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1、绪 论1、 水文学的概念水文学(Hydrology)：水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。 水文学是一门自然科学、同时也是一门应用科学。2、水文学的研究对象各种水体（水圈）主要研究对象水体：所谓水体，是指以一定（各种）形态存在于自然地理环境（自然界）中的水的总称。3、 水文学的体系4、 水文现象的主要特点1.水循环永无止境2.时间变化上的周期性与随机性 3.空间变化上的相似性与特殊性第一章 水文循环与水量平衡1、水文循环的基本过程水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环
2、节,不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。水文循环过程包括蒸发、降水、径流3个阶段和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流5个环节。2、水文循环的类型根据水循环的路径与规模差异，将全球的水循环分为大循环与小循环。A、大循环/外循环：发生于全球海洋、(大气)与陆地之间的水分交换过程。B、小循环/内部循环：发生在海洋与大气之间（海洋小循环），或陆地与大气之间（陆地小循环）的水分交换过程海洋小循环主要包括海面的蒸发与降水两大环节。陆地小循环：从水汽来源看，包括陆地蒸发的水汽及海洋输送的水汽；陆地小循环还分为外流区小循环与内流区小循环3、水文循环的作用及效应水循环作为地球上最基本的物质大循环和
3、最活跃的自然现象,它深刻地影响到全球地理环境,影响生态平衡,影响水资源的开发利用,对自然界的水文过程来说,水循环是千变万化的水文现象的根源。（1）、水文循环与地球圈层构造地球表层系由大气圈、岩石圈，生物圈以及水圈组合而成。在这一有序的庞大层次结构中,水圈居于主导地位,正是水圈中的水,通过周流不息的循环运动，积极参于了圈层之间界面活动，并且深入4大圈层内部，将它们耦合在一起。（2）、水循环与全球气候水循环一方面受到全球气候变化,尤其是大气环流活动的影响,另一方面它又深入大气系统内部，极其深刻地制约了全球气候。水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者；水循环通过对地表太阳辐射能的重新分配，使不
4、同纬度热量收支不平衡的矛盾得到缓解；水循环的强弱及其路径还直接影响到各地的天气过程。（3）、水循环与地貌形态及地壳运动水循环过程中的流水以其持续不断的冲刷、侵蚀作用、搬运与堆积作用，以及水的溶蚀作用，在地质构造的基底上重新塑造了全球的地貌形态，而且还影响到地壳表层内应力的平衡，是触发地震，甚至引起地壳运动的重要原因。(4）、水文循环与生态平衡水是生命之源，水循环的强度及其时空变化还制约一个地区的生态环境平衡或失调的关键。对于同一地区来说，水循环强度的时空变化，又是造成本区洪、涝、旱等自然灾害的主要原因。(5)、水文循环与水资源开发利用水是人类赖以生存、发展的宝贵资源，是廉价、清洁的能源，是农业
5、的命脉、工业的血液和运输的大动脉，它与其它自然资源相比较主要不同点是水资源具有再生性和可以永继利用的特点。(6)、水循环与水文现象以及水文学科的发展水循环是水文现象的根源,没有水循环就不会发生蒸发、降水、径流。宏观与微观水循环的研究相结合,将进一步推动今后水文学向纵深方向发展。4、水量平衡及其表达式（1）、水量平衡水量平衡：任意选择的区域或水体，在任意时段内，其收入与支出水量之间的差额必等于该时段内某区域或水体蓄水的变化量。水量平衡是地球上水循环持续不断进行下去的基本前提。水量平衡方程是水循环的数学表达式，根据不同类型的水循环，可建立不同的水量平衡方程。如全球、海洋、陆地、流域水量平衡方程等。
6、（2）、通用水量平衡方程水量平衡方程式的通式：I是水量的收入项，Q为水量的支出项，ds为研究时段内区域或水体内的蓄水变化量；分别是计算时段t内的水量收入、支出与蓄水变化量。以陆地上任一地区为研究对象，沿该地区边界作一垂直柱体，以地表作为柱体的上界,以地面下某一深度为柱体的下界(以界面上不发生水分垂直交换的深度为准),则水量平衡方程式可写做为：P为时段内降水量；E1 、 E2分别为时段内水汽凝结量和蒸发量；R表、 R表分别为时段内地表流入与流出的水量； R地下、 R地下分别为时段内地下流入与流出的水量；S1 、 S2分别为时段内始末蓄水量。q为时段内工农业以及生活净用水量令E= E2E1为时段内
7、净蒸发量；s= S2S1为时段内蓄水变化量，则上述水量平衡方程式可以变化为：通用水量平衡方程式（3）、全球水量平衡方程全球水量平衡系由海洋和陆地水量平衡联合组成。1）、以全球海洋为研究对象，则任意时段内的水量平衡方程式为：多年平均状态下s海0，所以即在多年平均状态下，整个海洋的降水量加上入海径流量与海面水蒸发量处于动态平衡状态。2）、陆地水量平衡方程式陆地上水循环可分为外流区与内流区，其水量平衡方程式可分为外流区和内流区水量平衡方程A、外流区来说，任意时段的水量平衡方程为：P外E外R地表R地下= s外对于多年平均而言s外0，并以R= R地表R地下，则有P外、E外、R地表、R地下和s外分别为外流
8、区任意时段内降水量、蒸发量、入海的地表与地下径流量和蓄水量变化；B、内流区水量平衡：内流区水循环基本上呈闭合状态，除了上空存在与外界水汽发生交换外，内流区的降水最终全部转化为水汽，没有水量入海。因此在多年平均情况下的水量平衡方程为：P和E分别为内流区多年平均降水量、蒸发量。C、陆地水量平衡方程：陆地水量平衡方程是由外流区与内流区水量平衡方程的组合：由于3）、全球水量平衡方程式全球水量平衡方程式是海洋水量平衡方程式与陆地水量平衡方程式的组合：海洋水量平衡方程式：陆地水量平衡方程式： P 海P 陆= E 陆E 海即海洋与陆地的多年平均降水量等于海洋与陆地多年平均蒸发量，即在水循环过程中，全球总水量
9、不变，但各种水体之间相对数量却是不断变化的。5、土壤蒸发的阶段及其影响因素土壤蒸发是土壤失去水分的干化过程，随着蒸发过程的持续进行，土壤中的含水量会逐渐减少，因而其供水条件越来越差，土壤的实际蒸发量也随之降低。根据土壤供水条件的差别以及蒸发率的变化，可将土壤的干化过程划分为三个阶段：1）定常蒸发率阶段：在充分供水条件下，水通过毛管作用，源源不断地输送到土壤表层供给蒸发，蒸发快速进行，蒸发率相对稳定；蒸发量等于或近似于相同气象条件下的水面蒸发；此阶段土壤蒸发主要受气象条件的影响（如风速、饱和差）。2）蒸发率下降阶段：当蒸发达到某一临界值W田（约为土壤田间持水量），土壤的供水能力不能满足蒸发需要，
10、蒸发率减小并进入明显下降阶段。由于供水不足，毛管水达不到地表，土壤水主要以薄膜水的形式，由水膜厚的地方向水膜薄的地方运动。蒸发量的大小主要取决于土壤含水量，气象因素处于次要地位。3）蒸发微弱阶段：当蒸发达到第二临界值W凋（凋萎系数，其值相当于植物无法从土壤中吸水而开始凋谢枯死时土壤含水量），土壤蒸发便进入蒸发率微弱阶段。土壤水由底层向表面的薄膜运动基本停止，土壤液态供水中断，仅靠下层水汽向外扩散，此时土壤蒸发在较深的土层中进行。汽化扩散速度主要与上下层水汽压梯度及水汽所通过的路径长短和弯曲程度有关，并随汽化层的不断向下延伸，蒸发越来越弱。6、我国的水汽输送特点第一，存在三个基本水汽来源，三条输
11、出入路径，并有明显季节变化。西北水汽流自西北方向入境，于东南方向出境，大致呈纬向分布，冬季直达长江，夏季退居黄河以北；南海水汽流自广东、福建沿海登陆北上，至长江中下游地区偏转并由长江口出境，夏季可深入华北平原，冬季退缩到北纬25以南地区，水汽呈明显的经向分布，该水气流水汽含量大。孟加拉湾水汽流通常自北部湾入境，流向广西，云南，继而折向东北方向，并在贵阳-长沙一线与南海水汽流汇合,而后进入长江中下游地区，然后出海,全年中一春季最盛,冬季限于华南沿海。第二，水汽输送既有大汽平均环流引起的平均输送，又有移动性涡动输送。第三，地理位置、海陆分布与地貌上总体格局，制约了全国水汽输送的基本态势。青藏高原决
12、定了我国水汽输送场形成南北两支水汽流，北纬30以北地区盛行纬向水汽输送，30 以南具有明显的经向输送；秦岭淮河一线成为我国南北水汽流经常汇合的地区，是水汽流辐合带；海陆分布制约了我国上空湿度场的配置，呈现从东南沿海向西北内陆递减的趋势，进而影响了我国降水的地区分布。第四，水汽输送场垂直分布存在明显差异。850百帕气层上，一年四季水汽输送场形势比较复杂；700百帕气层上，在淮河流域以北盛行西北水汽流，淮河以南盛行西南水汽流，两股水汽流在北纬3035 一带汇合后东流入海；500百帕高度上，一年四季水汽输送呈现纬向分布；低层大气中则经向输送比较明显；自低层到高层存在经向到纬向的顺时针向切变。7、降雨
13、要素，影响降雨的因素1、降水要素：1）降水量：指一定时段内降落在某一面积上的总水量，单位为mm。2）降水历时与降水时间： 降水历时指一场降水自始至终所经历的时间； 降水时间指对应于某一降水而言，其时间长短通常是人为划定的，在此时段内并非意味着连续降水。3）降水强度：简称雨强,指单位时间内降水量(mm/m，mm/h)。2、影响降水的因素：1、地形条件影响地形主要是通过气流的屏障作用与抬升作用对降水的强度与时空分布发生影响的。地形对降水的影响程度决定于地面坡向、气流方向以及地表高程的变化。地形的抬升增雨并非是无限制的，当气流被抬升到一定高度后，雨量达最大值。2、森林对降水的影响森林对降水的影响与森
14、林面积、林冠的厚度、密度、树种、树龄以及地区气象因子、降水本身的强度、历时等特性有关。观点一：森林不仅能保持水土，而且直接增大降水量。 （减少径流量，增加蒸发量）观点二：森林对降水的影响不大。 （对大尺度气候没有影响，只能影响微尺度气候）观点三：森林不仅不能增加降水，还可能减少降水。 （抑制气温升高，削弱对流，从而减少降水量）3、水体的影响陆地上的江河、湖泊、水库等水域对降水量的影响，主要是由于水面上方的热力学、动力学条件与陆面上存在差别而引起的。“雷雨不过江”形象地说明了水域对降水的影响。水域对降水的影响，总体来说是减少降水量（尤其是对流雨），但因季节而有差异。但在迎风的库岸地带，当气流自水
15、面吹向陆地时，因地面阻力大，风速减小，加以热力条件不同，容易造成上升运动，促使降水增加。4、人类活动的影响人类对降水的影响一般都是通过改变下垫面条件而间接影响降水：植树造林、或大规模砍伐森林、修建水库、灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽等，其影响的后果有的是减少降水量，有的增大降水量。在人工直接控制降水方面，只能对局部地区的降水产生影响。城市对降水的影响。具体影响的程度、增雨量的大小，则视城市的规模、工厂的多少、当地气候湿润的程度等情况而定。8、下渗阶段划分，下渗的影响因素1、下渗过程的阶段划分整个下渗的物理过程按照作用力（重力、分子力和毛管力）的组合变化及其运动特征，可分为3个阶段：1）渗润阶段：降水初期，若土壤干燥，下渗水主要受分子力作用，被土粒所吸附形成吸湿水，进而形成薄膜水；当土壤含水量达到岩土最大分子持水量时，开始向下一阶段过渡2) 渗漏阶段：随着土壤含水率（量）的不断增大，分子作用力渐由毛管力和重力作用取代，水在岩土孔隙中作不稳
