水文学整理重点

绪论水文学：研究地球上水的科学就是水文学（Hydrology)。具体来说，水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动和变化规律，以及与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。各种不同的水体是水文学的主要研究对象；水文循环是水文学的核心内容；人类活动的水文效应是现代水文学研究的重要内容。水文学体系基础学科：研究的水体对象划分：（河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、地下水文学等）应用学科：工程水文学、农业水文学、土壤水文学、森林水文学、城市水文学水文现象的主要特点：（1）水文循环永无止境（2）水文现象的周期性和随机性（3）水文现象区域上的相似性和差异性第一章水文循环过程包括蒸发、降水、径流3个阶段和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流5个环节。水文循环概念：是指地球上各种形态的水,在太阳辐射和地心引力等作用下，以蒸发﹑水汽输送、凝结降水、下渗和径流等方式进行周而复始的运动过程。水循环类型：海陆间水循环：是指从海洋表面蒸发的水汽,被气流带到大陆上空,在适当的条件下,以降水的形式降落到地面后,其中一部分蒸发到空中,另一部分经过地表和地下径流又流到海洋,这种海陆间的水循环又称大循环。海洋小循环：海上内循环，就是海面上的水份蒸发成水汽，进入大气后在海洋上空凝结，形成降水，又降到海面的过程。陆地小循环：是指陆面水分的一部分或者全部通过陆面、水面蒸发和植物蒸腾形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陆地上，从而完成的水的循环过程。（可以再分为大陆外流区小循环和内流区小循环）水文循环的作用与效应：表层结构、气候、地表形态、生态、水资源和水能资源。土壤蒸发：土壤蒸发是发生在土壤孔隙中的水的蒸发现象，它与水面蒸发相比较，不仅蒸发面的性质不同，更重要的是供水条件的差异。土壤蒸发是土壤失去水分的干化过程，据土壤供水条件差别及蒸发率的变化，分三个阶段：（1）定常蒸发率阶段（2）蒸发率下降阶段（3）蒸发率微弱阶段形象因素：土壤孔隙性、地下水位、温度梯度等水汽输送（我国水汽输送4个通道）降水四要素：降水（总）量、降水历时与降水时间、降水强度、降水面积。降水的影响因素：主要有地理位置、大气环流、天气系统、下垫面条件等下垫面条件的影响：地形：坡向与降水（迎风坡多雨）、高度与降水（地形的抬升增雨并非无限制的，当气流被抬升到一定的高度后，雨量达最大值。此后雨量就不再随地表高程的增加而继续增大，甚至反而减小。）下渗下渗动力：地表水沿岩土空隙下渗是在重力、分子力和毛管力综合作用下形成的。根据下渗过程作用力组合变化及运动特征可分成三个阶段：①渗润阶段②渗漏阶段③渗透阶段径流据径流过程及途径不同，可将径流分为三种，即地面径流、地下径流及壤中流。流域对降水的再分配作用表现径流成分分配：它主要是在水分垂直运行中，通过下垫面而发生的，将降水分配成为不同的径流成分。有拦截、填洼、下渗径流时程分配：它是通过水分侧向运行而体现出来的。形成出口断面的流量过程。第二章（一）河流的分段（黄河）每一条河流都有河源与河口，而较大河流的流程通常按地质━━地理特征分成上、中、下游三段，即河流共分成五段。河流分段依据主要有：a、按河槽的纵比降划分；b、按河槽的形态与组成物质划分；c、按地貌形态划分；d、按支流的汇集和河道的弯曲状况及流向（二）河流特征参数①河流落差：指河流上、下游两地的高程差。河源与河口的高程差，即为河流的总落差。某一河段两端的高程差，称之为河段落差。②过水断面：是指某一时刻水面线与河底线包围的面积。弯曲系数侵蚀基准点：侵蚀基准面可以是能控制河流出口水面高程的各种水面，如海面、湖面、河面等，也可以是能限制河流向纵深方向发展的抗冲岩层的相应水面。这些水面与河流水面的交点称为河流的侵蚀基点（三）水力半径R（R=F/P）过水断面面积F，湿周P（即过水断面上被水浸湿的河槽部分）（四）径流的特征值及其计算（流量、年径流总量、径流深度、径流模数、径流系数）。某闭合流域面积为1000km2，多年平均流量为12m3/s，多年平均蒸发量为380mm。求各径流的特征值？该流域位于干旱地区、湿润地区还是其它地区？（五）洪水波的推移和变形（1）展开变形：波长不断加大，波高不断减小，洪峰流量减小。（2）扭曲变形：洪水波前段长度不断减小，比降不断增大；波后段长度逐渐增大，比降逐渐平缓。（六）河水环流运动的类型4种纵轴环流：旋转轴呈水平状并基本上与主流方向平行。它多与主流结合在一起，形成螺旋流。横轴环流：旋转轴呈水平状，但与纵向主流垂直斜轴环流：旋转轴与河流流向有一个夹角，实际是横轴环流的特例。竖轴环流：旋转轴成铅直方向，与主流及河底垂直。是相对封闭的回旋流。（七）输沙模数、侵蚀模数。侵蚀模数：地表每平方公里面积上，每年侵蚀下来的泥沙数量。地表（主要指土壤层）被侵蚀的泥沙量，这部泥沙虽从土壤表层移动，但有相当部分没有进入河槽，没有流出出口断面。输沙模数：河流某断面以上单位面积上所输移的泥沙量，（t/km2·年）从河口（或过水断面）流走的泥沙量，远远小于侵蚀量，是通过河水中的含沙量来计算的。第三章（一）含水介质：指既能透水，又饱含水的多孔介质。（二）含水层：指贮存有地下水，并在自然状态或人为条件下，能够流出地下水的岩土体，如砂层、砂砾石层等。（三）隔水层：含水但几乎不透水或透水能力很弱的岩体。如致密的火成岩、变质岩以及孔隙细小的页岩和黏土岩等均是良好的隔水层。（四）容水性1、定义：指岩土体容纳水量的性能，主要取决于岩土体的空隙量。2、容水度：岩土体完全饱和时所能容纳的最大的水体积与岩土体体积的比值。容水度与孔隙度相当，但对膨胀性粘土，容水度大于孔隙度。3、相对含水量4、影响因素：孔隙度（五）持水性1、定义：指在重力作用下，饱水岩土体能自由排出一定水量的性能2、给水度：饱水岩土体在重力作用下，能自由排出的水的体积与岩土总体积之比。3、影响因素：孔隙直径（六）透水性1、定义：指在一定条件下，岩土体允许水通过的能力。用渗透系数“K”表示，单位为（cm/h，m/h，或m/d）。2、影响因素：首先与空隙的直径大小和连通性有关，其次才是空隙的多少。（七）容水性、持水性和透水性的联系和区别1、给水性与持水性的区别；（水分子的型式不一样；空隙直径大小对二者的影响相反）2、容水性、给水性和持水性三者的关系；（容水度=给水度+持水度）%100%100VVWWn岩石总体积容水体积%100%100nWwVVK总空隙体积实际含水体积%100%100VVV岩石总体积排出水的体积3、容水性与持水性的区别；（水分子的型式；容水性主要取决于空隙度的大小，持水性主要受空隙（或孔隙）直径的大小的影响。）4、给水性与透水性的区别（定义；计量单位）地下水系统的垂直结构（八）上层滞水1、定义：存在于包气带中，局部隔水层以上的重力水。2、特征：（1）、存在于包气带中，周围被空气所包围。（2）、没有连续的水面，没有稳定的隔水层，蓄水是分散的。接受大气降水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。（3）、分布范围小，水量少，开发利用的保证率低。主要出现在雨季，供季节性开发利用。（4）、动态变化大(水位、水量、水温、化学成分和矿化度…)（九）潜水1、定义：饱水带中自地表向下第一个具有自由表面的含水层中的重力水，称为潜水。2、潜水的特征值（1）、潜水位（h）指自由水面的高程，可以是绝对高程或相对高程。（2）、埋藏深度（D）地面至水面的距离。D=H(地面)－H(水面)（3）、含水层厚度（M）：潜水面至隔水层的距离M=H(水面)－H(底)3、潜水的特征：（1）分布区与补给区一致（2）潜水通过饱气带与大气圈和地表水圈发生联系，动态变化大；（3）潜水排泄有径流排泄和蒸发排泄两种形式；（4）具有自由水面，潜水面不是水平的。4、潜水的分布及其埋藏深度第四纪松散沉积物的孔隙中和出露于地表的裂隙中。如洪积扇、冲积平原、河流阶地和山麓地带。（十）承压水1、定义：埋藏于两个隔水层之间的含水层中的水为承压水，水体承受静水压力，没有自由水面的重力水。2、特点：（1）承压性（2）分布区与补给区不一致（3）受外界影响小，动态变化稳定（4）排泄形式多样（5）水质类型多样、变化大3、几种形式的承压水（1）、自流盆地：多出现在向斜构造的岩层中A、补给区：出露较高的地表面，补给水源多来自于降水或河水（补给区有河流通过时）。B、排泄区：出露地表较低的位置，以潜水或泉水的形式出露。C、承压区：介于补给区与排泄区之间，这部分水体有压力。（2）、自流斜地（分三种情况）A、山前倾斜斜地的承压水B、尖灭的含水层承压水：由于岩石性质的变化，含水层在隔水层中尖灭而形成的。特点：补给区与排泄区一致。C、含水层末端受阻水断层或岩体封闭的承压水：含水层的一端出露于地表，形成补给区，另一端沿断层为排泄区，排泄水往往为上升泉，泉水可能沿断裂带分布。PS：注意上层滞水、潜水和承压水的埋藏条件区别（十一）裂隙水（形成条件及其动态特点）裂隙水埋藏和分布极不均匀；裂隙水动力性质比较复杂；基岩裂隙发育具有明显的分带性，裂隙水在垂直方向上亦存在分带现象。（十二）岩溶水（形成条件及其动态特点）空间分布不均匀；水流动态不稳定；地表径流和地下径流，无压流和有压流相互转化（十三）洪积扇中的潜水的形成条件及分带特征（十四）地下水的主要补给水源（大河不同的地方补给水源不同）1.降水入渗补给(降水入渗系数a)地表水和地下水的互补关系2.地表水入渗补给3.地下水的人工补给（十五）地下水的排泄：1.点状排泄——泉（上升泉、下降泉）上升泉：水受静水压力而流出地表（水量稳定，水温年变化小）下降泉：水在重力作用下流出地表（水量、水温呈明显的季节性变化）2.线状排泄——河流、湖泊3.面状排泄——蒸发（十六）达西定律Q-渗透流量；A-过水断面面积；△h-水头损失（H1-H2）；L-渗流途径；K-渗透系数；I-水力梯度（△h/L）渗透速度第四章（一）异重流异重流是两种重率不同的流体相汇合，由于重率的差异而发生的相对运动。在运动过程中，各层流体能保持其原来的特性，不因交界面上的紊动作用而发生全局性的掺混现象。水流比重差异多数是由于水温、含沙量、溶解质的含量不同所致。形成过程：清浑水的重量差是形成水库异重流的根本原因。kAILhkALHHkAQ21kIAQV/（二）沼泽沼泽：陆地上潮湿积水、喜湿性植物大量生长并有潜育层发育的地方。潜育层：指在整个土体或土体下部，土壤长期处于水分饱和，缺乏空气的还原状态，如二价Fe、Mn，从而形成一层颜色呈兰灰或青灰色的还原土层。它是季节性灌溉水渗淋下形成的，它既有物质的淋溶，又有耕层中下淋物质的淀积。第五章（一）冰川对气候的影响1、冰川表面的气温通常比非冰川表面的要低2℃左右，而湿度却高得多；气温低、湿度大，水汽就容易饱和，有利于降水的形成，因而有冰川覆盖的山区降水量要高于无冰川覆盖的山区。2、山岳冰川，规模较小，只对附近地区的气候产生影响。而大陆冰川对气候影响的范围要广得多甚至影响全球气候。如南极大陆冰川本身是一巨大“冷源”，在那里可形成强大稳定的反气旋，使南半球保持强劲和稳定的极地东风带。同时，稳定的冷高压使气旋难以深入南极大陆，故在南极冰盖中心部分降水量仅约数十毫米，几乎与撒哈拉沙漠相当。（二）冰川对水循环和河流水情的影响1、冰川进退将影响海平面升降2、冰川常成为河流的发源地，冰川融水对河川径流起着重要调节作用。（三）冰川作用是塑造地表形态重要外营力。（四）冰川的进退不仅影响着气候、水文、地形，而且也影响着生物和土壤冰川推进时，将毁灭它所覆盖地区的植被，动物被迫迁移，土壤发育过程也将发生中断，自然地带将相应地向低纬和低海拔地区移动。冰川退缩时，植被、土壤将重新发育，自然地带也相应地向高纬和高海拔地区移动。第六章（一）海水的化学组成多种盐类物质，主要是NaCl（77.7%）和MgCl2（10.9%），其次是硫酸盐类（10.8%）。已发现80多种化学元素其中Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、Si、F等12种元素占海水化学元素总含量的99.8-99.9%。