水文循環(huán)與徑流形成

水文循環(huán)與徑流形成第1頁(yè)/共67頁(yè)水循環(huán)示意圖大循環(huán)小循環(huán)小循環(huán)第2頁(yè)/共67頁(yè)

1、大循環(huán)：

海陸之間的水分交換過(guò)程，又稱為外循環(huán)。

2、小循環(huán)：

海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結(jié)后，以降水的形式落到海洋里，或陸地上的水經(jīng)蒸發(fā)凝結(jié)又降落到陸地上，又稱為內(nèi)循環(huán)。

第3頁(yè)/共67頁(yè)

二、地球上的水量平衡

水量平衡原理：

在水文循環(huán)過(guò)程中，對(duì)任一區(qū)域、任一時(shí)段進(jìn)入水量與輸出水量之差額必等于其蓄水量的變化量。

水量平衡方程：

I、O——給定時(shí)段內(nèi)輸入、輸出該地區(qū)的總水量△S——時(shí)段內(nèi)區(qū)域蓄水量的變化量，可正可負(fù)。第4頁(yè)/共67頁(yè)

以陸地作為研究范圍水量平衡方程為：以海洋為研究對(duì)象水量平衡方程為：

第5頁(yè)/共67頁(yè)對(duì)多年平均情況：△Sc、△So趨于零。所以：

合并得：或:第6頁(yè)/共67頁(yè)

三、流域水量平衡以流域作為研究范圍水量平衡方程為：

對(duì)于多年平均情況而言：

△S趨于零，故其水量平衡方程為：第7頁(yè)/共67頁(yè)第二節(jié)河流與流域

一、河流

1、河流的形成與分段、干流、支流、水系概念

⑴形成：地面徑流長(zhǎng)期侵蝕地面，沖成溝壑，形成溪流，最后匯集成河流。

⑵分段：河源、上、中、下游、河口。第8頁(yè)/共67頁(yè)

⑶干流、支流、水系概念：干流：直接流入海洋、湖泊的河流。

支流：流入干流的河流。

Strahler河流分法：

①無(wú)支流匯入的河流為一級(jí)河流。

②兩條同級(jí)別的匯合而成的比原來(lái)高一級(jí)。

③兩條不同級(jí)別河流匯合取較高者。

干流：水系中最高級(jí)別的河流。第9頁(yè)/共67頁(yè)

水系：脈絡(luò)相同的大小河流所構(gòu)成的體統(tǒng)。第10頁(yè)/共67頁(yè)

黃河流域水系圖第11頁(yè)/共67頁(yè)

2、河流的基本特征

⑴河長(zhǎng)自河源沿主河道至河口的距離稱為（km）。

量取方法：曲線儀或分規(guī)。

⑵河流的斷面：

橫斷面：垂直流向縱斷面：沿中泓線

第12頁(yè)/共67頁(yè)

3.河道縱比降：⑴概念

任意河段兩端（水面或水底）的高差△h稱為落差，單位河長(zhǎng)的落差稱為河道縱比降。

水面比降、河底比降。⑵比降計(jì)算第13頁(yè)/共67頁(yè)比降計(jì)算計(jì)算示意圖第14頁(yè)/共67頁(yè)

二、流域

1、流域概念匯集地面水和地下水的區(qū)域,即分水線所包圍的區(qū)域。出口河網(wǎng)流域示意圖分界線(分水線）①某一斷面流域②河口斷面流域第15頁(yè)/共67頁(yè)①閉合流域②不閉合流域第16頁(yè)/共67頁(yè)

2、流域邊界線勾繪：

第17頁(yè)/共67頁(yè)3、流域基本特征

⑴

流域的幾何特征

①流域面積

F(km2），采用方格法、求積儀法量面積。

②流域長(zhǎng)度（L）、平均寬度（M）

L（km），采用同心圓法。M（km）：F/L。

③河網(wǎng)密度

ΣL/F（km/km2

）

④流域形狀系數(shù)：M/L

⑤流域平均高度和平均坡度采用方格法。第18頁(yè)/共67頁(yè)

①流域面積F（km2）求積儀法、數(shù)方格法第19頁(yè)/共67頁(yè)

②流域長(zhǎng)度（L）和平均寬度（M）出口河網(wǎng)第20頁(yè)/共67頁(yè)

⑤流域平均高度和平均坡度方格法，方格交叉點(diǎn)值平均。第21頁(yè)/共67頁(yè)

⑵流域自然地理特征

①地理位置：

經(jīng)緯度。反應(yīng)水文循環(huán)的強(qiáng)弱。

②氣候條件：

降水、蒸發(fā)、濕度、氣溫、氣壓、風(fēng)速等。決定流域水文特征。

③下墊面條件

地形、地質(zhì)構(gòu)造、土壤和巖石性質(zhì)、植被、湖泊、沼澤等。反應(yīng)每一水系形成的具體過(guò)程，并影響徑流的變化規(guī)律。第22頁(yè)/共67頁(yè)

第三節(jié)降水

降水：雨、雪、霰、雹、露、霜。

一、與降水有關(guān)的氣象因素

⑴氣溫：℃

對(duì)流層內(nèi)：

平均每升高100m，氣溫下降0.65℃。

第23頁(yè)/共67頁(yè)⑵氣壓：?jiǎn)挝幻娣e承受大氣的重力。hPa氣壓場(chǎng)、等壓面、位勢(shì)高度、等位勢(shì)高度線、高空?qǐng)D概念：高空?qǐng)D第24頁(yè)/共67頁(yè)地面天氣圖氣壓分布基本形式（氣壓系統(tǒng)）：低氣壓、高氣壓、高壓脊、低壓槽、鞍形氣壓區(qū)第25頁(yè)/共67頁(yè)輻合輻散⑶風(fēng)：大氣的運(yùn)動(dòng)：垂直稱為對(duì)流，水平稱為風(fēng)。風(fēng)為矢量：用風(fēng)速、風(fēng)向表示。影響我國(guó)降水的最重的風(fēng)：季風(fēng)。第26頁(yè)/共67頁(yè)⑷濕度：主要指標(biāo)：①水汽壓(e,hPa)飽和水汽壓(E)：隨溫度而變飽和差：E-e若：

則凝結(jié)②濕度絕對(duì)濕度（g/m3):單位體積空氣中所含水汽的質(zhì)量。相對(duì)濕度：實(shí)際水汽壓與飽和水汽壓比值③露點(diǎn)（Td)水汽達(dá)到飽和時(shí)的溫度。露點(diǎn)的高點(diǎn)與空氣中水汽含量有關(guān)④比濕（q)水汽質(zhì)量與氣團(tuán)空氣總質(zhì)量的比值。第27頁(yè)/共67頁(yè)

⑸云

⑹蒸發(fā)

二、降水的形成與分類

⑴降水的形成

三因素：水汽、上升運(yùn)動(dòng)、冷卻凝結(jié)。

原理:

地面濕熱氣團(tuán)上升膨脹、冷卻、凝結(jié)、成云、形成降水。第28頁(yè)/共67頁(yè)

⑵

降水的分類

對(duì)流雨

地形雨

鋒面雨

氣旋雨

①對(duì)流雨

形成：

上升的空氣形成動(dòng)力冷卻而致雨稱為對(duì)流雨。

特點(diǎn)：

降雨強(qiáng)度大，歷時(shí)短、雨區(qū)較小。第29頁(yè)/共67頁(yè)②地形雨

特點(diǎn)：因空氣本身溫濕特性，運(yùn)行速度及地形特點(diǎn)而異。第30頁(yè)/共67頁(yè)P(yáng)recipitationonthe“windward”sideMountainDryonthe“l(fā)eeward”sideLiftingofmoistaircurrentsovermountainbarriersCommoninthewestcoastofU.S.第31頁(yè)/共67頁(yè)③鋒面雨鋒面活動(dòng)產(chǎn)生的降水稱為鋒面雨。

鋒面：

溫濕特性不同的氣團(tuán)相遇時(shí)，在其接觸區(qū)由于性質(zhì)不同來(lái)不及混合而形成的不連續(xù)面。鋒面與地面的交線稱為鋒線，習(xí)慣上稱為鋒。

鋒面分類：

按運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)分為：

冷鋒、暖鋒、靜止鋒、錮囚鋒。第32頁(yè)/共67頁(yè)

特點(diǎn)：降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短、雨區(qū)范圍較小。冷鋒雨第33頁(yè)/共67頁(yè)暖鋒雨

特點(diǎn)：降雨強(qiáng)度小、歷時(shí)長(zhǎng)、雨區(qū)范圍大。第34頁(yè)/共67頁(yè)④氣旋雨

Ⅰ、溫帶氣旋雨第35頁(yè)/共67頁(yè)

Ⅱ、熱帶氣旋雨第36頁(yè)/共67頁(yè)我國(guó)降水量地區(qū)分布第37頁(yè)/共67頁(yè)

三、降水量觀測(cè)

器測(cè)法

方法

雷達(dá)探測(cè)

氣象衛(wèi)星云圖1、雨量器分辨率0.1mm。兩段制觀測(cè)，即每日8時(shí)及20時(shí)各觀測(cè)一次。雨季增加觀測(cè)段次。每日8時(shí)至次日8時(shí)降水量為當(dāng)日降水量。第38頁(yè)/共67頁(yè)第39頁(yè)/共67頁(yè)

2.自計(jì)式雨量計(jì)

虹吸式

翻斗式

稱重式

(1)虹吸式分辨率：0.1mm降雨強(qiáng)度適用范圍：0.01～4.0mm/min。第40頁(yè)/共67頁(yè)第41頁(yè)/共67頁(yè)第42頁(yè)/共67頁(yè)第43頁(yè)/共67頁(yè)Tippingbucketgauge:funnelingthecollectedraintoasmallbucketthattiltsandemptieseachtimeitfillsTheprecipitationdepthdeterminedbasedonthenumberofbuckettilts第44頁(yè)/共67頁(yè)四、降水特性的描述

⒈降水量：一定時(shí)段的降雨量，單位：mm。⒉降水歷時(shí)：

降水持續(xù)時(shí)間，單位：min，h，d。⒊降雨強(qiáng)度：

單位時(shí)間降雨量，單位：mm/h，mm/d。

瞬時(shí)降雨強(qiáng)度，平均降雨強(qiáng)度。4.降雨量過(guò)程線：

5.降雨量累計(jì)過(guò)程線第45頁(yè)/共67頁(yè)ABCDE45mm57mm69mm66mm78mm五、流域平均面雨量計(jì)算1、算數(shù)平均法第46頁(yè)/共67頁(yè)2、泰森多邊形法66mmDA45mmC69mm57mmBE78mmA1A2A3A4A5測(cè)站ai(%)Pi(mm)ai·Pi(mm)A244510.8B215712.0C376925.5D8665.3E10787.8合計(jì)10061.4第47頁(yè)/共67頁(yè)六、我國(guó)降水量及其時(shí)空分布：①分帶性：5帶；②年內(nèi)分配不均：③年際變化大：第48頁(yè)/共67頁(yè)

第四節(jié)下滲

水透過(guò)地面進(jìn)入土壤的過(guò)程，稱為下滲。是在分子力、毛細(xì)管力和重力綜合作用下發(fā)生的物理過(guò)程。

第49頁(yè)/共67頁(yè)一、與下滲有關(guān)的概念1、包氣帶和飽水帶2、土壤水①土壤水分存在形式吸濕水薄膜水毛管水重力水第50頁(yè)/共67頁(yè)②土壤含水量和水分常數(shù)土壤含水量一定量的土壤中所含水分的數(shù)量（mm)最大吸濕量(飽和空氣中）:最大分子持水量（薄膜水厚度最大）:凋萎含水量（凋萎系數(shù)）:毛管斷裂含水量田間持水量（最大毛管懸著水量）飽和含水量第51頁(yè)/共67頁(yè)

二、下滲的物理過(guò)程

①滲潤(rùn)階段受分子力作用②滲漏階段受毛管力和中共同作用③滲透階段

受重力作用第52頁(yè)/共67頁(yè)

三、下滲率、下滲能力、下滲曲線、下滲公式

1、下滲率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)滲入單位面積土壤中的水量（mm/min，mm/h）。

2、下滲能力：充分供水條件下的下滲率。3、下滲曲線、霍頓（Horton)下滲公式：起始下滲率穩(wěn)定下滲率系數(shù)第53頁(yè)/共67頁(yè)四、自然條件下的入滲五、地下水①潛水②承壓水第54頁(yè)/共67頁(yè)

第五節(jié)蒸散發(fā)

蒸散發(fā)是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。

流域蒸發(fā)：

水面蒸發(fā)

土壤蒸發(fā)

陸面蒸發(fā)

植物散發(fā)

第55頁(yè)/共67頁(yè)

一、水面蒸發(fā)：

器測(cè)法

間接計(jì)算法

1.器測(cè)法：水文部門普遍采用E601型蒸發(fā)器、大型蒸發(fā)池（20m2、100m2)。

每日8時(shí)觀測(cè)一次，得日蒸發(fā)量；可計(jì)算月蒸發(fā)量、年蒸發(fā)量。

第56頁(yè)/共67頁(yè)蒸發(fā)器折算系數(shù)：K第57頁(yè)/共67頁(yè)

二、土壤蒸發(fā)

1、土壤蒸發(fā)過(guò)程

三個(gè)階段：

第一階段：土壤充分濕潤(rùn)，供水充足E接近最大蒸發(fā)能力EM。

第二階段：土壤水分減少，供水條件變差，E逐漸減小。

第三階段：水分運(yùn)動(dòng)十分緩慢，蒸發(fā)率很小。第58頁(yè)/共67頁(yè)

三、流域總蒸發(fā)包括：水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物截留蒸發(fā)及植物散發(fā)。

水量平衡法：某一時(shí)段：

多年平均：第59頁(yè)/共67頁(yè)

第六節(jié)徑流降水形成的，沿著流域地面和地下向河川、湖泊、水庫(kù)、洼地等流動(dòng)的水流。

地表徑流

組成

表層流（壤中流）

地下徑流

第60頁(yè)/共67頁(yè)一、徑流的形成過(guò)程流域內(nèi)，自降雨開(kāi)始到水流匯集到流域出口斷面的整個(gè)物理過(guò)程，稱為徑流形成過(guò)程。

人為劃分

產(chǎn)流過(guò)程

匯流過(guò)程第61頁(yè)/共67頁(yè)徑流形成過(guò)程示意圖①植物截留②下滲③填洼R1R2R4R3第62頁(yè)/共67頁(yè)

總結(jié)：1.產(chǎn)流過(guò)程：降雨扣除損失成為凈雨的過(guò)程。

①降雨扣除損失后的雨量稱為凈雨，凈雨和它形成的徑流在數(shù)量上是相等的。

②凈雨是徑流的來(lái)源，而徑流則是凈雨匯流的結(jié)果；凈雨在降雨結(jié)束時(shí)就停止了，而徑流卻要延長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)間。

地面凈雨→地面徑流