水文學(xué)原理必背知識(shí)點(diǎn)打印版

水文學(xué)原理必背知識(shí)點(diǎn)打印版水文學(xué)原理必背知識(shí)點(diǎn)打印版水文學(xué)原理必背知識(shí)點(diǎn)打印版xxx公司水文學(xué)原理必背知識(shí)點(diǎn)打印版文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度緒論一、水文學(xué)簡(jiǎn)史英文Hydrology，來(lái)源于拉丁語(yǔ)，“水的知識(shí)”。經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展時(shí)期：1.萌芽期（公元1600年之前）2.奠基時(shí)期（公元1600-1900年）3.實(shí)踐時(shí)期（1900-1950年）4.現(xiàn)代化時(shí)期（1950年-）一、水文現(xiàn)象的基本特點(diǎn)1.時(shí)程變化上的周期性與隨機(jī)性2.空間變化上的相似性與特殊性二、水文現(xiàn)象的研究方法成因分析法以質(zhì)量守恒、能量(動(dòng)量)守恒等定理為基礎(chǔ)，揭示水文現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)變化的機(jī)理、規(guī)律。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法水文現(xiàn)象具有隨機(jī)性，從而以概率理論為基礎(chǔ)，研究水文現(xiàn)象特征值的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。地理綜合法水文現(xiàn)象具有地區(qū)性，從而通過(guò)建立地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式、繪制各種特征值等值線圖，揭示水文特征值的地區(qū)規(guī)律。水文循環(huán)水文循環(huán)的原因（外因、內(nèi)因）水的不斷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降落、產(chǎn)流、匯流的往復(fù)循環(huán)過(guò)程大循環(huán)和小循環(huán)大循環(huán)：海洋→大氣→大陸→海洋（縱向+橫向）

小循環(huán)：海洋→大氣→海洋（海洋小循環(huán)）

大陸→大氣→大陸（內(nèi)陸小循環(huán)）水文循環(huán)的規(guī)律海洋的蒸發(fā)量多于降水量；大陸的降水量多于蒸發(fā)量；大陸外流區(qū)輸入水汽量與輸出水量基本平衡；大陸內(nèi)流區(qū)降水量與蒸發(fā)量基本相等。水文循環(huán)的作用和意義1、調(diào)節(jié)氣候；2、塑造了地球表面；3、形成了巨大的水利資源；形成一切水文現(xiàn)象。水資源問(wèn)題原因水資源量時(shí)空分布不均勻；水資源分布與人口、耕地分布不相適應(yīng)；水環(huán)境污染；水資源浪費(fèi)。對(duì)策時(shí)間和空間上的合理調(diào)配；積極開(kāi)展水污染防治；節(jié)約用水。9流域和水系分水線：使雨水分別匯集到兩條不同的河流，起著分水作用的地形，是流域的邊界線。流域：匯集地面水和地下水由分水線所包圍的區(qū)域。河網(wǎng)密度流域單元面積內(nèi)干支流長(zhǎng)度流域的地形起伏特征1.河流的落差和比降2.流域平均坡度3.流域面積～高程曲線流域自然地理及下墊面情況1.流域地理位置2.流域的土壤巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造3.流域植被率4.流域湖泊率、沼澤率降水水分以各種形式從大氣到達(dá)地面統(tǒng)稱(chēng)降水。包括雨、雪、露、霜、冰雹等。降雨的類(lèi)型一、按降雨的成因分類(lèi)氣旋雨——隨著氣旋或低壓過(guò)境而產(chǎn)生的雨。對(duì)流雨地面受熱升溫，下層空氣膨脹上升和上層空氣形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)。下層暖濕空氣上升到高空遇冷凝結(jié)形成降雨。多發(fā)生在夏季午后，強(qiáng)度大、面積小、歷時(shí)短。地形雨暖濕氣團(tuán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇山嶺障礙時(shí)，在沿山坡上升過(guò)程中逐漸變冷凝結(jié)成雨。地形雨多在迎風(fēng)坡上。臺(tái)風(fēng)雨由熱帶海洋上的風(fēng)暴帶到大陸的雨。災(zāi)害性天氣，常發(fā)生在浙、閩、粵、臺(tái)灣等沿海省份。二按降雨強(qiáng)度及過(guò)程特征分類(lèi)暴雨——?dú)v時(shí)短、強(qiáng)度大、籠罩面積不大。氣象方面規(guī)定：日降雨量>50mm——暴雨；日降雨量>100mm——大暴雨；日降雨量>200mm——特大暴雨。主要影響小流域洪水。暴雨型霪雨——?dú)v時(shí)較長(zhǎng)、強(qiáng)度變化大。影響區(qū)域洪水。霪雨——?dú)v時(shí)很長(zhǎng)、強(qiáng)度小、籠罩面積大。影響大流域洪水。冷鋒雨：冷暖氣團(tuán)相遇時(shí)，冷燥氣團(tuán)楔入到暖濕氣團(tuán)之下，使暖濕氣團(tuán)上升冷卻而產(chǎn)生降雨。根據(jù)移動(dòng)速度可分為緩行冷鋒和急型冷鋒。緩行冷鋒的降水與暖鋒相似；急行冷鋒移動(dòng)較快，坡度較大，約為1:70，故降水范圍小、雨強(qiáng)大、歷時(shí)短。氣團(tuán)——物理屬性水平分布比較均勻的大范圍空氣團(tuán)。峰面——兩種性質(zhì)不同的氣團(tuán)之間狹窄而傾斜的過(guò)渡帶。峰在空間是傾斜的，且向冷空氣一側(cè)傾斜。暖鋒雨：冷暖氣團(tuán)相遇時(shí)，暖濕氣團(tuán)推動(dòng)鋒面向冷氣團(tuán)一側(cè)移動(dòng)。峰后暖空氣一方面向冷空氣方向推進(jìn)，同時(shí)又沿鋒面緩慢上升，在上升過(guò)程中冷卻而產(chǎn)生降雨。因暖鋒坡度很小，一般為1:150，故暖鋒雨降雨面積大、雨強(qiáng)小、歷時(shí)長(zhǎng)。降水要素降水量、降水歷時(shí)和時(shí)間、降水強(qiáng)度、降水面積常用的區(qū)域(或流域)平均降水量計(jì)算方法有：算術(shù)平均法適用于面積不大，地形起伏不大，站點(diǎn)較多且布設(shè)較均勻的流域。計(jì)算簡(jiǎn)便。泰森多邊形法適用于降雨分布不均，站點(diǎn)較少，面積不大的流域。在確定各站的權(quán)重后也很簡(jiǎn)便，且精度較好。缺點(diǎn)是在各場(chǎng)降雨中把雨量站權(quán)重視為固定，與實(shí)際情況不完全一致。等雨量線法適用于面積大、站點(diǎn)密的流域。理論上較完善，但每次降雨都必須繪制等雨量線，并計(jì)算權(quán)重，工作量大。4距離平方倒數(shù)法土壤水一、土壤水分作用力分子力土壤顆粒表面的分子和離子對(duì)水分的吸力。毛管力在未充滿水的毛管孔隙中，因存在液體彎月面的表面張力，形成毛管力，作用于土壤水。重力二、土壤水分的存在形式吸濕水土粒分子從空氣中吸附的水分。約幾個(gè)分子厚度，為緊束縛水，與水文現(xiàn)象關(guān)系不大。薄膜水吸濕水外面，土粒剩余分子力所吸持的水分。為受束縛水。毛管水支持毛管水——地下水面以上受毛管力支持而存在于土壤孔隙中的水分。毛管懸著水——受毛管力支持而懸吊于土壤孔隙中的水分。重力水土壤中在重力作用下能自由移動(dòng)的水分。滲透自由重力水超過(guò)田間持水量的滲入水分。支持重力水自由重力支持毛管水——受地下水支持而存在于毛管孔隙之中的連續(xù)水體，能傳遞靜水壓力。相對(duì)不透水層支持重力水——由于土層中存在相對(duì)不透水層，滲透水因交界面臨時(shí)飽和而產(chǎn)生的能在重力作用下流動(dòng)的水分。三、土壤水分常數(shù)最大吸濕量—飽和空氣中，土壤能吸附的最大水汽量。最大分子持水量——土粒分子力所結(jié)合的最大水分量。凋萎含水量——植物無(wú)法從土壤中吸收水分，開(kāi)始永久凋萎時(shí)的土壤含水率。毛管斷裂含水量——毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)開(kāi)始斷裂時(shí)的土壤含水率。田間持水量——土壤中保持最大毛管懸著水時(shí)的土壤含水率。飽和含水量——土壤中所有孔隙都充滿水時(shí)的土壤含水率。土水勢(shì)的構(gòu)成基模勢(shì)——在未飽和土壤中，由于分子力和毛管力的作用而使土壤水具有的勢(shì)，稱(chēng)為基模勢(shì)?；?shì)為負(fù)值。壓力勢(shì)——在飽和或出現(xiàn)地面積水的土壤中，自由水面下的土壤水由于靜水壓力的作用而具有的勢(shì)，稱(chēng)為壓力勢(shì)。壓力勢(shì)為正值。重力勢(shì)——由于重力作用而使土壤水具有的勢(shì)，稱(chēng)為重力勢(shì)。重力勢(shì)的值與參照基面有關(guān)。下滲下滲的物理過(guò)程根據(jù)水分所受作用力及運(yùn)動(dòng)特征，干燥土壤在充分供水條件下的下滲分三階段：滲潤(rùn)階段：主要受分子力作用，入滲水成為薄膜水，當(dāng)土壤含水量達(dá)到最大分子持水量時(shí)結(jié)束。滲漏階段：主要受毛管力、重力作用，入滲水主要成為毛管水，當(dāng)土壤含水量達(dá)到飽和含水量時(shí)結(jié)束。滲透階段：受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲出。飽和下滲理論基本假定1.半無(wú)限土柱，初始土壤含水量分布均勻。2.地面積水深hp；3.下滲鋒面以上是飽和的，=S，K=KS；4.下滲鋒面以下為初始土壤含水量，吸力hS。非飽和下滲理論1.忽略重力；2.供水充分、表面無(wú)積水；3.均質(zhì)半無(wú)限土柱，初始土壤含水量分布均勻。下滲的影響因素影響因素總的可歸納為供水和下滲能力兩個(gè)方面下滲能力方面(1)土壤的機(jī)械物理性質(zhì)，水分物理性質(zhì)；(2)下墊面條件、地形地貌；(3)人類(lèi)活動(dòng)。供水方面(1)降水性質(zhì)。蒸發(fā)與散發(fā)土壤蒸發(fā)過(guò)程>田，E=Em整個(gè)土層水分輸送通暢，供水充分，按蒸發(fā)能力蒸發(fā)，蒸發(fā)量大而穩(wěn)定。斷<<田，E=f(Em,)土層中部分毛管水?dāng)嗔?，供水不充分，隨著的減小，連續(xù)狀態(tài)愈來(lái)愈多地遭到破壞，蒸發(fā)量急劇減小。<斷，E=CEm(C<<毛管向上輸送水分的機(jī)制完全遭到破壞，水分只能以薄膜水或氣態(tài)水的形式供給蒸發(fā)，蒸發(fā)量小而穩(wěn)定。流域蒸散發(fā)的影響因素根據(jù)蒸發(fā)面不同，流域蒸發(fā)包括：水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植被散發(fā)和冰雪蒸發(fā)等。通常流域內(nèi)水面和冰雪覆蓋面所占比重不大，故對(duì)絕大多數(shù)流域，總蒸發(fā)主要包括土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)。因此，影響土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)的因素即是影響流域總蒸發(fā)的因素。綜合起來(lái)，影響因素包括：（1）氣象條件（日照、溫度、濕度、風(fēng)速等）；（2）流域內(nèi)土壤含水量；（3）流域內(nèi)土壤、植被分布；（4）地形、地貌。流域總蒸發(fā)規(guī)律(1)>a，E=Em（注:a<田)供水充分，蒸散發(fā)量大而穩(wěn)定。(2)b<<a，E=()Em（注:b<斷)供水不充分，蒸散發(fā)量隨的減小而減小。(3)<b，E=CEm，C=~一、植物散發(fā)的影響因素1、氣象因素（日照、溫度、濕度、風(fēng)速等）；2、土壤含水量當(dāng)土壤含水量充分時(shí)，植物散發(fā)達(dá)到或接近散發(fā)能力。隨著土壤含水率的減少，植物散發(fā)漸減。當(dāng)土壤含水量低于凋萎含水量后，植物散發(fā)基本停止。3、植物種類(lèi)和生理階段產(chǎn)流機(jī)制包氣帶又可劃分成三帶：(1)懸著毛管水帶—供水結(jié)束以后，在包氣帶上部存在懸著毛管水，厚度約。其水分來(lái)源于降水，消耗于蒸散發(fā)。既是降水的承受面，又是土壤的蒸發(fā)面，水分變化劇烈，另稱(chēng)為影響土層。(2)支持毛管水帶—在地下水面以上存在支持毛管水，厚度在1～2m左右。(3)中間包氣帶—在懸著毛管水帶與支持毛管水帶之間的水分過(guò)渡帶。包氣帶的水分動(dòng)態(tài)包氣帶的水分動(dòng)態(tài)是指包氣帶中土壤含水量及水分剖面的增長(zhǎng)與消退過(guò)程。包氣帶水分的增長(zhǎng)包氣帶水分的增長(zhǎng)來(lái)源于上界面的降水(或灌溉)和下界面的地下水補(bǔ)給。在天然情況下，地下水的補(bǔ)給一般處于均衡狀態(tài)。故上界面降水是主要原因。水分沿垂向的增長(zhǎng)可由下滲理論描述。增長(zhǎng)量等于累積下滲量。包氣帶水分的消退包氣帶水分的消退是由于上界面的蒸散發(fā)和下界面的內(nèi)排水補(bǔ)給。其中內(nèi)排水只有當(dāng)包氣帶存在自由重力水時(shí)才出現(xiàn)，故上界面蒸散發(fā)是主要原因。水分沿垂向的消退可采用三層蒸發(fā)模式計(jì)算。消退量等于蒸發(fā)量。包氣帶對(duì)降水的再分配作用1.包氣帶地面對(duì)降雨的再分配作用降雨到達(dá)地面以后，一部分消耗于植物截留、蒸發(fā)、填洼等損失，剩下部分被分成兩部分：超過(guò)地面下滲能力(容量)部分留在地表，其余部分滲入地下。分配的結(jié)果是將雨水分為地面和地下兩個(gè)部分。即：當(dāng)雨強(qiáng)小于下滲能力時(shí)，降雨全部滲入地下。2土層對(duì)下滲水量的再分配作用下滲水量(F)一部分以蒸發(fā)形式逸出地面(E)。剩余部分又被分成“土壤蓄存”和“徑流”兩個(gè)部分。蓄存部分是指水分運(yùn)動(dòng)中為維持土壤含水量等于或小于田間持水量所需的下滲水分。層次土壤是指土壤物理及水分物理性質(zhì)存在明顯差異的均質(zhì)土層。一般可概括為兩種典型層理：（1）上層粗下層細(xì)一層具有較高水力傳導(dǎo)度的粗質(zhì)地土壤，位于具有較低水力傳導(dǎo)度的細(xì)質(zhì)地土壤之上。當(dāng)供水時(shí)，易在交界面形成積水，并逐漸向上回升，產(chǎn)生壓力水頭，在土層存在一定坡度時(shí)可產(chǎn)生側(cè)向水流。（2）上層細(xì)下層粗一層具有較低水力傳導(dǎo)度的細(xì)質(zhì)地土壤，位于具有較低水力傳導(dǎo)度的粗質(zhì)地土壤之上。交界面上不產(chǎn)生積水。傳統(tǒng)觀念與實(shí)際現(xiàn)象之間的矛盾如：i<fp時(shí)，也有地表徑流產(chǎn)生；i<fp時(shí)，確實(shí)無(wú)地表徑流產(chǎn)生，但在出口斷面可觀測(cè)到與降水對(duì)應(yīng)的流量過(guò)程；對(duì)應(yīng)一次降雨形成兩個(gè)形狀不同的洪峰過(guò)程；全流域產(chǎn)流是十分罕見(jiàn)的。一、超滲地面徑流(Rs)的產(chǎn)流機(jī)制條件：(1)要有界面，即地面(下滲能力fp)；(2)要有供水，即降雨(雨強(qiáng)i)；(3)要供水大于下滲，即i>fp，rs=i–fp二、壤中流(Rss)的產(chǎn)流機(jī)制條件：(1)要有界面，存在相對(duì)不透水層，如上層A和下層B，且下層比上層透水性差；(2)要有供水，即滲入上層的雨水(下滲率fA)；(3)要上層供水大于下層下滲，即fA>fB,i>fB；(4)要在界面產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶，并有側(cè)向排水條件。rss=fA–fB三、飽和地面徑流(Rsat)的產(chǎn)流機(jī)制條件：(1)表層土壤具有較強(qiáng)透水性，i<<fA，Rs=0；(2)要有相對(duì)不透水層；(3)要有供水，即滲入上層的雨水(下滲率fA)；(4)要上層供水大于下層下滲，即fA>fB,i>fB；(5)側(cè)向排水條件較差，界面上產(chǎn)生的臨時(shí)飽和帶不斷上升達(dá)到地面。rsat=i-(rss+fB)四、地下徑流(Rg)的產(chǎn)流機(jī)制條件：(1)要有供水f；(2)包氣帶薄，地下水位高；在地下水面以上、包氣帶下邊界上存在支持毛管水帶；(3)整個(gè)包氣帶土壤含水量達(dá)到田間持水量。五、回歸流(Rr)的產(chǎn)流機(jī)制條件：(1)壤中流發(fā)育；(2)土壤飽和帶露出地面；(3)要具備有利于壤中流流出的坡度及地形。常見(jiàn)產(chǎn)流模式Rs型——超滲產(chǎn)流型特點(diǎn)：(1)產(chǎn)流量R取決于i和fp，R=(i–fp)i;(2)雨止時(shí)土壤含水量仍未達(dá)到田間持水量Wm；(3)徑流成分單一。Rsat+Rss+Rg型——蓄滿產(chǎn)流型特點(diǎn)：(1)產(chǎn)流時(shí)土壤含水量已達(dá)到田間持水量Wm；(2)產(chǎn)流量R取決于降雨量P和初始土壤含水量