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5第一部分水文水资源一、基础知识1、掌握水文循环、区域与流域水量平衡、流域径流形成过程等最基本的水文学原理今水文循环⑴水文循环概念：地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替的现象称为水文循环或水循环。（水文循环的原理）自然界中的水循环有蒸发、降水、下渗和径流4个主要环节。⑵水文循环分类:按水文循环的规模与过程，可分为大循环和小循环。大循环：海洋和陆地之间的水分循环小循环：海洋内或者陆地内的水分循环a.水循环的外因：太阳辐射能和地球引力的存在b.水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互转化⑶水文循环：a.地球上水的存在形式：汽态、液态、固态b.存在位置：空气中、地表、地下、生物体内⑷水文循环的意义：a.直接影响气候变化b.改变地表形态c.造成再生资源d.负面影响：干旱，洪涝灾害气象要素：温度、湿度、气压、风（前4个是基本要素)、云、日照等。i若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段At内的水量平衡方程可写成:AWc=Pc—R—Ec式中:Ec:在时段内陆地的蒸发量；Pc：在时段内陆地的降水量；R：时段内由陆地流入海洋的径流量；AWc:在时段内陆地蓄水量的变化量。ii若以海洋为研宄水量平衡对象，某时段At内的水量平衡方程可写成：AWs=Ps+R—Es式中Es:海洋在时段内的蒸发量；Ps:海洋在时段内的降水量；R:时段内由陆地流入海洋的径流量；Ws:海洋在该时段内蓄水量的变化量。6☆在多年平均的情况下，AWc—0，AWs—0，则对于大陆来说，多年平均情况的水量平衡方程为R=Pc-Ec对于海洋则为R=Es-Ps式中：R—流入海洋的多年平均年径流量Pc、Ps——分别为大陆上和海洋上的多年平均年降水量Ec、Es——分别为大陆和海洋的多年平均年蒸发量二式合并，得全球水量平衡方程为Ec+Es=Pc+Ps即全球的降水量和蒸发量是相等的。（全球水量平衡方程）闭合流域：P=R+E今流域径流形成过程净雨：雨水降到地面，一部分损失掉，剩下能形成地面、地下径流的那部分降雨称为净雨。1、产流过程：把降雨扣除损失变成净雨的水文过程称为产流过程，包括地面净雨和地下净雨。2、汇流过程：净雨沿坡地从地面和地下汇入河网，然后再沿着河网汇流到流域出口断面，这一完整的过程称流域汇流过程。前者称坡地汇流，或者称河网汇流。2、掌握水文学的基本概念（降雨、蒸发、入渗，径流、流域与河系，地表径流地下径流、径流深、径流系数、径流模数等）今水文学：研宄地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。今降雨(1)概念：是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。(2)降水基本条件：一是空气中要有水汽，二是降温，降至露点温度以下，或空气冷却，三是大气中存在吸水性的微粒(凝结核）(3)露点：空气中水汽达到饱和时的温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必要条件。(4)大气凝结核：指飘浮在大气中的尘粒，其直径约10-3〜10[un。(5)降水类型：a.锋面雨：由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。b.地形雨：暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。因气流（空气）的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而不同。地形作用一般使7山的迎风面的降水量大，而背风面降水量减少。c.对流雨：地面受福射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云浓积云积雨云)，形成降雨。d.气旋雨：在低气压中心区，气流从四周向中心福合，垂直方向上运动是上升的，即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结降水现象。可出现大范围降雨和大风的天气现象，称为气旋雨。气旋：北（南）半球，由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋转的大型涡旋。在同髙度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气旋和温带气旋(6)降雨基本要素：降雨量、降雨历时、降雨时段、降雨强度、降雨面积及降雨中心、降雨走向。(7)降雨资料图示：降雨过程线、雨量积累曲线(8)降水量一^分为7级(9)按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种暴雨（50mm/24h)(暴雨：50~100、大暴雨：100~200、特大暴雨：200)大雨：25~50mm/24h;中雨：10~25.mm/24h小雨：0.1~10mm/24h;无雨或微雨：0.1mm/24h(10)测量雨量仪器：雨量器，自计雨量计（虹吸式、翻吸式）(11)中国降雨特性：我国多年平均年降水量：648mm.全球陆面平均降水量：800mm亚洲：740mm东多西少、南多北少、夏秋多春冬少々蒸发(1)定义：水由液态或固态转化为气态的现象，是水分子运动的结果(2)蒸发包括：■水面蒸发：蒸发面为水面时称为水面蒸发。_土壤蒸发：蒸发面为土壤表面时称为土壤蒸发*植物蒸散发：蒸发面是植物茎叶则称为植物散发陆面蒸发:因为植物是生长在土壤中，植物散发与植物所生长的土壤上的蒸发总是同时存在的，通常将二者合称为陆面蒸发.流域蒸散发（流域总蒸发)：流域水面蒸发、土壤蒸发、植物蒸散发的总和。8(3)水面蒸发观测：水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。确定水面蒸发量的大小，通常有两种途径:器测法和间接计算法。设备：E601蒸发皿，环形水圈，K接近1.0(4)水面蒸发影响因素：水汽饱和水压差，水面温度，风速，湍流(5)蒸发量的大小可用以下特征量表示：i蒸发量：某个时段内单位面积蒸发的水量。（单位:cm或mm)ii蒸发率/蒸发强度：指单位时间内的蒸发量。.（单位:mm/day,mm/min)今入渗(1)定义：水分从土壤表面深入地下的现象，又称入渗。常用入渗率的大小来描述入渗的强弱。(2)三个阶段：渗润阶段、渗漏阶段、渗透阶段(3)下渗率或下渗强度：单位时间内渗入单位面积土壤中的水量称为下渗率或下渗强度，记为f,以mm/min或mm/h计。(4)下渗能力：在充分供水条件下的下渗率则称为下渗能力。(5)下渗能力曲线：下渗能力随时间的变化过程线,简称下渗曲线，并以f(t)~t表示。下渗量定量分析可用三种特征值来描述：入渗总量、入渗率fi/入渗强度、下渗能力(6)土壤水不同形式：吸湿水，薄膜水，毛管水（毛细水)，重力水(7)常用水分常数：最大吸湿量，最大分子持水量，凋萎含水量，田间持水量，饱和含水量(8)下渗量的测定：测量入渗的方法有同心环法、人工降雨法等。今径流(1)定义：指降落在流域表面上的降水，途经地面及地下流入河川，流出流域出口断面的水量。包括：产流过程（或称为流域蓄渗过程）和汇流过程。(2)水源：雨水、冰雪融水、地下水(3)形成：产流和汇流产流过程：我们把降雨扣除损失成为净雨的过程称为产流过程汇流过程:净雨沿坡面从地面和地下汇入河网,然后再沿着河网汇集到流域出口断面的过程。净雨：降雨扣除损失后的雨量称为净雨。1)降雨的消耗量：a.植物截留量Is:降雨被植物茎叶拦截的现象称截留9b.初渗（土壤蓄水量S):指降雨入渗过程中被土壤吸附存储于土壤孔隙中的水量。c.填洼量Vd:水分停蓄在地面洼陷处（水库、湖、塘等)，称填洼。d.雨期蒸散发量E2)降雨形成的径流量/净雨量径流量(净雨量)=降雨量.-损失量净雨量：降雨量和损失量之差，又称为径流量或产流量净雨量包括：地面径流R+地下径流Rg(4)河网汇流过程:各种成分径流经坡地汇流注入河网，从支流到干流，从上游向下游，最后流出流域出口断面，这个过程称为河网汇流。(5)表示方法：流量Q径流总量W径流深R径流模数M径流系数a径流变率K(6)径流的度量①流量Q有瞬时流量和平均流量②径流总量（径流量）WW=^T指时段T内通过河流某一断面的总水量，记为W,以m3、万m3或亿m3计,有时也用时段平均流量与时段的乘积为单位，如(m3/s)_d、（m3/s)_M等。③径流深R:将径流量平铺在整个流域面积上所得的水层深度，记为R,以mm计。R=W/1000F=^T/1000F式中：W一时段T内径流量--计算时段内平均流量，m3/s;T--计算时段,s;F--流域面积,km2。④径流模数M:流域出口断面流量与流域面积之比值称为径流模数，记M,以L/(s-km)计。M=1000Q/F⑤径流系数a:某一时段的径流深R与相应时段内流域平均降雨深度P之比值称为径流系数，记为a。.....a=R/P因尺只故al。计算过程：W/R/M/a+流域与河系流域（1)定义：汇集地面水和地下水的区域称为流域,也就是分水线包围的区域。(2)闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合,称为闭合流域(3)几何特征：a.流域面积：流域分水线包围区域的平面投影面积，称为流域面积，记为F,以km2计。b.流域长度和平均宽度：流域长度就是流域轴长。以km计。B=流域面积/流域长度10c.流域形状系数和流域不对称系数：流域平均宽度与流域长度之比称为流域形状系数。d.河网密度：流域内河流干支流总长度与流域面积的比值称为河网密度，以Km/km2计。(4)流域地形特征：流域平均高度、流域平均坡度、面积__髙程曲线(5)流域自然地理特征：a.流域的地理位置：流域的地理位置以流域所处的经纬度来表示，它可以反映流域所处的气候带，说明流域距离海洋的远近，反映水文循环的强弱。b.流域的气候条件：包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素。它们是河流形成和发展的主要影响因素，也是决定流域水文特征的重要因素。c.流域的地形常用流域的平均高程和平均坡度指标表征。d.流域的土壤、岩石性质和地质构造土壤的性质，如土壤类型、结构。岩石水理性质，11某站一次降雨过程1一时段平均雨强过稃线2—屏积雨姐过程线2.jooo321如适水性，给水度；地质构造，如断层、节理。它们对下渗和地下水运动具有重要的影响。e.流域的植被对调节气候，改善径流分配、减少泥沙和洪水有重要作用。f.流域内湖泊与沼泽湖泊与沼泽对径流起调节作用，能调蓄洪水和改变径流的年内分配，保护环境。河系（1)河系：地表水在重力作用下，沿陆地的凹地流动，按其大小可分为江、河、溪和沟，这些统称为河流，而流域中河流（包括干流、支流）和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统，称水系，又称河系或河网。(2)分类：扇形水系、羽状水系、平行水系、混合状水系(3)河流的形成与分段：一条河流沿水流方向，自高向低可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。⑷河流基本特征：河流的长度：自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度，简称河长，以km计。河流断面：河流断面有横断面和纵断面。垂直于水流方向的断面称为横断面，简称断面河道纵比降：单位河长的落差称为河道纵比降，简称比降，用小数或千分数表示。河流弯曲系数，等•3、掌握水文要素的定量计算方法（流域面积、河流长度、河流坡降、降雨过程及流域平均雨量、蒸发量、径流量、径流深等）+降雨韻♦流域平均雨量12方法一：算术平均法P=n方法二：泰森多边形法方法三：等雨量线法4、掌握自然界水文循环及水资源可再生性的原理；河流与流域及其对水文变化的影响;降水成因、分类与计算方法；蒸发分类与计算方法；下渗过程与计算；径流及其形成的定量描述方法；流域水量平衡计算方法今掌握自然界水文循环及水资源可再生性的原理自然界水文循环(见上)。水资源可再生性的原理水的可再生性直接来源于地球上不同尺度的水文循环过程。水资源是一种逐年能够得到恢复和更新的可再生资源。水资源的可再生性是指流域（或单元水体）水资源在水量上损失后（如蒸发、流失、取用等）和(或)水体被污染后，通过大气降水和水体自净(或其它途径)可以得到恢复（即更新）的一种综合能力。水资源的可再生性与水量、水质有直接联系。如果细分