《第二章 流域径流形成过程讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章 流域径流形成过程讲义（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 流域径流形成过程,2.1、概述,2.2、河流与流域,2.3、降水,2.4、下渗,主要内容,第二章 流域径流形成过程,2.5、蒸散发,2.6、径流,2.7、水量平衡方程,2.1、概述,径流：是指降水形成的沿着流域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地等处流动的水流,地表径流：沿着地面流动的水流,地下径流：沿着土壤、岩石孔隙流动的水流,河川径流：水流汇集到河流后，在重力作用 下沿着 河道流动的水流,降水 P,蒸发 E,地面径流 RS,E,P,陆地,海洋,蒸腾 E,水汽输送,水汽输送,水汽凝结,水文循环,地下径流 Rg,下渗 F,2.1、概述,循环,2.1、概述,概化的水文循环简单的理解成垂向和
2、水平（侧向）运动,2.1、概述,径流过程是地球上水文循环中最为重要的一环。 在水文循环中，陆地上降水的34%转化为地面径流和地 下径流汇入海洋。,2.1、概述,降水、下渗、蒸发是地球上水文循环中最活跃的因 子，也是径流形成的主要影响因素。 流域是降水的承受面，也是蒸发的逸出面，也是径 流形成的下垫面。流域的主要功能是将降水转化为 径流，流域的基本特征是形成径流量大小及其变化 过程的重要影响因素。 河流是径流的重要通道，在水文循环中，河流是陆 地和海洋之间进行水量横向交换的路径之一,本章内容：流域河流降水、下渗、蒸发径流形成过程及其表示方法,2.1、概述,2.2、河流与流域,2.3、降水,2.4
3、、下渗,主要内容,第二章 流域径流形成过程,2.5、蒸散发,2.6、径流,2.7、水量平衡方程,2.2、河流与流域,2.1、概述,2.2、河流与流域,2.3、降水,2.4、下渗,主要内容,第二章 流域径流形成过程,2.5、蒸散发,2.6、径流,2.7、水量平衡方程,2.3、降水,降水：主要分为降雨和降雪两种主要形式。因此河川径流分为降雨径流和融雪径流。,我国大部分河流为降雨径流，冰雪径流只在局部地区的河流或河流的局部河段发生，因此本章主要讨论降雨径流。,2.1、概述,2.2、河流与流域,2.3、降水,2.4、下渗,主要内容,第二章 流域径流形成过程,2.5、蒸散发,2.6、径流,2.7、水量平
4、衡方程,2.4、下渗,主要内容：,（1）包气带和饱和带 （2）土壤水 （3）下渗 （4）地下水,土壤水,地下水,整个过程存在于包气带和饱和带,2.4、下渗,(1)包气带和饱和带,地表土层为多孔介质，能吸收，存储和向任何方向输送水分。,在地面以下，土壤处于饱和含水状态，是以土壤颗粒和水分组成的二相系统，称为饱和带或饱水带,在地面以下地下水面以上，土壤含水量尚未达到饱和，是土壤颗粒、水分和空气组成的三相系统，称为包气带或通气带,1 包气带及其结构,包气带,饱和带,(1)包气带和饱和带,2.4、下渗,(2)土壤水,水文学中常把存储于包气带中的水称为土壤水，而将饱和带中的水称为地下水,土壤水存在形式,
5、吸湿水,薄膜水,毛管水,重力水,土粒表面的分子对水分子的吸引力称为分子力。由分子力所吸附的水分子称为吸湿水。,由土粒剩余分子力所吸附在吸湿水层外的水膜称为薄膜水。,土壤孔隙中由毛管力所持有的水分称为毛管水。,当土壤含水量超过土壤颗粒分子力和毛管力作用范围而不能被土壤所保持时，在重力作用下沿着土壤孔隙流动，这部分水分称为重力水,2.4、下渗,土壤水存在形式,吸湿水,薄膜水,毛管水,重力水,土粒表面的分子对水分子的吸引力称为分子力。由分子力所吸附的水分子称为吸湿水。,由土粒剩余分子力所吸附在吸湿水层外的水膜称为薄膜水。,地面,地下水面,(2)土壤水,2.4、下渗,(2)土壤水土壤含水量和水分常数,
6、土壤含水量,水分常数（6个）,(1)最大吸湿量：在饱和空气中，土壤能够吸附的最大水汽量称为最大吸湿量。它表示土壤吸附气态水的能力。,(2)最大分子持水量：由土粒分子力所结合的水分的最大量称为最大分子持水量。薄膜水厚度此时达到最大值。,(6)饱和含水量：指土壤中所有孔隙都被水充满时的土壤含水量，它取决于土壤孔隙的太小。介于田间持水量到饱和含水量之间的水量，就是在重力作用下向下运动的自由重力水分。,2.4、下渗,(4)毛管断裂含水量：毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水量。当土壤古水量大于此值时悬着水就能向土壤水分的消失点或消失面(被植物吸收或蒸发)运行。,(5)田间持水量：指土壤中所能保持的最大
7、毛管悬着水量。当土壤含水量超过这一限度时，多余的水分不能被土壤所保持，将以自由重力水的形式向下渗透。,(3)凋萎含水量：植物根系无法从土壤中吸收水分，开始凋萎，即开始枯死时的土壤含水量称为凋萎含水量。,2.4、下渗,下渗是水从土壤表面进入土壤内的运动过程。 影响下渗过程的主要因素有降雨强度及历时、土壤含水量、土壤构成情况等。 下渗过程可用时段下渗量F（mm）和时刻下渗率f (mm/h)表示。,(3)下渗,(3)下渗下渗的物理过程,2.4、下渗,下渗的水分主要受分子力的作用，直至土壤含水量达最大分子持水量。,水在毛管力和重力的作用下向下层渗 透，直至土壤饱和。,水在重力作用下呈稳定运动。此时的下
8、 渗率称稳定下渗率。,a 下渗的三个阶段,渗润阶段： 分子力,渗漏阶段： 毛管力,渗透阶段： 重 力,2.4、下渗,(3)下渗下渗的物理过程,单位时间内渗入单位面积土壤中的水量称为下渗率或下渗强度，记为f，以mmmin或mmh计。,2.4、下渗,(3)下渗下渗率和下渗能力,与时间t是非线性关系,下渗率的变化规律，可用下渗公式或下渗曲线表达。如霍顿下渗公式,参数f0、fc及反映土壤特性，根据实验资料推求。,f（t）=（f0fC）et +fc,f0初始下渗率； fc稳定下渗率,(3)下渗下渗率和下渗能力,2.4、下渗,(4)地下水 广义上的地下水指埋藏在地表以下各种状态的水。,2.4、下渗,按埋藏
9、条件可分为,(4)地下水地下水的特征,由于潜水具有自由水面，通过包气带与大气连通，所以不承受静水压力。 潜水面与地面之间的距离为潜水埋藏深度，潜水面与 第一个不透水层层顶之间的距离称为潜水含水层厚度。,2.4、下渗,1潜水,2承压水 承压水的主要特性是处在两个不透水层之间，具有压力水头，一般不直接受气象、水文因素的影响，具有动态变化较稳定的特点。承压水的水质不易遭受污染，水量较稳定，是河川枯水期水量的主要来源。,2.4、下渗,承压水含水层按水文地质特征可分为：,2.4、下渗,两者对比,(4)地下水地下水的特征,2.1、概述,2.2、河流与流域,2.3、降水,2.4、下渗,主要内容,第二章 流域
10、径流形成过程,2.5、蒸散发,2.6、径流,2.7、水量平衡方程,2.5、蒸散发,2.5、蒸散发,蒸散发是水文循环中自降水到达地面后由液态或固态转化为水汽返回大气的阶段。,陆地上一年的降水 约66通过蒸散 发返回大气，由此 可见蒸散发是水文 循环的重要环节。,2.5、蒸散发,在自然条件下，水面的水分从液态转化为气态逸出水面的物理过程，其过程可概括的分为水分气化和水分扩散两个阶段,（1）水面蒸发,E:水体天然水面的蒸发量，mm E器：蒸发器实测水面蒸发量，mm K：蒸发器折算系数,2.5、蒸散发,（1）水面蒸发-K的计算,据研究，当蒸发器直径大于3.5m时，其蒸发量与大水体 天然水面蒸发量较为接
11、近，因此，可用面积20m2或 100m2大型蒸发池的蒸发量E池与同步观测的蒸发量E器的 比值作为折算系数：,说明：折算系数K蒸发器直径而变，也与蒸发器型式、地理 位置、季节变化、天气变化等因素有关,指在自然条件下，土壤保持的水分从液态转化为气态逸出土壤进入大气的物理过程。湿润的土壤蒸发过程一般可以分为三个阶段,2.5、蒸散发,（2）土壤蒸发,气象条件,土壤含水量,无影响,影响因子,含水量大,含水量小,含水量很小,在植物生长期，水分通过植物的叶面和枝干进入大气的过程，又称蒸腾。,（3）植物蒸发,气孔是植物蒸腾失水的“门户”，也是气体交换的“窗口”。它是由一对半月形的细胞保卫细胞围成的空腔。奇妙的
12、是保卫细胞的形状是能够调节的，气孔既能张开，又能闭台。,2.5、蒸散发,2.5、蒸散发,（4）流域总蒸发,流域总蒸发包括水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发和 植物散发。但由于下垫面情况非常复杂，所以流域总蒸 发量通常综合估计，常用的方法有水量平衡法;如建立流 域多年平均水量平衡方程：,2.1、概述,2.2、河流与流域,2.3、降水,2.4、下渗,主要内容,第二章 流域径流形成过程,2.5、蒸散发,2.6、径流,2.7、水量平衡方程,2.6、径流,2.6.1 径流形成过程 2.6.2 径流表示方法 2.6.3 我国河川年径流分布和变化情况,主要内容：,2.6、径流,流域内，自降雨开始到水流汇集到流
13、域出口断面的整个物理过程。,2.6.1径流的形成过程,（1）径流过程,径流形成过程中的从降雨扣除各项损失称为产流阶段；坡面汇流及河网汇流称为汇流阶段。,2.6、径流,（2）产流过程,植物截留,下渗,填洼,蒸发,P :降雨 E :蒸发 f :下渗 R :径流,净雨量：降雨量扣除损失后的雨量,净雨量=径流量,2.6、径流,（2）汇流过程,当降雨强度超过了土壤下渗能力时，产生的超渗 雨沿坡面向低处流动，称为坡面漫流。扣除植物截 留、下渗、填洼后的雨量进入溪沟，最后成为流域出口径流，这部分径流称为地面径流。,表层土壤的含水量首先达到饱和后，继续下渗的雨量沿饱和层的坡度在土壤孔隙间流动，注入河槽形成径流
14、，称为壤中流（表层流）。,降落到地面上的水量向土中入渗，除补充土壤含水量外，逐步向下层渗透，如能达到地下水面，则成为地下径流。,坡面汇流,不透水层,R2,R1,f,E,P,径流形成过程（流域产流）,V,R3,R4,降水,蒸发,下渗,植物截留与洼蓄,地表径流,壤中径流,潜水,深层地下水,河流,坡面汇流,进入河网的水流，从上游向下游，从支流向干流汇集，最后全部先后流经流域出口断面，这个汇流过程称为河网汇流。,坡面汇流,河网汇流,流域汇流过程,流域出口,河网汇流,2.6、径流,（二）径流的表示方法,1、流量,1、流量 2、径流量 3、径流深 4、流量模数 5、径流系数,单位时间内通过某一断面的水量成
15、为流量，记为Q,最高点流量成为洪峰，记为Qm,流量随时间的变化过程，用流量过程线来表示。,2.6、径流,2、径流量,2、径流量,2.6、径流,时段T内的平均流量:,2.6、径流,2.6、径流,2.6、径流,2.6、径流,2.6.3 我国河川径流分布和变化概况,2.6、径流,1、总体概况 2、地理分布 3、年内变化 4、年际变化,时空分布,2.6、径流,1、总体概况,我国年径流分布和年降水量分布一样， 总的趋势：由南向北和由东向西递减,特例：新疆、甘肃交界以西，则由西向东递减,有明显的地域性规律,年内、年际分布不均,时空分布,2.6、径流,2、年径流的地理分布,按径流深的 大小,可分为,100 mm年径流深等值线大致与400 mm年降水量等值线相当，走向一致，等值线以东为半湿润区和湿润区，等值线以西为半干旱区或干旱区。,2.6、径流,（1）丰水带,包括东南和华南沿海地区、台湾、海南、云南西南部及西藏东南部。 年径流量最大值在台湾中央山地和藏东南雅鲁藏布江下游靠近中印 边界一带，可达40005000 mm。 东南沿海主要山地16002000mm。,（2）多水带,包括长江流域大部、淮河流域南部、西江上游、云南大部，以 及黄河中上游一小部分地区。 部分山地年径流深可达10002000mm。,2.6、径流,（3）过渡带,大兴安岭、橙嫩平原
