水文学基础知识

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1、水文学基础知识水文学基础知识一、概念1、水文学概念水文shui wQn 英文：Hydrology1. 水的波纹。亦指如波纹的图形。2. 自然界中水的各种变化和运动的现象。3. 水文，指研究自然界水的时空分布、变化规律的一门边缘学科 “文”作自然界的现象讲，如“天文”。水文是水利、水电及一切与 水资源有关的国民经济和社会发展所必需的前期工作的基础，是水利 建设的尖兵、防汛抗旱的耳目、水资源管理与保护的哨兵、资源水利 的基石，是一项必须适当超前发展的社会公益性事业。水文学：研究 水存在于地球上的大气层中和地球表面以及地壳内的各种现象的发生 和发展规律及其内在联系的学科。包括水体的形成、循环和分布，

2、水 体的化学成分，生物、物理性质以及它们对环境的效应等。水文学：广义地说就是研究地球与水的科学，包括它的性质、现 象和分布，其核心是水循环。水文学，广义地按地球圈层情况可分为水文气象学、地表水文学 和地下水文学三种。按地球表面分布情况，又可分为海洋水文学和陆 地水文学。陆地水文学：主要研究存在于大陆表面上的各种水体及其水文现 象的形成过程与运动变化规律。按研究水体的不同又可分为： 河川水文学；湖泊（包括水库）水文学；沼泽水文学； 冰川水文学；河口水文学。2、水文循环水文循环：地球上或某一区域内，在太阳辐射和重力作用下，水 分通过蒸发、水汽输送、降水、入渗、径流等过程不断变化、迁移的 现象。大循

3、环：从海洋蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，遇冷凝结而 形成降水，降水至地面后，一部分蒸发直接返回空中，其余都经地面 和地下注入海洋，这种海陆间的水分交换过程称大循环或外循环。小循环：陆地上的水经蒸发、凝结作用又降落到陆地上，或海洋 面上蒸发的水汽在空中凝结后，又以降水形式降落在海洋中，这种局 部的水文循环称小循环或内循环。前者又可称内陆小循环，后者称海 洋小循环。由陆面蒸发而引起的内陆小循环，对内陆地区的降水有重 要作用。因内陆地区距离海洋很远，从海洋直接输送到内陆的水汽不 多，需要通过内陆局部地区的水文循环运动，使水汽不断地向内陆输 送，这是内陆地区的主要水汽来源。由于水在向内陆输送过程中，

4、沿 途会逐步损耗，故内陆距离海洋越远，输送的水汽量越少，降水越小， 沿海地区一般雨量充沛，而内陆地区则雨量稀少，气候干燥，就是这 个原因。3、水文现象的基本特点时程变化上的周期性与随机性 周期性由于地球的自转和公转，昼夜、四季、海陆分布，以及 一定的大气环境，季区区域等，使水文现象在时程变化上形成一定的 周期性。 随机性因为影响水文现象的因素众多，各因素本身在时间上不 断地发生变化，所以受其控制的水文现象也处于不断变化之中，它们 在时程上和数量上的变化过程，伴随周期性出现的同时，也存在着不 重复性的特点，这就是所谓随机性。地区上的相似性与特殊性 相似性有些流域所处的地理位置（纬度或离海洋远近等

5、）相似， 气候与地理条件相似，因而所产生的水文现象在一定程度上有一定的 相似性，即具有所谓地带性。 特殊性不同流域虽所处的地理位置、气候条件相似，但由于下 垫面条件差异，而产生不同的水文变化规律。4、水量平衡研究水量平衡是对水文循环建立定量的概念，了解组成水文循环 各要素降水、下渗、蒸发和径流等作用；解决一个地区或流域的 产水量和径流的出流过程；根据水量平衡由某些已知水文要素推求街 定的水文要素（如已知降水、径流推求损失量）。水量平衡原理被广 泛地应用于水文预报、水文水利计算，同时还可以用来对水文测验、 资料整编、预报和计算的成果进行合理性检查分析并评价成果精度。闭合流域在某一给定时段内的水量

6、平衡方程式为：P = E + R + W闭合流域的多年平均水量平衡方程式为：P = R + E二、降水1、降水降水主要是指降雨和降雪，其它形式的降水还有露、霜、雹等。 水分以各种形式从大气到达地面统称为降水。降水是水文循环的重要 环节，也是人类用水的基本来源。降水资料是分析河流洪枯水情，流 域旱情的基础，也是水资源的开发利用如防洪、发电、灌溉等的规划 设计与管理运用的基础。因此，它是一项非常重要的资料。2、降雨类型气旋雨随着气旋或低压过境而产生的雨称为气旋雨。对流雨在地面受热，温度升高、下层空气膨胀上升和上层空气 形成对流运动。当下层带有丰富水汽的暖空气上升到温度较低的高空 时，产生动力冷却而

7、凝成雨滴下降，称对流雨。对流雨多发生在夏季 酷热的午后，一般强度大、面积小、历时短，它对小面积洪水影响大， 易形成陡涨陡落的洪水过程。地形雨当暖湿气团在运动中遇到山岭障碍时，沿山坡上升，由 于逐渐变冷凝结成雨而降落称地形雨。地形雨多在迎风的山坡上，背 风坡则雨量稀少。台风雨台风雨是热带海洋上的风暴带到大陆来的雨。是由异常 强大的海洋湿热气团组成，常造成狂风暴雨。发生台风雨时，暴雨一 天内可达数百毫米，极易造成灾害。3、暴雨暴雨主要由于对流作用所形成，其特征是历时短、强度大，在地 区上笼罩面积相对不大。 1d 降雨量超过 50mm 或 1h 降雨量超过 16mm者称为暴雨。1d降雨量超过100m

8、m者称为大暴雨，1d降雨 量超过 200mm 者称为特大暴雨。4、降水基本要素降水量在某一给定时段内降落在某一面积上的总水量，如日降水量是指 某一面积上 1d 内的降水总量，次降水量是指某一面积上一次降水的总 量等等，以m3、亿m3或km3计，但一般常用降水深度表示，即在 该时段内降落在某一面积上的水深，以mm计。在各种水文资料中，降水量除特别注明外，均指降水深度。降水历时和降水时间 降水历时是指一次降水过程所经历的时间，降水时间则是指对应 于某一降水量而言，某一时间内降雨若干毫米，此时间即为该若干毫 米降雨的降水时间。降水强度降水强度指单位时间内的降水量，一般以mm/mi n或mm/h计。降

9、水面积降水所笼罩的水平面积，以km2计。5、降水特征表示方法降水量过程线降水量过程线以时段降水量为纵轴，时段次序为 横轴绘制而成。降水量累积曲线此曲线横坐标表示时间，纵坐标代表自降水开 始以各该时刻降水量累积值。等降水量线或等雨量线为了表示某一地区或流域的次、日、月、 年降水量的分布情况，可用等雨量线图。降水特性综合曲线 降雨强度与历时关系曲线 平均深度与面积关系曲线 平均深度与面积与历时关系曲线6、降水量观测降水量观测场地：应按规范要求建立观测场。降水量观测仪器：一般为20厘米口径的雨量器和自记雨量计， 目前水文遥测采用的是20厘米口径的翻斗雨量计。降水量观测：一般只测记降雨、降雪、降雹的水

10、果，并注记雪、 雹符号。单纯的雾、露、霜，不论其量大小均不测记（特别情况，可 别作规定）。降水量记至 0.1 毫米，不足 0.05 毫米的降水不做记载。历时记 至分钟。每日降水以8时为日分界，从本日8 时至次日8 时的降水量 为本日的日降水量。用雨量器观测降水量一般采用定时分段观测制，测站各时期所 采用的段次，在测站任务书中规定。液体降水量的量法，将储水瓶内的水倒入量杯，放平量杯，使 视线与量杯水面齐平，观测量杯中水面的凹下面，记至0.1 毫米。每次观测后应立即记入记载簿中。如果降水量很大，量 杯不能一次量完，则可分几次量，将总数记入记载簿内。每次雨量， 待复测后方可倒去。7、区域平均降水量计

11、算算术平均法在地形起伏不大，区域内降水分布较均匀或降水在 地区上的变化较均匀，测站布置合理或较多的情况下，算术平均法最 简单且能获得满意的结果。泰森多边形法（又称垂直平分法）如果区域内雨量站分布不均 匀，且有的站偏于一角，此时采用泰森多边形法较算术平均法合理和 优越。等雨量线法对于地形变化较大（一般是大流域），区域内又有 足够数量的雨量站，能够根据降水资料结合地形变化绘制出等雨量线 图，则应采用本方法。三、蒸发与散发1、蒸发与散发蒸发与散发是水文循环过程中自降水到达地面后由 液态（或固态）化为水汽返回大气的一个阶段。大陆上一年内的降水 约有 60%消耗于蒸发与散发，显然蒸发与散发是水文循环的重

12、要环节 从径流形成来看蒸发与散发是一种损失。蒸发与散发在水量平衡研究 及水利工程规划设计中是不可忽视的影响因素。2、陆上水面蒸发场的设置要求 蒸发场四周应空旷、平坦，避开局部地形、建筑物及树木等障 碍物的影响。 蒸发场应离大水体远些，以避开其影响。 蒸发场内及其周围，一般不应产生地面积水。 选择场址应考虑到加水的方便，水源的水质应符合观测用水的 要求。 在城市和工矿区附近的蒸发场，最好选在工矿区最多风向的上 风面，以减少烟尘对蒸发器内水质的影响。 在大洪水期有可能遭致淹没的地区，一般应避免设站。如确有 需要，应考虑在淹没时期采取相应的观测措施。3、观测仪器目前全国蒸发站网上使用的观测仪器，主要

13、有 E-601 型蒸发器， 口径为 80厘米带套盆的蒸发器和口径为20 厘米的蒸发皿三种。4、蒸发量观测一般每日 8 时观测蒸发量和降水量一次，蒸发量以毫米计，测记 至 0.1 毫米。四、径流1、径流形成过程由降雨（或融雪）到水流汇集到河流出口断面的整个物理过程， 称径流形成过程。水文过程线以连续曲线的形式显示了通过断面的流 量随时间变化的情况。过程线是指地面径流、壤中流（表层流）、地 下水和河槽降水的总量随时间变化的过程。2、流域蓄渗过程当雨水降落到地面上时，除一小部分（一般不超过 5%）降落于河 槽水面上的降水直接形成径流外，大部分降雨并不立即产生径流，而 是消耗于植物截留、下渗、填洼与蒸

14、发。在一次降雨过程中，流域上 各处的蓄渗量及蓄渗过程的发展是不均匀的。因此，地面径流产生的 时间和地方并不一致，有前有后，先满足蓄渗的地方先产流。渗入土壤中的水份，使包气带含水量增加，在表土层较薄，且松 散透水、下伏相对不透水层的条件下，当达到饱和时，部分水份沿坡 侧向流动，形成壤中流，注入河槽。继续深向运行的下渗水量，到达 地下水面，以地下水的形式补给河流，称地下径流。在这一阶段中凡 是不构成径流的降水部分，称损失量，包括植物截留、填洼及滞蓄于 土壤中的下渗水量。在这一阶段中，河槽水流基本上没有大量的新的补给，主要仍靠 前期地下水补给（可能有少量的河槽降水）。因此，流量过程线无明 显的变化。

15、3、坡地汇流过程超渗雨水在坡面上以片流域时分时合的细沟流运动的现象称坡面 漫流。当满足填洼以后，开始产生大量的地面径流，水流进入正式的 漫流阶段。在漫流过程中，坡面水流一方面继续不断地接受降雨补给， 一方面又不断地消耗于蒸发和下渗。壤中流及地下径流也同样具有沿坡地土层的汇集过程。壤中流汇 流速度比地面径流慢，到达河槽也较迟。壤中流所占总径流中的比例 与流域土壤和地质条件有关。4、河网汇流过程各种径流成分经坡地汇流注入河网，在河网内沿河槽作纵向流动 和汇集的过程称河网汇流。5、径流计量单位流量Q :单位时间内通过某过水断面的水量，以（m3/s ）表示。 流量有瞬时值、日平均值、年平均值及多年平均值等。径流总量W :在一定时段内通过某断面的水量，以m3或亿m3 计。G）径流模数M :单位流域面积上的平均流量。流量变率K :某一年的年平均流量和正常年径流量之比。径流深度R :将计算时段内的径流总量，均匀铺在某断面以上的 流域面积上，其相应的水层深度即是径流深度，以mm表示。径流系数a:任意时段内径流深度R与同时段内降水深度P之比。6、洪水特性表示方法 通常用洪峰流量、洪水总量和洪水总历时表示洪水特性的三个要素。一次洪水过程，其最大值为洪峰流量，洪水过程线与横座标所包