第二章-流域徑流形成過程教材

第二章流域徑流形成過程2.1、概述2.2、河流與流域2.3、降水2.4、下滲主要內容第二章流域徑流形成過程2.5、蒸散發(fā)2.6、徑流2.1、概述徑流：是指降水形成的沿著流域地面和地下向河川、湖泊、水庫、洼地等處流動的水流地表徑流：沿著地面流動的水流地下徑流：沿著土壤、巖石孔隙流動的水流河川徑流：水流匯集到河流后，在重力作用下沿著河道流動的水流降水

P蒸發(fā)E地面徑流RSEP陸地海洋蒸騰E水汽輸送水汽輸送

水汽凝結水文循環(huán)地下徑流Rg下滲F2.1、概述徑流蒸發(fā)水汽輸送降雨下滲循環(huán)2.1、概述概化的水文循環(huán)——簡單的理解成垂向和水平（側向）運動2.1、概述

徑流過程是地球上水文循環(huán)中最為重要的一環(huán)。在水文循環(huán)中，陸地上降水的34%轉化為地面徑流和地下徑流匯入海洋。活躍因子：降水、下滲、蒸發(fā)2.1、概述降水、下滲、蒸發(fā)是地球上水文循環(huán)中最活躍的因子，也是徑流形成的主要影響因素。流域是降水的承受面，也是蒸發(fā)的逸出面，也是徑流形成的下墊面。流域的主要功能是將降水轉化為徑流，流域的基本特征是形成徑流量大小及其變化過程的重要影響因素。河流是徑流的重要通道，在水文循環(huán)中，河流是陸地和海洋之間進行水量橫向交換的路徑之一本章內容：流域河流→降水、下滲、蒸發(fā)→徑流形成過程及其表示方法2.2、河流與流域第二章流域徑流形成過程2.2.1河流

2.2.1.1河流的形成和分段一條河流可分為河源、上游、中游、下游及河口五段。長度最長或水量最大者作為干流，匯入干流的為一級支流，匯入一級支流的稱二級支流，其余類推。

2.2、河流與流域

河源：河流的發(fā)源地，多為冰川、泉水、溪澗、湖泊或沼澤等。2.2、河流與流域

中游：河段坡度減緩，河槽變寬，兩岸常有灘地，河床較穩(wěn)定。2.2、河流與流域

下游：河流最下段，一般處于平原區(qū)，河槽寬闊，淤積明顯，淺灘和河灣多。2.2、河流與流域

河口：河流注入大?；騼汝懞吹牡囟?，因流速驟減，泥沙大量淤積，往往形成三角洲。2.2、河流與流域2024/3/2425黃河河口2.2、河流與流域2.2.1.2河流的基本特征①河流長度L（km）：自河源沿河道至河口的長度稱為河流長度，或稱河長，可在大比例地形圖上用曲線儀或小分規(guī)量出。

河長作用：是河流特性的基本參數(shù)，可確定河流落差、比降和能量。

2.2、河流與流域河源河口2024/3/2430左、右岸：面向下游，位于身體左側的河岸為左岸，右側的河岸為右岸。凹、凸岸：彎曲河段沿流向的平面水流形態(tài)呈凹形的岸為凹岸，相反稱凸岸凹岸凹岸凸岸凸岸②河流的平面形態(tài)2.2、河流與流域落差：河段兩端的河底高程差

河道縱比降J

：當河段縱斷面比降相同時:

當河流縱斷面各段比降不同時:③河流的縱斷面：2.2、河流與流域l1l2l3l4l5L圖1－1河道縱比降計算示意圖ω1ω2h5h3h4h1h2h0ω1

=ω2

2.2、河流與流域

流動的水體與容納流水的河槽是構成河流的兩個要素。河槽亦稱河床，枯水期水流所占部位為基本河床，或稱主槽；洪水泛濫及部位為洪水河床，或稱灘地。

④河流的橫斷面河流橫斷面的一般形狀2.2、河流與流域2.2、河流與流域2.2.2水系2.2、河流與流域2.2、河流與流域2.2、河流與流域2.2.3流域2.2、河流與流域流域：河流某一橫斷面以上匯集地面水和地下水的區(qū)域稱為流域。流域的周界稱為分水線分水線：流域四周地面最高點的連線，通常就是流域四周山脈的脊線。例如，降落在秦嶺以南的雨水流入長江，降落在秦嶺以北的雨水則匯入黃河，秦嶺便是長江和黃河的分水嶺。對較小流域而言，其間雖無山嶺，但有地形上的脊線，也構成分水線。

2.2、河流與流域2.2、河流與流域地面分水線與地下分水線重合，這樣的流域稱為閉合流域。地面分水線與地下分水線不一致的流域稱為不閉合流域。

2.2、河流與流域不閉合流域2.2、河流與流域①流域面積F（km2）:流域面積是流域的主要幾何特征。通常先在適當比例尺的地形圖上定出流域分水線，然后量出它所包圍的面積。

分水線流域面積河流2.2、河流與流域

②河網密度:單位面積內的河流總長度稱為河網密度。它表示一個地區(qū)河網的疏密度。

河網2.2、河流與流域③流域長度L（km）

河流流域面積1.以河口為圓心繪制同心圓。2.做同心圓弧割線交于流域周線。3.通過割線中點作流域軸線，其長度為流域長度。作用：流域長度越大，匯流時間越長，洪峰流量越小，利于下游防洪。2.2、河流與流域④流域平均寬度，B，km

定義：流域面積與流域長度的比值

B＝F/L

作用：B越小，流域形狀越狹長，水流越分散，形成的Qm越小，洪水過程線越平緩；若B≈L，則流域姓張近似方形，水流越集中，形成的Qm越大，洪水過程越集中。流域形狀系數(shù)，K

定義：流域平均寬度與流域長度的比值

K=B/L=F/L

2

作用：K越大，流域形狀近似于扇形，洪水過程越集中，形成尖瘦型洪水過程線，；K越小，流域形狀越狹長，洪水過程越平緩，形成矮胖型洪水過程線。2.2、河流與流域⑤流域平均高度H（m）與平均坡度J：將流域劃分成100以上的正方格，定出每個方格交叉點上的高程及坡度，這些格點的高程和坡度的平均值為流域平均高度和平均坡度。流域平均高度直接影響流域的氣溫與降水，流域平均坡度對徑流的產流、匯流、下滲、土壤流失等有很大的影響。

⑥流域的自然地理特征：流域的地理位置、氣候、地形、植被、土壤特性，地質構造，沼澤及湖泊情況等，都是與流域水文特性密切有關的。2.2、河流與流域降水：是指液態(tài)或固態(tài)水汽凝結物從云中降落到地面的現(xiàn)象。降水要素：降水量、降水歷時、降水強度、降水面積和暴雨中心。降水等級：24h降水量達到和超過50mm的降水量稱為暴雨。2.3降水Precipitation24h雨量（mm）＜0.10.1~1010~2525~5050~100100~200＞200等級微量小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨2024/3/2449降水量降水歷時降水強度定義：一定時段內降落在某一點或某一面上的水層深度，P，mm降水量分類：點降水量與面降水量常用降水量：日降水量、次降水量、年降水量、多年平均降水量等降水量分級：定義：降水持續(xù)的時間，min，h或d定義：單位時間的降水量，i，mm/h或mm/min降雨強度：單位時間的降雨量，簡稱雨強瞬時雨強與平均雨強2.3降水Precipitation降水面積暴雨中心定義：降水籠罩的水平面積，km2定義：暴雨量最大的較小局部區(qū)域降水三要素：降水量、降水歷時和降水強度2.3降水Precipitation2.3.1基本概念

在一定溫度下，空氣中最大的水汽含量稱為飽和濕度。

如果空氣中的水汽達到飽和濕度，就說這團空氣處于飽和狀態(tài)。

在一定水汽含量下，空氣達飽和狀態(tài)時對應的溫度稱露點溫度。

空氣中水汽量超過飽和濕度，則達到過飽和狀態(tài)。具有均勻的溫濕特性，在氣壓場作用下向同方向移動的大氣稱為氣團。2.3降水Precipitation

空氣達到飽和的原因是空氣溫度下降至露點溫度以下。水汽在過飽和狀態(tài)下是不穩(wěn)定的，多余的水汽很容易凝結成水。充足的水分、強烈持久的空氣上升動力冷卻是降水的充分必要條件，而造成空氣冷卻的主要原因是氣團抬升，氣壓下降，體積膨脹耗能。降水的成因2.3降水Precipitation

降水常按照使空氣抬升而形成動力冷卻的原因分為對流性降水、地形性降水、鋒面性降水和氣旋性降水，習慣上把它們分別稱為對流雨、地形雨、鋒面雨與氣旋雨。降水的分類2.3降水Precipitation對流雨降雨的分類氣旋雨地形雨鋒面雨

對流雨:是因地表局部受熱而發(fā)生垂直上升運動所形成。因上升速度較快，形成的云多為垂直發(fā)展的積狀云，降雨強度大，雨面不廣，歷時較短。

2.3降水Precipitation2.3降水Precipitation

地形雨：地形雨是空氣在遷移途中，因所經地面的地形天然升高而被抬升時,受動力冷卻而成云致雨，地形雨降雨特性,隨空氣自身溫濕特性，運行速度以及地形特點而異。2.3降水Precipitation鋒面雨：兩個溫濕特性不同的氣團相遇來不及混合而形成一個不連續(xù)面，稱為鋒面或鋒區(qū)。鋒面與地面的交線稱為鋒線。習慣上統(tǒng)稱為鋒。鋒面活動產生的降水稱為鋒面雨。其特點是降雨范圍大，歷時長。

冷氣團向暖氣團方向移動并占據(jù)原屬暖氣團的地區(qū)，這種鋒稱為冷鋒；暖氣團向冷氣團方向移動并占據(jù)原屬冷氣團的地區(qū)，這種鋒稱為暖鋒，冷、暖氣團勢均力敵，在某一地區(qū)擺動或停滯的鋒稱為準靜止鋒，簡稱靜止鋒。

氣旋雨：當一地區(qū)氣壓低于四周氣壓時，四周氣流就要向該處匯集。氣流匯入后再轉向高層，上升氣流中的水汽因動力次序冷卻凝結成云，條件具備時，形成氣旋雨。2.3降水Precipitation2.4、下滲主要內容：（1）包氣帶和飽和帶（2）土壤水（3）下滲（4）地下水土壤水地下水下滲整個過程存在于包氣帶和飽和帶2.4、下滲(1)包氣帶和飽和帶地表土層為多孔介質，能吸收，存儲和向任何方向輸送水分。在地面以下，土壤處于飽和含水狀態(tài)，是以土壤顆粒和水分組成的二相系統(tǒng)，稱為飽和帶或飽水帶在地面以下地下水面以上，土壤含水量尚未達到飽和，是土壤顆粒、水分和空氣組成的三相系統(tǒng)，稱為包氣帶或通氣帶地面不透水層地下水面包氣帶飽和帶地下水面地面毛管懸著水帶毛管上升水帶中間帶(1)包氣帶和飽和帶殘積層溶提層淀積層母質層基巖2.4、下滲2.4、下滲(2)土壤水水文學中常把存儲于包氣帶中的水稱為土壤水，而將飽和帶中的水稱為地下水土壤水存在形式吸濕水薄膜水毛管水重力水土粒表面的分子對水分子的吸引力稱為分子力。由分子力所吸附的水分子稱為吸濕水。由土粒剩余分子力所吸附在吸濕水層外的水膜稱為薄膜水。土壤孔隙中由毛管力所持有的水分稱為毛管水。當土壤含水量超過土壤顆粒分子力和毛管力作用范圍而不能被土壤所保持時，在重力作用下沿著土壤孔隙流動，這部分水分稱為重力水2.4、下滲土壤水存在形式吸濕水薄膜水毛管水重力水土粒表面的分子對水分子的吸引力稱為分子力。由分子力所吸附的水分子稱為吸濕水。由土粒剩余分子力所吸附在吸濕水層外的水膜稱為薄膜水。地面地下水面中間帶毛管懸著水帶毛管上升水帶(2)土壤水2.4、下滲(2)土壤水——土壤含水量和水分常數(shù)實際工作中．為了便于同降雨、徑流及蒸發(fā)量進行比較與計算，將某個土層所含的水量以相應面積上的水層深度來表示土壤含水量，以mm計又稱為土壤濕度，它表示一定量的土壤中所含水分的數(shù)量。土壤含水量水分常數(shù)（6個）(1)最大吸濕量：在飽和空氣中，土壤能夠吸附的最大水汽量稱為最大吸濕量。它表示土壤吸附氣態(tài)水的能力。

(2)最大分子持水量：由土粒分子力所結合的水分的最大量稱為最大分子持水量。薄膜水厚度此時達到最大值。(6)飽和含水量：指土壤中所有孔隙都被水充滿時的土壤含水量，它取決于土壤孔隙的太小。介于田間持水量到飽和含水量之間的水量，就是在重力作用下向下運動的自由重力水分。2.4、下滲(4)毛管斷裂含水量：毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)開始斷裂時的含水量。當土壤古水量大于此值時．懸著水就能向土壤水分的消失點或消失面(被植物吸收或蒸發(fā))運行。(5)田間持水量：指土壤中所能保持的最大毛管懸著水量。當土壤含水量超過這一限度時，多余的水分不能被土壤所保持，將以自由重力水的形式向下滲透。(3)凋萎含水量：植物根系無法從土壤中吸收水分，開始凋萎，即開始枯死時的土壤含水量稱為凋萎含水量。2.4、下滲

下滲是水從土壤表面進入土壤內的運動過程。影響下滲過程的主要因素有降雨強度及歷時、土壤含水量、土壤構成情況等。下滲過程可用時段下滲量F（mm）和時刻下滲率f(mm/h)表示。(3)下滲(3)下滲——下滲的物理過程2.4、下滲

下滲的水分主要受分子力的作用，直至土壤含水量達最大分子持水量。水在毛管力和重力的作用下向下層滲透，直至土壤飽和。水在重力作用下呈穩(wěn)定運動。此時的下滲率稱穩(wěn)定下滲率。滲潤階段滲漏階段滲透階段a下滲的三個階段滲潤階段：

分子力滲漏階段：

毛管力滲透階段：

重力2.4、下滲(3)下滲——下滲的物理過程

單位時間內滲入單位面積土壤中的水量稱為下滲率或下滲強度，記為f，以mm／min或mm／h計。2.4、下滲(3)下滲——下滲率和下滲能力下滲曲線下滲累積曲線與時間t是非線性關系下滲率的變化規(guī)律，可用下滲公式或下滲曲線表達。如霍頓下滲公式參數(shù)f0、fc及β反映土壤特性，根據(jù)實驗資料推求。f（t）=（f0－fC）e－βt+fc

f0——初始下滲率；fc——穩(wěn)定下滲率(3)下滲——下滲率和下滲能力2.4、下滲tfcfofcft=fc+(fo-fc)e-t

霍頓下滲曲線2.4、下滲①當i1≥fp時,此時相當于充分供水的情況,各時刻均按下滲能力下滲。ti1i3i2②當i2≤fc時,此時下滲率取決于降

雨強度。③當fc<i3<fp時,此時下滲如圖下滲與雨強的關系fp③①②2.4、下滲

(4)地下水

廣義上的地下水指埋藏在地表以下各種狀態(tài)的水。2.4、下滲①包氣帶水②潛水③承壓水埋藏于地表以下、地下水面以上的包氣帶中，包括吸濕水、薄膜水、毛管水、滲透的重力水等埋藏于飽和帶中，處于地表以下第一個不透水層上，具有自由水面的地下水．稱為潛水，水文中稱為淺層地下水埋藏于飽和帶中，處于兩個不透水層之間，具有壓力水頭的地下水，水文中稱為深層地下水。按埋藏條件可分為

(4)地下水——地下水的特征由于潛水具有自由水面，通過包氣帶與大氣連通，所以不承受靜水壓力。潛水面與地面之間的距離為潛水埋藏深度，潛水面與第一個不透水層層頂之間的距離稱為潛水含水層厚度。2.4、下滲

1．潛水

2．承壓水

承壓水的主要特性是處在兩個不透水層之間，具有壓力水頭，一般不直接受氣象、水文因素的影響，具有動態(tài)變化較穩(wěn)定的特點。承壓水的水質不易遭受污染，水量較穩(wěn)定，是河川枯水期水量的主要來源。2.4、下滲承壓水含水層按水文地質特征可分為：2.4、下滲兩者對比

(4)地下水——地下水的特征2.1、概述2.2、河流與流域2.3、降水2.4、下滲主要內容第二章流域徑流形成過程2.5、蒸散發(fā)2.6、徑流

蒸發(fā)是水由液態(tài)或固態(tài)轉化為氣態(tài)的物理反應，是水分子克服了分子間的引力進入空氣的過程。影響蒸發(fā)過程的主要因素有水溫（或土溫）、空氣飽和差、風速等，它們分別影響到水分子的運動速度以及逸入空中后水分子向外擴散的速度。

蒸發(fā)量常用蒸發(fā)水層的深度（mm）表示。2.5蒸散發(fā)Evapotranspiration2.5、蒸散發(fā)2.5、蒸散發(fā)2.5、蒸散發(fā)蒸散發(fā)是水文循環(huán)中自降水到達地面后由液態(tài)或固態(tài)轉化為水汽返回大氣的階段。陸地上一年的降水約66％通過蒸散發(fā)返回大氣，由此可見蒸散發(fā)是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。水面蒸發(fā)土壤蒸發(fā)植物蒸發(fā)2.5、蒸散發(fā)在自然條件下，水面的水分從液態(tài)轉化為氣態(tài)逸出水面的物理過程，其過程可概括的分為水分氣化和水分擴散兩個階段（1）水面蒸發(fā)計算公式：E:水體天然水面的蒸發(fā)量，mmE器：蒸發(fā)器實測水面蒸發(fā)量，mmK：蒸發(fā)器折算系數(shù)觀測水面蒸發(fā)量的蒸發(fā)器有20cm口徑蒸發(fā)器、80cm口徑套盆蒸發(fā)器、還有埋在地下的60cm口徑帶套盆蒸發(fā)器（E601）。

這三者都屬于小型蒸發(fā)器皿，觀測到的蒸發(fā)量，都應乘一折算系數(shù)，才能作為天然水體蒸發(fā)量的估計值。折算系數(shù)隨蒸發(fā)皿（器）的類型而異，且與月份及所在地區(qū)有關。2.5、蒸散發(fā)20cm小型蒸發(fā)器2.5、蒸散發(fā)2.5、蒸散發(fā)2.5、蒸散發(fā)飄浮水面蒸發(fā)觀測試驗場

2.5、蒸散發(fā)2.5、蒸散發(fā)（1）水面蒸發(fā)---K的計算據(jù)研究，當蒸發(fā)器直徑大于3.5m時，其蒸發(fā)量與大水體天然水面蒸發(fā)量較為接近，因此，可用面積20m2或100m2大型蒸發(fā)池的蒸發(fā)量E池與同步觀測的蒸發(fā)量E器的比值作為折算系數(shù)：說明：折算系數(shù)K蒸發(fā)器直徑而變，也與蒸發(fā)器型式、地理位置、季節(jié)變化、天氣變化等因素有關指在自然條件下，土壤保持的水分從液態(tài)轉化為氣態(tài)逸出土壤進入大氣的物理過程。濕潤的土壤蒸發(fā)過程一般可以分為三個階段2.5、蒸散發(fā)（2）土壤蒸發(fā)氣象條件土壤含水量無影響影響因子含水量大含水量小含水量很小土壤蒸發(fā)

第一階段，土壤蒸發(fā)主要發(fā)生在表層，蒸發(fā)速度穩(wěn)定，其蒸發(fā)量接近蒸發(fā)能力。

第二階段，土壤表面局部地方開始干化，土壤蒸發(fā)一部分在地表進行，另一部分發(fā)生在土壤內部。蒸發(fā)速度逐漸降低，其蒸發(fā)量與土壤含水量成正比。

第三階段，當毛管水完全不能到達地表，土壤水分蒸發(fā)生發(fā)生在土壤內部，蒸發(fā)的水汽由分子擴散作用逸入大氣，蒸發(fā)速度緩慢。2.5、蒸散發(fā)在植物生長期，水分通過植物的葉面和枝干進入大氣的過程，又稱蒸騰。（3）植物蒸發(fā)氣孔是植物蒸騰失水的“門戶”，也是氣體交換的“窗口”。它是由一對半月形的細胞——保衛(wèi)細胞圍成的空腔。奇妙的是保衛(wèi)細胞的形狀是能夠調節(jié)的，氣孔既能張開，又能閉臺。2.5、蒸散發(fā)2.5、蒸散發(fā)（4）流域總蒸發(fā)流域總蒸發(fā)包括水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物截留蒸發(fā)和植物散發(fā)。但由于下墊面情況非常復雜，所以流域總蒸發(fā)量通常綜合估計，常用的方法有水量平衡法;如建立流域多年平均水量平衡方程：——多年平均蒸發(fā)量，mm——多年平均徑流量，mm——多年平均降雨量，mm2.1、概述2.2、河流與流域2.3、降水2.4、下滲主要內容第二章流域徑流形成過程2.5、蒸散發(fā)2.6、徑流2.6、徑流2.6.1徑流形成過程2.6.2徑流表示方法2.6.3我國河川年徑流分布和變化情況主要內容：2.6、徑流流域內，自降雨開始到水流匯集到流域出口斷面的整個物理過程。產流過程匯流過程坡面匯流河網匯流2.6.1徑流的形成過程（1）徑流過程

徑流形成過程中的從降雨扣除各項損失稱為產流階段；坡面匯流及河網匯流稱為匯流階段。2.6、徑流（2）產流過程植物截留下滲填洼蒸發(fā)P:降雨E:蒸發(fā)f:下滲R:徑流凈雨量：降雨量扣除損失后的雨量凈雨量=徑流量2.6、徑流（2）匯流過程地表徑流地下徑流壤中流坡面匯流

當降雨強度超過了土壤下滲能力時，產生的超滲雨沿坡面向低處流動，稱為坡面漫流。扣除植物截留、下滲、填洼后的雨量進入溪溝，最后成為流域出口徑流，這部分徑流稱為地面徑流。

表層土壤的含水量首先達到飽和后，繼續(xù)下滲的雨量沿飽和層的坡度在土壤孔隙間流動，注入河槽形成徑流，稱為壤中流（表層流）。

降落到地面上的水量向土中入滲，除補充土壤含水量外，逐步向下層滲透，如能達到地下水面，則成為地下徑流。坡面匯流→2.6、徑流不透水層不透水層不透水層R2R1fEP包氣帶通氣層徑流形成過程（流域產流）ΔVR3潛水層淺層地下水層R4深層地下水層壓力水層降水蒸發(fā)下滲植物截留與洼蓄地表徑流壤中徑流潛水深層地下水河流坡面匯流→

進入河網的水流，從上游向下游，從支流向干流匯集，最后全部先后流經流域出口斷面，這個匯流過程稱為河網匯流。坡面匯流河網匯流流域匯流過程流域出口河網匯流→2.6、徑流2.6、徑流2.6、徑流（二）徑流的表示方法1、流量1、流量2、徑流量3、徑流深4、流量模數(shù)5、徑流系數(shù)單位時間內通過某一斷面的水量成為流量，記為Q最高點流量成為洪峰，記為Qm

Q(m3/s)tW流量過程線

流量隨時間的變化過程，用流量過程線來表示。2.6、徑流2、徑流量Q2Q1Q0Qn-1Qnt2t1Tt0QW2、徑流量2.6、徑流時段T內的平均流量:徑流量：——時段平均流量2.6、徑流2.6、徑流2.6、徑流2.6、徑流2.6.3我國河川徑流分布和變化概況2.