水文学基础知识

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1、第一讲第一讲 水文水资源基础水文水资源基础1主要内容一、水文循环与水量平衡二、降雨、蒸发三、入渗、土壤水、地下水四、河川径流2一、水文循环及水量平衡水文学： 研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。 与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。31.1 水文循环： （1）地球上水的存在形式：地球上水的存在形式： 汽态、液态、固态汽态、液态、固态 （2 2）存在位置：）存在位置： 空气中、地表、地下、生物体内空气中、地表、地下、生物体

2、内 4 水文循环的概念： 地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水分这种入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替往返循环、不断转移交替的现象称为水的现象称为水文循环或水循环。文循环或水循环。 5水循环示意图水循环示意图6 水循环的外

3、因： 太阳辐射能和地球引力的存在太阳辐射能和地球引力的存在 水循环的内因： 水物理三态水物理三态(气、液、固气、液、固)之间的相互之间的相互 转化转化7自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：大循环大循环/ /小循环小循环海海 洋洋 上上 空空大大 陆陆 上上 空空海海 洋洋地地 下下陆陆 面面降降水水蒸蒸发发返返回回大大气气地面径流地面径流海海洋洋蒸蒸发发降降水水气流输运气流输运大循环：大循环：小循环小循环：地下径流地下径流汇入汇入河川河川8水文循环的意义：水文循环的意义： 直接影响气候变化：直接影响气候变化： 改变地表形态：改变地表形态： 造成再生资

4、源：造成再生资源： 负面影响：干旱，洪涝灾害负面影响：干旱，洪涝灾害9（2）河流流域的水量平衡河流流域的定义：河流流域的定义：河流某断面以上，汇集地表水和地下水河流某断面以上，汇集地表水和地下水的区域（称做地面集水区和地下集水区）的区域（称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上的流域。统称做河流在该断面以上的流域。 由分水线包围的集水区域。由分水线包围的集水区域。10非闭合流域非闭合流域/ /闭合流域：闭合流域： 非闭合流域：非闭合流域： 若地面分水线与地下分水线在位置上不完全若地面分水线与地下分水线在位置上不完全重合，即地面和地下集水区不相重合常称这种流重合，即地面和地下集水区不相

5、重合常称这种流域为非闭合流域。域为非闭合流域。 闭合流域：闭合流域： 若若流流域域的的地地面面水水和和地地下下水水分分水水线线在在位位置置上上重重合合，即即地地面面和和地地下下集集水水区区相相重重合合，则则称称这这种种流流域为闭合流域。域为闭合流域。11二、降水与蒸发2.1 降水： 是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。要素之一，也是水循环中重要的一个环节。 12（1） 降水的各种形态： 雨雨 从云中降落下来的液态水滴从云中降落下来

6、的液态水滴, ,其直径一般为其直径一般为0.56毫米。小雨滴呈球形，直径在毫米。小雨滴呈球形，直径在1 1毫米以上毫米以上的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。 雪雪 由较大的冰晶（即雪晶）组成。雪晶一般由较大的冰晶（即雪晶）组成。雪晶一般大于大于0.3 毫米，其基本形状为六角形。毫米，其基本形状为六角形。13霰 又称雪珠或软雹，是白色不透明的圆锥形或又称雪珠或软雹，是白色不透明的圆锥形或球形的颗粒状固态降水。直径约球形的颗粒状固态降水。直径约25毫米，下降毫米，下降时常呈阵性，触及硬地时常反跳。它是由各自冻时常呈阵性，触及硬地时常反跳。它是由各自冻结的小

7、云滴组合在一起而成的，密度小而松脆易结的小云滴组合在一起而成的，密度小而松脆易碎。碎。 雹雹 又称冰雹或雹块，从对流云中产生的球状、锥又称冰雹或雹块，从对流云中产生的球状、锥状、椭球状或形状不规则的坚硬固态降水，直径状、椭球状或形状不规则的坚硬固态降水，直径约约250毫米。毫米。14（2） 降水的成因： 大气中存在水分，即水汽；大气中存在水分，即水汽； 降温，降至露点温度以下，或空气冷却降温，降至露点温度以下，或空气冷却 大气中存在吸水性的微粒大气中存在吸水性的微粒(凝结核凝结核) 露点：露点：空气中水汽达到饱和时的温度。当大气空气中水汽达到饱和时的温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成了水

8、汽凝结的必温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必要条件。要条件。 大气凝结核：大气凝结核： 指飘浮在大气中的尘粒，其直指飘浮在大气中的尘粒，其直径约径约10-310m。大气凝结核由固态物质、溶液滴。大气凝结核由固态物质、溶液滴或两者的混合物组成，其化学成分很复杂，最常或两者的混合物组成，其化学成分很复杂，最常见的是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。见的是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。15（3）降雨的分类及其特性 按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种类按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种类型：型： 对流雨对流雨 地形雨地形雨 锋面雨锋面雨 气旋雨气旋雨161）对流雨： 对流雨对流雨(亦称

9、对流性降水亦称对流性降水)发生的条件：发生的条件： 地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云汽则会凝结成云（淡积云浓积云浓积云 积雨云），积雨云）， 形成形成 降雨。降雨。17 对流雨发生的特点：对流雨发生的特点： 对对流流雨雨是是在在大大气气不不稳稳定定的的条条件件下下产产生生的的，多多发生在夏季酷热的午后；发生在夏季酷热的午后； 其其水水平平尺尺度度很很小小(0.150公公里里)，降降雨雨历历时时较较短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。短（几十分

10、钟），形成阵性降水，常称阵雨。 降降水水强强度度的的变变化化很很大大。对对流流性性降降水水常常伴伴有有雷暴（伴有闪电和雷声），称为雷阵雨。雷暴（伴有闪电和雷声），称为雷阵雨。182）地形雨地形雨形成示意图地形雨形成示意图山山 脉脉 暖暖湿湿空空气气在在运运移移过过程程中中，因因受受地地形形（如如山山脉脉等等）影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。 地形雨发生的条件：地形雨发生的条件：19 因因气气流流（空空气气）的的湿湿度度、温温度度、抬抬升速度及地形特点的差异而不同。升速度及地形特点的差异而不同。 地地形形作作用用一一般般使使山山的的迎迎风风面面的的

11、降降水水量大，而背风面降水量减少。量大，而背风面降水量减少。 地形雨的特点：地形雨的特点：203）锋面雨: 由由于于不不同同性性质质的的气气团团相相遇遇所所形形成成的的雨雨称称为锋面雨为锋面雨。 气团：气团： 物物理理属属性性（物物理理属属性性主主要要是是温温度度、湿湿度度、大大气气静静力力稳稳定定度度等等物物理理量量）在在水水平平方方向向差差异异很很小小的的空空气气质质点点群群体体。其其水水平平范范围围可可达达几几百百万万平平方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。21气团的分类：气团的分类： 按按气气团团的的热热力力性性质质不不同同,可可划划分分为为：冷

12、冷气气团团(比比其其所所经经下下垫垫面面冷冷)和和暖暖气气团团（比比其其所经下垫面暖）所经下垫面暖）; 按按湿湿度度特特征征的的差差异异可可分分为为：干干气气团团和和湿气团湿气团；22 按其静力稳定度的区别可分为按其静力稳定度的区别可分为稳定气团稳定气团和和不稳定气团不稳定气团； 按气团的发源地的不同常分为按气团的发源地的不同常分为极地气团极地气团和和热带气团热带气团两大类，再按发源地带的海陆差别，两大类，再按发源地带的海陆差别，这些气团还可划分为一些亚类。这些气团还可划分为一些亚类。23在北半球的主要气团有：在北半球的主要气团有： 北冰洋气团：北冰洋气团： 形成于北极的北冰洋，空气极寒且干燥

13、。形成于北极的北冰洋，空气极寒且干燥。 极地气团：极地气团： 形形成成于于除除北北极极的的北北冰冰洋洋以以外外的的中中、高高纬纬度度地地区区，比比较较寒寒冷冷，其其中中形形成成于于大大陆陆上上的的有有极极地地大大陆陆气气团团、西西伯伯利利亚亚气气团团；形形成成于于海海洋洋上上的的有有极地海洋气团极地海洋气团。24 赤道气团：赤道气团： 形形成成于于赤赤道道海海洋洋上上，既既热热又又很很潮潮湿湿，有有时难以将它和热带海洋气团相区别。时难以将它和热带海洋气团相区别。 热带气团：热带气团： 形形成成于于热热带带、副副热热带带的的暖暖气气团团。其其中中形形成成于于大大陆陆上上的的，称称为为热热带带大大

14、陆陆气气团团；形形成成于于海洋上的称为海洋上的称为热带海洋气团热带海洋气团。25 锋面： 温温度度或或密密度度差差异异很很大大的的两两个个气气团团相相遇遇，接接触触区区形形成成一一过过渡渡带带，简简称称锋锋面面。锋锋面面是是倾倾斜斜的的，坡坡度度很很小小，一一般般约约为为1/100，冷冷气气团团在在下下，暖暖气气团团在在上上。锋锋面面的的铅铅直直厚厚度度约约1公公里里，水水平平宽宽度度在在近近地地面面约约数数十十公公里里，其其高高度度可可达达400公公里里以以上上（延延伸伸到到对对流流层层顶顶），锋锋的的水水平平范范围围可可延延伸伸数数百百公公里里甚甚至数千公里。至数千公里。26 锋线： 锋锋

15、面面与与地地面面交交线线称称为为地地面面锋锋线线 ，也也简简称称为为锋。锋。锋线锋线锋面锋面冷气团冷气团暖气团暖气团 地地 面面27 暖锋雨暖锋雨暖暖锋锋： 冷冷暖暖气气团团相相遇遇时时，暖暖气气团团较较强强起起主主导导作作用用，暖暖气气团团推推动动锋锋面面向向冷冷气团一侧移动。气团一侧移动。暖锋雨示意图 水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向的水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向的不同，所形成的锋面雨分成以下几种类型：不同，所形成的锋面雨分成以下几种类型：28暖锋雨的特点： 雨区位于锋线前方；雨区位于锋线前方； 降降雨雨强强度度较较小小(锋锋面面坡坡度度小小，介介于于1/1001/300，暖湿

16、气团上升缓慢）；，暖湿气团上升缓慢）； 云和降雨区面积较大。云和降雨区面积较大。29 冷锋雨冷锋雨: 冷冷暖暖气气团团相相遇遇时时，冷冷气气团团较较强强起起主主导导作作用用，冷冷气气团团推推动动锋锋面面向向暖暖气气团团一一侧侧移移动动。根根据据冷冷锋锋推推移移速速度度的的不不同同，又又分分为为慢行冷锋和和急行冷锋两种：两种：30 缓行冷锋： 云和雨区分布云和雨区分布 及降雨强度与及降雨强度与 暖锋雨相仿；暖锋雨相仿； 雨区位于锋线雨区位于锋线 后方。后方。 缓行冷锋雨特点：冷锋运移速度较慢冷锋运移速度较慢缓行冷锋雨示意图31急行冷锋：冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升冷锋运移速度较快

17、，使得暖湿气团产生剧烈的上升运动，锋面坡度较陡，介于运动，锋面坡度较陡，介于1/401/80（41820）。）。 降雨在锋线附近，降雨在锋线附近，降雨强度大降雨强度大 历时短、雨区窄历时短、雨区窄急行冷锋雨特点：急行冷锋雨示意图32 准静止锋准静止锋: 当冷暖锋面势均力敌，则锋面在一定地区来当冷暖锋面势均力敌，则锋面在一定地区来回摆动，称为准静止锋。或指移动很缓慢呈准静回摆动，称为准静止锋。或指移动很缓慢呈准静止状态的锋。止状态的锋。准静止锋雨示意图33准静止锋雨的特点： 降雨持续时间较长降雨持续时间较长 降雨强度比较小降雨强度比较小 雨区比暖锋雨更广雨区比暖锋雨更广 如江淮一带如江淮一带6、

18、7月的常出现的阴雨天气月的常出现的阴雨天气即为典型的准静止锋雨。即为典型的准静止锋雨。34 锢囚锋：锢囚锋： 当当有有三三种种冷冷暖暖性性质质不不同同的的气气团团（如如暖暖气气团团、较较冷冷气气团团、更更冷冷气气团团）相相遇遇时时，便便会会产产生生两两个个锋锋面面，此此两两锋锋面面相相遇遇并并逐逐渐渐合合并并起起来来，原原来来暖暖气气团团被被迫迫抬抬离地面，锢囚在高空，这样形成的锋称作锢囚锋。离地面，锢囚在高空，这样形成的锋称作锢囚锋。图中图中： 冷气团冷气团 暖气团暖气团 更冷气团更冷气团 (1)(4)(2)(3)锢囚锋形成示意图354）气旋雨气气旋旋：北北（南南）半半球球，由由于于地地球球

19、离离心心力力、偏偏向向力力及及摩摩擦擦力力的的共共同同作作用用下下，大大气气中中水水平平气气流流呈呈逆逆（顺顺）时时针针旋旋转的大型涡旋。在同高度转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四上，气旋中心的气压比四周低，又称周低，又称低压低压。小气旋水平尺度为几百公小气旋水平尺度为几百公里，大的可达三四千公里，里，大的可达三四千公里，气旋中，天气常发生剧烈气旋中，天气常发生剧烈的变化，是人们最关心和的变化，是人们最关心和最早研究的天气系统。最早研究的天气系统。36气旋区气流运动特点：气旋平面图气旋平面图气旋平面图气旋平面图低气压区低气压区气旋立面图气旋立面图气旋立面图气旋立面图低气压区低气压区

20、在在低低气气压压中中心心区区，气气流流从从四四周周向向中中心心辐辐合合，垂垂直直方方向向上上运运动动是是上上升升的的，即即暖暖湿湿气气流流辐辐合合上上升升，在在水水平平面面上上温温度度和和湿湿度度变变化化很很大大，故故常常常常有有凝凝结结降降水水现现象象。可可出出现现大大范范围围降降雨雨和和大大风风的的天天气气现现象象，称为称为气旋雨气旋雨37气旋按其生成的地理位置不同，可分为气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气热带气旋旋和和温带气旋温带气旋 热带气旋热带气旋 发发生生在在热热带带海海洋洋上上强强烈烈的的气气旋旋性性涡涡旋旋，即即所所谓谓的的台台风风。风风的的水水平平尺尺度度约约几几百百公

21、公里里至至上上千千公公里里，铅铅直直尺尺度度可可从从地地面面直直达达平平流流层层低低层层，是是一一种种深深厚厚的的天天气气系系统统。台台风风中中心心气气压压很很低低，一一般般在在990870百百帕帕（1hpa=1dyn/cm2) )之之间间，中中心心附附近近地地面面最大风速一般为最大风速一般为3050米米/秒，有时可超过秒，有时可超过80米米/秒。秒。389898长江流域大洪水起因：长江流域大洪水起因： 与发生在与发生在1997.51998.5上世纪最强的厄尔尼上世纪最强的厄尔尼诺现象有关诺现象有关; ; 冷暖空气频繁交绥冷暖空气频繁交绥于长江流域，造成二度于长江流域，造成二度梅雨（梅雨（6.

22、117.3和和7.1631）1998年长江流域降雨天气图39热带气旋的危害：热带气旋的危害： 强风引起的巨大海浪，可对海洋船舶造成很大强风引起的巨大海浪，可对海洋船舶造成很大破坏；当台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大破坏；当台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大的海潮（风暴潮）。台风中心经过的地区常有大暴的海潮（风暴潮）。台风中心经过的地区常有大暴雨或特大暴雨，日雨量雨或特大暴雨，日雨量可高达可高达1000毫米以上，毫米以上，造成大范围洪涝。它是造成大范围洪涝。它是重要天气系统之一，一重要天气系统之一，一些河流特大洪水均与热些河流特大洪水均与热带气旋有关。带气旋有关。1983198319831

23、983年年年年9 9 9 9月月月月6 6 6 6日第日第日第日第9 9 9 9号台风号台风号台风号台风的彩色增强显示卫星云图的彩色增强显示卫星云图的彩色增强显示卫星云图的彩色增强显示卫星云图40按热带气旋地面中心附近风速大小，可分为：按热带气旋地面中心附近风速大小，可分为：风速风速平均风力平均风力分分 类类10.810.817.1m/s17.1m/s6 6 8 8级级热带低气压热带低气压17.2 17.2 32.7m/s32.7m/s8 8 9 9级级热带风暴热带风暴10 10 1111级级强热带风暴强热带风暴32.7m/s32.7m/s 12 12级级台风台风（按中国气象部门规定分类）（按

24、中国气象部门规定分类）41 温带气旋雨（锋面气旋） 锋面气旋是由锋面的波动产生的，多发生锋面气旋是由锋面的波动产生的，多发生于温带的极地气团和热带气团的交界面之上，于温带的极地气团和热带气团的交界面之上，这种波动也称气旋波。温带地区的降水大部分这种波动也称气旋波。温带地区的降水大部分同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。42温带气旋的特点：温带气旋的特点： 温温带带气气旋旋主主要要出出现现在在中

25、中、高高纬纬度度地地区区。温温带带气气旋旋范范围围大大，风风区区长长，在在海海上上形形成成大大风风、降降水水和和雷雷暴暴等等危危险险天天气气和和巨巨浪浪，在在冬冬季季有有时时也也能引导冷空气南下，形成寒潮天气。能引导冷空气南下，形成寒潮天气。43影响中国近海的温带气旋影响中国近海的温带气旋影响中国近海的温带气旋影响中国近海的温带气旋（主要发生在两个地区）：（主要发生在两个地区）：（主要发生在两个地区）：（主要发生在两个地区）： 从从中中国国长长江江中中下下游游到到日日本本南南部部海海上上，命命名名为为江淮气旋江淮气旋江淮气旋江淮气旋和和东海气旋东海气旋东海气旋东海气旋 从从蒙蒙古古中中部部到到

26、中中国国东东北北的的大大兴兴安安岭岭东东侧侧，命命名为名为蒙古气旋蒙古气旋蒙古气旋蒙古气旋 和和 黄河气旋黄河气旋黄河气旋黄河气旋44 (4) (4) 降雨的观测降雨的观测 按降雨强度大小，降雨可分为按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、暴雨、大雨、中雨、小雨小雨四种四种： 1) 暴雨暴雨( 50mm/24h)暴雨：暴雨：50100大暴雨：大暴雨：100200特大暴雨：特大暴雨：2002) 大雨大雨 ：2550 mm/24h3) 中雨中雨 ：1025 mm/24h4) 小雨小雨 ： 1600mm 1600mm东南沿海，云南西南部，广西南部，西东南沿海，云南西南部，广西南部，西藏东南角，湖

27、南、江西、四川山地藏东南角，湖南、江西、四川山地2) 2) 湿润带湿润带800 800 1600mm1600mm长江中下游地区，云贵川和广西大部分长江中下游地区，云贵川和广西大部分地区地区3) 3) 半湿润带半湿润带400 400 800mm800mm华北平原，东北大部分，山西、陕西大华北平原，东北大部分，山西、陕西大部及甘肃东南部，四川西北，西藏东部部及甘肃东南部，四川西北，西藏东部4) 4) 半干旱带半干旱带200 200 400mm400mm内蒙，宁夏，甘肃，新疆西北部内蒙，宁夏，甘肃，新疆西北部5) 5) 干旱带干旱带 200mm 200mm内蒙、宁夏、甘肃沙漠区，青海、新疆内蒙、宁夏

28、、甘肃沙漠区，青海、新疆的盆地的盆地56 2.5 5 20 40 80 120 160 200 300(cm)十分湿润带十分湿润带1600-2000湿润带湿润带半湿润带半湿润带半干旱带半干旱带干旱带干旱带8.0 说明丰枯变化很大。说明丰枯变化很大。 北京地区：北京地区： 1959年年P=1405mm，1869年年P=242mm K=1405/242=5.8 南方多雨地区：南方多雨地区： K=1.5-3.0 说明年际间降雨相对均匀；说明年际间降雨相对均匀； 北方少雨地区：北方少雨地区： K=3.0-6.0 说明丰枯变化较大；说明丰枯变化较大；60 中国暴雨的时空分布特点 暴暴 雨：雨： 指指在在

29、短短时时期期出出现现的的大大量量降降水水，大大暴暴雨雨往往往往形形成成大大洪洪水水。特特大大暴暴雨雨是是一一种种灾灾害害性性天天气气, ,往往往往造造成成洪洪涝涝灾灾害害和和严严重重的的水水土土流流失失, ,导导致致工工程程失失事事、堤堤防防溃溃决决和和农农作作物物被被淹淹等等重重大大的的突突发发事事故故，另另一一方方面面，适适度度暴暴雨则是水资源的重要来源，可用来兴利。雨则是水资源的重要来源，可用来兴利。61暴雨：暴雨：50100mm大暴雨：大暴雨：100200mm特大暴雨：特大暴雨：200mm 我国西部为暴雨低值区，东南沿海及我国西部为暴雨低值区，东南沿海及海南岛为暴雨高值区，海河、黄河、

30、淮河海南岛为暴雨高值区，海河、黄河、淮河及长江的下游均为大暴雨区。及长江的下游均为大暴雨区。中国规定的暴雨量级：中国规定的暴雨量级：62中国大陆上暴雨主要集中在三个时期：中国大陆上暴雨主要集中在三个时期： 4-64-6月月月月：东东南南季季风风登登陆陆，大大暴暴雨雨主主要要出出现现在在长长江江以以南南地地区区，是是华华南南地地区区汛汛前前暴暴雨雨和和江江南南梅梅雨雨期期暴雨出现的季节；暴雨出现的季节； 6-7 6-7月：月：月：月：季风南移，暴雨区主要发生在江淮流域，季风南移，暴雨区主要发生在江淮流域，是长江中下游的梅雨期；是长江中下游的梅雨期； 7-8 7-8月：月：月：月：由于西南与东南季

31、风盛行，暴雨区主要由于西南与东南季风盛行，暴雨区主要发生在华北、川西、东南沿海多热带气旋暴雨。发生在华北、川西、东南沿海多热带气旋暴雨。632.2 蒸散发 水水汽汽从从水水面面、冰冰面面或或其其他他含含水水物物质质表表面面逸逸出出的的过过程程。它它属属于于水水由由液液态态或或固固态态变变为为气气态态的的相相变变过过程程。水水汽汽分分子子的的不不规规则则运运动动，会会使使一一部部分分逸逸出出去去的的水水分分子子又又回回到到水水（或或冰冰）面面，因因此此蒸蒸发发量量就就是是从从水水（或或冰冰）面面飞飞出出的的水水汽汽分分子子通通量量与与回回到到水水（或冰）面的水汽分子通量的差值。（或冰）面的水汽分

32、子通量的差值。 蒸蒸发发是是气气象象要要素素之之一一。在在自自然然界界中中，蒸蒸发发是是海海洋洋和和陆陆地地水水分分进进入入大大气气的的唯唯一一途途径径，是是地地球水文循环的主要环节之一。球水文循环的主要环节之一。64 蒸散发蒸散发 水文学中指自然界水面蒸发、土壤表面蒸发水文学中指自然界水面蒸发、土壤表面蒸发和植物散发的总称。和植物散发的总称。 植物蒸散（蒸腾）植物蒸散（蒸腾） 在植物生长期，水分从植物叶面和技干逸入在植物生长期，水分从植物叶面和技干逸入大气的过程。大气的过程。 蒸发蒸发 水面与土壤表面的水变成水汽的过程。水面与土壤表面的水变成水汽的过程。65（1）水面蒸发 水面蒸发是在水分充

33、分供给条件下的蒸发现水面蒸发是在水分充分供给条件下的蒸发现象。用以反映当地蒸发能力的一个指标。象。用以反映当地蒸发能力的一个指标。 蒸发率蒸发强度：蒸发率蒸发强度：蒸发率蒸发强度：蒸发率蒸发强度：指单位时间内的蒸发量。指单位时间内的蒸发量。 (单位单位: :mm/day, mm/min) 蒸发量：蒸发量：蒸发量：蒸发量：某个时段内单位面积蒸发的水量。某个时段内单位面积蒸发的水量。 (单位单位: :cm3/cm2=cm 或或 mm)蒸发量的大小可用以下特征量表示：蒸发量的大小可用以下特征量表示：66水汽水汽水汽水汽饱和水压差：饱和水压差：水面温度水面温度水面温度水面温度T T： 风速：风速：风速

34、：风速： 湍流湍流湍流湍流：可见，水面蒸发与以下几个因素有关：67(2) 土壤蒸发土壤蒸发：土壤蒸发： 土壤中的水分通过空隙上升和汽化以水汽形土壤中的水分通过空隙上升和汽化以水汽形式从土壤表面进入大气的过程。式从土壤表面进入大气的过程。 土土壤壤蒸蒸发发过过程程要要比比水水面面蒸蒸发发复复杂杂，除除影影响响水水面面蒸蒸发发的的几几种种因因素素( (气气温温、水水面面温温度度、饱饱和和差差及及风风速速) )外外，还还与与土土壤壤性性质质( (结结构构、色色泽泽等等) )、土土壤壤中中水水分分含含量量、地地下下水水埋埋深深、土土壤壤表表面面特特征征和和地地形形等因素有关。等因素有关。68（3）植物

35、散发(蒸腾)植物散发（蒸腾）：在植物生长期，水分从植物在植物生长期，水分从植物叶面和技干逸入大气的过程。叶面和技干逸入大气的过程。 植植物物散散发发是是一一物物理理生生物物的的过过程程，水水分分从从叶叶面面气气孔孔中中扩扩散散出出去去的的量量可可受受气气孔孔开开闭闭程程度度而而受受到到调调节节。在在水水文文学学中中认认为为水水面面蒸蒸发发、土土壤壤蒸蒸发发与与植植物物散散发发是是不不可可分分割割的的，故统称为陆面蒸发。故统称为陆面蒸发。69（4）流域总蒸发量流域总蒸发包括：流域总蒸发包括： 流流域域内内的的水水面面蒸蒸发发、土土壤壤蒸蒸发发、植植物物散散发发的的总总称称。又又称称流流域域蒸蒸散

36、散发发。在在水水文文学学中，通常指这些蒸发量的总和。中，通常指这些蒸发量的总和。70（5）中国蒸发的特点年蒸发量的地区分布：1）水面蒸发的地区分布特点： 低温湿润地区水面蒸发量小，高温干燥地低温湿润地区水面蒸发量小，高温干燥地区水面蒸发量大；区水面蒸发量大； 蒸发低值区一般多在山区，而高值区多在蒸发低值区一般多在山区，而高值区多在平原区和高原地区。平原区和高原地区。71中国多年平均水面蒸发量最低值400mm，最高值2600mm，相差悬殊，可分为几个区： 年蒸发量在800mm以下的低值区：东北地区（除平原区南部）东北地区（除平原区南部）中国的中部，包括湖南、湖北西部，贵州、云中国的中部，包括湖南

37、、湖北西部，贵州、云南北部，四川大部，甘肃、青海东南部和陕西南南北部，四川大部，甘肃、青海东南部和陕西南部山区等；部山区等；72 年蒸发量大于1200mm的高值区： 年蒸发量在8001200mm的中间地带区：西北高原、盆地；青藏高原；华北东北平原；西北高原、盆地；青藏高原；华北东北平原；南部沿海；云南等；南部沿海；云南等；分分布布很很广广，如如东东北北平平原原大大部部，海海滦滦河河流流域域的的山山区区、海海河河平平原原北北部部，华华北北平平原原南南部部，长长江江流域的大部分地区等。流域的大部分地区等。73中国多年平均水面蒸发量图说明：说明：该该分分布布图图由由 E601转转换换求求到到的的多多

38、年年平平均均水面蒸发水面蒸发1000-12001000-1200600-800600-800600-800600-800600200020001600-20001600-2000800-1000800-10001400-16001400-16001200-14001200-140074陆面蒸发的地区分布：陆面蒸发的地区分布： 陆面蒸发量的地区分布与降水、径流的地区陆面蒸发量的地区分布与降水、径流的地区分布有密切关系，呈东南向西北有明显递减趋势。分布有密切关系，呈东南向西北有明显递减趋势。说明中国的供水条件是陆面蒸发的主要制约因素。说明中国的供水条件是陆面蒸发的主要制约因素。 有有一一条条300

39、mm的的（陆陆面面）蒸蒸发发量量等等值值线线自自东东北北向向西西南南贯贯穿穿我我国国大大陆陆，大大体体上上将将中中国国陆陆地地的的蒸发量分布情况分为二个区：蒸发量分布情况分为二个区：75 此线以西大部分属于干旱和半干旱地区：此线以西大部分属于干旱和半干旱地区：此线以西大部分属于干旱和半干旱地区：此线以西大部分属于干旱和半干旱地区： 雨雨量量少少、温温度度低低、属属中中国国陆陆面面蒸蒸发发量量的的低低值区。值区。 此线以东属湿润与半湿润地区：此线以东属湿润与半湿润地区：此线以东属湿润与半湿润地区：此线以东属湿润与半湿润地区： 南南方方湿湿润润地地区区雨雨量量大大，蒸蒸发发能能力力达达充充分分发发

40、挥挥（即即充充分分条条件件下下蒸蒸发发），为为中中国国陆陆面面蒸蒸发发量量的高值区。的高值区。76多多年年平平均均陆陆面面蒸蒸发发量量图图海南岛东部海南岛东部1000 mm塔里木盆地、柴塔木塔里木盆地、柴塔木盆地：盆地： 25 mm陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的低值区陆面蒸发量的高值区陆面蒸发量的高值区陆面蒸发量的高值区陆面蒸发量的高值区300mm77 年蒸发量的年内变化 年年内内蒸蒸发发量量变变化化主主要要受受温温度度、湿湿度度和和季季节节变变化的影响，因此有：化的影响，因此有： 一一般般南南方方变变化化小小，北北方方大大；山山区区变变化化小小，平平原原区

41、区变变化化大大；低低纬纬度度地地区区年年内内分分配配较较均均匀匀而而高高纬纬度地区年内分配非常集中。度地区年内分配非常集中。 夏夏季季太太阳阳辐辐射射较较强强故故蒸蒸发发增增强强，冬冬季季由由于于气气温温低低蒸蒸发发小小。全全年年月月的的最最小小蒸蒸发发量量一一般般出出现现在在1212月及月及1 1月。月。78三、土壤水、入渗及地下水 土壤水 入渗 地下水793.1 3.1 土壤水土壤水 存存在在于于非非饱饱和和带带土土壤壤孔孔隙隙中中和和为为土土壤壤颗颗粒粒所所吸吸附附水水分分。它它具具有有三三态态：液液态态水水、固固态态水水及及汽汽态态水水。土土壤壤水水是是土土壤壤 土土粒粒、水水、气气三

42、三相相系系统统的的一一个个组组成成部部分分。在在水水文文学学中中指指地地表表土土层层中中的的水水，广广义义的的土土层层指指整整个个包包气气带带。土土壤壤水水分分的的增增长长、消消退退及及动动态态变变化化同同降降水水、蒸蒸散散发发、地地下下水水和和径径流流有有密切关系。密切关系。803.1.13.1.1土壤水的不同形式土壤水的不同形式 土土壤壤固固体体颗颗粒粒同同水水分分子子经经常常处处于于相相互互作作用用之之中中，作作用用于于土土壤壤水水的的主主要要的的力力有有分分分分子子子子力力力力、毛毛毛毛细细细细管管管管引引引引力力力力和和重重重重力力力力。它它们们决决定定了了土土壤壤水水的的存存在在形

43、形式式和和运运动动。土土壤壤水水通通常常以以下下列列几几种种形形式式存存在在于于土壤中：土壤中：81 吸湿水吸湿水（强结合水（强结合水/ /吸着水）吸着水）土土壤壤颗颗粒粒表表面面的的分分子子对对水水分分子子具具有有很很强强的的吸吸引引力力( (称称分分子子力力) )，故故土土壤壤颗颗粒粒表表面面能能吸吸附附大大气气中中的水分子，则称这部分水为吸湿水。的水分子，则称这部分水为吸湿水。82吸湿水的特点：吸湿水的特点： 土土粒粒表表面面对对它它的的吸吸力力很很大大，紧紧贴贴土土粒粒的的第第一一层层水水分分子子受受的的吸吸力力约约1万万个个大大气气压压（1大大气气压压1.01105N/m2 =1.0

44、3kg/cm2 )。吸吸湿湿水水具具有有固固态态水水的性质（的性质（ 1.22.4),因此吸湿水不能自由移动。因此吸湿水不能自由移动。 只有在高温（只有在高温（105110 0C）条件下可转变成）条件下可转变成汽态散失，故吸湿水不能被植物所利用。汽态散失，故吸湿水不能被植物所利用。83 薄膜水薄膜水（弱结合水）（弱结合水） 指土粒表面吸湿水达到最大量后，土颗粒剩余指土粒表面吸湿水达到最大量后，土颗粒剩余的分子力还能吸附水分，在吸湿水外表形成的膜状的分子力还能吸附水分，在吸湿水外表形成的膜状液态水。液态水。土土 壤壤颗颗 粒粒土土 壤壤颗颗 粒粒吸湿水吸湿水薄膜水薄膜水84薄膜水的特点：薄膜水的

45、特点： 主主要要受受分分子子吸吸力力作作用用（为为316.25大大气气压压），与与液液态态水水的的性性质质基基本本相相似似，在在吸吸力力作作用用下下能能以以湿湿润润的的方方式式，从从水水膜膜厚厚处处向向水水膜膜薄薄处处缓缓慢慢移移动动，或或从从土土壤壤湿湿润润的的地地方方向向干干燥燥的的地地方方运移，属于非饱和土壤水运动研究的范畴。运移，属于非饱和土壤水运动研究的范畴。85 毛管水毛管水/ /毛细水毛细水毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为： 指指依依靠靠土土壤壤中

46、中毛毛细细管管（一一般般指指d1mm的的空空隙隙称称毛毛细细管管)的的吸吸引引力力（毛毛管管力力,d=0.030.0006mm时时，毛毛管管力力最最为为明明显显）而而被被保保持持在在土土壤壤孔孔隙隙中中的的水水分分。所受的吸力为所受的吸力为6.250.08大气压。大气压。 毛管悬着水毛管悬着水毛管悬着水毛管悬着水 毛管上升水毛管上升水毛管上升水毛管上升水/ / / /毛管支持水毛管支持水毛管支持水毛管支持水86 重力水重力水: : 是受重力作用而运动的那一部分水分，具有是受重力作用而运动的那一部分水分，具有一般液态水性质，如可以在重力作用下产生水一般液态水性质，如可以在重力作用下产生水流运动，

47、能传递压力等，因此，重力水不易保流运动，能传递压力等，因此，重力水不易保持在土壤上层，是形成地下水的重要来源。持在土壤上层，是形成地下水的重要来源。873.1.2 3.1.2 几个常用的水分常数几个常用的水分常数 土壤水分常数是表征土壤水分形态和运动土壤水分常数是表征土壤水分形态和运动特性发生明显变化的特征值。不同形态水分的特性发生明显变化的特征值。不同形态水分的存在反映土壤不同的持水量级，这种关系通常存在反映土壤不同的持水量级，这种关系通常用一些土壤含水量的特征数值来表示。主要的用一些土壤含水量的特征数值来表示。主要的水分常数有：水分常数有：88 最大吸湿量（吸湿系数） 土壤吸湿水达到最大值

48、时的土壤含水量，指土壤吸湿水达到最大值时的土壤含水量，指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸附的大气中最在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸附的大气中最大水汽量，它反映了土壤吸附气态水的能力。大水汽量，它反映了土壤吸附气态水的能力。 土壤颗粒的分子力所能吸附或结合的水分的土壤颗粒的分子力所能吸附或结合的水分的最大值称作最大分子持水量，此时薄膜水厚度达最大值称作最大分子持水量，此时薄膜水厚度达到最大值。到最大值。 最大分子持水量89 凋萎含水量(凋萎系数) 当土壤水分减少到一定量后致使植物根系无当土壤水分减少到一定量后致使植物根系无法从土壤中吸收水分，开始枯死时的相应最大土法从土壤中吸收水分，开始枯死时的相

49、应最大土壤含水量称作凋萎含水量。壤含水量称作凋萎含水量。90 田间持水量 指指土土壤壤中中所所能能保保持持的的毛毛细细管管悬悬着着水水的的最最大大量量。当当土土壤壤含含水水量量超超过过毛毛细细管管悬悬着着水水的的最最大大量量即即田田间间持持水水量量时时，超超过过的的部部分分不不能能为为毛毛细细管管力力所所维维持持，则则表表现现为为自自由由重重力力水水。田田间间持持水水量量是是土土壤壤水水分分运运动动性性发发生生明明显显变变化化的的重重要要标标志志，是是划划分分土土壤壤持持持持水水水水与与下下下下渗渗渗渗的的重重要要参参数数，对对水水文文学学具具重重要要意意义义。水水文文学学中中田田间间持持水水

50、量量常常以以 fc 表表示示（相相应应的的土土壤壤吸吸力力为为1/3大气压大气压0.34kg/cm2) 。 91 饱和含水量/全蓄含水量s 土壤中全部孔隙全被水所充满时的含水量土壤中全部孔隙全被水所充满时的含水量称为饱和含水量。称为饱和含水量。923.2 3.2 入渗入渗 3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 入渗的物理过程入渗的物理过程入渗的物理过程入渗的物理过程 入入渗渗一一般般是是指指大大气气降降水水或或灌灌溉溉水水通通过过土土壤壤表表面进入土壤从而改变土壤内水分状况的过程。面进入土壤从而改变土壤内水分状况的过程。 它它是是水水在在分分子子力力、毛毛细细管管引引力力和和重重力力

51、的的综综合合作作用用下下在在土土壤壤中中发发生生的的物物理理过过程程，是是径径流流形形成过程的重要环节之一。成过程的重要环节之一。 包括三个阶段：渗润阶段包括三个阶段：渗润阶段 渗漏阶段渗漏阶段 渗透阶段渗透阶段933.2.2 下渗的定量描述 下渗量定量分析可用三种特征值来描述 入渗总量入渗总量F F 指指入入渗渗开开始始到到某某一一指指定定时时刻刻渗渗入入到到土土壤壤中中的的累累积积水水量量（单单位位：mm）。用用下下渗渗量量累累积积曲曲线线表表示示下下渗渗量量随时程的增长过程。随时程的增长过程。94入渗率fi /入渗强度 指指单单位位时时间间内内单单位位面面积积上上渗渗入入土土壤壤中中的的

52、水水量量（单单位位：mm/h 或或 mm/min）。在在某某时时刻刻t 的的入入渗渗率应为入渗累率应为入渗累计量计量F 对时间对时间的变化率：的变化率：95 土壤入渗能力土壤入渗能力/ /容量容量/ /性能性能 fp 在在充分供水充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率称为下渗能力（单位：件下的最大下渗率称为下渗能力（单位：mm/h）。）。通常用下渗能力曲线来表示下渗率随时程的变化过通常用下渗能力曲线来表示下渗率随时程的变化过程，简称入渗能力曲线。下渗能力随时程而递减，程，简称入渗能力曲线。下渗能力随时程而递减，初期初期 f fp p 很很 大，大，

53、 后期逐后期逐渐变小，最后趋于稳定渐变小，最后趋于稳定: f fp p f fc c= const.= const.f fc c称为稳定下渗率（渗透能力）。称为稳定下渗率（渗透能力）。称为稳定下渗率（渗透能力）。称为稳定下渗率（渗透能力）。入渗能力曲线fc963.3 地下水 存存在在于于地地表表以以下下岩岩土土的的孔孔隙隙、裂裂隙隙和和洞洞穴穴中中的的水水统统称称为为地地下下水水。地地表表以以下下含含水水的的岩岩土土可可分分两两个个带带。上上部部为为包包气气带带（非非饱饱和和带带），该该带带岩岩土土的的空空隙隙中中除除水水以以外外还还包包含含空空气气。下下部部为为饱饱水水带带（饱饱和和带带），

54、岩岩土土的的空空隙隙被被水水充充满满，其其分分界界为为地地下下水水潜水面。潜水面。 水水文文学学中中把把地地下下水水潜潜水水面面以以下下饱饱和和带带中中的的水水称作地下水。称作地下水。97 3.3.1 3.3.1 地下水分类地下水分类根据埋存条件，地下水又可以分为以下二类根据埋存条件，地下水又可以分为以下二类：1 1、潜水、潜水 潜潜水水是是指指埋埋存存于于地地表表以以下下，第第一一个个连连续续稳稳定定的的隔隔水水层层以以上上具具有有自自由由水水面面的的重重力力水水。它它主主要的补给来源要的补给来源是降水和地表是降水和地表水的渗入。水的渗入。第一个隔水层第一个隔水层第一个隔水层第一个隔水层潜潜

55、潜潜 水水水水98 潜水的特点：潜水的特点： 1 1）它它具具有有自自由由水水面面（潜潜水水面面）通通过过包包气气带带与与大大 气气相相通通，因因此此潜潜水水可可以以直直接接受受到到降降水水和和地地表表水水的的补给，另一方面补给，另一方面 也可以通过蒸发、也可以通过蒸发、 植物散发方式从包植物散发方式从包 气带垂向向大气排气带垂向向大气排 泄。泄。潜水示意图潜水示意图99 2 2）潜潜水水大大致致沿沿潜潜水水位位较较高高处处向向水水位位较较低低处处流流动动，由由于于地地形形切切割割或或岩岩性性变变化化，潜潜水水流流可可集集中中排泄于地表成排泄于地表成泉，称作下降泉。泉，称作下降泉。潜水流还可分

56、别潜水流还可分别泄流进入河、湖泄流进入河、湖或海中。或海中。潜水示意图潜水示意图1002 2、承压水、承压水 承承压压水水是是充充满满于于上上下下两两个个隔隔水水层层之之间间的的含含水水层层中中的的地地下下水水，它它承承受受一一定定的的压压力力，当当钻钻孔孔打打穿穿上覆隔水层时，水能从钻孔内上升到一定的高度。上覆隔水层时，水能从钻孔内上升到一定的高度。下隔水层下隔水层下隔水层下隔水层上隔水层上隔水层上隔水层上隔水层承压水承压水承压水承压水承压水头线承压水头线承压水头线承压水头线101 承压水的特点：承压水的特点： 具有承压性质，含水层可明显地分为具有承压性质，含水层可明显地分为补给区补给区补给

57、区补给区、承压区承压区承压区承压区及及排泄区排泄区排泄区排泄区三个部分。三个部分。a. 补补给给区区：补补给给区区的的上上部部没没有有隔隔水水层层，该该区区地地下下水水具具有有自自由由水水面面，实实际际上上是是潜潜水水，它它直直接接受降水及地表水的补给。接接受降水及地表水的补给。 102 b.b.承承压压区区：系系指指隔隔水水顶顶板板以以下下，被被水水充充满满的的含水层。其主要特征是：含水层。其主要特征是： 承受静水压力具有压力水头；承受静水压力具有压力水头； 由由于于承承压压区区与与补补给给区区在在地地域域上上不不一一致致，故故其其性性质质受受当当地地气气象象水水文文因因素素影影响响较较小小

58、，参参与与水水文文循环远不如潜水积极，因此水量不易补充恢复。循环远不如潜水积极，因此水量不易补充恢复。c. 排排泄泄区区：系系系系指指指指承承承承压压压压水水水水流流流流出出出出地地地地表表表表或或或或流流流流向向向向潜潜潜潜水水水水的的的的地地地地段段段段。承承承承压压压压水水水水常常常常以以以以地地地地表表表表水水水水、潜潜潜潜水水水水、泉泉泉泉水水水水的的的的形式排出。形式排出。形式排出。形式排出。103承压水含水层的补给与排泄示意图承压水含水层的补给与排泄示意图104四、河川径流流域与水系河川径流的形成及径流的度量河川径流的动态变化1054.1 4.1 流域与河系流域与河系4.1.1

59、4.1.1 流域及流域的主要特征流域及流域的主要特征 流域的定义流域的定义 河河流流某某断断面面以以上上，汇汇集集地地表表水水和和地地下下水水的的区区域域（分分别别称称做做地地面面集集水水区区和和地地下下集集水水区区）统统称称做做河流在该断面以上的流域。河流在该断面以上的流域。106 流域的主要特征流域的主要特征: : 流域面积流域面积 A , ,单位单位单位单位kmkm2 2 指分水线所划定的范围在水平面上投影的面积。指分水线所划定的范围在水平面上投影的面积。(1) (1) 流域的几何特征流域的几何特征 流域长度流域长度L , ,单位单位单位单位kmkm 指流域的轴长，可用作图指流域的轴长，

60、可用作图法求到，见右示意图。法求到，见右示意图。107 流域平均宽度B ：km 气候条件 以各种的气象因子来描述。以各种的气象因子来描述。 流域的形状系数 KB=A/L K=B/L=A/L2(2) (2) 流域的自然地理特征流域的自然地理特征 地理位置 以地理的经度和纬度来表示。以地理的经度和纬度来表示。108 流域的土壤岩石性质和地质构造 可用流域平均高程、平均坡度可用流域平均高程、平均坡度S S表征。表征。 流域地形特征 反映了流域下垫面的特征，影响到降水入渗反映了流域下垫面的特征，影响到降水入渗的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。 可用流域地形图表征；

61、可用流域地形图表征；109 流域的植被率和湖沼率流域的植被率和湖沼率PP/PL/PM 植被率植被率PP = AP /A 湖泊率湖泊率PL = AL /A 沼泽率沼泽率PM = AM /A式式中中，PP、PL、PM 分分别别为为流流域域内内的的植植被被、湖湖泊和沼泽面积；泊和沼泽面积；P 流域总面积。流域总面积。降雨截留量降雨截留量径流径流径流径流R R通通过过调调查查或或遥遥感感信信息息提取提取1104.1.2 4.1.2 河系的特征河系的特征 地地表表水水在在重重力力作作用用下下，沿沿陆陆地地的的凹凹地地流流动动，按按其其大大小小可可分分为为江江、河河、溪溪和和沟沟，这这些些统统称称为为河河

62、流流，而而流流域域中中河河流流（包包括括干干流流、支支流流）和和流流域域内内的的湖湖泊泊、沼沼泽泽或或地地下下暗暗河河彼彼此此连连接接组组成成一一个个庞庞大大的的系系统统，称称水系水系，又称，又称河系河系或或河网河网。 (1) 概述: 河河系系汇汇聚聚全全流流域域的的地地表表和和地地下下水水，最最终终注注入入海海洋洋、湖湖泊泊或或消消失失于于荒荒原原。水水系系的的名名称称通通常常以以它它的的干干流流或或以以注注入入的的湖湖泊泊、海海洋洋命命名名，如如长长江江水水系系、太太湖湖水系、太平洋水系等。水系、太平洋水系等。111河流按不同的级别划分为：河流按不同的级别划分为： 汇入干流的河流均称为一级

63、支流，而汇入一级汇入干流的河流均称为一级支流，而汇入一级支流的河流则称为二级支流，以此类推。支流的河流则称为二级支流，以此类推。河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。 支流支流 : 干流：干流：依据水流的流动方向从上至下分为五段：依据水流的流动方向从上至下分为五段：河源河源河源河源中游中游中游中游下游下游下游下游河口河口河口河口上游上游上游上游112(2) (2) 河系的主要特征：河系的主要特征： 河流长度河流长度 L:指河源到河口的轴线长度。指河源到河口的轴线长度。尼罗河尼罗河亚马孙河亚马孙河长长 江江6650 km6437 km6380 km113

64、 流域河网密度流域河网密度D : :式中，式中，L 流域内干支流的总长度流域内干支流的总长度(km) A 流域面积流域面积(km2) 定定义义为为单单位位流流域域面面积积内内的的河河流流总总长长度度，反反映映了流域对径流的调节能力，计算公式为：了流域对径流的调节能力，计算公式为：114 河流的弯曲系数河流的弯曲系数 式中，式中，L 河流的实际长度河流的实际长度(km); l 河流二端间的直线距离河流二端间的直线距离(km)弯曲系数弯曲系数 越大，对洪水宣泄越不利。越大，对洪水宣泄越不利。115 河流的落差和比降河流的落差和比降落差：落差：河源与河口的垂直高差称为河流的落差。河源与河口的垂直高差

65、称为河流的落差。 落差大表明河流水能资源丰富。落差大表明河流水能资源丰富。河道比降：河道比降：落差与河长的比值称为河流的比降。落差与河长的比值称为河流的比降。 比降越大河道汇流越快。比降越大河道汇流越快。1164.2 4.2 径流的形成和径流的度量径流的形成和径流的度量径流径流 ： 指指降降落落在在流流域域表表面面的的降降水水，沿沿流流域域地地表表和和地地下下二二个个途途径径流流入入河河系系，再再流流出出流流域域出出口口断断面面的水流，这样的物理过程称作的水流，这样的物理过程称作径流形成过程径流形成过程。 有有时时也也指指它它的的量量，即即在在一一定定时时段段内内通通过过某一河流断面的水量，称

66、某一河流断面的水量，称径流量径流量。117 流流域域蓄蓄渗渗指指降降雨雨的的雨雨水水耗耗于于植植物物截截留留、下下渗渗和和填填洼洼等等综综合合过过程程。降降雨雨形形成成地地面面径径流流之之前前，在在流流域域中中会会被被以以上上几几个个方方面面所所消消耗耗，不不参参与与径径流的形成：流的形成：4.2.1 4.2.1 径流形成过程径流形成过程可概化为二个过程可概化为二个过程 ：(1)(1)产流过程或称为流域蓄渗过程产流过程或称为流域蓄渗过程118b.b.土壤蓄水量土壤蓄水量 S S 指指降降雨雨入入渗渗过过程程中中被被土土壤壤吸吸附附存存储储于于土土壤壤孔隙中的水量。孔隙中的水量。a.a. 植物截

67、留量植物截留量 I Is s降雨被植物茎叶拦截的现象称截留，降雨被植物茎叶拦截的现象称截留，APIS 119 以上各种量不参与径流的形成，统称为以上各种量不参与径流的形成，统称为: 雨量的损失量或地面滞留量。雨量的损失量或地面滞留量。c.c.填洼量填洼量 V Vd d水水分分停停蓄蓄在在地地面面洼洼陷陷处处（水水库库、湖湖、塘塘等等），称填洼。称填洼。d.d.雨间蒸散发量雨间蒸散发量 E E120 降雨形成的径流量/净雨量径流量径流量( (净雨量净雨量) = ) = 降雨量降雨量 - - 损失量损失量净雨量包括二个方面： 地面径流 R 地下径流 Rg 121 壤中径流/表层流 R Rinin

68、指指下下渗渗的的雨雨水水，一一部部分分滞滞蓄蓄在在土土壤壤中中；一一部部分分继继续续向向下下运运行行，遇遇到到相相对对不不透透水水层层时时，形形成沿不透水层面的表层流。成沿不透水层面的表层流。a. a. 地面径流地面径流R R 包括包括: : 坡面漫流 R Rs s 指沿流域坡地成片连续流动的水流。指沿流域坡地成片连续流动的水流。122b. b. 地下径流地下径流 R Rg g包括包括: 浅层地下径流 R Rgsgs 当当下下渗渗水水流流到到达达地地下下水水面面后后，则则形形成成地地下下径流它包括：径流它包括： 指指潜潜水水面面以以下下和和第第一一个个不不透透水水层层以以上上的的含含水层中的水

69、流，亦称作无压地下水。水层中的水流，亦称作无压地下水。123以上统称为地下径流，其特点是：以上统称为地下径流，其特点是： 流量稳定；流量稳定； 地下水运动缓慢，补给河流滞后于地表地下水运动缓慢，补给河流滞后于地表径流，故往往成为河流枯水期的重要来源。径流，故往往成为河流枯水期的重要来源。 深层地下径流深层地下径流 R Rgdgd 指指第第一一不不透透水水层层以以下下的的深深含含水水层层中中的的水水流流，亦称作有压地下水或承压水。亦称作有压地下水或承压水。124流域渗蓄及汇流过程示意图流域渗蓄及汇流过程示意图S土壤蓄水土壤蓄水填洼量填洼量Vd植物截流植物截流Is降雨降雨P蒸发蒸发E壤中流壤中流R

70、in浅层地下径流浅层地下径流Rgs深层地下径流深层地下径流Rgd 坡面漫流坡面漫流Rs125(2) (2) 汇流过程：汇流过程：坡地汇流：坡地汇流： 坡面汇流坡面汇流 壤中流壤中流 地下径流地下径流河网汇流：河网汇流：小小沟沟小小溪溪 小小 河河 大大河河流流 域域出出 流流126河河网网汇汇流流：指指水水流流沿沿河河网网中中各各级级河河槽槽向向出出口口断断面的汇集过程。面的汇集过程。坡坡地地汇汇流流：指指水水流流沿沿坡坡面面和和地地下下向向河河网网的的流流动动和和汇汇集集过过程程，它它包包括括坡坡面面汇汇流流、表表层层汇汇流流和和地地下汇流下汇流。 当当一一次次降降雨雨形形成成的的水水流流全

71、全部部流流出出流流域域出出口口断断面面时时，一一次次径径流流形形成成过过程程即即告告结结束束。因因此此，河河网网汇流可视为三种径流在时间上的再分配。汇流可视为三种径流在时间上的再分配。127河川径流形成过程框图流域出流流域出流蒸蒸 发发E降降 水水P植物截留植物截留Is填洼及地面蓄水填洼及地面蓄水Vd土壤蓄水土壤蓄水 S地下水蓄水地下水蓄水 G坡面漫流坡面漫流Rs壤中流壤中流 Rin深层地下水径流深层地下水径流 Rgd 河河 网网 蓄蓄 水水浅层地下水径流浅层地下水径流 Rgs不透水面不透水面1284.2.2 4.2.2 径流的度量径流的度量(1) (1) 流量流量 Q 单单位位时时间间内内通

72、通过过某某一一过过水水断断面面的的水水量量，可可按按下式计算：下式计算：式中，式中，A：过水断面的面积：过水断面的面积( (m2) ) V：过水断面的平均流速：过水断面的平均流速( (m/s)Q=AV ( (m3/s) )径流的度量常采用以下几个指标进行度量：径流的度量常采用以下几个指标进行度量：129流量过程线流量过程线用来表示流域出口断面的径流随时间变化过程用来表示流域出口断面的径流随时间变化过程 瞬时流量瞬时流量瞬时流量瞬时流量 指某时刻的流量指某时刻的流量, 如右如右图中的图中的Q1，洪峰流量，洪峰流量Qm等等。 平均流量平均流量平均流量平均流量 指定时段内的平均流量，如日平均流量、月

73、平指定时段内的平均流量，如日平均流量、月平均流量、年平均流量、多年平均流量等。均流量、年平均流量、多年平均流量等。Q(m3/s)Tt1t2t(s)Q1Q(t)WQm130(2) (2) 径流量径流量 W 指指一一定定的的时时段段内内T(=t2 - t1)通通过过的的某某一一河河流流断断面面的总水量，的总水量，(单位：单位：m3)式中式中, Q(t) 流流 量量 过过 程程 线线 t 时时 刻刻 的瞬时流量的瞬时流量;T = t2 - t1 计算时段计算时段; 计计算算时时段段内内的的平平均均 流量。流量。Q(m3/s)Tt1t2t(s)Q1Q(t)WQm131(3) (3) 径流深径流深 R式

74、中，式中，F 流域的面积流域的面积(km2)； T 时段时段(s) 时段时段T内的平均流量内的平均流量(m3/s)132 流流域域出出口口断断面面流流量量与与流流域域面面积积的的比比值值, ,即即流流域单位面积上所产生的流量：域单位面积上所产生的流量：(4) (4) 径流模数径流模数 M依据依据Q的不同含义，的不同含义， M则有不同的称谓：则有不同的称谓： Q 若若是是( (多多) )年年平平均均流流量量，则则M 称称为为( (多多) )年年平平均流量模数；均流量模数； Q 若是洪峰流量，则若是洪峰流量，则M 称为洪峰流量模数。称为洪峰流量模数。133中国年径流深图中国年径流深图5-505-5

75、0600-1000600-100050-10050-100200-400200-400551000-16001000-16001600-20001600-2000134(5) (5) 径流系数径流系数 某一时段的径流深某一时段的径流深R与相应的流域平均降与相应的流域平均降雨深雨深P的比值，其反映了降雨量转换成径流量的比值，其反映了降雨量转换成径流量比例的一个参数：比例的一个参数：1354.2.3 4.2.3 河川径流的动态变化河川径流的动态变化（1 1）河川径流的年际变化）河川径流的年际变化 影响年径流年际变化的主要因素是：影响年径流年际变化的主要因素是： 气候、流域下垫面状况及人类活动等。气

76、候、流域下垫面状况及人类活动等。 反反映映年年径径流流量量的的相相对对变变化化的的特特征征值值常常用用变变差差系系数数C CV V(= (= ) )表表示示。 C CV V 年年径径流流量量的年际之间变化剧烈。的年际之间变化剧烈。136（2 2）河川径流的年内变化）河川径流的年内变化 由由于于受受气气候候及及其其他他自自然然地地理理因因素素的的影影响响，河河川径流的年内变化是不均匀的。川径流的年内变化是不均匀的。 中中国国的的大大多多数数河河流流，由由于于受受季季风风的的影影响响，其其年内变化特点是：年内变化特点是： 夏季降水量多，径流量大，为洪水期；夏季降水量多，径流量大，为洪水期； 冬季降水量少，径流量小，为枯水期。冬季降水量少，径流量小，为枯水期。137