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1、第二章降水与蒸发 第一节水气水分的循环与平衡第二节降水资料的收集与审查第三节降水量分析计算第四节降水量时空分布第五节蒸发 第一节大气水分的循环与平衡 一 大气水 大气水 以水汽 水滴和冰晶形式存在于大气中的水称为大气水 全球大气中水汽总量为12 9km3 相当于25mm的平均水深 大气中的水汽随纬度而变化 纬度越高 大气中的水汽含量越低 大气水的更新周期约为8 1d 二 大气水分输送计算器 大气水 以水汽 水滴和冰晶形式存在于大气中的水称为大气水 全球大气中水汽总量为12 9km3 相当于25mm的平均水深 大气中的水汽随纬度而变化 纬度越高 大气中的水汽含量越低 大气水的更新周期约为8 1d
2、 一 自然界的水文循环 水文循环 地球表层圈层中进行的水分循环 水通过蒸发 水汽输送 降水 径流等水文过程紧密联系 相互转化 形成一个庞大的动态系统 水文大循环 发生在海洋与陆地之间的水文循环 水文小循环 发生在海洋内部或陆地内部的水文循环 水文循环 大循环 水文循环 小循环 二 地球上的水量平衡 水量平衡是指自然界的水分循环 大体上为一相对稳定值 地球上总的蒸发量与总的降水量的多年平均值是相等的 1 陆地上的水量平衡一年内陆地水量平衡方程为 Pc是陆地降水 R为径流量 Ec是陆地蒸发 U为一年内陆地蓄水的增减量 U为正值表明陆地蓄水量增加 为负值时表明陆地蓄水量减少 长期而言 U有正有负 U
3、 0 多年平均情况时 陆地水量平衡方程为 2 海洋水量平衡多年平均的水量平衡方程为 是海面多年平均降水量 为多年平均蒸发量 一 地球上的水量平衡 3 全球水量平衡多年平均的水量平衡公式 或上式表明 长期而言 地球上的总降水量等于蒸发量 一 地球上的水量平衡 三 地表水资源的构成 1 地表水资源的构成地表水资源的收支变化主要是 降水 蒸发 径流 三者之间的数量变化关系制约着区域水资源数量的多寡和可利用量 降水量降水代表站资料质量好实测年限长面上分布均匀代表不同高程 降水量与降水特征降水量P 单位mm 年降水量 降水过程线 次降水过程线 等雨量线图确定降水特征的方法图解适线法 P III曲线降水量
4、变化年降水量变差系数Cv 年际最大变幅Ka降水等值线图绘制 降水量分级根据次降雨量进行分级 小雨 1 9 9mm 200mm 蒸发分为 水面蒸发 陆面蒸发水面蒸发E0 mm 影响因素 温度 湿度 风速 日照 气压等 测定方式 E 601型蒸发器 80套盆式蒸发器 20蒸发器水面蒸发器折算系数 不同类型蒸发器的蒸发量换算成大水体蒸发量的折算系数 见下表 E 601型蒸发器折算系数为0 9 0 99 接近大水体的蒸发量 陆地蒸发E mm 指特定区域天然情况正反实际总蒸散发量 又称流域蒸发 等于地表水体蒸发 土壤蒸发 植物散发量的总和 估算方法流域水量平衡方程间接估算法计算公式 Penman Mon
5、teith公式 多年平均年蒸发量等值线图的绘制资料的选用分析多年平均蒸发量地区分布规律勾绘等值线图 干旱指数与旱涝分析干旱指数 反映气候干旱程度的指标 通常定义为年水面蒸发量E0和年降水量P的比值 干旱指数 径流深度 径流系数的关系 见下表 旱涝分析指标湿润度与蒸散度法湿润度 降水量与同期无降水时的最大可能蒸发量之比 蒸散发度 实际可能蒸发量与同期有效降水量之比 旱涝指数法 2时大涝 供需比 农作物生长期内总有共水量与总需水量之比 3 河川径流河川径流的概念流域上的降水 经由地面和地下途径汇入河网 形成流域出口断面的水流 称为河流径流 简称径流 河川径流的补给雨水补给冰川 融雪水补给地下水补给
6、径流的时空分布年内变化年际变化 河流径流表示方法流量Q 单位时间内河流通过某一断面的水量 m3 s 径流总量Wt 指在一定时段内通过河流某断面的总水量 m3 亿m3 Wt Q t径流深R 假定径流总量均匀地铺在流域面积上所得到的平均水深 mm 径流模数M 单位流域面积上产生的流量 M Q F 径流系数 某时段内的径流深度与同一时段内降水量之比 即 R P 注意 1 径流资料的统计处理 P39 P44 多年平均年径流深及年径流变差系数Cv等值线图的绘制河川径流量的分析计算代表站法等值线图年降雨径流关系河川径流的年内分配 自己看书 可参照 工程水文学 四 地下水资源的构成 1 地下水资源构成地下水
7、 埋藏在地表以下空隙 孔隙 裂隙 溶隙 中的水 地下水的分类按受力分为 结合水 毛细水 重力水 按埋藏条件分 上层滞水 潜水 承压水按含水层的空隙性质分 孔隙水 裂隙水 岩溶水 含水层与隔水层 含水层指能够透过并给出相当数量水的岩层 隔水层 不透水层 指不具有透水和给水能力的岩层 2 地下水运动地下水循环 大气降水 地表水的入渗补给地下水 地下水流动 又排入地表水或大气中 周而复始的地下水补给 径流 排泄决定着含水层水量和水质的时空变化 地下水补给项 大气降水 地表水下渗 水气凝结补给 人工补给等 地下水排泄 泉水溢出 潜水蒸发 向地表水泄流 人工开采等 地下水径流 地下水在重力或压力 由补给
8、区向排泄区运动 形成了地下径流 地下水径流率 径流模数 M 单位面积的含水层上的地下水流量 m3 s km2 地下水运动一般地下水运动比较缓慢 以层流为主 在特大孔隙 大溶洞 人工开采的取水建筑物附近 才有可能出现紊流 地下水运动规律达西定律 适用于层流 哲才定律 适用于紊流 斯姆莱公式 层流与紊流之间 第一节基本资料的收集 审查与分析 0 水资源估算的内容 水资源估算的任务是推求某一区域的地下水资源 地下水资源及总水资源数量 具体内容包括几个方面 P171 基本资料的搜集 审查2 地表水资源量的计算3 地下水资源量的计算4 水资源总量的计算 一 基本资料的搜集 区域水资源计算需要如下基本资料
9、 P18本区域内和邻近区域的水文气象资料本区域的流域特性资料区域内水利工程概况区域内水文地质特性资料社会经济资料水质监测资料 水资源计算需要哪些基本资料 二 基本资料的审查分析 基本资料的审查分析包括 可靠性 原始资料的可靠程度 一致性 各类资料反映河流的天然规律 具有同一基础 代表性 指标对总体的代表性 样本资料的统计特征对总体统计特征的代表程度 一 资料的可靠性审查降水资料 地区分布与局部暴雨关系 径流资料 上下游或相邻流域径流过程对比 水量平衡对比 降水径流关系 水面蒸发资料 从气象因素分析数据的合理性 泥沙资料 上下游沙量平衡 年径流量和年输沙量关系 一句话 分析资料的合理性 二 资料
10、的一致性审查与径流还原计算资料应该反映区域内的天然情况 具有同一基础 比如径流 水文站的实测资料不能真实反映断面以上径流的天然规律 是各种人类活动影响的综合结果 如水库拦蓄 灌区取水等 这样各年的资料没有可比性 一致性受到破坏 如果资料失去了一致性 要进行还原计算 资料的一致性审查主要是指径流资料的一致性及径流还原计算 径流还原计算是为了求得天然情况下的河川径流量 以保持河川径流量资料的一致性 天然河川径流量是实测河川径流量与还原水量之和 还原水量包括 测站以上农业灌溉耗水量城镇工业用水及生活用水耗水量跨流域引水量河道分洪决口水量水库蓄水量以及由于水面扩大而增加的蒸发耗水量 径流还原计算的具体
11、方法主要有分项调查法 双累积曲线法 蒸发差值法等 不同的资料条件选用不同的方法 有条件时 同时用几种方法进行 互相验证 选取合理成果 1 分项调查法对流域中各项影响因素所造成的水量变化逐一调查 灌溉耗水量 W灌溉 上式中与书P19不同 为什么 书上有误 上式中的 与书中的解释不同 就是灌溉用水的回归系数 其它参数意义相同 灌溉用水没有回到径流中 灌溉用水中一部分水又回到径流中 工业 城镇用水耗水量 W工业 水库蒸发损失水量 水库渗漏损失水量 根据达西公式和水库底面积估算 水库蓄变量 跨流域引水量 调查法 河道分洪水量 调查法 2 双累积曲线法 对第一方法进行验证 根据人类活动前的实测降水径流资
12、料 建立年降水径流模型 根据实测年降水量资料 由年降水径流模型求得逐年 包括人类活动以后 的年径流量计算值R计 并逐年计算累积值由人类活动前 径流双累积曲线呈45线 人类活动后 实测年径流量小于计算值 其偏差为累积还原水量 蒸发差值法 对第一方法进行验证 流域多年平均情况下 降水量不变 根据水量平衡原理 径流差值等于蒸发差值 忽略流域蓄水变量 径流还原计算成果的合理性分析审核原始资料几种方法相互比较上下游的水量平衡分析降水径流分析 三 资料的代表性审查资料的代表性 样本对总体的代表性 即指标的统计特征对总体统计特征的代表程度 一般说 资料年限较长 且包括三 平 枯各种年型的平均样本 其代表性较
13、高 代表性分析有二方面工作 多年长系列丰 枯周期性变化分析短系列的代表性分析 系列的周期性分析移动平均公式 MovingAverage MA 式中 X i 是新系列 X t 是原系列 l是滑动步长 h 是各数据的权重 各数据的权重相同 滑动步长取3时的简化式 差积曲线公式先算出均值 再累积求值 建立X i i的曲线 斜率为正 年径流量大于平均值 为负 年径流量小于平均值 两个相邻极大值 极小值 之间为一个周期 代表性分析水文系列中 一般用均值 均方差 变差Cv 偏态Cs四个指标表征代表性 变差Cv越大 表明河流流量变化越大 年径流偏差系数Cs 反映随机变量的分布对于均值是否对称 Cs 0 概念
14、密度函数曲线对称于均值线分布 C 分布的均值大于众数 随机变量取值时概率最大的数 这是正偏 C 负偏 水文系列中 丰水年出现的机会往往比枯水年出现的机会少 因此 一般属于正偏系列 三 资料的插补延长 1 降水资料的插补延长相关分析法地埋内插法 1 算术平均法 2 加权平均法 3 等雨量线法水文比拟法 用其它相关站资料推求 2 径流资料的插补延长年径流量的插补延长降水 径流上游 下游相邻站资料汛期 年径流量月径流量的插补延长汛期 水位 流量 因素相关法非汛期 多年平均值 退水规律插补 第三节地表水资源计算 一 地表水资源数量评价内容 地表水体包括河流水 湖泊水 冰川水和沼泽水 地表水资源通常用地
15、表水体的动态水量即河川径流量来表示 指有经济价值又有长期补给保证的重力地表水 即当地地表产水量 是河川径流量的一部分 P30河川径流量 即水文站能测到的当地产水量 包括地表产水量和部分 也可能是全部 地下产水量 是水资源总量的主体 在多年平均情况下 河川年径流量是区域年降水量扣除区域年总蒸散发量后的产水量 地表水资源数量评价 主要是评价河川径流量 2 地表水量评价的内容评价地表水的形成与分布规律 计算地表水资源的多年平均值 丰 平枯水文年出现的频率及相应的水量 地表水资源开发利用的工程措施与方案 对开发利用后的可能问题进行预测分析 提出防治水原污染保护环境的对策和建议 二 河流水量分析与计算
16、1 河水流量过程线的分割方法 基流分割方法 河川基流量 又称地下径流量 是指河川径流量中由地下水渗透补给河水的部分 即河道对地下水的排泄量 河川基流量是一般山丘区和岩溶山区地下水的主要排泄量 水平直线分割法找出洪水涨水段的最低点A 引水平线和退水曲线相交于B点 如右图 AB以上是地面径流量 以下是河川基流量 当河流兼有深层地下水和潜水的补给时 雨水潜水补给总是增加的 基流应增加 此法不宜使用 斜线分割法找出洪水涨水段的最低点A 由于降水对潜水的补给 B点应高于A点 如右图 B点确定方法 洪峰后N天的点 根据流域面积确定N 见下表 退水曲线上 坡度陡的是地面退水 缓的是地下退水 退水曲线上的拐点即为B点 表2 5不同流域面积的N值 水平直线分割法和斜线分割法 没有建立在分析地下水对河流补给规律的基础上 分隔出来的地下水补给量随意性比较大 但方法简便易行 有一定精度 退水曲线法根据标准退水曲线从洪水流量过程一两端向内展延地下退水曲线 由起涨A点向后水平延到C点 由退水曲线B点向前延续至D点 直线连接C D点 如右图 适应于地下水与河水无直接水力联系的情况 2 河流多年平均径流量的计算河流径
