所讨论问题当对所讨论问题影响不大时，影响不大时，多按闭合流域考虑。多按闭合流域考虑。2022-9-262022-9-263 流域基本特征流域基本特征 流域基本特征包括流域基本特征包括形状特征形状特征、地形特征地形特征 和和自然地理特征自然地理特征三类。

26、三类。3.1流域形状特征流域形状特征(1)流域面积，流域面积，F，km2。定义：流域地面分水线所包围区域的水平投影面积。定义：流域地面分水线所包围区域的水平投影面积。通常先在适当比例尺的地形图上定出流域分水线，然后量通常先在适当比例尺的地形图上定出流域分水线，然后量出它所包围的面积。目前，可用出它所包围的面积。目前，可用GIS软件自动勾绘出流域边界软件自动勾绘出流域边界，计算出流域面积。，计算出流域面积。作用：自然条件相似的情况下，流域面积越大，河流水量作用：自然条件相似的情况下，流域面积越大，河流水量越大。越大。分水线分水线流域面积流域面积河流河流2022-9-26(2)流域长度，流域长度，

27、L，km 流域长度的计算方法有三种：流域长度的计算方法有三种：A：从流域出口沿主沟道至流域最远点之间的曲线距离；：从流域出口沿主沟道至流域最远点之间的曲线距离；B：从流域出口至流域最远点之间的直线距离；：从流域出口至流域最远点之间的直线距离；C：流域平面图形的几何中心轴长度。：流域平面图形的几何中心轴长度。目前，常用目前，常用流域几何中心轴长度流域几何中心轴长度作为流域长度。作为流域长度。2022-9-26流域几何中心轴长度推求方法如下：流域几何中心轴长度推求方法如下：流域轴线流域轴线（1 1）以河口为圆心绘制同心圆）以河口为圆心绘制同心圆（2 2）作同心圆弧割线交于流域周线）作同心圆弧割线交

28、于流域周线（3 3）通过割线中点作流域轴线，其长度为流域长度）通过割线中点作流域轴线，其长度为流域长度作用：流域长度越大，汇流时间越长，洪峰流量越小，利于作用：流域长度越大，汇流时间越长，洪峰流量越小，利于下游防洪。下游防洪。流域流域河口河口2022-9-26(3)流域平均宽度，流域平均宽度，B，km 定义：流域面积与流域长度的比值定义：流域面积与流域长度的比值 BF/L 作用：作用：B越小，流域形状越狭长，水流越分散，形成的越小，流域形状越狭长，水流越分散，形成的Qm越小，洪水过程线越平缓；若越小，洪水过程线越平缓；若BL，则流域姓，则流域姓张近似方形，水流越集中，形成的张近似方形，水流越集

29、中，形成的Qm越大，洪水越大，洪水过程越集中。过程越集中。(4)流域形状系数，流域形状系数，K 定义：流域平均宽度与流域长度的比值定义：流域平均宽度与流域长度的比值 K=B/L=F/L 2 作用：作用：K越大，流域形状近似于扇形，洪水过程越集中，越大，流域形状近似于扇形，洪水过程越集中，形成尖瘦型洪水过程线，；形成尖瘦型洪水过程线，；K越小，流域形状越狭越小，流域形状越狭长，洪水过程越平缓，形成矮胖型洪水过程线。长，洪水过程越平缓，形成矮胖型洪水过程线。2022-9-263.2 流域地形特征流域地形特征(1)流域平均高程流域平均高程：流域地面分水线内地表的平均高程。：流域地面分水线内地表的平均

30、高程。常用流域内各相邻等高线间的面积乘以其相应平均高程乘常用流域内各相邻等高线间的面积乘以其相应平均高程乘积之和与流域面积的比值，即计算公式如下：积之和与流域面积的比值，即计算公式如下：式中：式中：为流域平均高程，为流域平均高程，m；fi 为相邻两条等高线之间的为相邻两条等高线之间的面积，面积，km2；Zi 为相邻两条等高线的平均值，为相邻两条等高线的平均值，m；F为流为流域面积，域面积，km2。FZfFZfZfZfniiinn12211ZZn1iifF2022-9-26403.2 流域地形特征流域地形特征(2)流域平均坡度流域平均坡度：流域地面分水线内地表的平均坡度。是计：流域地面分水线内地

31、表的平均坡度。是计算流域洪水汇流计算的一个重要参数。算流域洪水汇流计算的一个重要参数。常用计算公式如下：常用计算公式如下：式中：式中：为流域平均坡度；为流域平均坡度；为相邻两条等高线之间的高差为相邻两条等高线之间的高差，m；Li 为流域内各条等高线的长度，为流域内各条等高线的长度，m；F为流域面积为流域面积，km2。nnLLLLFZ5.05.0J121JZ2022-9-26413.3 流域自然地理特征流域自然地理特征 流域的自然地理特征包括流域的自然地理特征包括地理位置地理位置、气候条件气候条件和和流域下流域下垫面条件垫面条件三类。三类。（1）流域的地理位置流域的地理位置：包括流域所处经纬度、

32、流域与海洋的：包括流域所处经纬度、流域与海洋的距离、四周山脉关系等。距离、四周山脉关系等。主要是影响水汽输送条件。例如，我国西北内陆地区和主要是影响水汽输送条件。例如，我国西北内陆地区和华北地区相比，纬度相同华北地区相比，纬度相同,但前者因距离海洋较远、降水稀少但前者因距离海洋较远、降水稀少而形成较干旱气候；秦岭山脉的阻隔，水汽输送不畅，导致而形成较干旱气候；秦岭山脉的阻隔，水汽输送不畅，导致秦岭南北地区降雨量相差悬殊，河流水文特征差异显著。喜秦岭南北地区降雨量相差悬殊，河流水文特征差异显著。喜马拉雅山脉以南水量充沛，以北水量稀少。马拉雅山脉以南水量充沛，以北水量稀少。2022-9-263.3

33、 流域自然地理特征流域自然地理特征 （2）流域的气候条件流域的气候条件：包括降水、蒸发、气温、风速、湿：包括降水、蒸发、气温、风速、湿度、气压等。度、气压等。河流的形成和发展主要受气候条件控制。降水量的大小河流的形成和发展主要受气候条件控制。降水量的大小及分布直接影响河流的年径流量多少；蒸发量则对流域年、及分布直接影响河流的年径流量多少；蒸发量则对流域年、月径流有重要影响；气温、湿度、风速、气压等主要通过影月径流有重要影响；气温、湿度、风速、气压等主要通过影响降水和蒸发，间接地影响流域径流的多少。响降水和蒸发，间接地影响流域径流的多少。（3）流域的下垫面条件流域的下垫面条件：下垫面指流域的地形

34、、地质构造、土壤、岩性、植被、下垫面指流域的地形、地质构造、土壤、岩性、植被、湖泊等情况。下垫面条件直接或间接地影响流域径流的变化湖泊等情况。下垫面条件直接或间接地影响流域径流的变化规律。规律。2022-9-26n基本概念基本概念降水降水降水量降水量降水历时降水历时降水强度降水强度降水面积降水面积暴雨中心暴雨中心降水三要素：降水三要素：定义：定义：液态或固态的水汽凝结物从云中降液态或固态的水汽凝结物从云中降落到地面的现象落到地面的现象降水现象：降水现象：雨、雪、雹、露、霰、霜等雨、雪、雹、露、霰、霜等定义：定义：一定时段内降落在某一点或某一面上一定时段内降落在某一点或某一面上的水层深度，的水层

35、深度，P，mm降水量分类降水量分类：点降水量与面降水量：点降水量与面降水量常用降水量：常用降水量：日降水量、次降水量、年降水日降水量、次降水量、年降水量、多年平均降水量等量、多年平均降水量等降水量分级：降水量分级：24h雨量（雨量（mm）0.10.1101025255050100100200200等等 级级微量微量小雨小雨中雨中雨大雨大雨暴雨暴雨大暴雨大暴雨特大暴雨特大暴雨定义：定义：单位时间的降水量，单位时间的降水量，i，mm/h或或mm/min降雨强度降雨强度：单位时间的降雨量，简称雨强：单位时间的降雨量，简称雨强瞬时雨强与平均雨强瞬时雨强与平均雨强定义：定义：降水笼罩的水平面积，降水笼罩

36、的水平面积，km2定义：定义：暴雨量最大的较小局部区域暴雨量最大的较小局部区域定义：定义：降水持续的时间，降水持续的时间，min，h或或d降水量、降水历时和降水强度降水量、降水历时和降水强度2022-9-26n1 1 降水的形成降水的形成形成降水的主要因素：形成降水的主要因素：水汽水汽 上升运动上升运动 冷却凝结冷却凝结2022-9-26n2 2 降水的分类降水的分类按空气抬升而形成动力冷却的原因，降水可分为四类：按空气抬升而形成动力冷却的原因，降水可分为四类：对流雨、地形雨、锋面雨和气旋雨对流雨、地形雨、锋面雨和气旋雨（1 1）对流雨）对流雨定义：定义：因地表局部受热，气温向上递减率过大，大

37、气稳因地表局部受热，气温向上递减率过大，大气稳定性降低，而发生水汽垂直上升运动，形成动力冷却定性降低，而发生水汽垂直上升运动，形成动力冷却而致雨而致雨 特点：特点：降雨强度大，历时短，雨区较小降雨强度大，历时短，雨区较小2022-9-26n(2)(2)地形雨地形雨定义：定义：暖湿气团在运移途中，遇山脉等地形阻挡，气流被暖湿气团在运移途中，遇山脉等地形阻挡，气流被迫沿迎风坡上升，由于动力冷却而成云致雨迫沿迎风坡上升，由于动力冷却而成云致雨 特点：特点：因空气本身温湿特性，运行速度以及地形特点而异因空气本身温湿特性，运行速度以及地形特点而异，差别较大，差别较大 2022-9-26n(3)(3)锋面

38、雨锋面雨锋面：锋面：两个温湿特性不同的气团相遇时，在其接触区由两个温湿特性不同的气团相遇时，在其接触区由于性质不同来不及混合而形成一个不连续面于性质不同来不及混合而形成一个不连续面锋面雨：锋面雨：锋面活动产生的降雨锋面活动产生的降雨 冷锋：雨强大，历时较短，雨区较小冷锋：雨强大，历时较短，雨区较小锢囚锋：降水量增加，雨区扩大锢囚锋：降水量增加，雨区扩大暖锋：雨强小，历时较长，雨区大暖锋：雨强小，历时较长，雨区大静止锋：雨强小，历时长，最长可达静止锋：雨强小，历时长，最长可达30d，雨区大，雨区大2022-9-26n（4 4）气旋雨）气旋雨气旋：气旋：中心气压低于四周的大气旋涡中心气压低于四周的

39、大气旋涡气旋雨：气旋雨：在北半球，气旋内的空气做逆时针旋转，并向在北半球，气旋内的空气做逆时针旋转，并向中心辐合，引起大规模的上升运动，水汽因动力冷却中心辐合，引起大规模的上升运动，水汽因动力冷却而致雨而致雨分类：分类：按热力学性质可分为温带气旋（雨）和热带气旋按热力学性质可分为温带气旋（雨）和热带气旋（雨）两类（雨）两类 2022-9-26温带气旋雨温带气旋雨 温带地区的气旋多由锋面波动产生，称为锋面气旋温带地区的气旋多由锋面波动产生，称为锋面气旋;气旋气旋前方前方是暖锋云系及伴随的连续性降水天气是暖锋云系及伴随的连续性降水天气 气旋气旋后方后方是狭窄的冷锋云系和降水天气是狭窄的冷锋云系和降

40、水天气 气旋气旋中部中部是暖气团天气，有层云或毛毛雨是暖气团天气，有层云或毛毛雨 2022-9-26热带气旋雨热带气旋雨热带气旋：发生在低纬度海洋上的气旋性旋涡热带气旋：发生在低纬度海洋上的气旋性旋涡气旋分类：气旋分类：根据风速大小，将其分为根据风速大小，将其分为4类：类：68级为热带低压；级为热带低压；89级为热带风暴；级为热带风暴；1011级为强热带风暴；级为强热带风暴；大于大于12级为台风级为台风台风：大暴雨，雨强很大，分布不均台风：大暴雨，雨强很大，分布不均 台风登陆后受地形和冷空气影响，形成狂风暴雨台风登陆后受地形和冷空气影响，形成狂风暴雨2022-9-2620052005年年8 8

41、月月8 8日台风日台风“麦莎麦莎”2022-9-262022-9-26n降水量可采用器测法、雷达探测或利用气象卫星云图降水量可采用器测法、雷达探测或利用气象卫星云图估算。估算。n器测法器测法2022-9-26n器测法器测法2022-9-26n器测法器测法2022-9-26n雷达探测雷达探测 气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象来气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象来发现目标发现目标降雨云层。降雨云层。用于水文方面的雷达，有效范围一般是用于水文方面的雷达，有效范围一般是40200km。2022-9-26n气象卫星云图气象卫星云图 已引入人机交互系统，自动进行数据采集、云图识已引入

42、人机交互系统，自动进行数据采集、云图识别、降雨量计算、雨区移动预测等工作。别、降雨量计算、雨区移动预测等工作。2022-9-26n年降水量的地理分布年降水量的地理分布总体特点：东南多雨、西北干旱总体特点：东南多雨、西北干旱 降水量由东南沿海向西北内陆逐渐递减降水量由东南沿海向西北内陆逐渐递减 全国多年平均降水量全国多年平均降水量648 mm 全球陆面平均降水量全球陆面平均降水量800mm 亚洲陆面平均降水量亚洲陆面平均降水量740mm 按年降水量的多少，全国大致可分为按年降水量的多少，全国大致可分为5个区。个区。2022-9-26分区分区年均降水量年均降水量(mm)年均降年均降水日数水日数地区

43、地区多雨区多雨区超过超过1600160d以上以上广东、海南、福建、台湾、浙江大部、广西东广东、海南、福建、台湾、浙江大部、广西东部、云南西南部、西藏东南部、江西和湖南山部、云南西南部、西藏东南部、江西和湖南山区、四川西部山区区、四川西部山区湿润区湿润区8001600120160d秦岭秦岭淮河以南的长江中下游地区、云南、贵淮河以南的长江中下游地区、云南、贵州、四川和广西大部分地区州、四川和广西大部分地区半湿润半湿润区区40080080100d华北平原、东北、山西、陕西大部、甘肃、青华北平原、东北、山西、陕西大部、甘肃、青海东南部、新疆北部、四川西北和西藏东部海东南部、新疆北部、四川西北和西藏东部

44、半干旱半干旱区区2004006080d东北西部、内蒙、宁夏、甘肃大部、新疆西部东北西部、内蒙、宁夏、甘肃大部、新疆西部干旱区干旱区低于低于200低于低于60d内蒙、宁夏、甘肃沙漠区、青海柴达木盆地、内蒙、宁夏、甘肃沙漠区、青海柴达木盆地、新疆塔里木盆地和准噶尔盆地、藏北羌塘地区新疆塔里木盆地和准噶尔盆地、藏北羌塘地区9/26/2022602022-9-26n降水量的年内分配降水量的年内分配 我国大部分地区降水的季节分配不均匀我国大部分地区降水的季节分配不均匀 长江以南地区，雨季较长，多雨期为长江以南地区，雨季较长，多雨期为36月或月或47月。月。正常年份，最大正常年份，最大4个月雨量约占全年的

45、个月雨量约占全年的50%60%。华北和东北地区，雨季为华北和东北地区，雨季为69月，正常年份，最大月，正常年份，最大4个个月雨量约占全年的月雨量约占全年的70%80%，其中华北雨季最短，大部分，其中华北雨季最短，大部分降雨集中在降雨集中在78月。月。西南地区一般西南地区一般510月为雨季，月为雨季，114月为旱季。四川、月为旱季。四川、云南和青藏高原东部，云南和青藏高原东部，69月降水量占全年的月降水量占全年的70%80%，冬季则不到冬季则不到5%。新疆西部终年在西风气流控制下，降水量。新疆西部终年在西风气流控制下，降水量不大，但四季分配较均匀。不大，但四季分配较均匀。台湾的东北端，受东北季风

46、的影响，冬季降水量约占台湾的东北端，受东北季风的影响，冬季降水量约占全年的全年的30%，是我国降水量年内分配较均匀的地区。，是我国降水量年内分配较均匀的地区。2022-9-26n降水量的年际变化降水量的年际变化 我国降水量年际间变化很大，且常有连续几年降水我国降水量年际间变化很大，且常有连续几年降水量偏多或连续几年降水量偏少的现象。量偏多或连续几年降水量偏少的现象。年降水量越小的地区，年际变化越大。年降水量越小的地区，年际变化越大。以历年年降水量最大值与最小值之比值以历年年降水量最大值与最小值之比值K 来表示年来表示年际变化，西北地区际变化，西北地区K可达可达8以上；华北为以上；华北为36；东

47、北为；东北为34；南方为；南方为23，个别地方可达，个别地方可达4；西南最小，一般在；西南最小，一般在2以下。以下。2022-9-26n主要内容主要内容 包气带与饱和带包气带与饱和带 土壤水土壤水 下渗下渗 地下水地下水n学习要求学习要求 了解土壤水的存在形式与分布；掌握下渗的基本概了解土壤水的存在形式与分布；掌握下渗的基本概念与计算方法念与计算方法2022-9-26n降雨落到地表之后，一部分渗入土壤中，另一部分形降雨落到地表之后，一部分渗入土壤中，另一部分形成地表水，直接汇入河流。渗入土层的水量，一部分成地表水，直接汇入河流。渗入土层的水量，一部分被土壤吸收成为土壤水，而后通过蒸发返回大气，

48、另被土壤吸收成为土壤水，而后通过蒸发返回大气，另一部分渗入地下补给地下水，再以地下径流的形式进一部分渗入地下补给地下水，再以地下径流的形式进入河流。入河流。n下渗和土壤水的运动影响径流的形成过程，本节着重下渗和土壤水的运动影响径流的形成过程，本节着重阐述土壤水、下渗的形成、储存、运动等概念。阐述土壤水、下渗的形成、储存、运动等概念。2022-9-26 以地下水面为界，地表土层可分以地下水面为界，地表土层可分为两个不同的含水带：为两个不同的含水带：n包气带包气带 定义：地下水面以上，土壤含水定义：地下水面以上，土壤含水量未达饱和，是土壤颗粒、水分和量未达饱和，是土壤颗粒、水分和空气同时存在的三相

49、系统。空气同时存在的三相系统。n饱和带饱和带 定义：在地下水面以下，土壤处定义：在地下水面以下，土壤处于饱和含水状态，是土壤颗粒和水于饱和含水状态，是土壤颗粒和水分组成的二相系统分组成的二相系统。2022-9-261 1 定义及研究意义定义及研究意义 水文学中一般将水文学中一般将包气带中吸附于土粒和存在于土壤空隙包气带中吸附于土粒和存在于土壤空隙中的水分称为土壤水中的水分称为土壤水，而将饱和带中的水称为地下水，包括，而将饱和带中的水称为地下水，包括潜水和承压水。潜水和承压水。包气带的上界直接与大气接触，既是大气降水的承受面包气带的上界直接与大气接触，既是大气降水的承受面，又是土壤蒸散发水分的逸

50、出面。因此，又是土壤蒸散发水分的逸出面。因此包气带是土壤水分剧包气带是土壤水分剧烈变化的土壤带烈变化的土壤带。土壤含水量的大小直接影响到蒸发和下渗。土壤含水量的大小直接影响到蒸发和下渗的大小，并决定了降雨量中产生径流的比例，它把降雨、下的大小，并决定了降雨量中产生径流的比例，它把降雨、下渗、蒸发和径流等水文要素在径流形成过程中有机的联系起渗、蒸发和径流等水文要素在径流形成过程中有机的联系起来。因此，来。因此，研究土壤水的运动与变化，对认识水文现象有重研究土壤水的运动与变化，对认识水文现象有重要的意义要的意义。2022-9-262 2 土壤水分的存在形式土壤水分的存在形式 当水分进入土壤后，在分