水文学原理第4章课件.ppt

1、第四章第四章 降水降水 与与 降水截留降水截留内内 容容下垫面下垫面大气层的下界与地球表面的接触面，严格来说是一个接大气层的下界与地球表面的接触面，严格来说是一个接触带触带大气层的下界垫在地球的一个表面上：因之，称为下垫大气层的下界垫在地球的一个表面上：因之，称为下垫面面森林、草地、农田、湿地、冰川积雪、荒漠森林、草地、农田、湿地、冰川积雪、荒漠为何先讲降雨为何先讲降雨是水循环是水循环各个环节各个环节的开始的开始灌溉发电灌溉发电水资源水资源河床中有持续不断的流水河床中有持续不断的流水降水降水洪水洪水 降雨降雨干旱干旱持久无降雨持久无降雨次生地质灾害次生地质灾害泥石流、滑坡泥石流、滑坡降雨诱因降

2、雨诱因水文模型的运转水文模型的运转降雨是驱动变量之一降雨是驱动变量之一降水问题降水问题1.驱动水文模型运行，区域水资源状况、评价的基础驱动水文模型运行，区域水资源状况、评价的基础2.降水形态降水形态？3.研究区降水特征研究区降水特征、降水的时空分布、降水的时空分布?4.观测的降水数据观测的降水数据是否有误差是否有误差?5.降水数据降水数据完整性及代表性完整性及代表性，降水数据，降水数据是否经得起检验，是否经得起检验，是否可用是否可用?6.降水数据降水数据序列长短序列长短？7.水文模型中如何处理降水截留？水文模型中如何处理降水截留？水循环过程水循环过程蒸发蒸发蒸散发蒸散发蒸散发蒸散发t降水降水截

3、留截留洼蓄洼蓄下渗下渗地表径流地表径流壤中流壤中流地下水流地下水流深层地下水深层地下水河道汇流河道汇流流量历时曲线流量历时曲线水文模型 P=R+ET+STR =ET =ST =径流(地表径流.地下径流、融雪径流等)蒸散发（降水截留蒸发、土壤、蒸腾等）储存（土内储存，下渗等）降水是水文模型的驱动与输入P =降水 Pn =净降水 I =降水截留损失 ET=蒸散发 Si =表面径流流入量 So =表面径流流出量 G i =地下径流流入量 Go =地下径流流出量 T =潮水涌入涌出量 V =流域储水量的变化 t =时间降水过程中土壤含水量、温度的变化降水过程降水过程土壤含水量变化土壤含水量变化土壤温度

4、变化土壤温度变化降水截留降水截留第四章第四章 降水降水 降水定义降水定义降水成因降水成因降水要素降水要素降水图示降水图示降水观测降水观测影响因素影响因素时空分布时空分布降水误差降水误差降水计算降水计算降水变化降水变化降水截留降水截留降水定义、类型、降水在水循环与水量平衡中的作用降水定义、类型、降水在水循环与水量平衡中的作用对流型、锋面型、地形雨、气旋雨对流型、锋面型、地形雨、气旋雨历时、强度、面积、次降水，有效降雨、初期雨量、降雨损失历时、强度、面积、次降水，有效降雨、初期雨量、降雨损失过程曲线、累积曲线、强度历时曲线、深度面积历时曲线过程曲线、累积曲线、强度历时曲线、深度面积历时曲线记录式与

5、非记录式记录式与非记录式纬度、海拔高程、风、地形、离水源远近纬度、海拔高程、风、地形、离水源远近等雨量线（绘制水文特征的等值线等雨量线（绘制水文特征的等值线-地理综合法）地理综合法）误差修正，降水随海拔的变化规律，降水形态的判别误差修正，降水随海拔的变化规律，降水形态的判别算术平均法，加权平均法，泰森多边形法，客观运行法算术平均法，加权平均法，泰森多边形法，客观运行法降水区域变化趋势降水区域变化趋势植被对降水的截留过程的描述及计算植被对降水的截留过程的描述及计算学习要求学习要求了解了解 降水成因、类型降水成因、类型掌握掌握 降水基本要素特征值及其概念降水基本要素特征值及其概念了解了解 降水观测

6、方法、误差修正降水观测方法、误差修正了解了解 降水形态判别方法降水形态判别方法了解了解 影响流域降水分布的因素影响流域降水分布的因素掌握掌握 计算面降水量的方法计算面降水量的方法 雨雨rain 雪雪snow 霰霰xin sleet 雹雹 hail高空的高空的水汽水汽因气温降低因气温降低凝结后，凝结后，由汽态转为液态或固态，由汽态转为液态或固态，从云中降落（从云中降落（或从空气中沉降或从空气中沉降）到到地面的现象。地面的现象。降水降水 Precipitation降降 水水降水形态降水形态降水（降水（Precipitation）降雨（降雨（Rainfall）降雪（降雪（snowfall）水平降水水

7、平降水（horizontal precipitation）降雨、降雪、水平降水降雨、降雪、水平降水大气中的水汽因气温降低，使得未饱和的水汽趋于饱和，由汽态转为液态的凝结、下落过程。降雨降雨大气中水汽因气温降低，使得未饱和的水汽趋于饱和，而由汽态转为复杂固态冰晶体的凝结与下落过程。大气中的水汽以露、霜的形式凝结到地表附近降雪降雪水平降水水平降水降水类型（气象）降水类型（气象）降降 水水 类类 型型主主 要要 特特 征征典典 型型 数数 量量露露d de ew w一一 般般 夜夜 间间 发发 生生，主主 要要 发发 生生 在在 植植 物物 表表 面面0 0.1 1-1 1.0 0毫毫 米米/晚晚雾

8、雾 滴滴f fo og g d dr ri ip p水水 滴滴 直直 径径 在在 0 0.0 00 01 1-0 0.2 2m mm m之之 间间。32.7 6 8 8-9 10 11 12 分分类类 热带低气压(Tropical low atmosphere pressure)热带风暴(Storm)强热带风暴(Strong strom)台风(typhoon)影响降水量及其空间分布的因素影响降水量及其空间分布的因素1.地理位置地理位置2.气旋、台风路径气旋、台风路径3.地形地形4.森林森林5.水体水体6.人类活动人类活动影响降水区域分布的因素影响降水区域分布的因素1.纬度：纬度：大气环流的关系

9、，纬度越高，雨量越少大气环流的关系，纬度越高，雨量越少2.高程：高程：一般海拔越高，雨量越多。一般海拔越高，雨量越多。但达到某一高程后但达到某一高程后 雨量有下降趋势。雨量有下降趋势。3.风：风：风可携带大量水气，台风常带来豪雨。风可携带大量水气，台风常带来豪雨。4.地形地形:迎风面降雨量较大，背风面降雨量少。迎风面降雨量较大，背风面降雨量少。5.水源距离：水源距离：一般靠近海洋湖泊，降雨量越大。一般靠近海洋湖泊，降雨量越大。6.植被覆盖：植被覆盖：森林森林降水观测降水观测1.常规传统的观测得到的是常规传统的观测得到的是点降水量点降水量2.点降水量的点降水量的时空变化差异很大时空变化差异很大3

10、.如何计算面平均降水量如何计算面平均降水量4.雨量站网络站点的覆盖程度雨量站网络站点的覆盖程度5.现代现代水情自动测报水情自动测报如何获得雨量站点数据如何获得雨量站点数据6.如何处理站点降水资料如何处理站点降水资料7.直接测算区域降水量的方法直接测算区域降水量的方法现代水情自动测报现代水情自动测报翻斗上的磁铁通过恒定磁场时，产生电动势翻斗上的磁铁通过恒定磁场时，产生电动势降水量观测仪器降水量观测仪器1.非记录式(值班气象站手工操作)圆柱状容器类2.记录式（仪器自记）称重式(不常用,误差大)虹吸式(标准气象站具备)翻斗式(野外遥测)3.雷达测雨(气象局)4.卫星云图与遥感持续供电？持续供电？自记

11、式雨量计自记式雨量计：倾倒式、称重式、浮标示：倾倒式、称重式、浮标示(虹吸式虹吸式)倾倒式倾倒式：含有两小倾到器，装置如跷跷板状，一高一低，含有两小倾到器，装置如跷跷板状，一高一低，当雨水经集雨器流入较高倾倒器并注满时当雨水经集雨器流入较高倾倒器并注满时(0.5 或或1mm)，倾倒器落下排出雨水，并接通电路记录一次。倾倒器落下排出雨水，并接通电路记录一次。缺点缺点：(a)雨量小于雨量小于0.5 或或1mm 时，无法排出；时，无法排出；(b)记录为断续式，时间无法准确求出。记录为断续式，时间无法准确求出。优点：优点：(a)不需人工，可长期收集；不需人工，可长期收集；(b)较不会遗漏数据及发生故障

12、。较不会遗漏数据及发生故障。称重式称重式水筒下装有磅秤，其增加之重量记录于纸上。水筒下装有磅秤，其增加之重量记录于纸上。虹吸式虹吸式雨水进入储水室中，雨水进入储水室中，浮标随雨水增加而浮起，并记录于纸张，浮标随雨水增加而浮起，并记录于纸张，当水深达当水深达20mm(或或25、50mm)时，时，由于虹吸作用，雨水将全被排出，重新开始。由于虹吸作用，雨水将全被排出，重新开始。低温时筒内易结冰，无法观测低温时筒内易结冰，无法观测。遥测自记雨量计遥测自记雨量计内部构造属于倾倒式，但装有无线电收发装置，可以内部构造属于倾倒式，但装有无线电收发装置，可以实时传送资料，目前台湾气象局气象站大都采用此类。实时

13、传送资料，目前台湾气象局气象站大都采用此类。昨日昨日8:00至当日至当日8:00内的时段内内的时段内 记录的总降水量为当日降水量，记录的总降水量为当日降水量，定时观测记录。定时观测记录。大口径、容量大大口径、容量大 防蒸发、加热系统观测降雪防蒸发、加热系统观测降雪 20cm雨量器、雨量器、日降水量？日降水量？时段总降时段总降(雪雪)雨量雨量 CR2R融雪型雨量计 持续供电加热持续供电加热虹吸式雨量器（虹吸式雨量器（承水口内径承水口内径 20cm）可连续记录降雨量、降水开始结束时间，可计算降水强度。可连续记录降雨量、降水开始结束时间，可计算降水强度。一般日记或月记，定期更换记录纸。一般日记或月记

14、，定期更换记录纸。自记钟上满弦连续工作时间不短于自记钟上满弦连续工作时间不短于3636小时，小时，2424小时内任意时刻走时误差不超过小时内任意时刻走时误差不超过 5 5分钟。分钟。降水强度记录范围降水强度记录范围 0.010.014mm/min 4mm/min 自记纸上雨量最小分度自记纸上雨量最小分度 0.1mm 0.1mm 时间最小分度时间最小分度 10min 10min 雨水进入储水室，浮标随雨水增加浮起，并记录在纸张，雨水进入储水室，浮标随雨水增加浮起，并记录在纸张，当水深达当水深达20mm左右，虹吸作用下雨水将全被排出，重新左右，虹吸作用下雨水将全被排出，重新开始。开始。低温时筒内易

15、结冰，无法观测低温时筒内易结冰，无法观测。不同国家，其常用降水量器口径与材料不一致不同国家，其常用降水量器口径与材料不一致雷达雨量计降水观测降水观测国家气象局气象卫星遥感中心国家气象局气象卫星遥感中心雷达雨量计：雷达雨量计：利用电磁波反射来观测降雨。利用电磁波反射来观测降雨。优点：优点：a.能观测能观测区域雨量区域雨量 b.能观测能观测短期雨量短期雨量(暴雨暴雨)c.可以可以追踪云雾追踪云雾移动移动 缺点：缺点：电磁波电磁波反射值有误差反射值有误差降水观测降水观测国家气象局气象卫星遥感中心国家气象局气象卫星遥感中心卫星云图遥感观测:借借地球同步卫星遥感地球同步卫星遥感获得的获得的云层照片云层照

16、片 推估推估 云层厚度、移动趋势、云层厚度、移动趋势、分布范围、温度等。分布范围、温度等。可可预测大范围面积降雨情况和雨强预测大范围面积降雨情况和雨强。雨量器设置场所的选择雨量器设置场所的选择避免强风避免强风吹袭。吹袭。避免有避免有上升气流的地带上升气流的地带半径半径50m 内为内为开旷地开旷地考虑通信、维护方便考虑通信、维护方便考虑考虑地形、高程因素，具有代表性地形、高程因素，具有代表性避免避免设置于设置于屋顶、山脊屋顶、山脊山地海拔变化对降水量的影响山地海拔变化对降水量的影响山地最大降水量海拔高度带山地最大降水量海拔高度带降水作为输入降水作为输入水文中对降水数据处理水文中对降水数据处理 一

17、般通常一般通常进行前处理进行前处理“pre-processed”降水时空分布均匀的期望是不可能的降水时空分布均匀的期望是不可能的降水观测的系统误差与校正降水观测的系统误差与校正蒸发损失蒸发损失：一般偏低：一般偏低 4左右。左右。湿润损失湿润损失：偏低：偏低 215。喷溅误差喷溅误差：雨滴喷溅损失，误差：雨滴喷溅损失，误差-2 2左右左右动力损失动力损失：风的湍流造成雨量测值偏低：风的湍流造成雨量测值偏低 210。降水资料的合理性分析途经降水资料的合理性分析途经1.用等雨量线图来用等雨量线图来审查审查个别站个别站雨量资料雨量资料2.从降水类型、性质、地形来分析从降水类型、性质、地形来分析3.利用

18、利用相邻站的雨量、雨强、历时做对比分析相邻站的雨量、雨强、历时做对比分析4.利用利用双累计曲线分析技术双累计曲线分析技术，对测站的对测站的不一致性不一致性进行判别和校正进行判别和校正双累积曲线法双累积曲线法双累积曲线法校正降水数据双累积曲线法校正降水数据适用条件 校正测站与相邻的雨量站具有相似的水文环境，校正测站的累积平均雨量 与四周测站的累积平均雨量成线性关系。注意事项：a.适宜长时间，如年雨量、季雨量的校正，不适用日雨量及短时间暴雨的校正；b.连续5 年以上的记录发生偏斜需要校正，否则不必加以校正。降水形态的判别降水形态的判别Tmin 降雪临界气温（-1.1），低于这个值，降水为降雪Tma

19、x降雨临界气温（3.3 ），高于这个值，降水为降雨在两个临界温度间，降水形态是既有降雨又有降雪在两个临界温度间，降水形态是既有降雨又有降雪1.Ps=P 当有Ta Tmin ，Pr=02.Ps=(Tmax-Ta)/(Tmax-Tmin)P 当Tmin Ta 5.9mm/h5.9mm/hBy 温远光温远光 刘世荣刘世荣林冠截留与降水量林冠截留与降水量苏北海堤防护林冠层截留降水特性研究，张金池苏北海堤防护林冠层截留降水特性研究，张金池降水截留的计算与处理降水截留的计算与处理降水截留计算至今在很大程度上，基本上利用观测数据进行统计回归分析。通过验证具体降水事件而建立的Gash模型，Rutter模型还不能应用到流域水文模型中。通过典型样地观测到的点降水截留分析立地地尺度的降水截留规律，另一方面集中在降水淋溶水的化学与营养成分研究。水文模型中，一般用基于最大截留量控制的，单位叶面指数为乘积因子的线性关系来计算降水截留。