水文学原理课件(第一章).

第一章绪论(Introduction)本章主要内容水文学的研究对象1水文学的发展动力2水文学的分支学科3本课程内容及学习方法4水是人类生活必需品，同样也是社会生产资料人类社会因水而得以延续，无水就会消亡；水是地球系统中的水圈、大气圈、岩石圈、生物圈和人类圈相互联系的桥梁，是多种物质交换的载体。大气圈洪水与干旱水圈岩石圈人类圈生物圈地质灾害水资源生态环境AerosphereBiospherelithosphereAnthroposphereHydrosphere水问题的出现(60年代初)人口的快速增长工、农业的迅速发展人类活动的加剧起因水资源的量和质都不能满足需求水多、水少、水脏以及由水而引发的地质灾害问题水资源的短缺是人类今天面对的重要问题之一，它影响着数以百万计人的生计引发的水问题水问题已成为世界关注的问题水资源短缺及水环境恶化是全球性的大问题，据世行预测，按现有的耗水模式及速率，至2025年全球2/3的人将生活在水资源短缺之中。世行为解决水资源、环境问题而投放到发展中国家的资金为每年700-800亿美元，全球需求量在未来15年内将增加2倍.联合国(UN)---IHD(65-74)/IHP相关的国际或地区性的组织IAEA/UNDP/UNESCO非政府组织的广泛的关注FourmajorwaterissuesinChinaFloodsDroughtsSoilandwaterlossesWaterpollutionmorelessturbiddirty洪涝灾害频繁水多南京市(Nanjing)Floods水资源短缺突出水少Droughts2000年以来中国旱情实况时间涉及省市旱情2011长江中下游地区湖南、湖北、江西、江苏、安徽等地发生严重干旱2010西南五省旱灾云南、贵州、广西、重庆、四川5省（区、市）耕地受旱面积1.01亿亩，占全国的84%，作物受旱7907万亩，2088万人、1368万头大牲畜因旱饮水困难(分别占全国的80%、74%).2009我国多省遭遇严重干旱连续3个多月，华北、黄淮、西北、江淮等地15个省、市未见有效降水。冬小麦告急，大小牲畜告急，农民生产生活告急。不仅工业生产用水告急，城市用水告急，生态告急.2008云南连续近三个月干旱云南省农作物受灾面积现已达1500多万亩。仅昆明山区就有近1.9万公顷农作物受旱，13多万人饮水困难。200722个省发生旱情全国耕地受旱面积2.24亿亩，897万人、752万头牲畜发生临时性饮水困难。中央财政先后下达特大抗旱补助费2.23亿元.2006重庆发生百年一遇旱灾全市伏旱日数普遍在53天以上，12区县超过58天。直接经济损失71.55亿元，农作物受旱面积1979.34万亩，815万人饮水困难.2005华南南部现严重秋冬春连旱云南发生近50年来少见的严重初春旱2004我国南方遭受53年来罕见干旱造成经济损失40多亿元，720多万人出现了饮水困难.2003江南和华南、西南部分地区发生严重伏秋连旱湖南、江西、浙江、福建、广东等省部分地区发生了伏秋冬连旱，旱情严重2000多省干旱面积大，受灾面积6.09亿亩，成灾面积4.02亿亩，建国以来最为严重的干旱之一.水土流失严重水浑Soil&waterlosses水污染严重水脏Waterpollution气候变化是自然演化还是“人祸”？1861-2000年全球地表平均气温距平（对1961-1990年平均值，IPCC，2001）186018801900192019401960198020000.60.40.20-0.2-0.4-0.6温度距平（℃）80年代起明显变暖气候变化是自然演化还是“人祸”？近百年中国平均气温上升了0.5－0.8℃20世纪90年代是近百年来最暖时期之一186018801900192019401960198020001.00-1.00.5-0.5温度距平（℃）如何考虑全球变化影响的水循环?气温升高蒸发增加吗？如果蒸发增加降雨量为什么不增加？大气中水汽储量增加吗？大气中水汽储量增加为什么气候变干燥？第一节水文学的研究对象将研究地球系统中水的运动、循环和时空分布规律，水的自然和社会属性，水与生态环境相互关系以及在水旱灾害防治、水资源合理开发利用和水环境保护中的应用的科学，称为水文学。（1）水文学的定义揭示地球系统中水的运动规律，水的循环机理和水的时空分布特点；探讨水的自然和社会属性；揭示水与生态环境的相互关系，污染物在水中的变化规律；研制在防灾减灾、水资源利用，水环境保护及工程建设中必须的水文水利计算技术。（2）水文学的研究内容第一节水文学的研究对象（3）水文学的性质水文学的三元性技术科学自然科学社会科学第一节水文学的研究对象第二节水文学的发展动力“Noonecanbereallymasterofanyscienceunlesshestudiesitsspecialhistory!”--------byComte（1）水文学发展简史“1674年，法国人(Perreault)首先开始水文学的定量研究。法国塞纳河流域：径流系数为1/6UNESCO和WMO将“1674”年定为水文学的生日第二节水文学的发展动力（1）水文学发展简史萌芽时期原始水文学公元1600年以前奠基时期实验水文学公元1600～1900年实践时期应用水文学公元1900～1950年现代化时期现代水文学1950年至今第二节水文学的发展动力（1）水文学发展简史（1）水文学发展简史公元1600年以前萌芽时期奠基时期实践时期现代化时期埃及：约3200BC最早的农业灌溉；约2900BC最古老的重力坝KingScorpion’cuttingthefirstsodofanirrigationcanal(bycourtesyofAshmoleanMuseum,Oxford)Saddel-KafaraDam(2900B.C.)(bycourtesyofMrs.G.Murray)（1）水文学发展简史奠基时期实践时期现代化时期中国：约2280BC大禹治水，兴修水利DiagrammaticchartoftheriversystemofWestChinafromFuYin’sYukungshuotuan(bycourtesyofJosephNeedham)公元1600年以前萌芽时期萌芽时期奠基时期实践时期现代化时期希腊：约600BC～300BC全球水文循环概念的提出ThalesPlatoAristotlePositionofelementsaccordingtoAristotle(bycourtesyofNyCarlsbergGlyptoted,Copenhagen)公元1600年以前（1）水文学发展简史（1）水文学发展简史萌芽时期奠基时期实践时期现代化时期公元1600年以前罗马：约100BC～200AD水文观测的实现Vitruvius’methodforlocatingwaterThefirstcorrectmeasurementofstreamflowbyHeroofAlexandria(reconstructedbyArthurH.Frazier)（1）水文学发展简史萌芽时期奠基时期实践时期现代化时期意大利：1500AD达芬奇对水文循环的认识－河水来源于降雨LeonardodaVinci’sconceptofthehydrologiccycle公元1600年以前（1）水文学发展简史奠基时期萌芽时期实践时期现代化时期以牛顿力学为基础的古典科学得到极大发展1856年，DarcyLaw1871年，St.VenantEquationGroup公元1600-1900（1）水文学发展简史萌芽时期实践时期现代化时期关注水流运动、水文循环、水文现象方法观测、实验、计算、形成概念公元1600-1900奠基时期实践时期萌芽时期奠基时期现代化时期工程水文学的兴起与发展（1）水文学发展简史公元1900-1950萌芽时期奠基时期现代化时期工程水文学的兴起与发展19001911Thiessien多边形法1924皮尔逊-3型曲线1935Theis井方程1935马斯京根法1945Horton河流定律1948Nash汇流模型1960斯坦福模型1961水箱模型1967森林水文学1968河道水力演算模型1971萨克拉门托模型1972地下水模型1974地下水水质模型1985SHE模型1990s陆面过程模型1970s遥感技术应用1970s数字高程模型2000s流域生态水文学•洪水监测及预报•流域水文模型与预测•农业灌溉•生态保护•水资源演变（1）水文学发展简史公元1900-1950实践时期（1）水文学发展简史现代化时期萌芽时期奠基时期实践时期河道汇流坡地汇流基本计算单元（等高带）123945q2q3q4q668q57Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9q1OverlandFlowChannelFlowSub-watershedContourBand水平结构Horizontalstructure河道汇流坡地汇流基本计算单元（等高带）123945q2q3q4q668q57Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9q1OverlandFlowChannelFlowSub-watershedContourBand河道汇流坡地汇流基本计算单元（等高带）123945q2q3q4q668q57Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9q1OverlandFlowChannelFlowSub-watershedContourBand水平结构Horizontalstructure垂向结构Verticalstructure垂向结构Verticalstructure公元1950以后（1）水文学发展简史萌芽时期奠基时期实践时期WaterCrisis-----WaterResourcesHydrologyWaterPollution-----EnvironmentalHydrology1986,Eagleson,GlobalScaleHydrologyGCM:GlobalCirculationModelEcohydrology现代化时期公元1950以后（2）水文学的发展动力经济社会的发展需要水文学的发展动力人类追求真理的目标（2）水文学的发展动力全国洪灾年均损失占同期GDP的1.8%，是美国的60倍;全国旱灾年均损失占同期GDP年均：1.1%，严重干旱年：2.0%;水资源短缺:人均水资源量：2148m3年缺水：300~400亿m3缺水城市：60%城市缺水干旱造成粮食减产：200亿kg/年旱涝灾害和水资源短缺问题突出（2）水文学的发展动力《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020）》中明确将重大自然灾害的监测与防御作为涉及国家公共安全领域的优先支持主题。2006年国务院发布《国家突发公共事件总体应急预案》和5个自然灾害类突发公共事件专项应急预案，将水旱灾害列为自然灾害类突发公共事件的首位。（3）水文学发展的新机遇国际世界气候计划环球大气计划国际地球物理年国际水文计划国际生态计划国际岩石圈计划人与生物圈计划全球环境变化的人文科学研究计划（HDP）国际地圈与生物圈计划国际减灾十年国内土壤—植物—大气界面水分输移过程水文循环界面过程数字黄河数字长江第三节水文学的分支学科按照理论或应用划分水文学理论应用水文学原理应用水文学水文学地球流域河口海岸大气地下含水层冰川湖泊水库河流河流水文学湖泊（水库）水文学冰川水文学地下水水文学水文气象学河口海岸水文学流域水文学全球水文学按照所研究水体划分第三节水文学的分支学科河流(River)Potamology(RiverHydrology)湖泊(Lake)Limnology(LakeHydrology)水库(Reservoir)冰川(Glacier)(GlacierHydrology)地下水(GroundwaterHydrology)中国地下水问题过量开采南方1991亿方