第一講水文水資源基礎(chǔ)

1、2第一講 水文水資源基礎(chǔ)3第一講 水文水資源基礎(chǔ)4第一講 水文水資源基礎(chǔ)5地球上水的存在形式：地球上水的存在形式： 汽態(tài)、液態(tài)、固態(tài)汽態(tài)、液態(tài)、固態(tài) （2 2）存在位置：）存在位置： 空氣中、地表、地下、空氣中、地表、地下、生物體內(nèi)生物體內(nèi) 第一講 水文水資源基礎(chǔ)6 地球表面的廣大水體，在太陽輻射作用下蒸發(fā)變地球表面的廣大水體，在太陽輻射作用下蒸發(fā)變成水汽，上升到空中，被氣流帶動(dòng)輸送到各地，成水汽，上升到空中，被氣流帶動(dòng)輸送到各地，在這過程中，水汽遇冷凝結(jié)，以降水的形式降落在這過程中，水汽遇冷凝結(jié)，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再從河道到地面和海洋，降至地面的那部分水，再從

2、河道或滲入地下以地下水形式補(bǔ)給河流流入海洋。水或滲入地下以地下水形式補(bǔ)給河流流入海洋。水分這種分這種往返循環(huán)、不斷轉(zhuǎn)移交替往返循環(huán)、不斷轉(zhuǎn)移交替的現(xiàn)象稱為水文的現(xiàn)象稱為水文循環(huán)或水循環(huán)。循環(huán)或水循環(huán)。第一講 水文水資源基礎(chǔ)7水循環(huán)的外因： 太陽輻射能和地球引力的存在太陽輻射能和地球引力的存在水循環(huán)的內(nèi)因： 水物理三態(tài)水物理三態(tài)(氣、液、固氣、液、固)之間的相互轉(zhuǎn)化之間的相互轉(zhuǎn)化第一講 水文水資源基礎(chǔ)8 直接影響氣候變化：直接影響氣候變化： 改變地表形態(tài)：改變地表形態(tài)： 造成再生資源：造成再生資源： 負(fù)面影響：干旱，洪澇災(zāi)害負(fù)面影響：干旱，洪澇災(zāi)害第一講 水文水資源基礎(chǔ)9( (可以是某個(gè)流域、湖

3、泊、可以是某個(gè)流域、湖泊、沼澤、海洋或某個(gè)地區(qū)，也可以是整個(gè)地球沼澤、海洋或某個(gè)地區(qū)，也可以是整個(gè)地球) )，( (時(shí)段可以是日、月，也可以是一時(shí)段可以是日、月，也可以是一年、數(shù)十年或更長(zhǎng)的時(shí)間年、數(shù)十年或更長(zhǎng)的時(shí)間) )( (蓄水變量蓄水變量指時(shí)段始末區(qū)域內(nèi)蓄水量之差指時(shí)段始末區(qū)域內(nèi)蓄水量之差) )水量平衡是水文循環(huán)的定量描述，是質(zhì)量守恒水量平衡是水文循環(huán)的定量描述，是質(zhì)量守恒定律在水文循環(huán)中的特定表現(xiàn)形式。定律在水文循環(huán)中的特定表現(xiàn)形式。第一講 水文水資源基礎(chǔ)10 式中式中: : I 給定時(shí)段內(nèi)輸入研究區(qū)域的總水量；給定時(shí)段內(nèi)輸入研究區(qū)域的總水量； O 給定時(shí)段內(nèi)輸出研究區(qū)域的總水量；給定

4、時(shí)段內(nèi)輸出研究區(qū)域的總水量； W 時(shí)段內(nèi)研究區(qū)域蓄水量的變化量。時(shí)段內(nèi)研究區(qū)域蓄水量的變化量。上式中各變量的單位：上式中各變量的單位：kmkm3 3 或或 mmmm I O = W第一講 水文水資源基礎(chǔ)11 若以地球陸地為研究水量平衡對(duì)象，某時(shí)段若以地球陸地為研究水量平衡對(duì)象，某時(shí)段t內(nèi)內(nèi)的水量平衡方程可寫成：的水量平衡方程可寫成： Wc = Pc R Ec 式中式中: Ec： 在時(shí)段內(nèi)陸地的蒸發(fā)量；在時(shí)段內(nèi)陸地的蒸發(fā)量； Pc： 在時(shí)段內(nèi)陸地的降水量；在時(shí)段內(nèi)陸地的降水量； R ： 時(shí)段內(nèi)由陸地流入海洋的徑流量；時(shí)段內(nèi)由陸地流入海洋的徑流量； Wc ： 在時(shí)段內(nèi)陸地蓄水量的變化量。在時(shí)段內(nèi)陸

5、地蓄水量的變化量。第一講 水文水資源基礎(chǔ)12 若以海洋為研究水量平衡對(duì)象，某時(shí)段若以海洋為研究水量平衡對(duì)象，某時(shí)段t內(nèi)的內(nèi)的水量平衡方程可寫成：水量平衡方程可寫成： Ws = PsR Es式中式中: Es ： 海洋在時(shí)段內(nèi)的蒸發(fā)量；海洋在時(shí)段內(nèi)的蒸發(fā)量； Ps ： 海洋在時(shí)段內(nèi)的降水量；海洋在時(shí)段內(nèi)的降水量； R ： 時(shí)段內(nèi)由陸地流入海洋的徑流量；時(shí)段內(nèi)由陸地流入海洋的徑流量； Ws ： 海洋在該時(shí)段內(nèi)蓄水量的變化量。海洋在該時(shí)段內(nèi)蓄水量的變化量。第一講 水文水資源基礎(chǔ)13上二式相加得：上二式相加得：scscPPEE即全球多年平均水量平衡為：蒸發(fā)降水即全球多年平均水量平衡為：蒸發(fā)降水PE RP

6、Ecc 陸地水量平衡方程陸地水量平衡方程RPEss 海洋水量平衡方程海洋水量平衡方程第一講 水文水資源基礎(chǔ)14河流某斷面以上，匯集地表水和地下水河流某斷面以上，匯集地表水和地下水的區(qū)域（稱做地面集水區(qū)和地下集水區(qū)）的區(qū)域（稱做地面集水區(qū)和地下集水區(qū)）統(tǒng)稱做河流在該斷面以上的流域。統(tǒng)稱做河流在該斷面以上的流域。 由分水線包圍的集水區(qū)域。由分水線包圍的集水區(qū)域。第一講 水文水資源基礎(chǔ)15非閉合流域：非閉合流域： 若地面分水線與地下分水線在位置上不完全若地面分水線與地下分水線在位置上不完全重合，即地面和地下集水區(qū)不相重合常稱這種流重合，即地面和地下集水區(qū)不相重合常稱這種流域?yàn)榉情]合流域。域?yàn)榉情]合流

7、域。閉合流域：閉合流域： 若流域的地面水和地下水分水線在位置上若流域的地面水和地下水分水線在位置上重合，即地面和地下集水區(qū)相重合，則稱這種重合，即地面和地下集水區(qū)相重合，則稱這種流域?yàn)殚]合流域。流域?yàn)殚]合流域。第一講 水文水資源基礎(chǔ)16 P + RGI = E + RSO + RGO + q +W式中式中: P ：流域給定時(shí)段的降雨量；：流域給定時(shí)段的降雨量；E E：凈蒸發(fā)量；：凈蒸發(fā)量；W ： 時(shí)段初及時(shí)段末流域蓄水量的變化量。時(shí)段初及時(shí)段末流域蓄水量的變化量。q ： 給定時(shí)段內(nèi)流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)及生活凈用給定時(shí)段內(nèi)流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)及生活凈用 水量；水量；RGO ： 給定時(shí)段內(nèi)從地下流出的水量；給定時(shí)

8、段內(nèi)從地下流出的水量；RSO ： 給定時(shí)段內(nèi)從地面流出的水量；給定時(shí)段內(nèi)從地面流出的水量；RGI ： 給定時(shí)段內(nèi)從地下水流入的水量；給定時(shí)段內(nèi)從地下水流入的水量；第一講 水文水資源基礎(chǔ)17 P = E + R + W閉合流域水量平衡方程為：閉合流域水量平衡方程為： 在方程在方程 P + RGI = E + RSO + RGO + q +W 中中RGI=0，如果如果q 較小，則可取較小，則可取q=0，合并，合并RSO+RGO=R第一講 水文水資源基礎(chǔ)18REP 式中式中: : ：流域內(nèi)多年平均降水量；：流域內(nèi)多年平均降水量； ：流域內(nèi)多年平均徑流量；：流域內(nèi)多年平均徑流量； ：流域內(nèi)多年平均蒸發(fā)

9、量。：流域內(nèi)多年平均蒸發(fā)量。PER第一講 水文水資源基礎(chǔ)191PEPR令令 PR 0 多年平均多年平均，其反映流域降雨量，其反映流域降雨量轉(zhuǎn)換成徑流量的比例系數(shù)。轉(zhuǎn)換成徑流量的比例系數(shù)。PE0 多年平均多年平均, ,其反映流域降雨量其反映流域降雨量轉(zhuǎn)換成蒸發(fā)量的比例系數(shù)。轉(zhuǎn)換成蒸發(fā)量的比例系數(shù)。 將式將式 兩邊除以兩邊除以 ，則該式變成，則該式變成REPP因此，因此， 0、 0 用以用以反映流域氣候地理特性反映流域氣候地理特性。如濕潤(rùn)地區(qū)：如濕潤(rùn)地區(qū)： 00.5; 半干旱地區(qū)：半干旱地區(qū)： 00.3; 干旱地區(qū)干旱地區(qū): 050mm/24h)暴雨：暴雨：50100大暴雨：大暴雨：100200特

10、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 ：8.0 說明豐枯變化很大。說明豐枯變化很大。1959年年P(guān)=1405mm，1869年年P(guān)=242mm K=1405/242=5.8 K=1.5-3.0 說明年際間降雨相對(duì)均勻；說明年際間降雨相對(duì)均勻； K=3.0-6.0 說明豐枯變化較大；說明豐枯變化較大；第一講 水文水資源基礎(chǔ)64暴暴 雨：雨： 指在短時(shí)期出現(xiàn)的大量降水，大暴雨往往形成指在短時(shí)期出現(xiàn)的大量降水，大暴雨往往形成大洪水。特大暴雨是一種災(zāi)害性天氣大洪水。特大暴雨是一種災(zāi)害性天氣, ,往往造成洪往往造成洪澇災(zāi)害和

11、嚴(yán)重的水土流失澇災(zāi)害和嚴(yán)重的水土流失, ,導(dǎo)致工程失事、堤防潰導(dǎo)致工程失事、堤防潰決和農(nóng)作物被淹等重大的突發(fā)事故，另一方面，適決和農(nóng)作物被淹等重大的突發(fā)事故，另一方面，適度暴雨則是水資源的重要來源，可用來興利。度暴雨則是水資源的重要來源，可用來興利。第一講 水文水資源基礎(chǔ)65暴雨：暴雨：50100mm大暴雨：大暴雨：100200mm特大暴雨：特大暴雨：200mm 我國西部為暴雨低值區(qū)，東南沿海及我國西部為暴雨低值區(qū)，東南沿海及海南島為暴雨高值區(qū)，海河、黃河、淮河海南島為暴雨高值區(qū)，海河、黃河、淮河及長(zhǎng)江的下游均為大暴雨區(qū)。及長(zhǎng)江的下游均為大暴雨區(qū)。中國規(guī)定的暴雨量級(jí)：中國規(guī)定的暴雨量級(jí)：第一講

12、 水文水資源基礎(chǔ)66東南季風(fēng)登陸，大暴雨主要出現(xiàn)在長(zhǎng)東南季風(fēng)登陸，大暴雨主要出現(xiàn)在長(zhǎng)江以南地區(qū)，是華南地區(qū)汛前暴雨和江南梅雨期江以南地區(qū)，是華南地區(qū)汛前暴雨和江南梅雨期暴雨出現(xiàn)的季節(jié)；暴雨出現(xiàn)的季節(jié)；季風(fēng)南移，暴雨區(qū)主要發(fā)生在江淮流域季風(fēng)南移，暴雨區(qū)主要發(fā)生在江淮流域，是長(zhǎng)江中下游的梅雨期；，是長(zhǎng)江中下游的梅雨期； 由于西南與東南季風(fēng)盛行，暴雨區(qū)主要由于西南與東南季風(fēng)盛行，暴雨區(qū)主要發(fā)生在華北、川西、東南沿海多熱帶氣旋暴雨。發(fā)生在華北、川西、東南沿海多熱帶氣旋暴雨。第一講 水文水資源基礎(chǔ)67 水汽從水面、冰面或其他含水物質(zhì)表面逸出水汽從水面、冰面或其他含水物質(zhì)表面逸出的過程。它屬于水由液態(tài)或固

13、態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的相變的過程。它屬于水由液態(tài)或固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的相變過程。水汽分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，會(huì)使一部分過程。水汽分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，會(huì)使一部分逸出逸出去的去的水分子又回到水（或冰）面，因此蒸發(fā)量就水分子又回到水（或冰）面，因此蒸發(fā)量就是從水（或冰）面飛出的水汽分子通量與回到水是從水（或冰）面飛出的水汽分子通量與回到水（或冰）面的水汽分子通量的差值。（或冰）面的水汽分子通量的差值。 蒸發(fā)是氣象要素之一。在自然界中，蒸發(fā)蒸發(fā)是氣象要素之一。在自然界中，蒸發(fā)是海洋和陸地水分進(jìn)入大氣的唯一途徑，是地是海洋和陸地水分進(jìn)入大氣的唯一途徑，是地球水文循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一。球水文循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一。第一講 水文水資源基

14、礎(chǔ)68 水文學(xué)中指自然界水面蒸發(fā)、土壤表面蒸發(fā)水文學(xué)中指自然界水面蒸發(fā)、土壤表面蒸發(fā)和和植物散發(fā)植物散發(fā)的總稱。的總稱。 在植物生長(zhǎng)期，水分從植物葉面和技干逸入在植物生長(zhǎng)期，水分從植物葉面和技干逸入大氣的過程。大氣的過程。 水面與土壤表面的水變成水汽的過程。水面與土壤表面的水變成水汽的過程。第一講 水文水資源基礎(chǔ)69 水面蒸發(fā)是在水分充分供給條件下的蒸發(fā)現(xiàn)水面蒸發(fā)是在水分充分供給條件下的蒸發(fā)現(xiàn)象。用以反映當(dāng)?shù)卣舭l(fā)能力的一個(gè)指標(biāo)。象。用以反映當(dāng)?shù)卣舭l(fā)能力的一個(gè)指標(biāo)。指單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量。指單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量。 (單位單位: :mm/day, mm/min)某個(gè)時(shí)段內(nèi)某個(gè)時(shí)段內(nèi)單位面積單位面積蒸發(fā)

15、的水量。蒸發(fā)的水量。 (單位單位: :cm3/cm2=cm 或或 mm)蒸發(fā)量的大小可用以下特征量表示：蒸發(fā)量的大小可用以下特征量表示：第一講 水文水資源基礎(chǔ)70：水面蒸發(fā)的影響因素：第一講 水文水資源基礎(chǔ)71蒸發(fā)器類型有： - 20型，- 80型 E - 601型 大型蒸發(fā)池(=5m，A=20m2和=11.3m， A=100m2兩種)。確定水面蒸發(fā)量通常有兩種途徑：確定水面蒸發(fā)量通常有兩種途徑：通過通過氣象觀測(cè)資料氣象觀測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算( (計(jì)算法計(jì)算法) )對(duì)水面蒸發(fā)進(jìn)行實(shí)測(cè)對(duì)水面蒸發(fā)進(jìn)行實(shí)測(cè)( (器測(cè)法器測(cè)法) ) 器測(cè)法器測(cè)法（用蒸發(fā)器進(jìn)行測(cè)定）用蒸發(fā)器進(jìn)行測(cè)定）第一講 水文水資

16、源基礎(chǔ)72器器池池蒸發(fā)器讀數(shù)蒸發(fā)器讀數(shù)蒸發(fā)池讀數(shù)蒸發(fā)池讀數(shù)EEK 讀數(shù)均為同期的觀測(cè)數(shù)據(jù)，讀數(shù)均為同期的觀測(cè)數(shù)據(jù)，K 值隨蒸發(fā)皿類值隨蒸發(fā)皿類型、地區(qū)環(huán)境、季節(jié)的不同而異，可從各地的水型、地區(qū)環(huán)境、季節(jié)的不同而異，可從各地的水文手冊(cè)查出，如：文手冊(cè)查出，如： 東北地區(qū)：東北地區(qū)：K=0.9；長(zhǎng)江流域：；長(zhǎng)江流域：K=0.82 主要目的是把小型蒸發(fā)皿觀測(cè)到的蒸發(fā)量推主要目的是把小型蒸發(fā)皿觀測(cè)到的蒸發(fā)量推求大水體的實(shí)際蒸發(fā)量。求大水體的實(shí)際蒸發(fā)量。第一講 水文水資源基礎(chǔ)73建立蒸發(fā)量與水汽壓差和風(fēng)速的經(jīng)驗(yàn)公式：建立蒸發(fā)量與水汽壓差和風(fēng)速的經(jīng)驗(yàn)公式：式中式中: : es 當(dāng)時(shí)溫度下水面的飽和水汽壓，

17、當(dāng)時(shí)溫度下水面的飽和水汽壓，( (hPahPa) ) ez 水面上方水面上方z z高度的實(shí)際水汽壓，高度的實(shí)際水汽壓，( (hPahPa) ) f(u) 近地層中某高度的風(fēng)速函數(shù)近地層中某高度的風(fēng)速函數(shù) 大多數(shù)風(fēng)速函數(shù)形式為大多數(shù)風(fēng)速函數(shù)形式為f(u)=A+Bu, A, B 為經(jīng)為經(jīng) 驗(yàn)系數(shù)，或驗(yàn)系數(shù)，或 f(u)=un ， n =0.51.0(mm/day)f(u)e(eEzs第一講 水文水資源基礎(chǔ)74 土壤中的水分通過空隙上升和汽化以水汽形土壤中的水分通過空隙上升和汽化以水汽形式從土壤表面進(jìn)入大氣的過程。式從土壤表面進(jìn)入大氣的過程。 土壤蒸發(fā)過程要比水面蒸發(fā)復(fù)雜，除影響水土壤蒸發(fā)過程要比水

18、面蒸發(fā)復(fù)雜，除影響水面蒸發(fā)的幾種因素面蒸發(fā)的幾種因素( (氣溫、水面溫度、飽和差及氣溫、水面溫度、飽和差及風(fēng)速風(fēng)速) )外，還與土壤性質(zhì)外，還與土壤性質(zhì)( (結(jié)構(gòu)、色澤等結(jié)構(gòu)、色澤等) )、土壤、土壤中水分含量、地下水埋深、土壤表面特征和地形中水分含量、地下水埋深、土壤表面特征和地形等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。第一講 水文水資源基礎(chǔ)75 經(jīng)常有熱量到達(dá)土面，以提供水分汽化所需經(jīng)常有熱量到達(dá)土面，以提供水分汽化所需 的汽化熱；的汽化熱；土面的水氣壓高于大氣的水氣壓；土面的水氣壓高于大氣的水氣壓；土面能從土壤內(nèi)部本身獲取到水分。土面能從土壤內(nèi)部本身獲取到水分。第一講 水文水資源基礎(chǔ)76 常用稱重式土壤

19、蒸發(fā)皿，其根據(jù)水量平衡原常用稱重式土壤蒸發(fā)皿，其根據(jù)水量平衡原理來確定土壤蒸發(fā)。該方法適合于點(diǎn)的測(cè)定。計(jì)理來確定土壤蒸發(fā)。該方法適合于點(diǎn)的測(cè)定。計(jì)算公式見后。算公式見后。確定土壤蒸發(fā)量通常也有兩種途徑：確定土壤蒸發(fā)量通常也有兩種途徑： 利用儀器直接測(cè)定利用儀器直接測(cè)定: :第一講 水文水資源基礎(chǔ)77PqRGGE )()(02. 021式中式中: : E觀測(cè)時(shí)段內(nèi)土壤蒸發(fā)量觀測(cè)時(shí)段內(nèi)土壤蒸發(fā)量 ( (mm) ) G1、G2時(shí)段初和時(shí)段末筒內(nèi)土樣的重量時(shí)段初和時(shí)段末筒內(nèi)土樣的重量( (g) ) P降水量降水量( (mm) ) R徑流量徑流量( (mm) ) q滲漏量滲漏量( (mm) ) 0.02

20、換算系數(shù)換算系數(shù)( (500 cm2為蒸發(fā)皿的蒸發(fā)面積為蒸發(fā)皿的蒸發(fā)面積) )第一講 水文水資源基礎(chǔ)78 其中：其中：Rs 來自太陽與天空的短波輻射的射入通量；來自太陽與天空的短波輻射的射入通量； Rs表示地球表面反射的短波輻射，表示地球表面反射的短波輻射，為反射率；為反射率；Rl 表示長(zhǎng)波輻射的凈通量等于來自天空的長(zhǎng)波輻射與表示長(zhǎng)波輻射的凈通量等于來自天空的長(zhǎng)波輻射與 地表反射和發(fā)射的長(zhǎng)波輻射之差；地表反射和發(fā)射的長(zhǎng)波輻射之差；式中，式中，Rn凈輻射凈輻射，Rn=Rs(1-)+RlLEt 散發(fā)作用中所吸收的能量。散發(fā)作用中所吸收的能量。H加熱空氣的能量，稱顯熱或感熱；加熱空氣的能量，稱顯熱或

21、感熱；G 用于加熱土壤的能量，稱為熱的儲(chǔ)存率。用于加熱土壤的能量，稱為熱的儲(chǔ)存率。GLEHRtn （單位：卡（單位：卡/dcm2）第一講 水文水資源基礎(chǔ)79 1212zzeeKPzeKPEvaavaat 式中，式中，Et 水汽通量密度水汽通量密度( (g/cm2sec) ) Kv 水汽渦流傳導(dǎo)系數(shù)水汽渦流傳導(dǎo)系數(shù)( (cm2/sec) ) Z 高度高度( (cm) ) a空氣的密度空氣的密度( (在在20oC和和1013毫巴時(shí)為毫巴時(shí)為1.210-3g/cm3) ) 水的分子量與空氣分子量之比水的分子量與空氣分子量之比( (0.622) ) Pa大氣壓大氣壓( (毫巴毫巴) ) e 空氣的水汽

22、壓空氣的水汽壓( (毫巴毫巴) )第一講 水文水資源基礎(chǔ)80在植物生長(zhǎng)期，水分從植物在植物生長(zhǎng)期，水分從植物葉面和技干逸入大氣的過程。葉面和技干逸入大氣的過程。 植物散發(fā)是一物理生物的過程，水分從葉面植物散發(fā)是一物理生物的過程，水分從葉面氣孔中擴(kuò)散出去的量可受氣孔開閉程度而受到調(diào)節(jié)。氣孔中擴(kuò)散出去的量可受氣孔開閉程度而受到調(diào)節(jié)。在水文學(xué)中認(rèn)為水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)與植物散發(fā)是在水文學(xué)中認(rèn)為水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)與植物散發(fā)是不可分割的，故統(tǒng)稱為不可分割的，故統(tǒng)稱為陸面蒸發(fā)陸面蒸發(fā)。第一講 水文水資源基礎(chǔ)81 流域內(nèi)的水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物流域內(nèi)的水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物散發(fā)的總稱。又稱流域蒸散發(fā)。在水

23、文學(xué)散發(fā)的總稱。又稱流域蒸散發(fā)。在水文學(xué)中，通常指這些蒸發(fā)量的總和。中，通常指這些蒸發(fā)量的總和。第一講 水文水資源基礎(chǔ)82 根據(jù)降水、徑流、流域蓄水量變化等資料估根據(jù)降水、徑流、流域蓄水量變化等資料估算總蒸發(fā)量。在資料充分而可靠的條件下，它是算總蒸發(fā)量。在資料充分而可靠的條件下，它是較好的估算方法，常用來推求多年平均總蒸發(fā)量較好的估算方法，常用來推求多年平均總蒸發(fā)量，有較高的精度。，有較高的精度。 水量平衡法水量平衡法：第一講 水文水資源基礎(chǔ)83 根據(jù)土壤含水量的垂直分布，流域總蒸發(fā)根據(jù)土壤含水量的垂直分布，流域總蒸發(fā)量的計(jì)算用一層模式、兩層模式和三層模式。量的計(jì)算用一層模式、兩層模式和三層模

24、式。一層模式把可蒸發(fā)層作為一個(gè)整體，并認(rèn)為蒸一層模式把可蒸發(fā)層作為一個(gè)整體，并認(rèn)為蒸發(fā)量同該層土壤含水量成正比。發(fā)量同該層土壤含水量成正比。 模式計(jì)算法：模式計(jì)算法：第一講 水文水資源基礎(chǔ)84對(duì)于閉合流域，在某一時(shí)段內(nèi)建立水量平衡方程：對(duì)于閉合流域，在某一時(shí)段內(nèi)建立水量平衡方程：P = (E1 - E2)+RSO+RGO+ q +W式中，式中， P 給定時(shí)段內(nèi)的降雨量給定時(shí)段內(nèi)的降雨量E1 給定時(shí)段內(nèi)的蒸發(fā)量給定時(shí)段內(nèi)的蒸發(fā)量E2 給定時(shí)段內(nèi)的水汽凝結(jié)量給定時(shí)段內(nèi)的水汽凝結(jié)量RSO 給定時(shí)段內(nèi)的地面流出的水量給定時(shí)段內(nèi)的地面流出的水量RGO 給定時(shí)段內(nèi)的地下水流出的水量給定時(shí)段內(nèi)的地下水流出的

25、水量q 給定時(shí)段內(nèi)流域內(nèi)的用水量給定時(shí)段內(nèi)流域內(nèi)的用水量W 給定時(shí)段內(nèi)流域內(nèi)的蓄水量變化值給定時(shí)段內(nèi)流域內(nèi)的蓄水量變化值第一講 水文水資源基礎(chǔ)85 蒸發(fā)能力表示陸地表面保持充分濕潤(rùn)條件下蒸發(fā)能力表示陸地表面保持充分濕潤(rùn)條件下的蒸散發(fā)的水量，它是反映某一地區(qū)水分消耗的的蒸散發(fā)的水量，它是反映某一地區(qū)水分消耗的潛勢(shì)。估算方法有：潛勢(shì)。估算方法有： 在相同氣候條件下，流域總蒸發(fā)能力同水面在相同氣候條件下，流域總蒸發(fā)能力同水面蒸發(fā)有密切關(guān)系，因此，總蒸發(fā)能力可等于水面蒸發(fā)有密切關(guān)系，因此，總蒸發(fā)能力可等于水面蒸發(fā)量乘以反映水面同流域陸面間熱力狀況差異蒸發(fā)量乘以反映水面同流域陸面間熱力狀況差異的的折算系

26、數(shù)折算系數(shù)。這一系數(shù)與土壤特性、植物種類和。這一系數(shù)與土壤特性、植物種類和植被度有關(guān)，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)站資料來確定。植被度有關(guān)，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)站資料來確定。第一講 水文水資源基礎(chǔ)866010kEE 式中，式中，k 為水面蒸發(fā)折算系數(shù)。為水面蒸發(fā)折算系數(shù)。第一講 水文水資源基礎(chǔ)87 總蒸發(fā)能力取決于流域地面獲得的能量，總蒸發(fā)能力取決于流域地面獲得的能量，根據(jù)熱量平衡原理，總蒸發(fā)能力等于流域輻射根據(jù)熱量平衡原理，總蒸發(fā)能力等于流域輻射平衡值、地面與大氣間熱交換量的凈收入量和平衡值、地面與大氣間熱交換量的凈收入量和地面與深層土壤間熱交換量的凈收入量三者之地面與深層土壤間熱交換量的凈收入量三者之和除以蒸發(fā)潛

27、熱和除以蒸發(fā)潛熱。GLEHRtn （單位：卡（單位：卡/dcm2）式中，式中，Rn凈輻射凈輻射，Rn=Rs(1-)+RlLEt 散發(fā)作用中所吸收的能量。散發(fā)作用中所吸收的能量。H加熱空氣的能量，稱顯熱或感熱加熱空氣的能量，稱顯熱或感熱) )；G 用于加熱土壤的能量，稱為熱的儲(chǔ)存率。用于加熱土壤的能量，稱為熱的儲(chǔ)存率。第一講 水文水資源基礎(chǔ)88 利用太陽輻射強(qiáng)度，日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、溫利用太陽輻射強(qiáng)度，日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、溫度、濕度等氣候資料與實(shí)測(cè)總蒸發(fā)能力建立經(jīng)度、濕度等氣候資料與實(shí)測(cè)總蒸發(fā)能力建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。驗(yàn)關(guān)系。第一講 水文水資源基礎(chǔ)89年蒸發(fā)量的地區(qū)分布： 低溫濕潤(rùn)地區(qū)水面蒸發(fā)量小，高溫干燥地低

28、溫濕潤(rùn)地區(qū)水面蒸發(fā)量小，高溫干燥地區(qū)水面蒸發(fā)量大；區(qū)水面蒸發(fā)量大； 蒸發(fā)低值區(qū)一般多在山區(qū)，而高值區(qū)多在蒸發(fā)低值區(qū)一般多在山區(qū)，而高值區(qū)多在平原區(qū)和高原地區(qū)。平原區(qū)和高原地區(qū)。第一講 水文水資源基礎(chǔ)90年蒸發(fā)量在800mm以下的低值區(qū)：東北地區(qū)（除平原區(qū)南部）東北地區(qū)（除平原區(qū)南部）中國的中部，包括湖南、湖北西部，貴州、云中國的中部，包括湖南、湖北西部，貴州、云南北部，四川大部，甘肅、青海東南部和陜西南南北部，四川大部，甘肅、青海東南部和陜西南部山區(qū)等；部山區(qū)等；第一講 水文水資源基礎(chǔ)91年蒸發(fā)量大于1200mm的高值區(qū)：年蒸發(fā)量在8001200mm的中間地帶區(qū)：西北高原、盆地；青藏高原；華北

29、東北平原；西北高原、盆地；青藏高原；華北東北平原；南部沿海；云南等；南部沿海；云南等；分布很廣，如東北平原大部，海灤河流域的分布很廣，如東北平原大部，海灤河流域的山區(qū)、海河平原北部，華北平原南部，長(zhǎng)江山區(qū)、海河平原北部，華北平原南部，長(zhǎng)江流域的大部分地區(qū)等。流域的大部分地區(qū)等。第一講 水文水資源基礎(chǔ)92 陸面蒸發(fā)量的地區(qū)分布與降水、徑流的地區(qū)陸面蒸發(fā)量的地區(qū)分布與降水、徑流的地區(qū)分布有密切關(guān)系，呈東南向西北有明顯遞減趨勢(shì)分布有密切關(guān)系，呈東南向西北有明顯遞減趨勢(shì)。說明中國的供水條件是陸面蒸發(fā)的主要制約因。說明中國的供水條件是陸面蒸發(fā)的主要制約因素。素。 有一條有一條300mm的（陸面）蒸發(fā)量等

30、值線自東的（陸面）蒸發(fā)量等值線自東北向西南貫穿我國大陸，大體上將中國陸地的北向西南貫穿我國大陸，大體上將中國陸地的蒸發(fā)量分布情況分為二個(gè)區(qū)：蒸發(fā)量分布情況分為二個(gè)區(qū)：第一講 水文水資源基礎(chǔ)93 雨量少、溫度低、屬中國陸面蒸發(fā)量的低雨量少、溫度低、屬中國陸面蒸發(fā)量的低值區(qū)。值區(qū)。 南方濕潤(rùn)地區(qū)雨量大，蒸發(fā)能力達(dá)充分發(fā)南方濕潤(rùn)地區(qū)雨量大，蒸發(fā)能力達(dá)充分發(fā)揮（即充分條件下蒸發(fā)），為中國陸面蒸發(fā)量揮（即充分條件下蒸發(fā)），為中國陸面蒸發(fā)量的高值區(qū)。的高值區(qū)。第一講 水文水資源基礎(chǔ)94海南島東部海南島東部1000 mm塔里木盆地、柴塔木塔里木盆地、柴塔木盆地：盆地： 1.0，即蒸發(fā)能力超過降水量，說明該即

31、蒸發(fā)能力超過降水量，說明該地區(qū)偏于干旱，反之，則氣候濕潤(rùn)。干旱指數(shù)地區(qū)偏于干旱，反之，則氣候濕潤(rùn)。干旱指數(shù)的地帶性變化十分明顯，并與降水量、年徑流的地帶性變化十分明顯，并與降水量、年徑流深的地帶性分布一一對(duì)應(yīng)。深的地帶性分布一一對(duì)應(yīng)。第一講 水文水資源基礎(chǔ)98氣候分帶氣候分帶年降水量年降水量（mmmm）年徑流深年徑流深（mmmm）干旱指數(shù)干旱指數(shù)（ ）十分濕潤(rùn)帶十分濕潤(rùn)帶 1600 1600 800 800 0.5 0.5濕潤(rùn)帶濕潤(rùn)帶800 800 16001600200 200 8008000.5 0.5 1.01.0半濕潤(rùn)帶半濕潤(rùn)帶400 400 80080050 50 2002001 1

32、 3 3半干旱帶半干旱帶200 200 40040010 10 50503 3 7 7干旱帶干旱帶 200 20010 7 7第一講 水文水資源基礎(chǔ)99第一講 水文水資源基礎(chǔ)100 存在于非飽和帶土壤孔隙中和為土壤顆粒所存在于非飽和帶土壤孔隙中和為土壤顆粒所吸附水分。它具有三態(tài)：液態(tài)水、固態(tài)水及汽態(tài)吸附水分。它具有三態(tài)：液態(tài)水、固態(tài)水及汽態(tài)水。土壤水是土壤水。土壤水是土壤 土粒、水、氣三相系統(tǒng)的土粒、水、氣三相系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。在水文學(xué)中指地表土層中的水，一個(gè)組成部分。在水文學(xué)中指地表土層中的水，廣義的土層指整個(gè)包氣帶。土壤水分的增長(zhǎng)、消廣義的土層指整個(gè)包氣帶。土壤水分的增長(zhǎng)、消退及動(dòng)態(tài)變化

33、同降水、蒸散發(fā)、地下水和徑流有退及動(dòng)態(tài)變化同降水、蒸散發(fā)、地下水和徑流有密切關(guān)系。密切關(guān)系。第一講 水文水資源基礎(chǔ)101 土壤固體顆粒同水分子經(jīng)常處于相互作用土壤固體顆粒同水分子經(jīng)常處于相互作用之中，作用于土壤水的主要的力有之中，作用于土壤水的主要的力有、和和。它們決定了土壤水的存在形。它們決定了土壤水的存在形式和運(yùn)動(dòng)。土壤水通常以下列幾種形式存在于式和運(yùn)動(dòng)。土壤水通常以下列幾種形式存在于土壤中：土壤中：第一講 水文水資源基礎(chǔ)102（強(qiáng)結(jié)合水（強(qiáng)結(jié)合水/ /吸著水）吸著水）v 土壤顆粒表面的分子對(duì)水分子具有很強(qiáng)的吸土壤顆粒表面的分子對(duì)水分子具有很強(qiáng)的吸引力引力( (稱分子力稱分子力) )，故土

34、壤顆粒表面能吸附大，故土壤顆粒表面能吸附大氣中的水分子，則稱這部分水為吸濕水。氣中的水分子，則稱這部分水為吸濕水。第一講 水文水資源基礎(chǔ)103土粒表面對(duì)它的吸力很大，緊貼土粒的第一層土粒表面對(duì)它的吸力很大，緊貼土粒的第一層水分子受的吸力約水分子受的吸力約1萬個(gè)大氣壓（萬個(gè)大氣壓（1大氣壓大氣壓1.01105N/m2 =1.03kg/cm2 )。吸濕水具有固態(tài)。吸濕水具有固態(tài)水的性質(zhì)（水的性質(zhì)（ 1.22.4),因此吸濕水不能自由移因此吸濕水不能自由移動(dòng)。動(dòng)。只有在高溫（只有在高溫（105110 0C）條件下可轉(zhuǎn)變成）條件下可轉(zhuǎn)變成汽態(tài)散失，故吸濕水不能被植物所利用。汽態(tài)散失，故吸濕水不能被植物

35、所利用。第一講 水文水資源基礎(chǔ)104第一講 水文水資源基礎(chǔ)105 指土粒表面吸濕水達(dá)到最大量后，土顆粒剩余指土粒表面吸濕水達(dá)到最大量后，土顆粒剩余的分子力還能吸附水分，在吸濕水外表形成的膜狀的分子力還能吸附水分，在吸濕水外表形成的膜狀液態(tài)水。液態(tài)水。 主要受分子吸力作用（為主要受分子吸力作用（為31316.256.25大氣壓），大氣壓），與液態(tài)水的性質(zhì)基本相似，在吸力作用下能以濕潤(rùn)與液態(tài)水的性質(zhì)基本相似，在吸力作用下能以濕潤(rùn)的方式，從水膜厚處向水膜薄處緩慢移動(dòng)，或從土的方式，從水膜厚處向水膜薄處緩慢移動(dòng)，或從土壤濕潤(rùn)的地方向干燥的地方運(yùn)移，屬于非飽和土壤壤濕潤(rùn)的地方向干燥的地方運(yùn)移，屬于非飽和

36、土壤水運(yùn)動(dòng)研究的范疇。水運(yùn)動(dòng)研究的范疇。第一講 水文水資源基礎(chǔ)106 指依靠土壤中毛細(xì)管（一般指指依靠土壤中毛細(xì)管（一般指d1mm的空隙的空隙稱毛細(xì)管稱毛細(xì)管)的吸引力（毛管力的吸引力（毛管力,d=0.030.0006mm時(shí)，時(shí)，毛管力最為明顯）而被保持在土壤孔隙中的水分。毛管力最為明顯）而被保持在土壤孔隙中的水分。所受的吸力為所受的吸力為6.250.08大氣壓。大氣壓。第一講 水文水資源基礎(chǔ)107 是受重力作用而運(yùn)動(dòng)的那一部分水分，具有是受重力作用而運(yùn)動(dòng)的那一部分水分，具有一般液態(tài)水性質(zhì)，如可以在重力作用下產(chǎn)生水一般液態(tài)水性質(zhì)，如可以在重力作用下產(chǎn)生水流運(yùn)動(dòng)，能傳遞壓力等，因此，重力水不易保

37、流運(yùn)動(dòng)，能傳遞壓力等，因此，重力水不易保持在土壤上層，是形成地下水的重要來源。持在土壤上層，是形成地下水的重要來源。第一講 水文水資源基礎(chǔ)108 土壤水分常數(shù)是表征土壤水分形態(tài)和運(yùn)動(dòng)土壤水分常數(shù)是表征土壤水分形態(tài)和運(yùn)動(dòng)特性發(fā)生明顯變化的特征值。不同形態(tài)水分的特性發(fā)生明顯變化的特征值。不同形態(tài)水分的存在反映土壤不同的持水量級(jí)，這種關(guān)系通常存在反映土壤不同的持水量級(jí)，這種關(guān)系通常用一些土壤含水量的特征數(shù)值來表示。主要的用一些土壤含水量的特征數(shù)值來表示。主要的水分常數(shù)有：水分常數(shù)有：第一講 水文水資源基礎(chǔ)109 土壤吸濕水達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量，指土壤吸濕水達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量，指在飽和空氣條

38、件下土壤顆粒所能吸附的大氣中最在飽和空氣條件下土壤顆粒所能吸附的大氣中最大水汽量，它反映了土壤吸附氣態(tài)水的能力。大水汽量，它反映了土壤吸附氣態(tài)水的能力。 土壤顆粒的分子力所能吸附或結(jié)合的水分的土壤顆粒的分子力所能吸附或結(jié)合的水分的最大值稱作最大分子持水量，此時(shí)薄膜水厚度達(dá)最大值稱作最大分子持水量，此時(shí)薄膜水厚度達(dá)到最大值。到最大值。第一講 水文水資源基礎(chǔ)110 當(dāng)土壤水分減少到一定量后致使植物根系無當(dāng)土壤水分減少到一定量后致使植物根系無法從土壤中吸收水分，開始枯死時(shí)的相應(yīng)最大土法從土壤中吸收水分，開始枯死時(shí)的相應(yīng)最大土壤含水量稱作凋萎含水量。壤含水量稱作凋萎含水量。第一講 水文水資源基礎(chǔ)111

39、 指土壤中所能保持的毛細(xì)管懸著水的最大量。指土壤中所能保持的毛細(xì)管懸著水的最大量。當(dāng)土壤含水量超過毛細(xì)管懸著水的最大量即田間當(dāng)土壤含水量超過毛細(xì)管懸著水的最大量即田間持水量時(shí)，超過的部分不能為毛細(xì)管力所維持，持水量時(shí)，超過的部分不能為毛細(xì)管力所維持，則表現(xiàn)為自由重力水。田間持水量是土壤水分運(yùn)則表現(xiàn)為自由重力水。田間持水量是土壤水分運(yùn)動(dòng)性發(fā)生明顯變化的重要標(biāo)志，是劃分土壤動(dòng)性發(fā)生明顯變化的重要標(biāo)志，是劃分土壤與與的重要參數(shù)，對(duì)水文學(xué)具重要意義。水文的重要參數(shù)，對(duì)水文學(xué)具重要意義。水文學(xué)中田間持水量常以學(xué)中田間持水量常以 fc 表示（相應(yīng)的土壤吸力表示（相應(yīng)的土壤吸力為為1/3大氣壓大氣壓0.34

40、kg/cm2) 。 第一講 水文水資源基礎(chǔ)112 土壤中全部孔隙全被水所充滿時(shí)的含水量土壤中全部孔隙全被水所充滿時(shí)的含水量稱為飽和含水量。稱為飽和含水量。第一講 水文水資源基礎(chǔ)113式中，式中，Mw土壤中水的重量土壤中水的重量 ( (g) )；Ms 土壤中干土重量土壤中干土重量( (g) )；M 土壤的濕重，土壤的濕重，M=Ms+Mw100%MMM100%MMWsssw 第一講 水文水資源基礎(chǔ)114式中式中: : Vw土壤中水的容積土壤中水的容積 ( (cm3) )V 土樣總體積土樣總體積( (cm3) )%VVw100 與與W 的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換：WrMMVMMMrVMVrMVVswssswwww

41、w 01 其中：其中：rw=1為水的密度，為水的密度，r0 0為土壤干密度。為土壤干密度。第一講 水文水資源基礎(chǔ)115 入滲一般是指大氣降水或灌溉水通過土壤表入滲一般是指大氣降水或灌溉水通過土壤表面進(jìn)入土壤從而改變土壤內(nèi)水分狀況的過程。面進(jìn)入土壤從而改變土壤內(nèi)水分狀況的過程。 它是水在分子力、毛細(xì)管引力和重力的綜它是水在分子力、毛細(xì)管引力和重力的綜合作用下在土壤中發(fā)生的物理過程，是徑流形合作用下在土壤中發(fā)生的物理過程，是徑流形成過程的重要環(huán)節(jié)之一。成過程的重要環(huán)節(jié)之一。 包括三個(gè)階段：滲潤(rùn)階段包括三個(gè)階段：滲潤(rùn)階段 滲漏階段滲漏階段 滲透階段滲透階段第一講 水文水資源基礎(chǔ)116 指入滲開始到某

42、一指定時(shí)刻滲入到土壤中指入滲開始到某一指定時(shí)刻滲入到土壤中的累積水量（單位：的累積水量（單位：mm）。用下滲量累積曲線）。用下滲量累積曲線表示下滲量隨時(shí)程的增長(zhǎng)過程。表示下滲量隨時(shí)程的增長(zhǎng)過程。第一講 水文水資源基礎(chǔ)117 指單位時(shí)間內(nèi)單位面積上滲入土壤中的水量指單位時(shí)間內(nèi)單位面積上滲入土壤中的水量（單位：（單位：mm/h 或或 mm/min）。在某時(shí)刻）。在某時(shí)刻t 的入滲的入滲率應(yīng)為入滲累率應(yīng)為入滲累計(jì)量計(jì)量F 對(duì)時(shí)間對(duì)時(shí)間的變化率：的變化率：dtdFfi 第一講 水文水資源基礎(chǔ)118 在在充分供水充分供水和一定土壤類型、一定土壤濕度條和一定土壤類型、一定土壤濕度條件下的最大下滲率稱為下滲

43、能力（單位：件下的最大下滲率稱為下滲能力（單位：mm/h）。）。通常用下滲能力曲線來表示下滲率隨時(shí)程的變化過通常用下滲能力曲線來表示下滲率隨時(shí)程的變化過程，簡(jiǎn)稱入滲能力曲線。下滲能力隨時(shí)程而遞減，程，簡(jiǎn)稱入滲能力曲線。下滲能力隨時(shí)程而遞減，初期初期 很很 大，大， 后期逐后期逐漸變小，最后趨于穩(wěn)定漸變小，最后趨于穩(wěn)定: 入滲能力曲線fc第一講 水文水資源基礎(chǔ)119即在流域中選擇若干具有代表即在流域中選擇若干具有代表性場(chǎng)地，進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，求出下滲曲線。直接法按供性場(chǎng)地，進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，求出下滲曲線。直接法按供水不同又分為注水型和人工降雨型，前者采用水不同又分為注水型和人工降雨型，前者采用單單管下滲儀管下滲

44、儀或或同心環(huán)下滲儀同心環(huán)下滲儀，后者采用人工降雨設(shè)，后者采用人工降雨設(shè)備在小面積上進(jìn)行。備在小面積上進(jìn)行。 在天然條件下，測(cè)定方法通過野外下滲實(shí)驗(yàn)在天然條件下，測(cè)定方法通過野外下滲實(shí)驗(yàn)來測(cè)定，通常有兩種途徑：來測(cè)定，通常有兩種途徑：利用實(shí)測(cè)的降雨、蒸發(fā)、徑流利用實(shí)測(cè)的降雨、蒸發(fā)、徑流等資料，根據(jù)水量平衡原理，間接推求平均下滲等資料，根據(jù)水量平衡原理，間接推求平均下滲率。率。 下滲量的測(cè)定第一講 水文水資源基礎(chǔ)120 根據(jù)非飽和水運(yùn)動(dòng)理論進(jìn)行推導(dǎo)，把入滲根據(jù)非飽和水運(yùn)動(dòng)理論進(jìn)行推導(dǎo)，把入滲率率fp表達(dá)為時(shí)間表達(dá)為時(shí)間t 的遞減函數(shù)。常用的公式有：的遞減函數(shù)。常用的公式有：式中式中, , s 土壤

45、吸水系數(shù)；土壤吸水系數(shù)；fc 穩(wěn)定下滲率；穩(wěn)定下滲率；t 從初始時(shí)刻算起的時(shí)間。從初始時(shí)刻算起的時(shí)間。c/fstf 2121s、 fc 可由實(shí)驗(yàn)資料來確定?？捎蓪?shí)驗(yàn)資料來確定。該公式的不足之處是：當(dāng)該公式的不足之處是：當(dāng)t =0，ft，故不合理。，故不合理。第一講 水文水資源基礎(chǔ)121式中式中，ft t 時(shí)刻的入滲率時(shí)刻的入滲率fc 穩(wěn)定入滲率穩(wěn)定入滲率f0 t=0時(shí)刻的初始入滲率時(shí)刻的初始入滲率 遞減指數(shù)，是與土壤物理性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)遞減指數(shù)，是與土壤物理性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)e 自然對(duì)數(shù)底自然對(duì)數(shù)底( (e=2.7183) )tccte)ff(ff 0Fc、f0、可根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料來確定?？筛鶕?jù)實(shí)驗(yàn)資料

46、來確定。t = 0, ft = f0； t , ft = fc第一講 水文水資源基礎(chǔ)1221、不能保證土壤表面充分供水實(shí)際入滲過程可概化成如下不同特點(diǎn)：實(shí)際入滲過程可概化成如下不同特點(diǎn)：在土壤物理學(xué)中稱在土壤物理學(xué)中稱這樣的入滲過程為：這樣的入滲過程為：“”降雨強(qiáng)度降雨強(qiáng)度i余水形成積水或流走余水形成積水或流走ftfp(t)第一講 水文水資源基礎(chǔ)123降雨強(qiáng)度曲線處在入滲降雨強(qiáng)度曲線處在入滲能力曲線下方能力曲線下方ftfp(t)i(t)第一講 水文水資源基礎(chǔ)124當(dāng)當(dāng) i(t) fp(t) t0 t fp(t) t t1 f(t)=fp(t)ftfp(t)t0t1受通量控制受通量控制受剖面控制

47、受剖面控制i(t)fc第一講 水文水資源基礎(chǔ)125造成空間變異性的原因：u 土壤特性空間分布的差異、植被、坡度及土壤特性空間分布的差異、植被、坡度及 土地土地利用情況（人類活動(dòng)如水土保持、植樹造林、利用情況（人類活動(dòng)如水土保持、植樹造林、平整土地、農(nóng)田基本建設(shè)和都市化等）的不同；平整土地、農(nóng)田基本建設(shè)和都市化等）的不同；土壤含水率及土壤蒸散發(fā)在空間上的差異；土壤含水率及土壤蒸散發(fā)在空間上的差異；降雨時(shí)間和空間上分布不均勻性和強(qiáng)度差異。降雨時(shí)間和空間上分布不均勻性和強(qiáng)度差異。第一講 水文水資源基礎(chǔ)126 存在于地表以下巖土的孔隙、裂隙和洞穴中存在于地表以下巖土的孔隙、裂隙和洞穴中的水統(tǒng)稱為地下水

48、。地表以下含水的巖土可分兩的水統(tǒng)稱為地下水。地表以下含水的巖土可分兩個(gè)帶。上部為包氣帶（非飽和帶），該帶巖土的個(gè)帶。上部為包氣帶（非飽和帶），該帶巖土的空隙中除水以外還包含空氣。下部為飽水帶（飽空隙中除水以外還包含空氣。下部為飽水帶（飽和帶），巖土的空隙被水充滿，其分界為地下水和帶），巖土的空隙被水充滿，其分界為地下水潛水面。潛水面。 水文學(xué)中把地下水潛水面以下飽和帶中的水水文學(xué)中把地下水潛水面以下飽和帶中的水稱作地下水。稱作地下水。第一講 水文水資源基礎(chǔ)127根據(jù)埋存條件，地下水又可以分為以下二類根據(jù)埋存條件，地下水又可以分為以下二類： 潛水是指埋存于地表以下，第一個(gè)連續(xù)穩(wěn)潛水是指埋存于地表

49、以下，第一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的隔水層以上具有自由水面的重力水。它主定的隔水層以上具有自由水面的重力水。它主要的補(bǔ)給來源是降水和地表水的滲入。要的補(bǔ)給來源是降水和地表水的滲入。第一講 水文水資源基礎(chǔ)128 1 1）它具有自由水面（潛水面）通過包氣帶與大）它具有自由水面（潛水面）通過包氣帶與大 氣相通，因此潛水可以直接受到降水和地表水的氣相通，因此潛水可以直接受到降水和地表水的補(bǔ)給，另一方面也可以通過蒸發(fā)、植物散發(fā)方式補(bǔ)給，另一方面也可以通過蒸發(fā)、植物散發(fā)方式從包氣帶垂向向大氣排泄。從包氣帶垂向向大氣排泄。 2 2）潛水大致沿潛水位較高處向水位較低處流動(dòng)，）潛水大致沿潛水位較高處向水位較低處流動(dòng)，由于地形

50、切割或巖性變化，潛水流可集中排泄于由于地形切割或巖性變化，潛水流可集中排泄于地表成泉，稱作下降泉。潛水流還可分別泄流進(jìn)地表成泉，稱作下降泉。潛水流還可分別泄流進(jìn)入河、湖或海中。入河、湖或海中。第一講 水文水資源基礎(chǔ)129 承壓水是充滿于上下兩個(gè)隔水層之間的含水承壓水是充滿于上下兩個(gè)隔水層之間的含水層中的地下水，它承受一定的壓力，當(dāng)鉆孔打穿層中的地下水，它承受一定的壓力，當(dāng)鉆孔打穿上覆隔水層時(shí)，水能從鉆孔內(nèi)上升到一定的高度。上覆隔水層時(shí)，水能從鉆孔內(nèi)上升到一定的高度。第一講 水文水資源基礎(chǔ)130 具有承壓性質(zhì)，含水層可明顯地分為具有承壓性質(zhì)，含水層可明顯地分為、及及三個(gè)部分。三個(gè)部分。 補(bǔ)給區(qū)的

51、上部沒有隔水層，該區(qū)補(bǔ)給區(qū)的上部沒有隔水層，該區(qū)地下水具有自由水面，實(shí)際上是潛水，它直地下水具有自由水面，實(shí)際上是潛水，它直接接受降水及地表水的補(bǔ)給。接接受降水及地表水的補(bǔ)給。 第一講 水文水資源基礎(chǔ)131 系指隔水頂板以下，被水充滿的系指隔水頂板以下，被水充滿的含水層。其主要特征是：含水層。其主要特征是： 承受靜水壓力具有壓力水頭；承受靜水壓力具有壓力水頭；由于承壓區(qū)與補(bǔ)給區(qū)在地域上不一致，故由于承壓區(qū)與補(bǔ)給區(qū)在地域上不一致，故其性質(zhì)受當(dāng)?shù)貧庀笏囊蛩赜绊戄^小，參與水其性質(zhì)受當(dāng)?shù)貧庀笏囊蛩赜绊戄^小，參與水文循環(huán)遠(yuǎn)不如潛水積極，因此水量不易補(bǔ)充恢文循環(huán)遠(yuǎn)不如潛水積極，因此水量不易補(bǔ)充恢復(fù)。復(fù)

52、。第一講 水文水資源基礎(chǔ)132第一講 水文水資源基礎(chǔ)1334.1.1 4.1.1 流域及流域的主要特征流域及流域的主要特征 河流某斷面以上，匯集地表水和地下水的區(qū)河流某斷面以上，匯集地表水和地下水的區(qū)域（分別稱做地面集水區(qū)和地下集水區(qū)）統(tǒng)稱做域（分別稱做地面集水區(qū)和地下集水區(qū)）統(tǒng)稱做河流在該斷面以上的流域。河流在該斷面以上的流域。第一講 水文水資源基礎(chǔ)134 指分水線所劃定的范圍在水平面上投影的面積。指分水線所劃定的范圍在水平面上投影的面積。(1) (1) 流域的幾何特征流域的幾何特征 指流域的軸長(zhǎng)，可用作圖法求到。指流域的軸長(zhǎng)，可用作圖法求到。第一講 水文水資源基礎(chǔ)135 以各種的氣象因子來

53、描述。以各種的氣象因子來描述。B=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以地理的經(jīng)度和緯度來表示。以地理的經(jīng)度和緯度來表示。第一講 水文水資源基礎(chǔ)136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。 反映了流域下墊面的特征，影響到降水入滲反映了流域下墊面的特征，影響到降水入滲的多小，土壤的蓄水性及地下水運(yùn)動(dòng)等。的多小，土壤的蓄水性及地下水運(yùn)動(dòng)等。 可用流域地形圖表征；可用流域地形圖表征；第一講 水文水資源基礎(chǔ)137PP/PL/PM 植被率植被率PP = AP /A 湖泊率湖泊率PL = AL /A 沼澤率沼澤率PM = AM /

54、A式中，式中，PP、PL、PM 分別為流域內(nèi)的植被、湖分別為流域內(nèi)的植被、湖泊和沼澤面積；泊和沼澤面積；P 流域總面積。流域總面積。降雨截留量降雨截留量通過調(diào)查或遙感信息提取第一講 水文水資源基礎(chǔ)138 地表水在重力作用下，沿陸地的凹地流動(dòng)，按地表水在重力作用下，沿陸地的凹地流動(dòng)，按其大小可分為江、河、溪和溝，這些統(tǒng)稱為河流，其大小可分為江、河、溪和溝，這些統(tǒng)稱為河流，而流域中河流（包括干流、支流）和流域內(nèi)的湖泊、而流域中河流（包括干流、支流）和流域內(nèi)的湖泊、沼澤或地下暗河彼此連接組成一個(gè)龐大的系統(tǒng)，稱沼澤或地下暗河彼此連接組成一個(gè)龐大的系統(tǒng)，稱水系水系，又稱，又稱河系河系或或河網(wǎng)河網(wǎng)。 河系

55、匯聚全流域的地表和地下水，最終注入河系匯聚全流域的地表和地下水，最終注入海洋、湖泊或消失于荒原。水系的名稱通常以它海洋、湖泊或消失于荒原。水系的名稱通常以它的干流或以注入的湖泊、海洋命名，如長(zhǎng)江水系、的干流或以注入的湖泊、海洋命名，如長(zhǎng)江水系、太湖水系、太平洋水系等。太湖水系、太平洋水系等。第一講 水文水資源基礎(chǔ)139 匯入干流的河流均稱為一級(jí)支流，而匯入一級(jí)匯入干流的河流均稱為一級(jí)支流，而匯入一級(jí)支流的河流則稱為二級(jí)支流，以此類推。支流的河流則稱為二級(jí)支流，以此類推。河系中取長(zhǎng)度最大或水量最多的河流為干流。河系中取長(zhǎng)度最大或水量最多的河流為干流。依據(jù)水流的流動(dòng)方向從上至下分為五段：依據(jù)水流的

56、流動(dòng)方向從上至下分為五段：第一講 水文水資源基礎(chǔ)140指河源到河口的軸線長(zhǎng)度。指河源到河口的軸線長(zhǎng)度。第一講 水文水資源基礎(chǔ)141) )( (km/ALD1 式中，式中，L 流域內(nèi)干支流的總長(zhǎng)度流域內(nèi)干支流的總長(zhǎng)度(km) A 流域面積流域面積(km2) 定義為單位流域面積內(nèi)的河流總長(zhǎng)度，反映定義為單位流域面積內(nèi)的河流總長(zhǎng)度，反映了流域?qū)搅鞯恼{(diào)節(jié)能力，計(jì)算公式為：了流域?qū)搅鞯恼{(diào)節(jié)能力，計(jì)算公式為：第一講 水文水資源基礎(chǔ)1421 L/l 式中，式中，L 河流的實(shí)際長(zhǎng)度河流的實(shí)際長(zhǎng)度(km); l 河流二端間的直線距離河流二端間的直線距離(km)彎曲系數(shù)彎曲系數(shù) 越大，對(duì)洪水渲泄越不利。越大，

57、對(duì)洪水渲泄越不利。第一講 水文水資源基礎(chǔ)143河源與河口的垂直高差稱為河流的落差。河源與河口的垂直高差稱為河流的落差。 落差大表明河流水能資源豐富。落差大表明河流水能資源豐富。落差與河長(zhǎng)的比值稱為河流的比降。落差與河長(zhǎng)的比值稱為河流的比降。 比降越大河道匯流越快。比降越大河道匯流越快。第一講 水文水資源基礎(chǔ)144 tgLhLhhJ01 式中，式中，J 河段的比降河段的比降; h1, h0 河段兩端河底高程河段兩端河底高程; L 河段的長(zhǎng)度河段的長(zhǎng)度第一講 水文水資源基礎(chǔ)145L2hLl)h(hLl)h(hLl)h(hLl)h(hLL2h)lh(h)lh(h)lh(h)lh(hJ0nn1ni1i

58、i22111020nn1ni1ii221110 式中，式中，L 河段的長(zhǎng)度河段的長(zhǎng)度(m)h0, h1, hn 從下游到上從下游到上游各點(diǎn)河底高程游各點(diǎn)河底高程(m)l1, l2, ln 各點(diǎn)間的距各點(diǎn)間的距離離(m)Llnlill河底線河底線hnhihlh00第一講 水文水資源基礎(chǔ)146 指降落在流域表面的降水，沿流域地表指降落在流域表面的降水，沿流域地表和地下二個(gè)途徑流入河系，再流出流域出口斷面和地下二個(gè)途徑流入河系，再流出流域出口斷面的水流，這樣的物理過程稱作的水流，這樣的物理過程稱作。 有時(shí)也指它的量，即在一定時(shí)段內(nèi)通過有時(shí)也指它的量，即在一定時(shí)段內(nèi)通過某一河流斷面的水量，稱某一河流斷

59、面的水量，稱。第一講 水文水資源基礎(chǔ)147流域蓄滲指降雨的雨水耗于植物截留、下流域蓄滲指降雨的雨水耗于植物截留、下滲和填洼等綜合過程。降雨形成地面徑流之前，滲和填洼等綜合過程。降雨形成地面徑流之前，在流域中會(huì)被以上幾個(gè)方面所消耗，不參與徑在流域中會(huì)被以上幾個(gè)方面所消耗，不參與徑流的形成：流的形成：可概化為二個(gè)過程可概化為二個(gè)過程 ：第一講 水文水資源基礎(chǔ)148 指降雨入滲過程中被土壤吸附存儲(chǔ)于土指降雨入滲過程中被土壤吸附存儲(chǔ)于土壤孔隙中的水量。壤孔隙中的水量。 降雨被植物莖葉攔截的現(xiàn)象稱截留，降雨被植物莖葉攔截的現(xiàn)象稱截留，APIS 第一講 水文水資源基礎(chǔ)149 以上各種量不參與徑流的形成，統(tǒng)

60、稱為以上各種量不參與徑流的形成，統(tǒng)稱為: 雨量的損失量或地面滯留量。雨量的損失量或地面滯留量。水分停蓄在地面洼陷處（水庫、湖、塘等），水分停蓄在地面洼陷處（水庫、湖、塘等），稱填洼。稱填洼。第一講 水文水資源基礎(chǔ)150 徑流量(凈雨量) = 降雨量 - 損失量?jī)粲炅浚航涤炅亢蛽p失量之差，又稱為降雨量和損失量之差，又稱為徑流量或產(chǎn)流量徑流量或產(chǎn)流量?jī)粲炅堪ǎ?地面徑流 R 地下徑流 Rg 第一講 水文水資源基礎(chǔ)151 指下滲的雨水，一部分滯蓄在土壤中；一指下滲的雨水，一部分滯蓄在土壤中；一部分繼續(xù)向下運(yùn)行，遇到相對(duì)不透水層時(shí)，形部分繼續(xù)向下運(yùn)行，遇到相對(duì)不透水層時(shí)，形成沿不透水層面的表層流。成