水循環(huán)的基本環(huán)節(jié)

1、水文與水資源學(xué)第二章第二章 水循環(huán)的基本環(huán)節(jié)水循環(huán)的基本環(huán)節(jié)一、蒸發(fā)與散發(fā)二、水汽擴(kuò)散與輸送三、降水四、下滲目 錄五、徑流第一節(jié) 蒸發(fā)與散發(fā)u基本概念l 蒸散發(fā)（蒸發(fā)與散發(fā)）：水在有水分子的物體表面上由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)向大氣逸散的現(xiàn)象l 蒸發(fā)面：具有水分子的物體表面u類型l 水面蒸發(fā)l 土壤蒸發(fā)l 植物散發(fā)（蒸騰）u意義l 海洋水和陸地水返回大氣的唯一途徑l 水循環(huán)和水量平衡的要素和環(huán)節(jié)之一一 水面蒸發(fā)u物理過(guò)程l 定義：充分供水條件下的蒸發(fā)現(xiàn)象l 過(guò)程：同時(shí)發(fā)生，方向相反p 蒸發(fā)現(xiàn)象：水分子獲得的熱能水分子內(nèi)聚力 液態(tài)氣態(tài)p 凝結(jié)現(xiàn)象：水面水汽分子受水分子引力作用或受冷 氣態(tài)液態(tài)一 水面

2、蒸發(fā)u物理過(guò)程l 能量轉(zhuǎn)換p 蒸發(fā)潛熱（吸收）：?jiǎn)挝凰繌囊簯B(tài)氣態(tài)逸入空氣中所吸收的能量p 凝結(jié)潛熱（釋放）：?jiǎn)挝凰繌囊簯B(tài)氣態(tài)返回水面中所釋放的能量l 實(shí)質(zhì)：水和熱量的交換過(guò)程一 水面蒸發(fā)u控制條件l 蒸發(fā)現(xiàn)象的定量描述指標(biāo)p 有效蒸發(fā)量E：躍出的水分子數(shù)量-返回水面的水分子數(shù)量， 用蒸發(fā)掉的水層厚度表示p 蒸發(fā)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量p 蒸發(fā)能力：在供水不受限制的條件下，單位時(shí)間從單位面積逸散到大氣中的水分子數(shù)從空氣返回到蒸發(fā)面的水分子數(shù)的差值（當(dāng)為正值時(shí)）稱為蒸發(fā)能力，又稱蒸發(fā)潛力或潛在蒸發(fā)一 水面蒸發(fā)u控制條件l 控制條件p 供水條件：蒸發(fā)面上儲(chǔ)存水分子的多少p 氣象條件： 能量條件：獲

3、得能量（太陽(yáng)輻射），水分子脫離蒸發(fā)面 動(dòng)力條件：逸散水分子數(shù)量返回水分子數(shù)量 水汽分子擴(kuò)散（水汽含量梯度）、上下層空氣對(duì)流、空氣紊流擴(kuò)散（平流作用）一 水面蒸發(fā)u影響因素l 氣象因素p 太陽(yáng)輻射：太陽(yáng)輻射越強(qiáng)，蒸發(fā)越強(qiáng)一 水面蒸發(fā)u影響因素l 氣象因素p 水面溫度：水溫越高，蒸發(fā)越強(qiáng)p 飽和水汽壓差（es -e）：越大，蒸發(fā)越強(qiáng) 水汽壓(e)：大氣中水汽所具有的壓力。 飽和水汽壓（es）：在一定溫度下，空氣中的水汽含量達(dá)到飽和時(shí)的水汽壓ns為單位時(shí)間內(nèi)逸出水面的分子數(shù)，n為單位時(shí)間內(nèi)落回水中的水汽分子數(shù)一 水面蒸發(fā)u影響因素l 氣象因素p 氣溫：氣溫越高，蒸發(fā)越強(qiáng)p 相對(duì)濕度（r）與飽和水汽壓

4、差（d）： 絕對(duì)濕度（m）：?jiǎn)挝惑w積空氣中實(shí)際所含水汽質(zhì)量（g/m3） 相對(duì)濕度（r）：同溫度下空氣中實(shí)際所含水汽量與飽和時(shí)水汽量的比值。r = （m/es）100% 飽和水汽壓差（d=es-e）越大，濕度越小，蒸發(fā)越強(qiáng)一 水面蒸發(fā)u影響因素l 氣象因素p 相對(duì)濕度（r）與飽和水汽壓差（d）一 水面蒸發(fā)u影響因素l 水體因素p 水面大小與形狀： 水面越大，水汽含量越高，蒸發(fā)越弱 風(fēng)向是水面窄的方向，蒸發(fā)強(qiáng)一 水面蒸發(fā)u影響因素l 水體因素p 水深 ：影響水溫變化 水面 夏季冬季 水下 春夏 淺水深水；秋冬 淺水深水p 水質(zhì)：溶解度越低，蒸發(fā)越強(qiáng) 含有鹽類的水溶液常在水面形成一層薄膜，起著抑制蒸

5、發(fā)的作用。水的混濁度會(huì)影響水對(duì)熱量的吸收和水溫的變化，因而對(duì)水面蒸發(fā)有間接的影響一 水面蒸發(fā)u確定方法p 器測(cè)法：直接用儀器進(jìn)行直接測(cè)量的方法p 理論模型法：物理機(jī)制理論公式 （確定性模型）p 經(jīng)驗(yàn)公式法：統(tǒng)計(jì)資料經(jīng)驗(yàn)公式 （隨機(jī)性模型）一 水面蒸發(fā)u確定方法l 器測(cè)法：采用蒸發(fā)皿（器）（evaporation pan）來(lái)直接觀測(cè)水面蒸發(fā)率，蒸發(fā)皿測(cè)得的水面蒸發(fā)率通常用Epan（mm/day）表示。p - 20型（口徑為20cm的蒸發(fā)皿）p - 80型（口徑為80cm的蒸發(fā)皿）p E - 601型（蒸發(fā)器口徑：618mm ，面積3000cm2）p 大型蒸發(fā)池(=5m，A=20m2和=11.3m

6、，A=100m2兩種)p 一般每日8時(shí)觀測(cè)一次，得到逐日蒸發(fā)的水深（mm），即日蒸發(fā)量。p 蒸發(fā)量觀測(cè)值E與天然水面蒸發(fā)量E的換算EKE一 水面蒸發(fā)u確定方法l 器測(cè)法：蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)站蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)站蒸發(fā)器蒸發(fā)器一 水面蒸發(fā)u確定方法l 器測(cè)法一 水面蒸發(fā)u確定方法l 器測(cè)法一 水面蒸發(fā)u確定方法l 器測(cè)法20m2水面蒸發(fā)池一 水面蒸發(fā)u確定方法l 理論模型法：p 熱量平衡法p 水汽輸送動(dòng)力學(xué)法p 彭曼法p 水量平衡法一 水面蒸發(fā)u確定方法l 理論模型法：p 熱量平衡法bRsiRrRHeHsHaiHaoH-sneaHRHHH假設(shè)水柱的熱量平衡-nsirbRRRR-aaiaoHHH一 水面蒸發(fā)u確定方法l

7、 理論模型法：p 熱量平衡法0-enaseesBHRHHHHLEHHTTC Pee0(10.611000nassRHHETTPLee)(/(ln()(2022eekzfKuKEsmw一 水面蒸發(fā)u確定方法l 理論模型法：p 水汽輸送動(dòng)力學(xué)法飽和水汽壓差飽和水汽壓差一 水面蒸發(fā)u確定方法l 理論模型法：p 彭曼法 熱量平衡法的優(yōu)點(diǎn)是考慮了影響水面蒸發(fā)的熱量條件，而在影響水面蒸發(fā)的動(dòng)力條件中只考慮了水汽擴(kuò)散的作用，尚嫌不足；水汽輸送動(dòng)力學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是抓住了影響水面蒸發(fā)的主要?jiǎng)恿l件風(fēng)速和水汽擴(kuò)散，但對(duì)太陽(yáng)輻射這一熱量條件未予考慮一 水面蒸發(fā)u確定方法l 理論模型法：p 彭曼法22022222121(

8、)()1(0.662)ln(/)nasssssmmRHHLB eeLEeeTTkuBkCZZ 一 水面蒸發(fā)u確定方法l 理論模型法：p 水量平衡法2112()SSItOtPEESSItOtP 一 水面蒸發(fā)u確定方法l 經(jīng)驗(yàn)公式法：p 道爾頓定律f(u)風(fēng)速的函數(shù)，因條件而異，如0( )()szEkf ueenuufbuauf)( )(一 水面蒸發(fā)u確定方法l 經(jīng)驗(yàn)公式法：p 邁耶公式02.54()(1)10sauEC ee一 水面蒸發(fā)u確定方法l 經(jīng)驗(yàn)公式法：p 彭曼公式202220.35(10.2)()22sEueeumem： 水 面 以 上處 的 水 汽 壓： 高 處 的 風(fēng) 速一 水面蒸

9、發(fā)u確定方法l 經(jīng)驗(yàn)公式法：p 華東水利學(xué)院公式220002002002000.22 1 0.31()22Eueeemum：水面以上處的水汽壓：水面以上處的風(fēng)速一 水面蒸發(fā)u確定方法l 經(jīng)驗(yàn)公式法：p 重慶蒸發(fā)站公式02002000.14 ()(10.64)sEn eeuEn： 月 蒸 發(fā) 量： 某 月 日 數(shù)二 土壤蒸發(fā)u物理機(jī)制l 土壤蒸發(fā)：土壤孔隙中的水分離開(kāi)土壤表面向大氣逸散的現(xiàn)象l 特點(diǎn)：土壤蒸發(fā)不僅與蒸發(fā)面性質(zhì)有關(guān)，而且與供水條件有關(guān) 土壤水蒸發(fā)過(guò)程中，不僅要克服液體水分子之間的內(nèi)聚力，而且要克服土壤顆粒對(duì)水分子的吸附力二 土壤蒸發(fā)u物理機(jī)制l 蒸發(fā)過(guò)程：在供水不足的條件下，土壤蒸

10、發(fā)實(shí)際上是土壤失去水分干化的過(guò)程。分為如下三階段： 定常蒸發(fā)率階段 蒸發(fā)率下降階段 蒸發(fā)率微弱階段二 土壤蒸發(fā)u物理機(jī)制l 蒸發(fā)過(guò)程： 定常蒸發(fā)率階段 當(dāng)土壤含水量大于田間持水量時(shí)，土壤中的水分可以通過(guò)毛管作用源源不斷地供給土壤蒸發(fā)，差不多有多少水分從土壤表面逸散到大氣中去，就會(huì)有多少水分從土層內(nèi)部輸送至表面來(lái)補(bǔ)充，這種情況屬于充分供水條件下的土壤蒸發(fā) 蒸發(fā)率接近蒸發(fā)能力（以水面蒸發(fā)率蒸發(fā)）。蒸發(fā)強(qiáng)度的大小主要取決于氣象條件二 土壤蒸發(fā)u物理機(jī)制l 蒸發(fā)過(guò)程： 蒸發(fā)率下降階段 隨著土壤蒸發(fā)的不斷進(jìn)行，土壤含水量將不斷減小。當(dāng)土壤含水量小于田間持水量后，土壤中毛管連續(xù)狀態(tài)將逐步遭到破壞，通過(guò)毛管

11、輸送到土壤表面的水分也因此而不斷減少。在這種情況下，由于土壤含水量不斷減小，供給土壤蒸發(fā)的水分會(huì)越來(lái)越少，以致土壤蒸發(fā)將隨著土壤含水量的減小而減小，這一階段一直要持續(xù)到土壤含水量減至毛管斷裂含水量為止二 土壤蒸發(fā)u物理機(jī)制l 蒸發(fā)過(guò)程： 蒸發(fā)率微弱階段 當(dāng)土壤含水量減少到第二個(gè)臨界點(diǎn)毛管斷裂含水量以下時(shí)，土壤通過(guò)依靠毛管作用向土壤表面輸送水分的機(jī)制將遭到完全破壞。土壤水分只能以膜狀水或汽態(tài)水形式向土壤表面移動(dòng)。由于這種僅依靠分子擴(kuò)散而進(jìn)行水分輸移的速度十分緩慢，數(shù)量也很小，故在土壤含水量小于毛管斷裂含水量以后，土壤蒸發(fā)必然很小而且比較穩(wěn)定。二 土壤蒸發(fā)u物理機(jī)制l 蒸發(fā)過(guò)程：二 土壤蒸發(fā)u物理

12、機(jī)制l 蒸發(fā)規(guī)律：mmsfmfmsfmssCEEEE,二 土壤蒸發(fā)u物理機(jī)制l 與水面蒸發(fā)的區(qū)別： 蒸發(fā)面性質(zhì)不同 土壤蒸發(fā)是水土共存的界面 供水條件不同 土壤蒸發(fā)在第一階段供水充分，第二、三階段水分供應(yīng)不足，土壤蒸發(fā)是充分與不充分供水條件共存的過(guò)程 水分子運(yùn)動(dòng)克服的阻力不同 水面蒸發(fā)主要克服水分子內(nèi)聚力，土壤蒸發(fā)既要克服水分子內(nèi)聚力，又要克服土壤顆粒對(duì)水分子的吸附力，消能更多二 土壤蒸發(fā)u影響因素l 氣象因素 日照、溫度、濕度、風(fēng)速等l 土壤特性 土壤孔隙性l 供水條件 土壤含水量、地下水位二 土壤蒸發(fā)u影響因素l 氣象因素: 日照、溫度、濕度、風(fēng)速等 溫度梯度 一般來(lái)講，溫度高蒸發(fā)快，溫度

13、低蒸發(fā)慢，土壤水分從溫度高的地方向溫度低的地方運(yùn)行 l 土壤特性: 土壤孔隙性 孔隙太大，土壤水的毛細(xì)上升高度小，不利于向土壤表面供水，在地下水有一定埋深的情況下，蒸發(fā)量不大 孔隙太小或團(tuán)粒結(jié)構(gòu)情況下，不利于蒸發(fā) 土壤空隙直徑在0.10.001mm之間，毛管現(xiàn)象明顯，供水充分，有利于蒸發(fā)二 土壤蒸發(fā)u影響因素l 土壤特性: 土壤孔隙性 分層明顯的土壤中，土層交界處的孔隙狀況明顯地與均質(zhì)土壤不同，當(dāng)土壤質(zhì)地呈上輕下重時(shí)，交界附近的孔隙呈“酒杯”狀（a），反之呈“倒酒杯”狀（b）。由于毛管力總是使土壤水從大孔隙體系向小孔隙體系輸送，所以“酒杯”狀孔隙不利于土壤蒸發(fā)，而“倒酒杯”狀孔隙則有利于土壤蒸

14、發(fā)二 土壤蒸發(fā)u影響因素l 供水條件: 土壤含水量、地下水位 土壤含水量 土壤含水量大于田間持水量，土壤蒸發(fā)量最大，等于土壤蒸發(fā)能力 含水量在田間持水量和毛管斷裂含水量之間時(shí)，土壤蒸發(fā)量與土壤含水量成正比例關(guān)系 含水量小于毛管斷裂含水量時(shí)，土壤蒸發(fā)量很小二 土壤蒸發(fā)u影響因素l 供水條件: 土壤含水量、地下水位 地下水位 地下水位主要通過(guò)地下水位的高低對(duì)地下水以上的土層的土壤含水量的分布來(lái)影響土壤蒸發(fā) 當(dāng)土層全部處于毛管水活動(dòng)區(qū)內(nèi)時(shí)，水分向土層表面運(yùn)行迅速，土壤蒸發(fā)量大 當(dāng)處于土壤含水量穩(wěn)定區(qū)時(shí)，水分運(yùn)移困難，土壤蒸發(fā)小 總之，土壤蒸發(fā)隨地下水埋深的增加而遞減二 土壤蒸發(fā)u確定方法l 器測(cè)法:

15、 常用稱重式土壤蒸發(fā)皿，通過(guò)直接稱重或靜水浮力稱重等方法測(cè)出某一時(shí)段（一般為一天）蒸發(fā)器內(nèi)土體重量的變化，并考慮觀測(cè)時(shí)段內(nèi)降水和土壤滲漏水量，應(yīng)用水量平衡原理來(lái)計(jì)算土壤蒸發(fā)量。該方法適合于點(diǎn)的測(cè)定 二 土壤蒸發(fā)u確定方法l 器測(cè)法121220.02()()0.02:500EGGRFPGGgRFPcmmm、：時(shí)段初、末土樣重量（ ）：徑流量：滲漏量：降水量面積為蒸發(fā)量的換算系數(shù)單位均為二 土壤蒸發(fā)u確定方法l 經(jīng)驗(yàn)公式法: 與水面蒸發(fā)經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)構(gòu)基本相似00-ssassaEA eeAee （）：反映氣溫、濕度、風(fēng)等外界條件質(zhì)量交換系數(shù)：土壤表面水汽壓，表土飽和時(shí)等于飽和水汽壓：大氣水汽壓三 植

16、物散發(fā)u物理機(jī)制l 概念: 植物根系從土壤中吸取水分并通過(guò)根、莖、葉、枝逸散到大氣中的一種生理過(guò)程，是以植物為蒸發(fā)面的蒸發(fā)l 動(dòng)力：根土滲透勢(shì) 散發(fā)拉力三 植物散發(fā)u物理機(jī)制l 實(shí)質(zhì): 植物根系從土壤中吸取水分，通過(guò)根、莖、葉柄、葉脈輸送到葉面，大部分為葉肉細(xì)胞吸收，在太陽(yáng)能作用下汽化，通過(guò)氣孔向大氣中逸散 既是物理過(guò)程，也是生理過(guò)程（土壤-植物-大氣系統(tǒng)）三 植物散發(fā)u影響因素l 氣象因素: 溫度 T1.5 ，植物幾乎停止生長(zhǎng)，散發(fā)量很?。?T1.5 ，散發(fā)量隨溫度升高而加大； T40，葉面失去調(diào)節(jié)能力，氣孔全部張開(kāi)，散發(fā)量增加，一旦供水不足，容易造成植物枯萎。三 植物散發(fā)u影響因素l 氣象

17、因素: 日照 植物在陽(yáng)光照射下，散發(fā)加強(qiáng)。 散射光能使散發(fā)增強(qiáng)30%40，直射光則能使散發(fā)增強(qiáng)好幾倍。 散發(fā)主要在白天進(jìn)行，中午達(dá)到最大；夜間的散發(fā)則很小，約為白天的10。三 植物散發(fā)u影響因素l 土壤含水量: 土壤水中能被植物吸收的是重力水、毛管水和一部分膜狀水。當(dāng)土壤含水量大于一定值時(shí)，植物根系就可以從周圍土壤中吸取盡可能多的水分以滿足散發(fā)需要，這時(shí)植物散發(fā)將達(dá)到散發(fā)能力。當(dāng)土壤含水量減小時(shí)，植物散發(fā)率也隨之減小，直至土壤含水量減小到凋萎系數(shù)時(shí)，植物就會(huì)因不能從土壤中吸取水分來(lái)維持正常生長(zhǎng)而逐漸枯死，植物散發(fā)也因此而趨于零。三 植物散發(fā)u影響因素l 植物生理?xiàng)l件: 僅指植物的種類和植物生長(zhǎng)

18、階段在生理上的差別；不同種類的植物，生理結(jié)構(gòu)不同，在相同的氣象和土壤條件下，水汽散發(fā)量有較大的差異。當(dāng)土壤含水量減小時(shí)，植物散發(fā)率也隨之減小，直至土壤含水量減小到凋萎系數(shù)時(shí)，植物就會(huì)因不能從土壤中吸取水分來(lái)維持正常生長(zhǎng)而逐漸枯死，植物散發(fā)也因此而趨于零。三 植物散發(fā)u確定方法l 分析估算 大面積植物散發(fā)通過(guò)各種散發(fā)模型計(jì)算l 直接測(cè)量 個(gè)體和小樣本植物散發(fā)根據(jù)植物生理特點(diǎn)直接測(cè)定 三 植物散發(fā)u確定方法l 分析估算 基于水量平衡和熱量估算的散發(fā)模型 水量平衡法： 根據(jù)水量平衡原理，測(cè)定出一塊樣地或流域的整片植物群落生長(zhǎng)期始末的土壤含水量、土壤蒸發(fā)量、降雨量、徑流量和滲漏量，再用水量平衡方程即可

19、推算出植物蒸散量三 植物散發(fā)u確定方法l 分析估算 基于水量平衡和熱量估算的散發(fā)模型 林冠散發(fā)模型： 林冠覆蓋水平面積上的散發(fā)量=較大的總?cè)~面面積上各部分水汽通量的總和 任意森林面積上的散發(fā)量=森林覆蓋面積林冠綜合散發(fā)率Et FEtF三 植物散發(fā)u確定方法l 直接測(cè)量 實(shí)驗(yàn)條件下小樣本測(cè)量 器測(cè)法：將植物栽種在不漏水的圓筒內(nèi)，視植物生長(zhǎng)需要隨時(shí)澆水，求出試驗(yàn)時(shí)段始末圓筒的重量差以及總澆水量 E=G-(G2-G1) 坑測(cè)法：通過(guò)兩個(gè)試驗(yàn)坑的對(duì)比觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，其中一個(gè)栽種植物，另一個(gè)不栽。兩者土壤含水量之差即為散發(fā)量 棵枝稱重法：裹在樹(shù)枝上的特制收集器，直接收集樹(shù)枝分泌出來(lái)的水分，確定散發(fā)量四

20、、區(qū)域蒸散發(fā)u概念： 區(qū)域內(nèi)所有蒸發(fā)面的蒸散發(fā)綜合稱為區(qū)域蒸散發(fā)（總蒸發(fā)） 水面蒸發(fā)：水面一般占一個(gè)流域面積的1左右，占總蒸發(fā)量的比例不大 冰雪蒸發(fā)：對(duì)一般地區(qū)其蒸發(fā)量很小 土壤蒸發(fā) 植物蒸發(fā)：覆蓋面積大，蒸發(fā)量大 其大小取決于土壤蒸發(fā)、植物散發(fā)（水面面積?。┧?、區(qū)域蒸散發(fā)u確定方法： 水量平衡法 優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，公式嚴(yán)密，適于計(jì)算大面積（特別是整個(gè)流域）、長(zhǎng)時(shí)段（年和多年）蒸發(fā)量的計(jì)算。 缺點(diǎn)：計(jì)算和觀測(cè)各均衡項(xiàng)所產(chǎn)生的誤差歸入蒸發(fā)量，對(duì)于蒸發(fā)量占總水量較小的情況，將產(chǎn)生較大的誤差iiiEPRW四、區(qū)域蒸散發(fā)u確定方法： 水量平衡法 變化比較大時(shí)，根據(jù)流域蓄水情況，將區(qū)域蒸散發(fā)分為三個(gè)階段W

21、WaWbW四、區(qū)域蒸散發(fā)u確定方法： 水量平衡法 ,11(),maabaabmbEWWCEWW WWWWWCEWWE E：流域蒸散發(fā)量；：流域蒸散發(fā)量；EmEm：流域蒸發(fā)能力；：流域蒸發(fā)能力；WW：流域蓄水量；：流域蓄水量；C C：系數(shù)，一般取值：系數(shù)，一般取值0.15-0.050.15-0.05四、區(qū)域蒸散發(fā)u確定方法： 水量平衡法 1211016 ()1.514()5amjjTEbIIiTii：月熱能指數(shù)；：月熱能指數(shù)；T：月平均氣溫；：月平均氣溫；I：年熱能指數(shù)；：年熱能指數(shù)；a：與：與I有關(guān)的系數(shù)；有關(guān)的系數(shù)；b：修正系數(shù)，最大可能日照時(shí)數(shù)：修正系數(shù)，最大可能日照時(shí)數(shù)與與12小時(shí)的比值

22、小時(shí)的比值四、區(qū)域蒸散發(fā)u確定方法： 水熱平衡法 E總蒸發(fā)量；P降水量；E/P蒸發(fā)系數(shù)；R輻射平衡值；L蒸發(fā)潛熱；R/LP輻射干燥指數(shù)。()ERPLP四、區(qū)域蒸散發(fā)u確定方法： 經(jīng)驗(yàn)公式法（P31） 第三節(jié) 降水u一、概念與指標(biāo)l 降水：大氣中的水汽以液態(tài)水或固態(tài)水的形式從空中降落到地面的現(xiàn)象，是自然界所發(fā)生的雨、雪、露、霜、雹的統(tǒng)稱，其中降雨和降雪是主要形式降水是水循環(huán)過(guò)程最基本的環(huán)節(jié)和水量平衡最基本的要素，是陸地上各種水體直接或間接的補(bǔ)給水源和人類用水的根本來(lái)源第三節(jié) 降水u一、概念與指標(biāo)l 指標(biāo)： 降水量：一定時(shí)段內(nèi)降落在某一面積上的總水量，用降水深度表示，單位mm。該時(shí)段降落在某一面積

23、上的水層厚度 降水歷時(shí)：一次降水過(guò)程自始至終所經(jīng)歷的時(shí)間 降水時(shí)間：對(duì)應(yīng)于某一降水量的時(shí)間長(zhǎng)度，其長(zhǎng)短是人為劃定的。降水時(shí)間內(nèi)的降水過(guò)程不一定連續(xù) 降水強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的降水量 降水面積：降水所覆蓋的面積第三節(jié) 降水u二、觀測(cè)l 器測(cè)法： 雨量器： 分段觀測(cè)制 2段制：每天8時(shí)和20時(shí)觀測(cè) 4段制和8段制：雨季第三節(jié) 降水u二、觀測(cè)l 器測(cè)法： 自記雨量計(jì)： 第三節(jié) 降水u二、觀測(cè)l 器測(cè)法： 自記雨量計(jì)： 第三節(jié) 降水u二、觀測(cè)l 氣象雷達(dá)：利用云、雨、雪等對(duì)無(wú)線電波的反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)可以實(shí)時(shí)跟蹤暴雨中心走向和暴雨時(shí)空分布變化，直接測(cè)得降水的空間分布和提供流域平均降水量 第三節(jié) 降水u二、觀測(cè)

24、l 氣象衛(wèi)星云圖：利用地球靜止衛(wèi)星發(fā)回的短時(shí)間間隔云圖圖像資料，即可見(jiàn)光（用亮度反映云的反射率強(qiáng)弱）和紅外線云圖（反映云頂?shù)臏囟群透叨龋?，再借助模型估算降雨量第三?jié) 降水u三、點(diǎn)降水時(shí)空分布的表示方法l 點(diǎn)降水量：用雨量器和雨量計(jì)測(cè)得的降水量代表的是雨量器周圍小范圍內(nèi)的降水量時(shí)空分布特征的描述指標(biāo)：降水量過(guò)程線、降水量累積曲線（時(shí)間分布）、等雨量線（空間分布）第三節(jié) 降水u三、點(diǎn)降水時(shí)空分布的表示方法l 降水過(guò)程線：以時(shí)段降水量為縱坐標(biāo)，時(shí)段順序?yàn)闄M坐標(biāo)繪制而成的柱狀圖或曲線，一般用直方圖表示第三節(jié) 降水u三、點(diǎn)降水時(shí)空分布的表示方法l 降水過(guò)程線：能夠顯示降水的時(shí)間變化過(guò)程，是分析流域產(chǎn)匯流

25、和洪水的最基本資料只包含降水強(qiáng)度和降水時(shí)間，不包含降水面積降水過(guò)程不連續(xù)，不能完全反映降水的真實(shí)過(guò)程第三節(jié) 降水u三、點(diǎn)降水時(shí)空分布的表示方法l 降水量累積曲線：以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以自降水開(kāi)始到某一時(shí)段的累積降水量為縱坐標(biāo)繪制而成的降水特征曲線（自計(jì)雨量計(jì)記錄）平均降水強(qiáng)度：降水量累積曲線的平均坡度Pit第三節(jié) 降水u三、點(diǎn)降水時(shí)空分布的表示方法l 降水量累積曲線：第三節(jié) 降水u三、點(diǎn)降水時(shí)空分布的表示方法l 降水量累積曲線：瞬間降水強(qiáng)度：降水量累積曲線任一點(diǎn)切線的斜率將同流域各雨量站的同一次降水的累積曲線繪制在一起，可用來(lái)分析降水在流域上的空間分布和時(shí)段上的變化特征dPidt第三節(jié) 降水u三、

26、點(diǎn)降水時(shí)空分布的表示方法l 降水量等值線圖（等雨量線圖）：降水量等值線（等雨量線）：區(qū)域內(nèi)降水量相等點(diǎn)的連線降水量等值線圖：繪有降水量等值線的地形圖繪制方法：類似于等高線繪制方法作用：確定各地的降水量和降水面積，分析區(qū)域降水的空間分布規(guī)律，但無(wú)法判斷降水強(qiáng)度及其變化和降水歷時(shí)第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 點(diǎn)降水量面降水量l 常用方法我國(guó)： 算術(shù)平均法 泰森多邊形法 等雨量線法美國(guó)： 客觀運(yùn)行法第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 1 算術(shù)平均法l 原理： 以區(qū)域內(nèi)各雨量站同時(shí)段降水量的算術(shù)平均值作為該區(qū)域的平均降水量l 公式：l 適用地區(qū)：流域內(nèi)地形起伏不大 雨量站稠密且分布均

27、勻12111()nniiPPPPPnn第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 2 泰森多邊形法l 原理： 圖上相鄰雨量站用虛線連接成若干個(gè)三角形，形成三角網(wǎng)，然后作每個(gè)三角形各邊的垂直平分線，連接這些垂直平分線的交點(diǎn)，得到的若干個(gè)多邊形，即為泰森多邊形 每個(gè)泰森多邊形里有且只有一個(gè)雨量站第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 2 泰森多邊形法l 原理： 區(qū)域平均降水量 = 各個(gè)多邊形雨量的面積加權(quán)平均值l 公式：1 1221121nnniiina Pa Pa PPa PaaaA第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 2 泰森多邊形法l 適用地區(qū)： 地形起伏不大 雨量站分布不均勻 l 局限

28、性： 假定雨量站間降水量呈線性變化 假定各雨量站控制面積在不同的降水過(guò)程中固定不變第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 3 等雨量線法l 步驟： 繪制等雨量線圖 量算各相鄰兩等雨量線間的面積，以兩等雨量線所表示降水量的平均值作為兩等雨量線間區(qū)域的平均降水量 計(jì)算各區(qū)域平均降水量的面積加權(quán)平均值即為區(qū)域平均降水量 第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 3 等雨量線法l 公式： l 適用地區(qū)： 地形起伏大 雨量站數(shù)目多 l 局限性：每次降水都要繪制，工作量大1 1221121nnniiina Pa Pa PPa PaaaA第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 4 客觀運(yùn)行法（空間內(nèi)插法

29、）l 步驟： 劃分網(wǎng)格 確定各格點(diǎn)的雨量21211niiijniiPdxd第三節(jié) 降水u四、區(qū)域平均降水量的計(jì)算l 4 客觀運(yùn)行法（空間內(nèi)插法）l 步驟： 求各格點(diǎn)雨量的平均值，即為區(qū)域平均降雨量l 特點(diǎn)： 空間插值法，適合計(jì)算機(jī)處理 改進(jìn)了雨量站間雨量線性變化的假設(shè) 適宜進(jìn)行水文模型模擬第三節(jié) 降水u五、流域降水量綜合特征表示方法l 1 降水強(qiáng)度-歷時(shí)關(guān)系曲線l 原理： 根據(jù)次降水過(guò)程觀測(cè)數(shù)據(jù)資料，統(tǒng)計(jì)不同歷時(shí)內(nèi)最大的平均降水強(qiáng)度 橫坐標(biāo)-歷時(shí) 縱坐標(biāo)-降水強(qiáng)度l 特點(diǎn)： 降水強(qiáng)度隨歷時(shí)增加而遞減第三節(jié) 降水u五、流域降水量綜合特征表示方法l 1 降水強(qiáng)度-歷時(shí)關(guān)系曲線l 經(jīng)驗(yàn)公式：it ：

30、歷時(shí) t 的平均雨強(qiáng)s：暴雨參數(shù)，t=1小時(shí)的雨強(qiáng)n：暴雨衰減指數(shù)，0.5-0.7tnsit第三節(jié) 降水u五、流域降水量綜合特征表示方法l 1 降水強(qiáng)度-歷時(shí)關(guān)系曲線第三節(jié) 降水u五、流域降水量綜合特征表示方法l 2 平均降水深度-面積關(guān)系曲線l 原理： 對(duì)一場(chǎng)降水，從等雨量中心分別量取不同等雨量線所包圍的面積及此面積內(nèi)的平均降水深度 橫坐標(biāo)-面積 縱坐標(biāo)-平均降水深度l 特點(diǎn)： 反映次降水過(guò)程中降水深度與面積的關(guān)系第三節(jié) 降水u五、流域降水量綜合特征表示方法l 3 平均降水深度-面積-歷時(shí)關(guān)系曲線l 原理： 分別將次降水不同歷時(shí)（1日、2日）的平均降水深度-面積曲線繪制在同一張圖上 l 特點(diǎn)

31、： 反映同一場(chǎng)降水的深度、面積和歷時(shí)的關(guān)系第三節(jié) 降水u五、流域降水量綜合特征表示方法l 3 平均降水深度- 面積-歷時(shí)曲線第三節(jié) 降水u六、降水的影響因素l 地理位置l 氣象因子l 下墊面條件l 人類活動(dòng)第三節(jié) 降水u六、降水的影響因素l 地理位置 緯度差異-太陽(yáng)輻射：赤道兩極 經(jīng)度差異-大氣水汽含量：沿海內(nèi)陸l 氣象因子 氣壓帶、風(fēng)帶 氣旋、反氣旋第三節(jié) 降水u六、降水的影響因素l 下墊面條件 地形： 地形抬升：地形雨 山脈缺口、海峽：氣流通道，降水少 森林： 3種觀點(diǎn) 水體： 總體減少（阻力小，對(duì)流作用弱） 迎風(fēng)坡降水多第三節(jié) 降水u六、降水的影響因素l 人類活動(dòng) 改變下墊面（間接）：

32、植樹(shù)造林-砍伐森林 修建水庫(kù) 城市熱島、雨島效應(yīng)第三節(jié) 降水第三節(jié) 降水u六、降水的影響因素l 人類活動(dòng) 人工干預(yù)（直接）：人工降雨 發(fā)明者：1948年 通用電氣公司 謝福 干冰 馮尼古特 溴化銀 兩種方式：飛機(jī)撒播冷卻劑（一次幾百萬(wàn)） 火箭、大炮發(fā)射冷卻劑（發(fā)射架20萬(wàn)，炮彈2000元/發(fā)） 投入產(chǎn)出：1：51：30第三節(jié) 降水第三節(jié) 降水第五節(jié) 徑流u水循環(huán)、水量平衡最重要的環(huán)節(jié)，最活躍的水文現(xiàn)象u人類最基本的水源u直接影響防洪、航運(yùn)、灌溉、發(fā)電等工程設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)第五節(jié) 徑流u一、徑流組成l 由降水到達(dá)地面，到水流流經(jīng)出口斷面的整個(gè)物理過(guò)程 第五節(jié) 徑流第五節(jié) 徑流u一、徑流組成l 分類

33、：第五節(jié) 徑流u一、徑流組成l 分類：第五節(jié) 徑流u二、徑流形成過(guò)程l 大氣降水過(guò)程l 流域蓄滲過(guò)程l 坡面匯流過(guò)程l 河網(wǎng)匯流過(guò)程 第五節(jié) 徑流u二、徑流形成過(guò)程 產(chǎn)流過(guò)程：流域蓄滲過(guò)程（垂向運(yùn)動(dòng)為主，水分空間再分配） 匯流過(guò)程：坡面匯流過(guò)程 河網(wǎng)匯流過(guò)程（水平側(cè)向運(yùn)動(dòng)為主，水分時(shí)程再分配）第五節(jié) 徑流u二、徑流形成過(guò)程 產(chǎn)流過(guò)程：流域蓄滲過(guò)程 第五節(jié) 徑流u二、徑流形成過(guò)程 匯流過(guò)程：坡面匯流過(guò)程第五節(jié) 徑流u二、徑流形成過(guò)程 匯流過(guò)程：河網(wǎng)匯流過(guò)程 各種徑流成分經(jīng)過(guò)坡地匯流注入河網(wǎng)后沿河槽向流域出口斷面匯集的過(guò)程 來(lái)自坡地的水流先匯入附近的小河或溝溪，再匯入較大的支流，最后匯集到干流，到

34、達(dá)流域出口斷面，形成流域出口斷面的流量過(guò)程線第五節(jié) 徑流第五節(jié) 徑流u三、徑流的度量方法 徑流的度量指標(biāo) 流量（Q）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一過(guò)水?dāng)嗝娴乃俊挝唬簃3/sAVQ 第五節(jié) 徑流u三、徑流的度量方法 徑流的度量指標(biāo)第五節(jié) 徑流u三、徑流的度量方法 徑流的度量指標(biāo) 徑流總量（W）：T時(shí)段內(nèi)通過(guò)某一過(guò)水?dāng)嗝娴目偹?。單位：m3QTW 第五節(jié) 徑流u三、徑流的度量方法 徑流的度量指標(biāo) 徑流深度（R）：將徑流總量均勻平鋪在整個(gè)流域面積上所相當(dāng)?shù)乃畬由疃?。單位：mm（注意各個(gè)參數(shù)的單位）AQTAWR10001000第五節(jié) 徑流u三、徑流的度量方法 徑流的度量指標(biāo) 徑流模數(shù)（M）：流域出口斷面流量與流域面積的比值。單位：m3/（skm2）AQM 第五節(jié) 徑流u三、徑流的度量方法 徑流的度量指標(biāo) 徑流系數(shù)（a）：某一時(shí)段的徑流深度（R）與相應(yīng)的降水深度（P）的比值。(01）PR第五節(jié) 徑流u四、影響因素 1 氣候因素：決定性因素 降水：Q一定，雨強(qiáng)，歷時(shí)，產(chǎn)流，流量過(guò)程線尖瘦 蒸發(fā)：土壤水分大多用于蒸發(fā)，干旱地區(qū)用于蒸發(fā)的降水量大 于濕潤(rùn)地區(qū)用于蒸發(fā)的降水量第五節(jié) 徑流u四、影響因素 2 下墊面因素 地理位置：經(jīng)緯度、海路分布、地貌、植被等 地形：坡度，切割水深 ，匯流時(shí)間，地面徑流損失量， 流量 流域形