水文學(xué)原理必背知識點打印版

1、緒論 一、水文學(xué)簡史英文Hydrology ，來源于拉丁語，水的知識”。經(jīng)歷了四個發(fā)展時期：1. 萌芽期（公元1600年之前）2. 奠基時期（公元1600-1900 年）3. 實踐時期（1900-1950 年）4. 現(xiàn)代化時期（1950年-）一、水文現(xiàn)象的基本特點1. 時程變化上的周期性與隨機性2.空間變化上的相似性與特殊性二、水文現(xiàn)象的研究方法遍成因分析法以質(zhì)量守恒、能量（動量）守恒等定理為基礎(chǔ)，揭示水文現(xiàn)象運動變化的機理、 規(guī)律。遍數(shù)理統(tǒng)計法水文現(xiàn)象具有隨機性，從而以概率理論為基礎(chǔ)，研究水文現(xiàn)象特征值的統(tǒng)計規(guī) 律。心地理綜合法水文現(xiàn)象具有地區(qū)性，從而通過建立地區(qū)經(jīng)驗公式、繪制各種特征值等值

2、線圖, 揭示水文特征值的地區(qū)規(guī)律。水文循環(huán)鷗水文循環(huán)的原因（外因、內(nèi)因）遍 水的不斷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降落、產(chǎn)流、匯流的往復(fù)循環(huán)過程屈大循環(huán)和小循環(huán)大循環(huán)：海洋f大氣f大陸f海洋（縱向 +橫向）小循環(huán)：海洋T大氣T海洋（海洋小循環(huán)）大陸f大氣f大陸（內(nèi)陸小循環(huán)）屈水文循環(huán)的規(guī)律1）海洋的蒸發(fā)量多于降水量；2）大陸的降水量多于蒸發(fā)量；3）大陸外流區(qū)輸入水汽量與輸出水量基本平衡；4）大陸內(nèi)流區(qū)降水量與蒸發(fā)量基本相等。水文循環(huán)的作用和意義1、調(diào)節(jié)氣候；2、塑造了地球表面；3、形成了巨大的水利資源；形成一切水文現(xiàn)象水資源問題? 原因1) 水資源量時空分布不均勻；2) 水資源分布與人口、耕地分布不相適應(yīng)

3、；3) 水環(huán)境污染；4) 水資源浪費。? 對策1) 時間和空間上的合理調(diào)配；2) 積極開展水污染防治；3) 節(jié)約用水。 9流域和水系分水線：使雨水分別匯集到兩條不同的河流，起著分水作用的 地形，是流域的邊界線。流 域：匯集地面水和地下水由分水線所包圍的區(qū)域。 河網(wǎng)密度 流域單元面積內(nèi)干支流長度流域的地形起伏特征1. 河流的落差和比降2. 流域平均坡度3. 流域面積高程曲線流域自然地理及下墊面情況1. 流域地理位置2. 流域的土壤巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造3. 流域植被率4. 流域湖泊率、沼澤率降水水分以各種形式從大氣到達地面統(tǒng)稱降水。包括雨、雪、露、霜、冰雹等。降雨的類型一、按降雨的成因分類1. 氣旋

4、雨 隨著氣旋或低壓過境而產(chǎn)生的雨。2. 對流雨地面受熱升溫，下層空氣膨脹上升和上層空氣形成對流運動。下層暖濕空氣上升到高空遇冷凝結(jié)形成降雨。多發(fā)生在夏季午后，強度大、面積小、歷時短。3. 地形雨暖濕氣團在運動過程中遇山嶺障礙時，在沿山坡上升過程中逐漸變冷凝結(jié)成雨 地形雨多在迎風(fēng)坡上。4. 臺風(fēng)雨由熱帶海洋上的風(fēng)暴帶到大陸的雨。災(zāi)害性天氣，常發(fā)生在浙、閩、粵、臺灣 等沿海省份。二 按降雨強度及過程特征分類1. 暴雨 歷時短、強度大、籠罩面積不大。氣象方面規(guī)定：日降雨量 > 50mm 暴雨；日降雨量 >100mm 大暴雨；日降雨量 >200mm 特大暴雨。主要影響小流域洪水。2.

5、 暴雨型霪雨 歷時較長、強度變化大。影響區(qū)域洪水。3. 霪雨 歷時很長、強度小、籠罩面積大。影響大流域洪水。 冷鋒雨：冷暖氣團相遇時，冷燥氣團楔入到暖濕氣團之下，使暖濕氣團上升冷卻而產(chǎn) 生降雨。根據(jù)移動速度可分為緩行冷鋒和急型冷鋒。1) 緩行冷鋒的降水與暖鋒相似；2) 急行冷鋒移動較快，坡度較大，約為 1:70 ，故降水范圍小、雨強大、歷時短。氣團 物理屬性水平分布比較均勻的大范圍空氣團。峰面 兩種性質(zhì)不同的氣團之間狹窄而傾斜的過渡帶。峰在空間是傾斜的，且向冷空氣一側(cè)傾斜。暖鋒雨：冷暖氣團相遇時，暖濕氣團推動鋒面向冷氣團一側(cè)移動。峰后暖空氣一方面 向冷空氣方向推進，同時又沿鋒面緩慢上升，在上升

6、過程中冷卻而產(chǎn)生降雨。因暖鋒 坡度很小，一般為 1:150 ，故暖鋒雨降雨面積大、雨強小、歷時長。降水要素 降水量、降水歷時和時間、降水強度、降水面積常用的區(qū)域 (或流域 )平均降水量計算方法有：1. 算術(shù)平均法適用于面積不大，地形起伏不大，站點較多且布設(shè)較均勻的流域。計算簡便。2. 泰森多邊形法適用于降雨分布不均，站點較少，面積不大的流域。在確定各站的權(quán)重后也很 簡便，且精度較好。缺點是在各場降雨中把雨量站權(quán)重視為固定，與實際情況不完全 一致。3. 等雨量線法適用于面積大、站點密的流域。理論上較完善，但每次降雨都必須繪制等雨量 線，并計算權(quán)重，工作量大。4 距離平方倒數(shù)法土壤水一、土壤水分作

7、用力遍分子力土壤顆粒表面的分子和離子對水分的吸力。渤毛管力在未充滿水的毛管孔隙中，因存在液體彎月面的表面張力，形成毛管力，作用于 土壤水。騷重力二、土壤水分的存在形式必吸濕水土粒分子從空氣中吸附的水分。約幾個分子厚度，為緊束縛水，與水文現(xiàn)象關(guān)系 不大。渤薄膜水吸濕水外面，土粒剩余分子力所吸持的水分。為受束縛水。嗡毛管水a(chǎn)）支持毛管水地下水面以上受毛管力支持而存在于土壤孔隙中的水分。b）毛管懸著水一一受毛管力支持而懸吊于土壤孔隙中的水分。謁重力水土壤中在重力作用下能自由移動的水分。a）滲透自由重力水超過田間持水量的滲入水分。b）支持重力水自由重力支持毛管水 一一受地下水支持而存在于毛管孔隙 之中

8、的連續(xù)水體，能傳 遞靜水壓力。相對不透水層支持重力水由于土層中存在相對不透水層，滲透水因交界面臨時 飽和而產(chǎn)生的能在重力作用下流動的水分。三、土壤水分常數(shù)魯最大吸濕量一飽和空氣中，土壤能吸附的最大水汽量。渤最大分子持水量一一土粒分子力所結(jié)合的最大水分量。遍凋萎含水量植物無法從土壤中吸收水分，開始永久凋萎時的土壤含水率。3毛管斷裂含水量一一毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)開始斷裂時的土壤含水率。嚼田間持水量一一土壤中保持最大毛管懸著水時的土壤含水率。嗡飽和含水量一一土壤中所有孔隙都充滿水時的土壤含水率。土水勢的構(gòu)成1）基模勢一一在未飽和土壤中，由于分子力和毛管力的作用而使土壤水具有的勢， 稱為基模勢?；?/p>

9、為負值。2）壓力勢一一在飽和或出現(xiàn)地面積水的土壤中，自由水面下的土壤水由于靜水壓 力的作用而具有的勢，稱為壓力勢。壓力勢為正值。3）重力勢由于重力作用而使土壤水具有的勢，稱為重力勢。重力勢的值與參 照基面有關(guān)。下滲下滲的物理過程根據(jù)水分所受作用力及運動特征，干燥土壤在充分供水條件下的下滲分三階段：屈 滲潤階段：主要受分子力作用，入滲水成為薄膜水，當(dāng)土壤含水量達到最大分 子持水量時結(jié)束。遍 滲漏階段：主要受毛管力、重力作用，入滲水主要成為毛管水，當(dāng)土壤含水量 達到飽和含水量時結(jié)束。屈 滲透階段：受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲出。飽和下滲理論基本假定1. 半無限土柱，初始土壤含水量分布均勻

10、。2. 地面積水深hp；3. 下滲鋒面以上是飽和的，=s，K=K s;4. 下滲鋒面以下為初始土壤含水量，吸力hs。非飽和下滲理論1. 忽略重力；2. 供水充分、表面無積水；3. 均質(zhì)半無限土柱，初始土壤含水量分布均勻下滲的影響因素影響因素總的可歸納為供水和下滲能力兩個方面渤下滲能力方面(1) 土壤的機械物理性質(zhì)，水分物理性質(zhì)；(2) 下墊面條件、地形地貌；(3) 人類活動。屈供水方面(1) 降水性質(zhì)。蒸發(fā)與散發(fā)土壤蒸發(fā)過程> 田， E= Em整個土層水分輸送通暢，供水充分，按蒸發(fā)能力蒸發(fā)，蒸發(fā)量大而穩(wěn)定。斷 < < 田， E= f （Em, ）土層中部分毛管水?dāng)嗔眩┧怀?/p>

11、分，隨著 的減小，連續(xù)狀態(tài)愈來愈多地遭到 破壞，蒸發(fā)量急劇減小。< 斷 ， E= CEm （C<<1.0）毛管向上輸送水分的機制完全遭到破壞，水分只能以薄膜水或氣態(tài)水的形式供給 蒸發(fā)，蒸發(fā)量小而穩(wěn)定。流域蒸散發(fā)的影響因素根據(jù)蒸發(fā)面不同，流域蒸發(fā)包括：水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植被散發(fā)和冰雪蒸發(fā) 等。通常流域內(nèi)水面和冰雪覆蓋面所占比重不大，故對絕大多數(shù)流域，總蒸發(fā)主要包 括土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)。因此，影響土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)的因素即是影響流域總蒸發(fā)的因素。綜合起來， 影響因素包括：（1 ）氣象條件（日照、溫度、濕度、風(fēng)速等）；（2 ）流域內(nèi)土壤含水量；（3 ）流域內(nèi)土壤、植被分布；（4

12、）地形、地貌 。流域總蒸發(fā)規(guī)律 > a, E= Em (注：a<田)供水充分，蒸散發(fā)量大而穩(wěn)定。(2) b< < a , E=() Em (注：b<斷)供水不充分，蒸散發(fā)量隨 的減小而減小。(3) < b， E=CEm， C=0.050.10一、植物散發(fā)的影響因素1 、氣象因素(日照、溫度、濕度、風(fēng)速等)；2 、土壤含水量當(dāng)土壤含水量充分時，植物散發(fā)達到或接近散發(fā)能力。隨著土壤含水率的減少，植 物散發(fā)漸減。當(dāng)土壤含水量低于凋萎含水量后，植物散發(fā)基本停止。3、植物種類和生理階段產(chǎn)流機制 包氣帶又可劃分成三帶：(1) 懸著毛管水帶 供水結(jié)束以后，在包氣帶上部存在

13、懸著毛管水，厚度約 1.0m 。 其水分來源于降水，消耗于蒸散發(fā)。既是降水的承受面，又是土壤的蒸發(fā)面，水分變 化劇烈，另稱為影響土層。(2) 支持毛管水帶一在地下水面以上存在支持毛管水，厚度在12m左右。(3) 中間包氣帶 在懸著毛管水帶與支持毛管水帶之間的水分過渡帶。包氣帶的水分動態(tài)包氣帶的水分動態(tài)是指包氣帶中土壤含水量及水分剖面的增長與消退過程。包氣帶水分的增長包氣帶水分的增長來源于上界面的降水 (或灌溉 )和下界面的地下水補給。在天然 情況下，地下水的補給一般處于均衡狀態(tài)。故上界面降水是主要原因。水分沿垂向的 增長可由下滲理論描述。增長量等于累積下滲量。包氣帶水分的消退包氣帶水分的消退是

14、由于上界面的蒸散發(fā)和下界面的內(nèi)排水補給。其中內(nèi)排水只 有當(dāng)包氣帶存在自由重力水時才出現(xiàn)，故上界面蒸散發(fā)是主要原因。水分沿垂向的消 退可采用三層蒸發(fā)模式計算。消退量等于蒸發(fā)量。包氣帶對降水的再分配作用1. 包氣帶地面對降雨的再分配作用降雨到達地面以后， 一部分消耗于植物截留、蒸發(fā)、填洼等損失，剩下部分被分成兩 部分：超過地面下滲能力 (容量)部分留在地表，其余部分滲入地下。分配的結(jié)果是將 雨水分為地面和地下兩個部分。即：當(dāng)雨強小于下滲能力時，降雨全部滲入地下。2 土層對下滲水量的再分配作用下滲水量 (F) 一部分以蒸發(fā)形式逸出地面 (E) 。剩余部分又被分成“土壤蓄存” 和“徑流”兩個部分。蓄存

15、部分是指水分運動中為維持土壤含水量等于或小于田間持水量所需的下滲水分 層次土壤是指土壤物理及水分物理性質(zhì)存在明顯差異的均質(zhì)土層。一般可概括為兩種 典型層理：（1）上層粗下層細一層具有較高水力傳導(dǎo)度的粗質(zhì)地土壤，位于具有較低水力傳導(dǎo)度的細質(zhì)地土壤 之上。當(dāng)供水時，易在交界面形成積水，并逐漸向上回升，產(chǎn)生壓力水頭，在土層存在 一定坡度時可產(chǎn)生側(cè)向水流。（2 ）上層細下層粗一層具有較低水力傳導(dǎo)度的細質(zhì)地土壤，位于具有較低水力傳導(dǎo)度的粗質(zhì)地土壤 之上。交界面上不產(chǎn)生積水。傳統(tǒng)觀念與實際現(xiàn)象之間的矛盾如：遍i < fp時，也有地表徑流產(chǎn)生；心i < fp時，確實無地表徑流產(chǎn)生，但在出口斷面可

16、觀測到與降水對應(yīng)的流量過程;渤 對應(yīng)一次降雨形成兩個形狀不同的洪峰過程；全流域產(chǎn)流是十分罕見的。一、超滲地面徑流（Rs）的產(chǎn)流機制條件：（1）要有界面，即地面（下滲能力fp）；（2）要有供水，即降雨（雨強i）; 要供水大于下滲，即i > fp , rs二i -fp 二、壤中流 (Rss) 的產(chǎn)流機制條件： (1) 要有界面，存在相對不透水層，如上層 A 和下層 B，且下層比上層透水性差；(2) 要有供水，即滲入上層的雨水 (下滲率 fA) ；(3) 要上層供水大于下層下滲，即 fA >fB , i > fB ；(4) 要在界面產(chǎn)生臨時飽和帶，并有側(cè)向排水條件。rss= f A

17、 fB三、飽和地面徑流 (Rsat) 的產(chǎn)流機制條件： (1) 表層土壤具有較強透水性， i << fA， Rs=0 ；(2) 要有相對不透水層；(3) 要有供水，即滲入上層的雨水 (下滲率 fA) ；(4) 要上層供水大于下層下滲，即 fA > fB , i > fB ；(5) 側(cè)向排水條件較差，界面上產(chǎn)生的臨時飽和帶不 斷上升達到地面。rsat=i -(rss+f B)四、地下徑流 (Rg) 的產(chǎn)流機制條件： (1) 要有供水 f；(2) 包氣帶薄，地下水位高；在地下水面以上、包氣 帶下邊界上存在支持毛管水帶；(3) 整個包氣帶土壤含水量達到田間持水量五、回歸流(R

18、r)的產(chǎn)流機制 條件：(1)壤中流發(fā)育；(2) 土壤飽和帶露出地面；(3) 要具備有利于壤中流流出的坡度及地形。常見產(chǎn)流模式暑Rs型一一超滲產(chǎn)流型特點： 產(chǎn)流量R取決于i和fp , R= (i - p)i ;(2) 雨止時土壤含水量仍未達到田間持水量Wm(3) 徑流成分單一。矗 Rsat+R ss + R g型畜滿產(chǎn)流型特點：(1)產(chǎn)流時土壤含水量已達到田間持水量Wm ；(2)產(chǎn)流量R取決于降雨量P和初始土壤含水量Wo,R=R (P,Wo)=P-( Wm-Wo)(3)徑流成分復(fù)雜。流域產(chǎn)流 流域產(chǎn)流特征通?？蓮囊韵聨追矫孢M行分析：遍分析流域的氣候及下墊面特征? 長年氣候干燥的流域，常以超滲模式產(chǎn)流；? 長年氣候濕潤的流域，常以蓄滿模式產(chǎn)流。? 若下墊面土壤顆粒細小、結(jié)構(gòu)密實、植被差，地下水埋深大，則常以超滲方式 產(chǎn)流；? 若下墊面土壤顆粒較粗、結(jié)構(gòu)疏松、植被好，地下水位高，則常以蓄滿方式產(chǎn) 流；我國長江以南的絕大部分地區(qū)，屬典型的蓄滿產(chǎn)流區(qū)；西北干旱地區(qū)的一些內(nèi)陸河 流，屬典型的超滲產(chǎn)流區(qū)；其余地區(qū)屬于混合產(chǎn)流區(qū)。分析流域出口的流量過程形狀? 蓄滿產(chǎn)流徑流量中壤中流和地下徑流的比例較大，表現(xiàn)為出口斷面洪水過程線 矮胖，退水歷時長，洪水過程線明顯不對稱；? 超滲產(chǎn)流徑流量中幾乎沒有地下徑流，表現(xiàn)為出口斷面洪