緒論 第二章教材

工程水文學

Engineeringhydrology冉鵬2014年9月第一章緒論1.水是什么？2.水文是什么？水作了什么文章？？？冰蓋和冰川3735萬地下水1053萬海洋13.4億96.5%陸地4798萬<3.5%大氣1.3萬<0.001%地下海洋冰川沼澤湖泊山大氣自然界中的水一、水文學水文學是關于地球上關于水的起源、存在、分布、循環(huán)、運動等變化規(guī)律和運用這些規(guī)律為人類服務的知識體系，是地球科學的組成部分。水文學水文氣象學水文地質(zhì)學地表水文學海洋水文學陸地水文學河川水文學冰川水文學湖泊水文學沼澤水文學二、水資源地球范圍內(nèi)，可作為資源的水。水資源特點：1、循環(huán)性和有限性2、時空分布不均勻性3、用途廣泛性4、經(jīng)濟兩重性第二章

水文循環(huán)與徑流形成一、水文循環(huán)大循環(huán)--從海洋蒸發(fā)的水汽，被氣流輸送到大陸形成降水，其中一部分以地面和地下徑流的形式從河流匯歸海洋；另一部分重新蒸發(fā)返回大氣。這種海陸間的水分交換過程稱為大循環(huán)或外循環(huán)。第一節(jié)水文循環(huán)與水量平衡

（WatercycleandWaterbalance）小循環(huán)－海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結后，以降水的形式落到海洋里，或陸地上的水經(jīng)過蒸發(fā)凝結又降落到陸地上，這種局部的水文循環(huán)稱為小循環(huán)或內(nèi)循環(huán)。二、地球上的水量平衡

水量平衡--在水文循環(huán)過程中，對任一區(qū)域、任一時段進人水量與出水量之差額必等于其蓄水量的變化量。根據(jù)水量平衡原理，可列出水量平衡方程。對某一區(qū)域，有水量平衡方程的通用式式：

P=E

式中P——降水量；E——蒸發(fā)量。

一、河流的形成與分段

地面徑流--降落到地面的雨水，除下滲、蒸發(fā)等損失外，在重力的作用下沿著一定的方向和路徑流動，這種水流稱為地面徑流。河谷--河流流經(jīng)的谷地稱為河谷。地面徑流長期侵蝕地面，沖成溝壑，形成溪流，最后匯集成河流。河床--河谷底部有水流的部分。第二節(jié)河流與流域

（RiverandBasin）河源--河流的發(fā)源地。多為泉水、溪澗、冰川、湖泊或沼澤等。黃河：青海卡日曲；珠江：云南沾益馬雄山。上游--緊接河源，多處于深山峽谷中，坡陡流急，河谷下切強烈，常有急灘或瀑布。中游--河段坡度漸緩，河槽變寬，兩岸常有灘地，沖淤變化不明顯，河床較穩(wěn)定。下游--是河流的最下段，一般處于平原區(qū)，河槽寬闊，河床坡度、流速都較小，淤積明顯，淺灘和河灣較多。

河口--是河流的終點，即河流注人海洋或內(nèi)陸湖泊的地方。

三角洲--因流速驟減，泥沙大量淤積，往往形成三角洲。二、河流基本特征1、河流縱斷面(Verticalsection)落差--任意河段兩端（水面或河底）的高差△h縱比降--單位河長的落差。常用的比降有水面比降和河底比降。河流沿程各河段的比降都不相同，一般自河源向河口逐漸減小。三、流域（Watershed，Basin）1、流域

流域--匯集地面水和地下水的區(qū)域，也就是分水線包圍的區(qū)域。下墊面--指流域的地形、地質(zhì)構造，土壤和巖石性質(zhì)、植被、湖泊、沼澤等清況降水--指液態(tài)或固態(tài)的水汽凝結物從云中降落到地面的現(xiàn)象。降水的特征常用幾個基本要素來表示，如降水量、降水歷時、降水強度、降水面積及暴雨中心等。降水通常按空氣抬升形成動力冷卻的原因分為

對流雨、地形雨、鋒面雨和氣旋雨第三節(jié)降水

（Precipitation）熱帶氣旋－－熱帶氣旋指發(fā)生在低緯度海洋上的強大而深厚的氣旋性旋渦。分為四類：熱帶低壓:中心最大風力6~8級；熱帶風暴:中心最大風力8~9級；強熱帶風暴:中心最大風力10~11級；臺風:中心最大風力大于12級。臺風區(qū)內(nèi)水汽充沛，氣流上升強烈往往造成大量降雨。形成－－一般在菲律賓群島洋面；登錄－－1、廣東沿海、海南、越南、廣西北部灣2、福建、江浙

75.8河南特大洪水臺風次數(shù)－據(jù)統(tǒng)計每年5~11月，西北太平洋臺風都有可能在我國登陸，平均每年6~7個，最多11個，最少3個。其中7~9月是活動高峰。我國降水徑流分布情況圖例：第二章水循環(huán)及徑流形成

徑流--是指降水所形成的，沿著地面和地下向河川、湖泊、水庫等流動的水流。SurfaceRunoffGroundRunoff地面徑流--其中沿著地面流動的水流稱為地面徑流；地下徑流--沿土壤巖石孔隙流動的水流稱為地下徑流；河川徑流--匯集到河流后，在重力作用下沿河床流動的水流。RunoffofRiver徑流因降水形式和補給來源的不同，可分為降雨徑流和融雪徑流，我國大部分河流以降雨徑流為主。

徑流過程是地球水循環(huán)中的重要一環(huán)。是一個復雜多變的過程。第六節(jié)徑流（Runoff）第二章水循環(huán)及徑流形成一、徑流的形成過程（ProcessofRunoffformation）徑流形成過程－流域內(nèi)，自降雨開始到水流匯集到流域出口 斷面的整個過程。為便于分析，一般概括為產(chǎn)流過程和匯流過程兩個階段。（一）產(chǎn)流過程RunoffGenerationRunoffCollection

產(chǎn)流過程－－降雨扣除損失成為凈雨的過程稱為產(chǎn)流過程。降雨不能產(chǎn)生徑流的那部分降雨量稱為損失量。在前期十分干早情況下，降雨產(chǎn)流過程中的損失量稱為最大損失量，記為IM。Why？）植物截留－－降雨開始后．除少量直接降落在河面上形成徑流外，部分滯留在植物枝葉上稱為植物截留；截留最終耗于蒸發(fā)。落到地面的雨水將向土中下滲，當降雨強度小于下滲強度時，雨水將全部滲人土中；當降雨強度大干下滲強度時，雨水按下滲能力下滲，超出下滲的雨水稱為超滲雨。Interception,Storage填洼－－超滲雨會形成地面積水，積蓄于地面上大大小小的坑洼，稱為填洼。填洼水量最終消耗于蒸發(fā)和下滲。下滲到土中的水分，首先被土壤吸收，使包氣帶土壤含水量不斷增加，當達到田間持水量后，下滲趨于穩(wěn)定。

表層流、壤中流－－下滲的雨水，沿著土壤孔隙流動，一部分會從坡側(cè)土壤孔隙流出，注入河槽形成徑流，稱為表層流或壤中流。SubsurfaceFlowInfiltration地下徑流－－形成表層流的凈雨稱為表層流凈雨。另一部分會繼續(xù)向深處下滲，到達地下水面后，以地下水的形式補給河流稱為地下徑流。包括淺層地下水（潛水）和深層地下水（承壓水）。損失量－－降雨不能產(chǎn)生徑流的那部分降雨量稱為損失量。就目前的水文科學水平，要正確劃分地面徑流、表層流和地下徑流是非常因難的，實際上一般只把實測的總徑流過程劃分為地面徑流和地下徑流，相應地，凈雨也只劃分為地面凈雨和地下凈雨。（二）匯流過程（RunoffCollection）匯流過程－凈雨沿坡面從地面和地下匯入河網(wǎng)，然后再沿著河網(wǎng)匯集到流域出口斷面的過程。前者稱為坡地匯流，后者稱為河網(wǎng)匯流。

1.坡地匯流過程坡面漫流－是山坡無數(shù)股彼此時分時合的細小水流所組成，通常沒有明顯的固定溝槽，雨強很大時可形成片流，坡面漫流的流程較短，一般不超過數(shù)百米。表層徑流－大雨時地面徑流是構成河流流量的主要來源。表層流凈雨沿坡面?zhèn)认虮韺涌紫读魅撕泳W(wǎng)，形成表層徑流，表層流流動比地面徑流慢，到達河槽也較遲，但對歷時較長的暴雨，數(shù)量可能很大，成為河流流量的主要組成部分。表層流與地面徑流有時能相互轉(zhuǎn)化。這就是實際工作中把表層流歸人地而徑流的原因。深層地下水匯流很漫，所以降雨以后地下水流可以維持很長時問，較大河流可以終年不斷．是河川的基本徑流，所以常稱為基流（Baseflow）

2.河網(wǎng)匯流過程RiverRunoffCollection河網(wǎng)匯流－－各種成分徑流經(jīng)坡地匯流注人河網(wǎng)，從支流到干流，從上游向下游，最后流出流域出門斷面的過程。河槽調(diào)蓄－－坡地水流進人河網(wǎng)后使河槽水量增加，水位升高，為漲水階段。隨降雨和坡地漫流量的逐漸減少，水位降低，退水階段。這種現(xiàn)象稱為河槽調(diào)蓄作用。一次降雨過程經(jīng)植物截留、下滲填洼、蒸發(fā)等損失進人河網(wǎng)的水量，顯然比降雨量少，且經(jīng)過坡地匯流和河網(wǎng)匯流，使出口斷面的徑流過程遠比降雨過程變化緩慢，歷時亦長，時間滯后。Precipitation,Evaporation二、徑流的表示方法和度量單位徑流情勢－－河川徑流在一年內(nèi)和多年期間的變化特性。前者稱為年內(nèi)變化或年內(nèi)分配，后者稱為年際變化。河川徑流情勢，常用流量、徑流量、徑流深、流量模數(shù)、徑流系數(shù)的大小來表示。1.流量

Discharge流量－－單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量。記為Q，以m3/s計。流量隨時間的變化過程，用流量過程線表示，流量過程線上升部分為漲水段，下降部分為退水段，最高點稱為洪峰流量，簡稱洪峰，記為Qm。日平均流量、月平均流量、年平均流量、多年平均流量及指定時段的平均流量。2、徑流量Runoff徑流量－－指時段T內(nèi)通過河流某一斷面的總水量，記為W，以m3、萬m3

或億m3計。3、徑流深度DepthofRunoff徑流深度－－將徑流量平鋪在整個流域面積上所得的水層深度，記為R，以mm計。DepthofRunoff4、徑流模數(shù)M徑流模數(shù)－－流域出口斷面流量與流域面積之比值稱為徑流模數(shù)。徑流模數(shù)有不同的含義，如Q為洪峰流量，相應的M為洪峰流量模數(shù)，Q為多年平均流量，相應的M為多年平均流量模數(shù)等等。5、徑流系數(shù)徑流系數(shù)－－某一時段的徑流深R與相應時段內(nèi)流域平均降 雨深度P之比值稱為徑流系數(shù)。

CoefficientofRunoff[例2-1]某水文站流域面積F=54500km，多年平均降雨量=1650mm，多年平均流量=1680m/s。根據(jù)這些資料可算得： (1)多年平均徑流量＝？ (2)多年平均徑流深＝？ (3)多年平均徑流模數(shù)＝？ (4)多年平均徑流系數(shù)＝？三、我國河川徑流分布概況我國年徑流分布和年降水量分布一樣，具有明顯的地域性分布規(guī)律，總的趨勢由南向北和由東向西遞減。同時,年徑流的年內(nèi)各月、年際之間亦有明顯的不同。

（一）年徑流的地理分布

GeographicDistribution我國多年平均年徑流總量27115億，平均徑流深284mm，即年降水總量的43.8%轉(zhuǎn)化為河川徑流。年徑流地理分布總趨勢由東南向西北遞減。100mm年徑流深等值線大致與400mm年降水量等值線相當，走向一致，等值線以東為半濕潤區(qū)和濕潤區(qū)，等值線以西為半干旱區(qū)或干旱區(qū)。按徑流深的大小，可劃分為豐水、多水、過渡、少水、干涸五個明顯不同的地帶。1、豐水帶－－年徑流深＞800mm，包括東南和華南沿海地區(qū)、臺灣、海南、云南西南部及西藏東南部。年徑流深最大值：臺灣中央山地、藏東南雅魯藏布江下游靠近中印邊界一帶，4000～5000mm，東南沿海主要山地1600~2000mm。年徑流系數(shù)一般在0.5以上，部分山地超過0.8。2、多水帶－－年徑流深在200~800mm之間，包括長江流域大部、淮河流域南部、西江上游、云南大部，以及黃河中上游一小部分地區(qū)。年徑流系數(shù)一般為0.4~0.6。3、過渡帶－－年徑流深在50~200mm之間，包括大興安嶺、松嫩平原一部分、松江平原、遼河下游平原、華北平原大部、燕山和太行山青藏高原中部、祁連山山區(qū)及新疆西部山區(qū)。山區(qū)年徑流深100~200mm，年徑流系數(shù)0.2~0.4。4、少水帶－－年徑流深在10~50mm之間，包括松遼平原中部、遼河上游地區(qū)，內(nèi)蒙古高原南部、黃土高原大部、青藏高原北部及西部部分丘陵低山區(qū)。本帶內(nèi)平原地區(qū)年徑流深一般為10~25mm，黃土高原10~50mm，部分山區(qū)可達50mm以上。年徑流系數(shù)一般為0.1左右。5、干涸帶－－年徑流深小于10mm，包括內(nèi)蒙古高原、河西走廊、柴達木盆地、準噶爾盆地、塔里木盆地、吐魯番盆地。本帶內(nèi)不少地區(qū)基本不產(chǎn)流．年徑流系數(shù)只有0.01~0.03。（二）年徑流的年內(nèi)變化徑流的年內(nèi)變化主要取決于河流的補給條件。我國大部分地區(qū)河川徑流靠雨水補給，季節(jié)性變化劇烈，有明顯的汛期和枯水期。汛期連續(xù)最大三個月徑流量占年總徑流量60%以上：長江以南、云貴高原以東和西南大部分地區(qū)為60%~70%，松遼平原、華北平原、淮河流域大部分地區(qū)為70%~80%，廣大西部地區(qū)為60％左右。以冰雪融水補給為主的河流和地下水補給比例大的河流，年內(nèi)變化也較小。大江大河徑流的年內(nèi)分配也較均勻。（三）年徑流的年際變化徑流的年際變化，較降水更為劇烈，北方大于南方。以歷年最大最小年徑流量的比值為指標：長漢以南各河一般小于3倍；淮河、