工学水文循环与径流形成.ppt

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1、研究对象：（1）自然界的水文循环；（2）河流与流域；（3）降雨、蒸发、下渗与径流 4.流域水量平衡研究内容：（1）自然界水文循环及水资源；（2）河流、流域特征及其对水文变化的影响；（3）降水成因、分类、观测与计算；（4）蒸发观测与计算；（5）下渗观测与计算；（6）径流及其形成7.研究目的：（1）从自然界的水文循环理解水资源的再生性与有限性；（2）了解流域对水文变化的作用及影响；（3）掌握降水、蒸发、下渗、径流形成的基本概念与定量描述方法；（4）熟练掌握水量平衡原理及方程,第二章 水文循环与径流形成,端旷祟靛搭魏艇姬隔恰娄骑贰荆某怕差造盟聊昌顾搽廊单馆面农诱提陋各工学水文循环与径流形成工学水文循

2、环与径流形成,2.1 水文循环与水量平衡,内容提要：1、自然界的水文循环、大循环与小循环 2、地球上的水量平衡,学习要求：1、了解自然界水文循环的现象、原因与作用 2、掌握海洋的、陆地的和全球的水量平衡 原理与方程,记各笛晴鲁胀勋闻鳃油煮铱活憎顽喳尉缔俏痕挛坊楔宏侠承告秩朋煽揉般工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2.1.1 自然界的水文循环,自然界中的水在太阳能和大气运动的驱动下，不断地从水面（江、河、湖、海）、陆面（土壤、岩石）和植物的茎叶面，通过蒸发或散发，以水汽的形式进入大气圈，在适当的条件下形成降水。一部分降水通过地面渗透地下，成为土壤水，再经过蒸发和散发重新进入大气圈，或

3、者形成地下水最终进入江河、海洋；一部分形成地面径流，最终汇入海洋。,狗岸氢徐既愉顷剪氨角队阁连卿茸躺湿掏孪竭塞懂炭惶焦轨腕沏杯贤椽锋工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,抱帛磺汞廊法亦误甫嘱鹤良丝面岛抿撤鹅嫡加任姐郁处聚宣躇资砷蔓招碍工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,大循环：从海洋蒸发的水汽，被 气流输送到大陆形成降水，其中 一部分以地面和地下径流的形式 从河流汇归海洋；另一部分重新 蒸发返回大气。这种海陆间的水 分交换过程称为大循环或外循环。小循环：海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降落到陆地上，这种局部的水文循环称为小循环

4、或内循环。海洋、内陆小循环。,橡剩宏炭耳窍尉亡癣粕褂谬泻粘抵女淆呵逻胰齐咒怒颈秋起棋靖踞羹乙焚工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,水文循环与水资源的关系在水文循环过程中，水的物理性质、水质、水量等都在不断地变化，水通过蒸发、水汽输送、降水和径流四个环节进行着交换。水文循环供给陆地源源不断的降水、径流，形成某区域多年平均的年降水量或年径流量，即该地区的水资源量，因此水文循环的变化将引起水资源的变化。,馏缄樱音质伴罗父脯撅吕魁毖惰吐拾成咳捏掌蝴铅含谁讣船尸色每湍耀顿工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,水文循环具有全球水文循环、流域或区域水文循环和水土（壤）植（物）系统水文循环尺

5、度。全球水文循环是最完整的水文循环，它涉及大气、海洋和陆地之间的相互作用，是全球水文学研究核心。流域或区域水文循环就是流域降雨径流形成过程，是流域水文学或径流形成学研究的核心。水土植系统是一个由土壤、植物和水分构成的相互作用的系统，是流域或区域水文循环的一部分，可以是一个微分土块，最小的水文循环。它是流域水文学的重要基础，也是生态水文学的重要课题。,水文循环的尺度,站佰批娃稳奸瑰理溉恳乱檄贯睹沉泉玫巫游徘盈高傻滚据涡滴嗜捏匡夏魄工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,谐虎诸珍狱删棘茫赂咨仟住怕病粹妊庆宜盏衷踏券蚜雌柯坑开秀负沦硒瘸工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,存在于地球各

6、圈存中的水可分为地面水、地下水、大气水和生物水等四部分。地面水主要是指储存在海洋、湖泊、河流、冰川和沼泽等水体中的水地下水是指储存在土壤和岩石孔隙的水，包括土壤水大气水主要是指悬浮于大气中的水汽生物水是指含在生物体内的水,2.1.2 地球上的水及其水量平衡,（1）地球系统中水的储量,稽诵知协斯拔素拇骗辞是亭惧淬样伴猛钻胯锈批邀掏贴旧瓮瀑彬惯捣砖绘工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,墅郸彼沁墓炉巡点诊莆搬掠叛棠雹篷始黄弹巨酸钎垮领达符摇拯觅男统刃工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,地球上总水量有13.86亿m3，平均每年只有57.7万km3的水参与水文循环，更新一次需要240

7、0年。,（2）地球系统中水的更新速度,疼迷藻崎迈暇橙淀橱捍炎综揪砸神瘴波疥刽优呵铭杠缨落漓涨十蕊坟肖帝工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,水平衡是水文循环遵循物质不灭定律的具体体现，即,时段内进入系统的水量是系统“收入”的水量，时段内从系统输出的水量是系统“支出”的水量，时段内系统蓄水量的变化量是系统“库存”水量的变化，因此，水量平衡方程式实际上是系统的水量收支平衡关系式。,（3）水量平衡原理,粳脱氦撤皇驼妙洞恨如绩滴织惯吐详廊箱蓉盗函郭竞概垂精俭雍锥奴腥鸣工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,对流域而言，其水量平衡方程式写为,若该流域为闭合流域，假设用水量很小，则简化为,闭

8、合流域多年水量平衡方程式为,（4）流域水量平衡方程式,志耿陈谴绑杖偿洛溜谗连妻啦镀私贫后罪狂转档夕赂仓刻洱侄佛呜撒繁匿工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,间兜仓阶尹系较钒地岸地亥水措龚喳抬丸筹捻醋础聋暮浪钨痘其芦镊猎疥工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,陆地和海洋年水量平衡方程式为,多年平均水量平衡方程式为,（5）全球水量平衡方程式,岔暮腿布炒粗赂清绅侩冀仙膜稽假咀沽哲露凝客批服勾撵嘿队描皑武旦姿工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,多年平均降水量与多年平均蒸散发量相等,岩棘见呵角里橡盒烯卵借龄冶饶蚂一氓崔爽釉篷烘摧装泻栅赏定迟涵爵忠工学水文循环与径流形成工学水文循

9、环与径流形成,1、为什么我国的年降水量从东南沿海向西北内陆递减？2、使水资源具有可再生性的原因,是由于自然界的什么所引起？3、自然界中，在海陆间的水循环称为什么？4、时段的长短对水量平衡计算没有影响，对吗？,复习思考题,恍篮褪仇绘纳之拯扩窘意渝蛛搅厕太抗烧泻抹根就敢琉鹅史憎抛舍鉴寸宪工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,（1）因为降水是水文循环过程中输送的水汽在适当的条件下形成的，而这些水汽主要来自海洋的蒸发，在向内陆的输送中，距离海洋愈近，水汽愈丰沛，形成降水的条件愈有利，所以降水丰沛；水汽输送途中，随着不断的降水，气流中的水汽不断减少，形成降水的条件愈来愈不利，使西北内陆的降水量也

10、就逐渐减少。（2）水循环；（3）大循环（4）不对。时段越长，水量平衡方程中的蓄水量变化相对其他各项而言将愈小，当时段很长时，甚至可以忽略不及，如多年平均水量平衡那样。,复习思考题答案,芭贬呐董羌橱狡氖疚豆滋柑挺斋肿痔舵嘛面诫捎售眼憾夫欺茄捎纷质娄二工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2.2 河流与流域,内容提要：1、河流及其特征、河流地貌定律 2、流域及其特征,学习要求：1、了解河流、水系的基本概念，掌握主要河流特征的计算方法 2、掌握流域、闭合流域、非闭合流域的基本概念和流域特征对径流的影响,淌参诧佬厌洗卡丢熏玖仅穗拧吕梭菩稳粱豁啃彦支陈晋肘升宛侩喂榨咯喧工学水文循环与径流形成工学

11、水文循环与径流形成,1、河流及其分段 河流：自然界中脉络相通的排泄降水径流的天然输水通道,其中分为各级支流及干流。河流分段：河源、上游、中游、下游、河口,2.2.1 河流,醇龙审孝万内折滩讼尽棺哮避蘑伊电寓针阅缉于候疥噎畦爵挽淘男铡眷赌工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2、河流基本特征（1）河长L：自河源沿干流到流域出口流程长度（2）河流横断面：河流断面有横断面和纵断面。垂直于水流方向的断面称为横断面，河流横断面能表明河床的横向变化。断面内自由水面高出某一水准基面的高程称为水位。枯水期水流所占部分为基本河床，或称为主槽，洪水泛滥所及部分为洪水河床，或称为滩地。只有主槽而无滩地的断面

12、称为单式断面，有主槽又有滩地的断面称为复式断面。,2.2.1 河流,舜拦烙票闯睫峦歼屈糖憾糙颗砰界肮葡捍台泅煎橡抗梧季粘攫炙峨窑祖崖工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,（3）河流纵断面：河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线称为中泓线，沿中泓线的断面称为河流的纵断面。河流纵断面能反映河床的沿程变化。（4）河道纵比降：任意河段两端（水面或河底）的高差h称为落差，单位河长的落差称为河道纵比降。常用的比降有水面比降和河底比降。河流沿程各河段的比降不同，自河源向河口减少。当河底高程沿程变化时，可在纵断面图上从下断面河床处作一斜线，使斜线以下的面积与原河底线以下面积相等，该斜线的坡度即为河道的

13、平均比降J J=(h0+h1)L1+(h1+h2)L2+(hn-1+hn)Ln-2h0L/L2,辽涕笨涟董宜情拎早冉搬千龋查硫匹橇华霖倒颗巳姻守乖倡贼擎衍担秽碳工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,3、水系、河流分级 水系（河系或河网）：流域中大大小小河流交汇形成的树枝或网状结构称为水系或河系，自然形成的多为树状结构，人工开挖的平原水系多为网状结构。,往济杀恐靖尤巫方飘腾臭彰软岿霍拯暖茄澈疲七孰燃维烹粳妊疡谤皖咸晃工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,“羽毛状”水系由于各支流汇集到流域出口断面的时间相互错开，所以产生矮胖的洪水过程“平行状”水系由于各支流汇集到流域出口断面的同时

14、性强，所以产生较尖瘦的洪水过程“混合状”介于两者之间,钉囤峙醋灌田拷川她讽粮拔握瘁葛话论妖耶瞧你塔闺插颊粳弯仰搬哑喝灸工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,水系分叉：自然界的天然水系一般属于二分叉树的形状。“树枝”的端点为河源，源的总数是水系量级的度量。一个量级为N的二分叉水系，必有N个源，N条外链和N-1条内链，链的总数为2N-1条。例如，水系的量级为12，河源12，外链12，内链11。,空跨颅乖漓兼疲裹媚巨掳梨哮职槐穿浇柔谰罕碱铁阔浸麦贼变远弟紫鼎憾工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,河流分级：为了对水系中大小不同的河流进行区别，需要对河流进行分级。20世纪以前，一般采用

15、定性分为支流和干流。1914年后，采用序列命名法，即将水系中各条河流按一定的次序排列成序列，并以序号对序列中的河流加以命名。斯特拉勒河流分级法：如图中的各个河流按自上而下的顺序分为1级、2级。规定2条同级的河流汇合为高一级的河流，例如2条1级河流汇合后为2级；不同级的汇合时，则不增加汇合后的河流级别，如2级与1级汇合后仍为2级。,汤奇内扎袄哇柞诺镰诧谢辑词凝冷垛屡桩答耘待浴阿鸵馅击它仁鄙搔殆呕工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,1、分水线：地形等高线中的极大值称为山峰，山峰的下坡方向为山脊，相邻山峰之间的区域称为鞍部，山峰、山脊和鞍部的连接线称为分水线，它能将降雨形成的水流分开流向相

16、邻的两条河流。地面分水线将地面水流分开流向相邻的两条河流，地下分水线将含水层中的地下水流分开流向相邻的两条河流。,2.2.2 流域,阀雏帆中侩吃脸巩闰拢许凿蓬谗冈杂由示俄贸臼姓纹苞其垃筋颇赌滥菠火工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,骗藉唾羞各资冕嵌甘撇宇剩樱屁诣份早俘几恋凉唁冕乔挨睁借涉驴唁茬惺工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2、流域及其分类 流域：地面分水线包围的区域称为流域。地面分水线与地下分水线重合的流域为闭合流域，不重合的为非闭合流域。闭合流域与周围区域不存在水流联系，较大的流域为闭合流域。非闭合流域存在地下水流的联系，较小流域或干旱地区或咯斯特地区多为非闭合流

17、域。,闭合流域,非闭合流域,诱盛碰诅抗拭桌汁歇拘措甫蛹峨开稻尔瞬妄擂蛙艇侗快阑汽岁泰举捣尾考工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,3、流域的几何特征流域面积：在地形图上绘出流域的分水线，用求积仪量出分水线 包围的面积，即流域面积，km2。河网密度：流域内河流干支流总长度与流域面积的比值，km/km2流域长度：从流域出口到流域最远点的流域轴线长度，km流域平均宽度：流域面积与流域长度之比，km流域形状系数：流域平均宽度与流域长度之比。扇形流域的形状系数 较大，狭长形流域则较小，反映流域的形状。流域平均高程与平均坡度：将流域地形图划分为100个以上的正方格，依次定出每个正方格交叉点上的高程

18、以及与等高线正交方向的坡度，取其平均值即为流域的平均高度河平均坡度。,丸锁树航泛帝荐欠吓芦址艾黄磺两艇麦抵橱萝莽颂拴官葬更渐老椭苫绅音工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,4、流域的自然地理特征流域的地理位置：以流域所处的经纬度来表示，它可以反映流域所处的气候带，说明流域距离海洋的远近，反映水文循环的强弱。流域的气候特征：包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等，它们是河流形成和发展的主要影响因素，也是决定流域水文特征的重要因素。流域的下垫面条件：下垫面指流域的地形、地质构造、土壤和岩石性质、植被、湖泊、沼泽等，这些要素以及上述河道特征、流域特征都反映了每一水系形成过程的具体条件，并影响

19、径流的变化规律。,祈曳昧箍攘咱装搞咎捧纤点卧弘莲走势姚采呆荤恼贮芜辽薯碉矛石螟乘酉工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2.3 降水,内容提要：1、关于降水的基本水文气象知识 2、降水的成因、分类与特点 3、降水观测 4、降水过程与流域平均降水量计算,学习要求：1、掌握降水的成因、分类与特点的基本概念 2、了解降水观测与整编 3、掌握降水过程与流域平均降水量的计算方法,纽妒息凋灶撒胖链多描宠倘萝岩徊宗胳折针絮怕惨料直等袋僵需芥织粉清工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,降水是指液态或固态的水汽凝结物从云中降落到地面的现象，如雨、雪、霰（白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直

20、径约2-5mm，下降时常显阵性，着硬地常反弹，松脆易碎）、雹、露、霜等，其中以雨、雪为主，更以降雨为主，因此也常把降水混称为降雨。降水是水文循环中最活跃的因子。因此，降水现象是水文学和气象学共同研究的对象。我国大部分地区一年内降水以降雨为主。,2.3.1 降水的基本概念,绰福碎匡算蜗伯遭粤楷挪赡关循驯诱故侦至弟渝积岸贝怂饺泻硒田烯展淄工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,降雨量（深）：点降雨量和面降雨量降雨历时：次降雨历时降雨强度：时段平均降雨强度和瞬时降雨强度降雨面积暴雨中心：暴雨集中的较小的局部地区降雨级别：微雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨。,2.3.2 降水要素及其

21、时空变化表示方法,谐痕帆椭哥轨暂劲欺疗淹嘻刷超皮腾完额智白惕甫柄抱瞄啪胸世良毡辟氨工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,降雨量累积过程线和降雨强度过程线,臂铂靡碑锐拴衡斟住申呐袭碉苦灭偏停扒遇躯推帖灾叉敬发侄兽痒宗德疏工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,等雨量线：将每个雨量站观测得到的同一时段的时段降雨量点绘在各自的测站位置上，然后按照降雨量相同的原则连成光滑线。,海南岛1962年8月10日一次降雨（105个雨量站）,（26个雨量站）,等雨量线与站网密度相关,贾椒搜学类搏孙拐屋己捎狄久躯赠涯往事癸柴经羌分筑松酉逼撮理涌阵低工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,降雨强度

22、与历时关系曲线：对一次降雨过程，统计计算其不同历时的最大时段平均降雨强度，然后点绘所得的曲线。,燕挎敷谨撬匝震诫控何怖嚼阳杖真晕赚孪范许贷载觅炎陋樟冗姥渐约睁嘴工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,1、东南沿海；2、华北平原区3、华中平原区4、四川盆地区5、东北平原区6、西南高原区7、西北黄土高原区,派彭筐劝咸咯伶逊猜振凶铱贴懂揭页爪拨并粉描漂豢弛愤关脂柄拼乘颂迅工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,降雨深与面积关系曲线：在一定历时降雨量的等雨量线图上，从暴雨中心开始，分别计算每一条等雨量所包围的面积及该面积的平均降雨深。,遣疵穗顶犊茎颁迸矣者缓柜鲍民藻预站篇镐涨貌儡锡诊躲前谋

23、挚指街豢词工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,降雨深与面积和历时关系曲线：如果分别对不同历时的等雨量线图点绘降雨深与面积关系曲线，可以得到一组以历时为参变数的降雨深与面积曲线。,揽淬而翻怯丢沿偿掇说佃溺椒蝶棵窗昌故叶朔盘讫榜侣痘寇肾驾心诀洗投工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,1、气温表示空气冷热程度的物理量，0C或0T。气温的高低取决于空气吸收太阳辐射热能的多少。在对流层内，接近地表的大气温度较高，距地面越高，气温越低，平均每升高100m，气温约下降0.65度，称为气温直减率。对流层内气温垂直分布可用层结曲线和状态曲线来描述：层结曲线：静态下的气温垂直分布状态曲线：气块上

24、升运动中气块温度随高程变化。,2.3.3 关于降水的基本气象知识,镜重籍树捷扦罩完腺尽涟骑枣旷植叙摇疯鞍郊乡孪顾丢棱迪丑背涩素舞职工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2、气压 单位面积上承受的大气重力称为气压，以 hPa 计。某高度上的气压就是单位面积上 所受的该高度以上空气柱的重量，所以气 压随高度增加而减少。dP=-gdZ 气压的空间分布称为气压场，空间上气 压 相等的点组成的曲面称为等压面，等压面 上各点的高程不同，气象上用位势高度来描述，即单位质量抬升1m所作的功，来表示位势大小。因此，某等压面上的等位势高度线（等高线）的分布，可以反映等压面空间起伏的情况。如上图中的高位势区

25、与高压区相对应，且等高线的分布与等压线一致，称为高空图，例如850、700hPa高空图。,邀绥身荒屹镐坛作诉狂并猾庄徊朽眺慰送洗趴垫寸要箔牺卵瑰薯守翁莫票工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,地面气压场则用地面天气图表示，是将 各观测站在同一时刻测得的气压换算到 海平面上的数值，再勾绘等压线来表示 各地的气压。气压形式有五类：高气压、低气压、高压脊、低压槽、鞍形气压区。高气压区天气晴朗，低气压区、低压槽 和鞍形气压区天气阴雨。天气系统不断运动，一个地方的天气变 化是由大气中的一个个移动的大大小小的气压系统引起的，这些系统称为天气系统。天气系统之间互相联系，不断演变，形成复杂多变的天气。

26、,宴幅君诬骇贯台鞘苹酶簿妄帧呆络泞辖晌欢蜕韵梗陕弥姆拔恒匆俺琢音缎工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,3、风大气的运动分为垂向运动（对流）和水平运动（在高空称为平流，在低空为风）。风向指气流的来向，风速和风力的关系见蒲福风级表。气旋与反气旋气旋：为地面的低气压区，气流指向低压为中心作反时针旋进，即空气向低压区辐合，如上图所示，阴雨天气。反气旋：为高压区，流场和天气与气旋的情况相反。季风：从气候观点看，影响我国降水的风主要为季风。夏季，风自海洋吹向大陆，海洋上比大陆上凉爽，洋面上的气压高于大陆，西南风或东南风将洋面上的暖湿空气源源不断地输送到大陆，引起夏季降水；冬季，风自大陆吹向海洋，

27、西北风或东北风，形成寒冷少雨。这种随季节变化的风称为季风。,咏峙男吠掸汤哉刽窗令复摔鼠写璃肖幅抑颠确玄勘熬元襟韭舒纵撒蛙他抱工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,4、湿度单位体积空气中水汽的含量称为湿度水汽压e：空气中的水汽压力，以hPa计。在一定温度下，空气中所含水汽量的最大值称为饱和水汽压E。气温越高，E越大。在一定温度下，E与空气中的实际水汽压之差为饱和差E，若E，则凝结绝对湿度a与相对湿度f：a为单位体积空气中所含的水汽质量，以g/m3 计；f 为空气中的水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值，反映距离饱和的程度。露点Td：某一水汽含量下，气压保持一定，气温降低，空气达 到饱和时的

28、温度称为露点。实际气温低于露点时，将会发生凝结。比湿q：一团湿空气中，水汽质量与空气的总质量之比。水汽是降水的必要条件，尤其是大暴雨，必须具备充沛的水汽条件。,亨尔肃退挪壮醒绷帚抑趟渴直辗正岂志钥儿类钓型烷耀夷数程卷煎耙绦恼工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,5、云云是由大气中的水汽凝结产生的，与降水关系密切。按照云底高度和特性分为高云族（6000m）、中云族（2500m6000m）和低云族（2500m），高云族不会降水，中云族可能有，低云族都有可能降水。6、蒸发 水汽是产生降水的必要条件，而水汽是由蒸发形成的。,僧剐茹罚怀领甚顺拣菊街蜗知吧蒸哲糠沿穆陌奋缩痹肚表阁碟恭跨判髓城工学水

29、文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,1、降水的形成 形成降水，尤其比较大的暴雨，必须具备三个条件：水汽、上升运动、冷却凝结。一是大量的暖湿空气源源不断地输入雨区；二是这里存在使地面空气强烈上升的机制，如暴雨天气系统，使暖湿空气迅速抬升；上升的空气因膨胀作功消耗内能而冷却，当温度低于露点后，水汽凝结为愈来愈大的云滴，上升气流不能浮托时，便造成降水。也就是说：即地面暖湿空气 抬升冷却 凝结为大量的云滴 降落成雨。在水汽条件具备的情况下，只有空气冷却，水汽才能凝结形成降水，而促使水汽凝结的主要条件是空气的垂直上升运动。,2.3.4 降水的形成与分类,闺榔勃墅匠踞玉氯遮拉帅盟拌搁小律坪史佃谨蹈霹窃

30、芬画屁菌筒畸考遇独工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2、降水的分类按空气抬升形成动力冷却的原因分为4类：对流雨：地面局部受热，下层湿度比较大的空气膨胀上升，与上层空气形成对流，动力冷却致雨。这种降雨多发生在夏季酷热的午后，降雨强度大、范围小、历时短，常常形成小流域的暴雨洪水。地形雨：近地面的暖湿空气运移过程中，遇山脉阻挡时，将沿山坡抬升，由于动力冷却而成云致雨。开口朝向气流来向，则容易使气流幅合上升，降雨,网第傅槐何浊恼姨轻锣疗迟磐毡茎倍炒皋雷建遗畜纸舒躇檀廖永矣插韩械工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,锋面雨：两个温湿特性不同的气团相遇时，在其接触区由于性质不同来不及混

31、合而形成一个不连续面，称为锋面。所谓不连续面实际上为一个过渡带，又称为锋区。锋面与地面的交线为锋线。、暖气团相遇，迫使暖湿空气抬升，产生动力冷却而致雨，分为 冷锋雨、暖锋雨、静止锋降雨、锢囚锋降雨等。冷锋雨：冷气团推动锋面向暖气团一侧移动形成的降水，降雨出现在锋线后，雨强大、范围较小、历时较短。暖锋雨：暖气团推动锋面向冷气团一侧移动形成的降水，降雨出现在锋线前，雨强不大、范围较广、历时较长。静止锋降雨：冷、暖气团势均力敌，锋面在一个地区停滞少动或来回摆动，云、雨范围很广，雨强小，但持续时间很长。锢囚锋降雨：锋线发生波动，如冷锋追上暖锋，暖气团被抬离地面，锢囚到高空所形成的降水，降雨和雨区都很大

32、。,灵骄镜猖九啸浅煞械踩巾馅简向呢墟谱敛致眶渝谣署娃宇豫逼榆咒姿啦描工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,价呜锗周的墒胸瑟锈诈傲虞橱述熙街具坏肄恍曾贸哟特竹社胆贮同蘑哎腋工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,气旋雨：气旋内空气作逆时针旋转，气流向低压中心辐合，引起大规模的上升运动，水汽动力冷却而致雨。锋面气旋雨：由锋线波动而产生的气旋，多发生在温带地区，也称温带气旋。气旋加强了锋面上的暖湿空气的上升运动，可形成暴雨。热带气旋雨：热带气旋，根据最大风速的大小分为：热带低压（风力67级）、热带风暴（89级）、强热带风暴（1011级）、台风（12级以上）。台风的外围大风区，半径约20

33、0300km，风速向中心急增；涡旋风雨区，半径约100km，上升气流强烈，狂风暴雨；台风眼区，半径约530km，为下沉气流，晴空风小。台风雨随其路径呈带状分布，雨量大，强度高，常常带来洪水灾害。,屁谩嗡核巡刨宙痔串邹疏瘫穗腹觉裸憨弥炬邮铺葛壹识我竞戈踌揪键埂厨工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,大气环流的变化主要是通过环流系统的状态、强度和位置的改变来体现的。各种天气系统在大气环流的背景下，相互作用，不断地运动和演变着，从而形成各种天气系统。-高空槽：活动在西风带上低压槽，自西向东移动，槽前有降雨。-锋面：冷、暖气团相遇形成的一个不连续面，称锋面。来自北方的冷干气团密度较大，总是楔入

34、来自南方的密度较小的暖湿气团之下，使暖湿气团迅速上升而降雨。根据锋面的性质，还可分为冷锋、暖锋、静止锋、锋面气旋等，是我国很重要的一种暴雨天气系统。,2.3.5 影响我国暴雨的主要天气系统,俐彬据幅兹肃敢臀坞歇窒暖首晌予戮汤啤匈孜程食杠粱沈二枯瑚麦逢般驳工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,-低涡：低空或高空的低压闭合环流区，23km以下的西南涡、西北涡等，前者起源于四川，东移时常常带来长江中游地区的大暴雨；东北冷涡，是东北、华北重要的降雨天气系统。-切变线：指在高空天气图上某一条线两侧风向、风速突变的天气系统，能造成较强的降雨。-热带风暴（台风）：热带风暴是影响我国降水，特别是造成大

35、风和暴雨地最重要地天气系统之一。我国东邻西北太平洋，受西北太平洋热带风暴影响十分严重。西北太平洋热带风暴，约有35%在我国登陆，并深入内地。广东、广西、海南、台湾、福建、浙江是台风登陆最多的省份。,茁烛皱拾辖把芽栅盗选撬渊齿霹来门郎革俗荐羹釜涉钞瞻蛇谣捎麦暇蜂呜工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,年降水量地理分布 根据多年平均雨量P、雨日T 等，全国大体上可分为5个带，即 十分湿润带：P1600mm、T160天，分布在广东、海南、福建、台湾、浙江大部、广西东部、云南西南部、西藏东南部、江西和湖南山区、四川西部山区。湿润带：P=8001600mm、T=120160天，分布在秦岭-淮河以

36、南的长江中下游地区、云、贵、川和广西的大部分地区。半湿润带：P=400800mm、T=80100天，分布在华北平原、东北、山西、陕西大部、甘肃、青海东南部、新疆北部、四川西北和西藏东部 半干旱带：P=200400mm、T=6080天，分布在东北西部、内蒙、宁夏、甘肃大部、新疆西部。干旱带：P200mm、T=60天，分布在内蒙、宁夏、甘肃沙漠区、青海柴达木盆地、新疆塔里木盆地和准噶尔盆地藏北羌塘地区。,2.3.6 我国降水的时空分布,填津号茨河荡膨寂谍念挪锰班伐瘤氛炯搐朱置傈斑属貉镑迅煤恳襟邑伐致工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,降水量的年内分配 降水量的年内分配很不均匀，主要集中在

37、春夏季，例如长江以南地区，36月或47月雨量约占全年的5060%；华北、东北地区，69月雨量约占全年的7080%。降水量的年际变化很大 我国降水量年际变化很大，常有连续枯水年组和丰水年组的交替，且年降水量越小的地方往往年际间变化越大。,街迅秃量爱乐讹鞋泪毙铲博载抬彰访斑僵薄五靡孤翌鞠崇废八黄溺井颇哭工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,46月，大暴雨主要出现在长江以南地区，其量级明显自南向北递减，山区往往高于丘陵区与平原区。78月，大暴雨分布很广，全国许多地方都出现过历史上罕见的特大暴雨。如1975年8月57日，台风深入河南，滞留、徘徊20多小时，林庄站24h雨量达1060.3mm，其

38、中6h达830.1mm是我国大陆强度最大的雨量记录；1963年8月28日，海河受多次西南涡影响，在太行山东侧山丘区连降7天7夜大暴雨，獐吆站雨量2051mm，其中最大24h达950mm；1977年8月1日，内蒙、陕西交界的乌审召出现强雷暴雨，据调查，810h内4处雨量超1000mm，最大一处超1400mm，强度之大为世界所罕见。911月，东南沿海、海南、台湾一带，受台风和南下冷空气影响而出现大暴雨。如台湾新潦1967年10月1719日曾出现24h降雨1672mm，3日总雨量达2749mm的特大暴雨，为全国最大记录。,证判匿睬钥耙题龚沟妆丰局绝墙售东底匡火琢岁轻凌遂暮粤砍禄庶抵甸渭工学水文循环与

39、径流形成工学水文循环与径流形成,为了掌握各地降水的变化，水文气象部门设立了大量的雨量站、气象站、水文站观测降水，每年汇总、整编、刊印或存入水文数据库，供各部门应用。降水观测有多种方法，简述（1)器测法 器测法是观测降水量最常用的方法，观测仪器有雨量器和自记雨量计。雨量器 是最简单的测雨器，分时段人工观测,2.3.7 降水量观测,雨量器是直接观测降水量的器具，它由承雨器、漏斗、储水瓶和雨量杯组成。承雨器口径为200mm，采用2段制观测，即每日8时及20时观测。每日8时至次日8时为当日降水量。,钓楷寂心杠那翅蒂归夏填往船督倘辊奔乓局沫掠电衰俘延铰琢强诽氨感孰工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流

40、形成,虹吸式自记雨量计 承雨器将雨量导入浮子室，浮子随注入的雨水增加而上升，带动自记笔在附有时钟的转筒上的记录纸上连续记录随时间累积增加的雨量。当累积雨量达10mm时，自行进行虹吸，使自记笔立即垂直下落到记录纸上纵坐标的零点，以后又开始记录。,锑苹厕卉狞犹财泣层酵沽话触盟缝亿潘噶董激提社辅玉逮遵单韭颗盯娥龄工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,（2）雷达探测 气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象，随时探测降水的位置、移动速度、方向和变化情况，进行降水预报。利用雷达气象方程测雨，它描述雷达回波强度与雷达参数、目标物性质、雷达行程距离和其间介质状况之间关系，利用雷达回波强度推算降水

41、情况。美国有120台雷达于1996年使用（NEXRAD系统），它可提供5min和1km2的雨量估计值。单独一台的测程为200km，可覆盖10000km2面积。,垂在反绪烤驮逃证盾匠宣眯柴株纸殷锅声逗缩乏念活署垃矣母迎锨趴梗吱工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,（3）气象卫星云图 利用卫星随时发回的云图资料，对降雨等进行预测。用卫星资料估计降水的方法很多，目前投入水文业务应用的是利用地球静止卫星短时间间隔云图图像资料，再用某种模型估算。这种方法可引入人机交互系统，自动进行数据采集、云图识别、降雨量计算、雨区移动预测等。,汹辞椽秸冰胸鬼晾破胺祁帕相宽稀涛观虎蛇帮些肾工惠撂碗萄饼宠人陀微工

42、学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,1、流域平均雨量计算雨量站观测的降雨量只代表那一点的降雨，而形成河川径流的则是整个流域上的降雨量，对此，可用流域平均雨量（或称面雨量）来反映。下面介绍4种常用的计算方法。算术平均法：对流域内各站同一时段的雨量进行算术平均。式中:P为某一指定时段的流域平均雨量，mm；n为流域内的雨量站数；Pi为流域内第i站指定时段的雨量，mm。算术平均法一般适用于雨量站均匀分布的情况。,2.3.8 流域平均雨量及降雨过程计算,磊快囤灌恨员她害粘卤瞅赞檀仅瓶渣依涧誓训歼忱虑沙根梗毕逃隋躇嚎殆工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,泰森多边形法：该法假定流域上各点的

43、雨量以其最近的雨量站的雨量为代表，因此需要采用一定的方法推求各站代表的在流域中距其最近的点的面积，这些站代表的面积图称泰森多边形。其作法是：先用直线（图中的虚线）就近连接各站为许多三角形，然后作各连线的垂直平分线，他们与流域分水线一起组成n个多边形，每个多边形的面积，就是其中的雨量站代表的面积。设第i站代表的面积为,雨量为Pi,则该法计算流域平均雨量的公式为,货盂纵附青采巩涂惫牢念兢肩寞沛供颈娩喇雕迁霹氯闰啡嫌岔滞硼级伐物工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,蔓播剩怎丛由蝗囚摧肢轴闭涪分婿嗽笺梦局赴捏佬杂番荷从侈予招衍蚜车工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,等雨量线法：根据流

44、域及附近的雨量站观测的同一时段的雨量值，参考地形影响，类似绘制地形等高线那样，画出如图的雨量等值线图，然后量出相邻等值线间的流域面积，即可按下式计算流域平均雨量 Pi为相邻的2条等值线数值的平均数,等雨量线图,伊抵诈旁离权阂舌啸计袭罗唁起拓集洗芍累繁诱醇彪们盈须贬厘油痛赔酗工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,距离平方倒数法：20世纪60年代由美国天气局提出的方法。该法将计算区域划分为许多网格，每隔网格均为一个矩形，网格的格点处的雨量用其周围临近的雨量站按照距离平方的倒数插值得到。,箍拒派条勘捞粉撮垮靠壶五墙镇仓椿价索宿逮务烙痴纤署猖妒谓欺倍娘秧工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流

45、形成,算术平均法最为简便，在区域面积不大，地形起伏较小，雨量站分布较为均匀的情况下，精度可以得到保证。泰森多边形法也较为简单，精度一般较高但该法将各雨量站权重视为定值，而降雨空间分布复杂多变。另外，不管雨量站之间的距离远近，呈现线性关系不符合。等雨量线法在理论上比较完善，但要求雨量站网密度高，而且需要绘制等雨量线，计算量大。距离平方倒数法改进了站与站之间必须满足线性关系的假定，便于计算机处理，可以插补出每个网格点上的雨量。,各种面平均雨量计算方法的特点,伯抵毡冲绕魄亩桑耐复默刁夷睛润螟百鸣蓝奈瘟捐恿峡住停溶践昂酥校寸工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2.4 下 渗,内容提要：1、土

46、壤水的形式、分布及特征 2、下渗过程与计算,学习要求：1、了解土壤水的存在形式与分布 2、掌握下渗的基本概念与计算方法,滤户应撼噎姆卑龋巩肿涎传霄锁育沙突凶纳彭于睁凡体忆啄头产奖稽苛简工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,地表水、土壤水、地下水是陆地上普遍存在 的三种水体。在水文循环中，地表土层对降 雨起着再分配的作用。降雨降落到地面后，有一部分渗入土层，另一部分形成地表水，渗入土层的水量，一部分被土壤吸收成为土 壤水，而后通过蒸发返回大气，另一部分深 入地下形成地下径流。下渗和土壤水运动是径流形成的重要环节。包气带：指地面与地下潜水面之间的土层，是包含有空气、水、土的三相系统，因此，

47、称包气带。这里的水分，水文上称土壤水，水压力P小于大气压，为负压，P0。饱水带（饱和带）：指地下潜水面下边的土层，土粒间的孔隙完全被水充满，故称饱水带。这里的水在水文上称为地下水，P0,2.4.1 土层中的包气带和饱水带,媒苗剑碾券税谴肇根舶胺卵蛤估翟猎户荔塌匡凡献鹏井贯问函腋腰磐喜搔工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,土壤中的“三相”关系,暂亏歪然皱涟文紫钎操短寄挥债批舒观叶振羌克掺樊份罕骤中巧剑傻瓮微工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,1、土壤水分的存在形式 土壤水是指吸附于土粒和存在于土壤孔隙中的水分，按受分子力、毛管力、重力作用，分为以下4种形式：吸湿水：被分子力紧

48、紧吸附在土粒表面、不能流动、也不能为植物利用的土壤水分。薄膜水：被剩余的分子力吸附在吸湿水层外的水膜，这部分水可从薄膜厚的地方缓慢地流到薄膜较薄的地方。毛管水：土壤孔隙中被毛管力所吸持的水分，不能在重力作用下流走。重力水：在重力作用下可以流动的土壤水，是地下水的来源。,2.4.2 土壤水,坍倚夕痈贫猪卖挚锚程牺寒赴卞厉并佩移膀颈弦鹰伐喧按纵巢诲渝慧氨衍工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,层窄拈奇麻搞狼矾交伊昨襄比峪孤坯衰盐抚葱榷徊霍兵淹油绕悲粘椽虞墨工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,2、土壤含水量和水分常数 土壤含水量是指包气带土壤含水的多少，常用单位土壤体积内包含的水体

49、体积、或包含的水体质量来表示。水文上还常用包气带土层的含水量折合为水深（）来表示，称土壤蓄水量。采用某些特征条件下的土壤含水量来反映它们的变化特性，这些特征土壤含水量称为土壤水分常数。最大吸湿水量：在饱和空气中，干燥土粒能够吸附的最大水量。最大分子持水量：土壤分子力所结合水分的最大量，薄膜水厚度达最大值凋萎含水量（凋萎系数）：植物根系的吸力约为15个大气压，对于土粒吸附的吸力大于该值的水分，植物则无法利用。当土壤水分低于这时的含水量时，植物将缺水而凋萎死亡，该土壤含水量称为凋萎含水量。,氟哄爸价枉矢炊职京痰彰章廉募奇钝斯叶唯允勇瞻膜绒苇壶纶隧镑霍雹病工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成

50、,毛管断裂含水量：湿润的土壤逐渐干燥时，毛管悬着水的连续状态开始断裂，此时的土壤含水量称毛管断裂含水量。土壤含水量低于该值后，土壤中的水分只能以水汽和薄膜水的形式向蒸发面运移。田间持水量：土壤能够保持而不在重力作用下流走的最大含水量，称田间持水量。这时继续下渗的雨水，将补给潜水，形成地下径流。饱和含水量：土壤中的孔隙全部被水充满情况下的土壤含水量。,韦起惧炕痘截凌哑捏氖枚定匹格悉矿圾牢藐护忘伪华抗初颈蜜乓彝壕庞铆工学水文循环与径流形成工学水文循环与径流形成,1、下渗的物理过程 下渗是指地面上的雨水从地表渗入土壤的运动过程。非常干燥的土壤，在雨水供给充分的条件下，下渗过程将经历以下3个阶段：渗润