工程水文學(xué) 第二章水循環(huán)及徑流形成ppt課件

1、第二章第二章 水循環(huán)及徑流形成水循環(huán)及徑流形成第一節(jié)第一節(jié) 水循環(huán)及水量平衡水循環(huán)及水量平衡 1、 水循環(huán)水循環(huán)水受太陽輻射蒸發(fā)成水汽，上升、保送、冷卻、凝結(jié)，水受太陽輻射蒸發(fā)成水汽，上升、保送、冷卻、凝結(jié)，在一定條件下降落到地面，這種周而復(fù)始的，連續(xù)不穩(wěn)定的過程，稱在一定條件下降落到地面，這種周而復(fù)始的，連續(xù)不穩(wěn)定的過程，稱為水循環(huán)。為水循環(huán)。 一、水循環(huán)一、水循環(huán)水是一種再生性資源。它的再生性是由它的循環(huán)性決定的。水是一種再生性資源。它的再生性是由它的循環(huán)性決定的。 地球表面上的水 蒸發(fā) 凝結(jié) 降水 適宜條件太陽輻射太陽輻射水汽輸送水汽輸送降水降水P蒸發(fā)蒸發(fā)E地地表表徑徑流流RSEP陸地陸

2、地基巖基巖下滲下滲F海洋海洋包氣帶包氣帶地下徑流地下徑流Rg壤中流壤中流RSS蒸騰蒸騰ETCOPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平2、形成水循環(huán)的原因：、形成水循環(huán)的原因：內(nèi)因：水的內(nèi)因：水的“三態(tài)轉(zhuǎn)化，即汽態(tài)、液態(tài)、固態(tài)轉(zhuǎn)化三態(tài)轉(zhuǎn)化，即汽態(tài)、液態(tài)、固態(tài)轉(zhuǎn)化 外因：太陽輻射和地心引力。外因：太陽輻射和地心引力。3、水循環(huán)的要素：蒸發(fā)、降水、下滲、徑流、水循環(huán)的要素：蒸發(fā)、降水、下滲、徑流 4、水文循環(huán)分類：按規(guī)模可分為：大循環(huán)和小循環(huán)、水文循環(huán)分類：按規(guī)?？煞譃椋捍笱h(huán)和小循環(huán) 大循環(huán)：海洋大循環(huán)：海洋大氣大氣大陸大陸海洋縱向海洋縱向+橫向）橫向） 小循環(huán)：海洋小循環(huán)：海洋大氣大氣海洋海洋小循環(huán)

3、）海洋海洋小循環(huán)） 大陸大陸大氣大氣大陸內(nèi)陸小循環(huán)）大陸內(nèi)陸小循環(huán)） 因?yàn)閮?nèi)陸遠(yuǎn)離海洋，直接接受海洋輸送的水汽不多，但借助于因?yàn)閮?nèi)陸遠(yuǎn)離海洋，直接接受海洋輸送的水汽不多，但借助于內(nèi)陸局部地區(qū)的小循環(huán)可使水汽隨氣流向內(nèi)陸輸送，依次循環(huán)，但內(nèi)陸局部地區(qū)的小循環(huán)可使水汽隨氣流向內(nèi)陸輸送，依次循環(huán)，但愈向內(nèi)陸，水汽愈少，這就是沿海濕潤、內(nèi)陸干旱的原因。愈向內(nèi)陸，水汽愈少，這就是沿海濕潤、內(nèi)陸干旱的原因。5、 影響水循環(huán)的因素：影響水循環(huán)的因素： 天天天氣及氣候；天氣及氣候； 地地地形因素、下墊面條件；地形因素、下墊面條件； 人人人為影響；人為影響；COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平降水降水P蒸發(fā)蒸

4、發(fā)E地地表表徑徑流流RSEP陸地陸地基巖基巖下滲下滲F海洋海洋包氣帶包氣帶地下徑流地下徑流Rg壤中流壤中流RSS蒸騰蒸騰ETCOPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平二、水量平衡二、水量平衡1、水量平衡原理：在某一區(qū)域、水量平衡原理：在某一區(qū)域 ，某一時段內(nèi)，流入該區(qū)域的，某一時段內(nèi)，流入該區(qū)域的 水量等于流出該區(qū)域的水量與該區(qū)域蓄量變化之和。水量等于流出該區(qū)域的水量與該區(qū)域蓄量變化之和。即：即：SOItt出入,2、水量平衡原理應(yīng)用：可以對任一區(qū)域、水量平衡原理應(yīng)用：可以對任一區(qū)域 的任一時段內(nèi)，進(jìn)行的任一時段內(nèi)，進(jìn)行水量水量 平衡計(jì)算。平衡計(jì)算。 地地EP陸陸入海陸陸SREP陸地：陸地：海陸入海

5、海海SREP海洋：海洋：海陸陸入海陸入海海陸海陸SSRREEPP地球：地球：0S對多年平均而言：對多年平均而言：地地地SEP 即：例：以地球?yàn)槔?，求地球多年平均的水量平衡方程。COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平第二節(jié)第二節(jié) 河流與流域河流與流域一、河流一、河流 2、河流的斷面、河流的斷面橫斷面縱斷面河流的斷面1、河流的長度及分段、河流的長度及分段（1 1河流河流接納地面水和地下水的天然泄水道，是水循環(huán)的路接納地面水和地下水的天然泄水道，是水循環(huán)的路徑之一。徑之一。（2 2河長河長自河源沿河道溪線中泓線至河口的曲線自河源沿河道溪線中泓線至河口的曲線長度。長度。（3 3分段分段一條發(fā)育完整的河

6、流一般可以分為五段：河源、上一條發(fā)育完整的河流一般可以分為五段：河源、上游、游、 中游、下游、河口。中游、下游、河口。復(fù)式斷面單式斷面 3 3、河流的比降、河流的比降 河流橫比降河流縱比降COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平0Z單式斷面單式斷面枯水位枯水位洪水位洪水位復(fù)式斷面復(fù)式斷面枯水位枯水位洪水位洪水位灘地灘地灘地灘地ZLL4Z4l3l2l1l1Z2Z3ZABCLZLZZJ21 當(dāng)河段縱斷面或水面近似于直線時，縱比降可以用下式計(jì)算：當(dāng)河段縱斷面或水面近似于直線時，縱比降可以用下式計(jì)算：COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平 二、河系水系）二、河系水系） 1、河系水系）：干流與它的全部支流

7、一起構(gòu)成脈絡(luò)相通的泄水系統(tǒng)，、河系水系）：干流與它的全部支流一起構(gòu)成脈絡(luò)相通的泄水系統(tǒng)， 這個系統(tǒng)就稱為河系或水系）。水系的名稱一般以其干流這個系統(tǒng)就稱為河系或水系）。水系的名稱一般以其干流 名稱來命名。例如長江水系流域）、淮河水系流域）名稱來命名。例如長江水系流域）、淮河水系流域）（1 1扇形水系河系）：分布形如扇骨狀，如海河。扇形水系河系）：分布形如扇骨狀，如海河。（3 3平行狀河系：幾條支流并行排列，到靠近河口處始行匯合，如淮河。平行狀河系：幾條支流并行排列，到靠近河口處始行匯合，如淮河。（4 4混合形河系：大河流大多包括上面二、三種形式的混合排列，如長江。混合形河系：大河流大多包括上面

8、二、三種形式的混合排列，如長江。 2、水系形狀、水系形狀（2 2羽毛形河系：形如羽毛狀，如灤河。羽毛形河系：形如羽毛狀，如灤河。三、流域 1、 流域：是指河流某一控制斷面以上匯集地面水和地下水的區(qū)域。流域：是指河流某一控制斷面以上匯集地面水和地下水的區(qū)域。 2、流域分水線：實(shí)際上就是指與相鄰流域的分界線，是分水線或、流域分水線：實(shí)際上就是指與相鄰流域的分界線，是分水線或分水嶺。分水嶺。 COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平地下分水線地面分水線分水線。線與地下分水線不一致非閉合流域：地面分水與地下分水線一致。閉合流域：地面分水線流域3、流域的幾何特征：包括流域面積、流域長度、流域的平均寬度、流

9、域的幾何特征：包括流域面積、流域長度、流域的平均寬度、 流域形狀系數(shù)等。流域形狀系數(shù)等。第三節(jié)第三節(jié) 降水降水Precipitation） 1、降水的成因及分類、降水的成因及分類 （1 1成因：成云致雨成因：成云致雨 成云：充足的水汽。成云：充足的水汽。 致雨：致雨：1 1有足夠的凝結(jié)核；有足夠的凝結(jié)核； 2 2有使水汽凝結(jié)有使水汽凝結(jié)的溫度。的溫度。 緣由：蒸發(fā)的水汽隨空氣上升，膨脹作功，放熱，氣團(tuán)緣由：蒸發(fā)的水汽隨空氣上升，膨脹作功，放熱，氣團(tuán)降溫，水汽凝結(jié)，碰撞合并增大，上升氣流不能頂托，下落。降溫，水汽凝結(jié)，碰撞合并增大，上升氣流不能頂托，下落。 COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平

10、降水：空氣中水汽含量降水：空氣中水汽含量量大小量大小 空氣上升速度空氣上升速度強(qiáng)度大小強(qiáng)度大小常識：降水包括：雨、雪、雹、霰。常識：降水包括：雨、雪、雹、霰。 霜、露、霧不屬降水范疇，是近地表的凝結(jié)物。霜、露、霧不屬降水范疇，是近地表的凝結(jié)物。（2 2降雨分類降雨分類1按成因分類：按成因分類： A、地形雨、地形雨B、鋒面雨、鋒面雨冷鋒雨暖鋒雨靜止鋒雨固囚鋒雨）地形雨COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平地面地面C、對流雨、對流雨D、 氣旋雨臺風(fēng)雨）氣旋雨臺風(fēng)雨）陸地輻合上升陸地輻合上升形成于熱帶海洋的輻形成于熱帶海洋的輻合上升，向大陸漂移合上升，向大陸漂移2特點(diǎn)特點(diǎn) 雨雨 型型 原原 因因 特

11、特 點(diǎn)點(diǎn) 鋒鋒 面面冷冷冷氣團(tuán)擠暖，暖抬升，動力冷卻冷氣團(tuán)擠暖，暖抬升，動力冷卻鋒后降雨，強(qiáng)度大，歷時短，雨區(qū)小鋒后降雨，強(qiáng)度大，歷時短，雨區(qū)小 暖暖暖氣團(tuán)擠冷，暖抬升，動力冷卻暖氣團(tuán)擠冷，暖抬升，動力冷卻鋒前降雨，強(qiáng)度小，歷時長，雨區(qū)大鋒前降雨，強(qiáng)度小，歷時長，雨區(qū)大靜止靜止冷暖氣團(tuán)相當(dāng)，暖抬升，動力冷卻冷暖氣團(tuán)相當(dāng)，暖抬升，動力冷卻鋒兩側(cè)降雨，歷時非常長鋒兩側(cè)降雨，歷時非常長對流雨對流雨近地面空氣受熱上升，上、下層空氣對流近地面空氣受熱上升，上、下層空氣對流強(qiáng)度大，歷時短，面積小，界限分明，雷電強(qiáng)度大，歷時短，面積小，界限分明，雷電地形面地形面運(yùn)動的暖氣團(tuán)遇地形，滑升運(yùn)動的暖氣團(tuán)遇地形，滑

12、升迎風(fēng)坡，強(qiáng)度大，面積小迎風(fēng)坡，強(qiáng)度大，面積小氣旋雨氣旋雨中間氣壓低，四周空氣向中間輻合上升。熱中間氣壓低，四周空氣向中間輻合上升。熱帶氣旋（臺風(fēng)）帶氣旋（臺風(fēng)）強(qiáng)度大，雨量大，危害大，范圍大強(qiáng)度大，雨量大，危害大，范圍大COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平 2按日降雨量大小分類按日降雨量大小分類 日降雨：日降雨：250.0mm 特大暴雨特大暴雨 2、降水的觀測、降水的觀測（1日分界：日分界： 8:00 8：00； 四段制、八段制等四段制、八段制等（2降雨量：降雨的深度，單位標(biāo)準(zhǔn)降雨量：降雨的深度，單位標(biāo)準(zhǔn)0.1mm（3雨量計(jì)：人工雨量計(jì)，自計(jì)雨量虹吸式、翻斗式）雨量計(jì)：人工雨量計(jì)，自計(jì)雨量

13、虹吸式、翻斗式）COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平 3、面平均降水量計(jì)算、面平均降水量計(jì)算（1算術(shù)平均法：同一時段內(nèi)觀測的降水量用算術(shù)平均法求得算術(shù)平均法：同一時段內(nèi)觀測的降水量用算術(shù)平均法求得平均降雨量。平均降雨量。 公式：公式： iPnP1（2泰森多邊形法加權(quán)平均法）：假定流域各處降水有距離泰森多邊形法加權(quán)平均法）：假定流域各處降水有距離最近的雨量站代表。（關(guān)鍵：繪制多邊形）。公式：最近的雨量站代表。（關(guān)鍵：繪制多邊形）。公式：iifPFP1（3等雨深淺法也是加權(quán)平均法）等雨深淺法也是加權(quán)平均法） 關(guān)鍵：繪制等雨量線。量相鄰等雨量線之間的面積。公式：關(guān)鍵：繪制等雨量線。量相鄰等雨量線之

14、間的面積。公式：iifPFP1面平均雨量計(jì)算示意面平均雨量計(jì)算示意COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平 4、一場降雨的表示、一場降雨的表示三種計(jì)算方法之間的比較，見下表：三種計(jì)算方法之間的比較，見下表：方法方法公式公式適用條件與優(yōu)缺點(diǎn)適用條件與優(yōu)缺點(diǎn)算術(shù)平均法算術(shù)平均法站多，且分布均勻；站多，且分布均勻；地理?xiàng)l件變化不大；地理?xiàng)l件變化不大；降雨分布均勻。降雨分布均勻。泰森多邊形法泰森多邊形法 （Taison）雨量分布均勻；雨量分布均勻；精度優(yōu)于算術(shù)平均法；精度優(yōu)于算術(shù)平均法；降雨變，權(quán)重不變，不合理。降雨變，權(quán)重不變，不合理。等雨量線圖法等雨量線圖法站密，能繪出等雨量線；站密，能繪出等雨量線

15、；可用在地形、雨量變化較大處可用在地形、雨量變化較大處使用，精度高，但較煩。使用，精度高，但較煩。iPnP1iifPFP1iifPFP11降雨量降雨量P）：一定歷時內(nèi)的降雨量，）：一定歷時內(nèi)的降雨量，mm2降雨歷時降雨歷時T）：一次降水的持續(xù)總時間，）：一次降水的持續(xù)總時間，h3降雨強(qiáng)度降雨強(qiáng)度i）：）：mm/h，mm/日日4降水面積降水面積F）：）：km5降水中心：次降雨量中雨量最大處。降水中心：次降雨量中雨量最大處。（1數(shù)量表示數(shù)量表示COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平（2圖示法圖示法1直方圖；直方圖；2累積降雨量圖；累積降雨量圖；3降雨強(qiáng)度圖。降雨強(qiáng)度圖。見圖示法見圖示法第四節(jié)第四節(jié)

16、 蒸發(fā)蒸發(fā)Evaporation ） 1、蒸發(fā)成因、分類及影響因素、蒸發(fā)成因、分類及影響因素（1成因：水分吸收熱能轉(zhuǎn)化為汽態(tài)。成因：水分吸收熱能轉(zhuǎn)化為汽態(tài)。（2分類：水文學(xué)的蒸發(fā)包括三種：分類：水文學(xué)的蒸發(fā)包括三種： 水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物散發(fā)。水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物散發(fā)。（3影響因素：水溫土溫）、空氣飽和差、風(fēng)速等。影響因素：水溫土溫）、空氣飽和差、風(fēng)速等。 2、蒸發(fā)的觀測、蒸發(fā)的觀測 （1蒸發(fā)量：蒸發(fā)水層深表示蒸發(fā)量：蒸發(fā)水層深表示mm）（2蒸發(fā)器：蒸發(fā)器：皿水EKE水陸EKECOPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平第五節(jié)第五節(jié) 下滲下滲Infiltration） 下滲：是在重力、毛管力

17、作用下，水由土壤表面進(jìn)入土壤內(nèi)的運(yùn)動過程。 薄膜水-毛管水-自由重力水-地下水 1、下滲定義、下滲定義 2、下滲表示、下滲表示（1下滲量：下滲量：F (mm)（2下滲率：下滲率：f (mm/h) 3、下滲觀測、下滲觀測 4、土壤下滲規(guī)律、土壤下滲規(guī)律ctctfefff)(0 霍頓公式： 同心園環(huán)最簡單、經(jīng)典的觀測）ftf0fc0COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平第六節(jié)第六節(jié) 徑流徑流Runoff構(gòu)成構(gòu)成 1、徑流定義、徑流定義徑流：降水或融雪由地面和地下匯集到河流，流出流域或徑流：降水或融雪由地面和地下匯集到河流，流出流域或河流的出口斷面的水流。河流的出口斷面的水流。2、徑流的形成過程、徑

18、流的形成過程損失損失L產(chǎn)流階段產(chǎn)流階段匯流階段匯流階段即理論公式：R=P-L徑流形成過程視頻徑流形成過程視頻植物截留植物截留坡面匯流坡面匯流P填洼填洼下滲下滲河網(wǎng)匯流河網(wǎng)匯流流出出口斷面流出出口斷面凈雨凈雨R淺層地下徑流壤中流坡面流RSRgCOPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平COPY RIGHT 揚(yáng)大陳平揚(yáng)大陳平RQwF （3徑流深度徑流深度R：將徑流總量均勻地平鋪到流域面積上，所形成的水：將徑流總量均勻地平鋪到流域面積上，所形成的水層深度。（以層深度。（以mm計(jì)）計(jì)）3、徑流的表示、徑流的表示 （1流量流量Q：單位時間內(nèi)通過某過水?dāng)嗝娴乃?，（：單位時間內(nèi)通過某過水?dāng)嗝娴乃?，（m3/s ）。流量）。流量有瞬時流