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绪论水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。水文现象：水循环过程中，水的存在和运动的各种形态，统称为水文现象。水文现象的主要特点：1）水循环永无止尽；2）水文现象在时间变化上既有周期性又有随机性；3）水文现象在地区分布上既存在相似性，又存在特殊性。水文学的研究方法：成因分析法，以物理学原理为基础；数理统计法，以概率理论为基础；地理综合法，按照水文现象地带性规律和非地带性的地域差异，用各种水文等值线图表示水文特征的分布规律，或建立地区经验公式，以揭示地区水文特征。（P5）水循环：指地球上各种形态的水体，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、入渗及径流等各环节，不断的发生相态转变、能量交换的周而复始的运动过程。水循环机理：1）服从于质量守恒定律，整个循环过程保持着连续性，无头无尾，是物质与能量的传输、储存、转化过程且存在于每一环节；2）太阳辐射和重力作用，是水循环的基本动力。水的三态转化为水循环提供了前提条件；环境因素（地理纬度、海陆因素、地貌形态等）在一定程度上影响着水循环的路径、规模和强度；3）水循环涉及到整个水圈，并深入大气圈、岩石圈和生物圈；4）全球水循环是闭合系统，但局部水循环是开放系统；5）地球上的水在交替循环过程中，总是溶解并携带某些物质一起运动。水循环的基本类型（按不同途径与规模）：大循环：发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程；特点是在循环过程中，水分通过蒸发与降水两大基本环节，在空中与海洋，空中与陆地之间进行垂向交换，与此同时，又以水汽输送和径流的形式进行横向交换。小循环：发生于海洋或陆地与大气之间的水分交换过程。又称内部循环，前者为海洋小循环，后者为陆地小循环。海洋小循环包括海面的蒸发与降水；陆地小循环可分为大陆外流区小循环（存在于海洋之间的横向水分交换）和内流区小循环。（P43）水体的更替周期：指水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需的时间。特点：全球不同水体的更替周期都不相同。是反映水循环强度的重要指标，亦是反映水体水资源可利用率的基本参数。5水循环的环境效应（1）水循环参与了地球圈层构造（2）水循环与全球气候：2）水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者；2）水循环通过对地表太阳辐射能的重新再分配，使不同纬度热量收支不平衡矛盾得到缓解；、3）水循环的强弱及其路径，还会直接影响到各地的天气过程，甚至可以决定地区的气候基本特征（海洋环流系统的气候效应表现的最为强烈，如不冻港）。（3）水循环重新塑造了地表形态，还影响到地壳表层内应力的平衡，是触发地震，甚至引起地壳运动的重要原因。（4）水循环的强度及其时空变化，是制约一个地区生态环境平衡或失调的关键；是影响地区内生物有机体活动旺盛，繁茂，或凋萎、贫乏的主要因子。对同一地区来说，水循环强度的时空变化，又是造成本区洪涝旱等自然灾害的的主要原因。（5）水循环与水资源开发利用水量平衡：任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说收支平衡。（是质量守恒原理在水循环过程中的具体体现，也是地球上水循环能够持续不断进行下去的基本前提。）水量平衡方程：sdtdsQII为水量收入项；Q为水量支出项；s为研究区域的储水量；t为时间；s研究区域研究时段内储水量的变化量。1）不闭合流域：地下分水线与地面分水线不重合时的流域：2）闭合流域：地下分水线与地面分水线重合时的流域。水汽扩散：由于物质、粒子群等的随机运动而扩展于给定空间的一种不可逆现象。有质量、动量降水：降水是液态或固态的水汽凝结物，从云中下降至地面的现象。雨、雪、霰、雹等都是降水现象。降水量:一定时段内降落在某一面积上的总水量。降水历时：一场降水自始至终所经历的时间。降水时间：针对某一降水而言，时间是人为划定的。降水面积：降水所笼罩的面积。降水强度：单位时间内的降水量。也称雨强。降水过程线：一段时间内（日、月、年）的降水量随时间的变化过程。一般以直方图表示。它是分析流域产汇流的基本资料。降水累积曲线：以时间为横坐标，以自降水开始到各时刻降水量的累计值为纵坐标绘制的曲线，自记雨量计中的曲线即为降水累计曲线。强度-历时线：根据一场降水资料，统计其不同时段内最大平均雨强，然后以雨强为纵坐标，时间为横坐标绘制而成。同一场降雨中雨强与历时成反比。等雨量线：地区内降水量相等各点的连线。综合反映了一定时段内降水量在空间上的分布变化规律。面降水的计算：算术平均法泰森多边形法等雨量线法客观运行法影响降水的因素：地形条件:屏障作用和抬升作用；地面坡向，气流方向和地表高程。森林、水体：水面风速增大、气流辐散；随季节变化。人类社会活动可能最大降水：在现代的地理环境和气候条件下，特定的区域在特定的时段内，可能发生的最大降水量。第四节蒸发概念：水由液态转变为气态的过程。水面蒸发：供水充足情况下的蒸发；其主要影响因素为气候条件：水汽压差、风速、辐射、温度、气压、水深田间持水量：重力与毛管力平衡时，土壤的含水量。凋萎系数：蒸发式，由于水力梯度的存在，使土壤水向上运动；当毛管水蒸发完毕，只有吸附水时，蒸发停止；此时的水量称为凋萎系数。蒸发潜热：单位质量水体从液态变为气态吸收的热量。影响因素水汽压差风速辐射温度气压水深土壤蒸发影响因素：土壤结构，土壤色泽，地势，糙度植物蒸发影响因素：植物种类，土壤含水量、辐射、温度及风土壤水分测定方法：烘干法中子仪法伽马射线法潜在蒸发量：彭曼综合法蒸发散是土壤蒸发和植物蒸腾的总和，除受到能量补给和水汽传输影响以外，还受蒸发表面水分供给影响。计算蒸发散的方法与水面蒸发一样，但要考虑植被和土壤状况对蒸发的影响，从而需要修正。土壤干化过程A定常蒸发率阶段土壤含水量大于田间持水量，蒸发率相对稳定，其蒸发量等于或近似等于相同气象条件下的蒸发能力。B蒸发率下降阶段蒸发率随着含水量的减少而减小。土壤蒸发进入蒸发率明显下降阶段。蒸发速度主要取决土壤含水量,气象因素在于其次.C蒸发率微弱阶段土壤水由底层向土面的薄膜运动基本停止，土壤液体水供应中断，只能依靠下层水汽向外扩散，土壤蒸发在较深的土层中进行，其汽化扩散的速度主要与上下层水汽压梯度及水汽所通过的路径长短和弯曲程度有关。三、影响水汽输送的因素大气环流地理纬度海陆分布海拔高度地形屏障入渗：指水从地表渗入土壤和地下的运动过程。1入渗过程阶段划分（1）渗润阶段（2）渗漏阶段（3）渗透阶段2入渗水的垂向分布饱和带过渡带水分传递带湿润带3、入渗要素入渗率入渗能力（入渗容量）稳定入渗率（稳渗）入渗曲线及累积入渗量达西定律不同类型的圆筒和不同质地的土壤其渗透流量Q与圆筒横截面面积A和水力比降hw/L成正比，并与土壤透水性质有关影响入渗的要素：土壤性质：渗透性能及前期含水量降雨：强度、历时、降水时间及空间分布植被：枯枝落叶、土壤结构流域地形：坡度、坡型人类活动：双重性确定入渗速率的方法：入渗实验，人工模拟降雨张力入渗法径流谢才公式：v=CR1/2J1/2曼宁公式：v=1/nR2/3J1/2河系：河流水系的简称，它由干流和大大小小的支流交汇而成。河网密度：流域内河流的总长度与流域面积的比值。单位：km/km2。流域形状系数：2LARf径流：由流域上降水所形成的、沿着流域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地流动的水流。径流形成过程：从降水到达地面至水流从流域出口断面流出的物理过程。根据行成过程及径流途径不同，河川径流可分为地面径流、地下径流及壤中流。植物截留量：与降水量、植被类型及其结构、郁闭程度有关。坡地汇流过程坡面漫流：雨水在坡面上呈片状、细沟状运动的现象。坡面漫流的形态：层流：当流速较小时，各流层的液体质点都有条不紊的运动，互不混杂。紊流：当流速较大时，各流层的液体质点形成涡体，互相混掺。流量Q：单位时间内通过河流某一断面的水量。单位m3/s径流量W：一定时期内通过河流某一横断面的总水量。单位：m3径流深R：将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度mm。径流模数M：流域出口断面流量与流域面积的比值m3/s.km2。径流系数：某一时段的径流深与相应的流域平均降雨深度比值0~1。影响径流的因素：1气候因素降水、蒸发、气温、风、湿度等。2流域下垫面因素地理位置：如纬度、距海远近、面积、形状等。地貌特征：山地、丘陵、盆地、平原等。地形特征：坡度、坡向等。地质条件：构造、岩性。植被特征：类型、分布、水理性质等。3人类活动影响作业。。流域具有对降雨再分配的功能。流域产流：产流方式：1超渗产流：发生在地下水埋藏深，包气带厚度大，土壤透水性差，植被也较差的丘陵区或干旱地区。在降雨条件下，入渗锋面不超过0.5m，达不到整个包气带。特点：降雨强度大于入渗速率时才开始产流，净流量和产流面积随着降雨有增有减。2蓄满产流：主要发生在包气带较薄，植被较好，土壤透水性强，入渗强度大的地区。土壤比较湿润，接近地下水面毛管带，土壤缺水量小，一次降雨入渗锋面很容易与毛管水建立水力联系，包气带很容易达到饱和。降雨量和土壤前期含水量对径流起决定性作用。有饱和地面流、壤中流、地下径流。特点：先满足包气带最大蓄水的地方先产流。径流量和产流面积一直增大。同一降水量，前期土壤含水量越大，径流量越大。满足最大蓄水量之前，径流系数小于1.满足之后=1.3复合形式：土壤透水性中等，降水很不稳定，地下水位变幅大。壤中流：发生于非均质或层次性土壤中的透水层与相对不透水层界面上。当上层水流渗达两层交界面时，因下层土壤导水性能小于上层，出现饱和积水，当上层土壤含水量大于田间持水量时，在下层界面上形成自由水，随着上层继续供水，饱和水层继续增厚，从而形成壤中流。饱和情况下的壤中流是形成洪水径流的主要部分。地下径流：包气带较薄、地下水位较高时的地下水产流机制。饱和地面径流：表层土壤具有较强透水性情况下的地面产流机制（上层土壤未饱和，但降雨强度大于下层下渗率，形成壤中流，继而形成饱和地面径流）产生条件：要有供水；有足够大的供水强度；对壤中流和地下径流而言，还需要存在临时饱和带，对饱和地面径流而言，地表全层需要饱和；产流需要侧向动力（水力坡度、水流归槽的条件）；所有产流形式都发生在一定的包气带界面上，上界面产生地面径流，中截面产生壤中流和饱和地面径流，下界面产生地下径流。流域产流计算:1.径流分割2.前期影响雨量Pa的计算、土壤最大含水量Im、消退系数KIm十分干旱情况下，降雨产流过程的最大损失量。=田间持水量—凋萎系数，包括截流、填洼、及渗入土中不能成为径流的。K由气象因子确定。3.降雨径流关系图后来斜率为14.径流系数法。径流量=降雨量*径流系数。5.下渗曲线与超渗产流。流域汇流过程：流域上各处产生的各种成分的径流，经坡地到溪沟、河系，直到流域出口的整个过程。汇流可以分为坡地汇流和河网汇流两个部分，通常河网的长度和汇流速度都比坡地汇流大得多，所以河网汇流分析更为重要。不同成分的径流汇集到流域出口断面所经历的时间不同，直接降到河槽内的径流汇流最快，其次是坡面径流，再次是壤中流，最后是地下径流。同一类型的径流，因在流域上的分布不同，因而具有不同的汇流途径和汇流时间。影响流域汇流的因素：1降水特性：暴雨中心的空间分布及其移动方向面包与中心越靠近流域出口，则流量过程线越陡，汇流越快；相同降雨量条件下，雨强越大，则降雨损失越小，产流越快，洪峰越大。2地形坡度：地形坡度越陡，汇流速度越快，汇流时间越短，流量过程线越陡。3流域形状：在其他条件相同的条件下，不同流域形状会产生不同的流量过程线，狭长形的流域汇流时间较长，径流过程线比较平缓，而扁行的流域有汇流集中，洪水涨落迅速，洪水过程线比较偏陡。4水力条件：在畅流条件下，水位越高、流速越快，则汇流时间越小，流量过程线就越陡。最大流域汇流时间：流域中路径最大的水质点流到出口断面的时间。3、等流时线法流域上各点的径流汇集到出口断面的速度有快有慢，汇流时间各不相同。把流域内汇流时间相等的各点连接成的线，称为等流时线。降落在同一