水文学原理课件(河海)

第一章绪论第二章水文循环第四章降水第五章土壤水第六章下渗第七章蒸发与散发第八章产流机制第十章地表水流第十一章洪水演算第十二章流域产流第十三章流域汇流第三章流域和水系课程介绍一、水文学原理的主要内容1.各种水体的形成、演变；2.水体形成的成因、演变的规律；3.研究水体形成成因、演变规律的方法。二、学习目的1.掌握水文现象的基本规律和研究方法；2.本课程为专业基础课，为后继课程的学习做准备。三、主要参考书1.山坡水文学，刘新仁译2.径流形成原理，芮孝芳编著3.土壤和水—物理原理和过程，D·希勒尔著华孟译4.普通水文学，邓绶林编著5.工程水文学，（美）林斯莱著6.城市水文学，朱元甡、金光炎著第一章绪论第一节水文学的内容和任务一、水文学的定义研究水的科学，核心——水文循环。广义水文学按分布划分海洋水文学陆地水文学水文气象学地表水水文学土壤水水文学地下水水文学河川水文学湖泊水文学冰川水文学河口水文学按应用分环境水文学、农业水文学、城市水文学······1.水文测验(或水文信息采集)2.水文预报3.水文水利计算二、传统水文学的内容一、水文学简史英文Hydrology，来源于拉丁语，“水的知识”。经历了四个发展时期：1.萌芽期（公元1600年之前）2.奠基时期（公元1600-1900年）3.实践时期（1900-1950年）4.现代化时期（1950年-）二、中国水文学的发展第二节水文学的发展一、水文现象的基本特点1.时程变化上的周期性与随机性2.空间变化上的相似性与特殊性第三节水文现象的基本特点及研究方法老海坝九龙港天生港十二圩港口西界港口东界港口六干河口农场水闸6#七干河口望虞河口福山新塘海洋泾口5#任港姚港4#2#3#南通节制闸黄泥山1#营船港局部模型上边界（军用码头）新开港闸四号坝常浒河口徐六径水山码头汇丰码头测流平台13#徐六径塘口金泾塘口7#8#9#10#11#12#团结闸新江海河海门港局部模型下边界（白茆河口）新泾河钱泾口青龙港七浦河七丫口杨林口马桥荡茜口鹿鸣泾口圩角港浪港崇头沙长青沙通沙沙洪北横港沙沙州铁黄沙狼山沙新开沙新通海沙小白茆沙茆沙白永隆崇明000000000-50-50-50-50-50-50-50-50-50-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-10-10-10-10-10-10-10-10-10000000000-30-30-30-30-30-30-30-30-30-40-40-40-40-40-40-40-40-40000000000000000000000000000000000000-20-20-20-20-20-20-20-20-20-30-30-30-30-30-30-30-30-30-10-10-10-10-10-10-10-10-10-20-20-20-20-20-20-20-20-20-10-10-10-10-10-10-10-10-10000000000-20-20-20-20-20-20-20-20-20-10-10-10-10-10-10-10-10-10-30-30-30-30-30-30-30-30-30-20-20-20-20-20-20-20-20-20000000000-10-10-10-10-10-10-10-10-10-30-30-30-30-30-30-30-30-30-10-10-10-10-10-10-10-10-10000000000-10-10-10-10-10-10-10-10-10000000000000000000000000000000000000-10-10-10-10-10-10-10-10-10000000000-10-10-10-10-10-10-10-10-10-30-30-30-30-30-30-30-30-30000000000-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20-10-10-10-10-10-10-10-10-10-30-30-30-30-30-30-30-30-30000000000000000000000000000-20-20-20-20-20-20-20-20-20-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-40-40-40-40-40-40-40-40-40-20-20-20-20-20-20-20-20-20-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-20-20-20-20-20-20-20-20-20-10-10-10-10-10-10-10-10-10000000000000000000000000000000000000000000000-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-20-20-20-20-20-20-20-20-20-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-30-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40-40000000000-10-10-10-10-10-10-10-10-10000000000000000000-20-20-20-20-20-20-20-20-20-30-30-30-30-30-30-30-30-30-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-10-20-20-20-20-20-20-20-20-20测流断面及垂线潮位站临时潮位站杨林天生港日潮位变化过程线-0.500.000.501.001.502.002.503.000510152025时间(1997-9-100:00—23:00)潮位(米)天生港杨林年最大流量变化过程200004000060000800001000001200001940196019802000时间(年)年最大流量(m3/s)长江大通站年降水量变化过程0.0500.01000.01500.02000.02500.0195019601970198019902000时间(年)年降水量(mm)江淮之间面雨量二、水文现象的研究方法成因分析法以质量守恒、能量(动量)守恒等定理为基础，揭示水文现象运动变化的机理、规律。数理统计法水文现象具有随机性，从而以概率理论为基础，研究水文现象特征值的统计规律。地理综合法水文现象具有地区性，从而通过建立地区经验公式、绘制各种特征值等值线图，揭示水文特征值的地区规律。第二章水文循环第一节水的奇异物理性质1)水是仅次于空气的最活跃的物质之一；2)水有三态变化，是自然界水文循环的基础；3)同其他氢化物相比，水有特别高的溶点和沸点；4)水有特别大的比热和蒸发潜热；5)水有反常的密度变化（4C时密度最大）；6)水有较大的表面张力；7)水是各种盐类很好的溶剂；8)水具有几乎不可压缩性。第二节水文循环现象水文循环的原因（外因、内因）水的不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程降水P蒸发E地表径流RSEP陆地基岩下渗F海洋包气带地下径流Rg壤中流RSS蒸腾ET第二节水文循环现象（续）大循环和小循环大循环：海洋→大气→大陆→海洋（纵向+横向）小循环：海洋→大气→海洋（海洋小循环）大陆→大气→大陆（内陆小循环）水文循环的规律1)海洋的蒸发量多于降水量；2)大陆的降水量多于蒸发量；3)大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡；4)大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。第二节水文循环现象（续）水文循环的作用和意义地球上总水量13.86亿Km3，参与循环的约57.7万Km3，占0.0416%。1、调节气候；2、塑造了地球表面；3、形成了巨大的水利资源；4、形成一切水文现象。第三节地球系统中的水及水平衡水资源的概念（广义水资源、狭义水资源）地球上水的分布13.86亿km3淡水2.53%咸水97.47%13.86亿km3海洋96.5%陆地3.5%生物水0.003%3500万km3淡水永冻土层水0.86%冰川雪盖68.7%地下水30.1%淡水湖0.26%土壤水0.05%大气水0.04%河水0.006%12345678第三节地球系统中的水及水平衡（续）水资源问题原因1)水资源量时空分布不均匀；2)水资源分布与人口、耕地分布不相适应；3)水环境污染；4)水资源浪费。对策1)时间和空间上的合理调配；2)积极开展水污染防治；3)节约用水。一、水量平衡1.通用水量平衡方程wIOI－O＝±WRrEcPxEbqaR´rRgR´gI=Px+Ec+Rr+RgO=Eb+qa+R´r+R´gPx+Ec+Rr+Rg=Eb+qa+R´r+R´g±W令E=Eb-Ec，Rr+Rg=RI，R´r+R´g=RO则Px+RI=E+qa+RO±W第三节地球系统中的水及水平衡（续）一、水量平衡（续）2.河流流域水量平衡方程（1）闭合流域（没有流域来水）的水量平衡方程记Px=P，RI=0，qa=0，RO=R：某时段：P=E+R±W多年平均：P=R+E（2）不闭合流域（有外流域来水）的水量平衡方程某时段：P=RO-RI+E±W3.全球水量平衡方程一、水量平衡（续）时段：Pl=El+R±W大陆多年平均：Pl=El+R时段：Ps=Es-R±W海洋多年平均：Ps=Es-R343434343434107.57109.11108.45107.57102.7105.50kmPkmPkmPkmEkmEkmElsls全球多年平均：P=E二、热量平衡（续）1.通用热量平衡方程SSISOSI－SO＝±S2.蓄水体热量平衡方程Hn=HI+H+Rn+Rat-Ho-He-Rb若时段较长HI=Ho，则：Hn=Rn+Rat+H-He-Rb其中：He=LEHIH0Hn蓄热量变化量蒸发失热He感应热H太阳辐射Rn大气辐射Rat水体长波辐射Rb第一节基本概念分水线：使雨水分别汇集到两条不同的河流，起着分水作用的地形，是流域的边界线。流域：汇集地面水和地下水由分水线所包围的区域。4.流域形状系数Rf=流域面积/(流域长度)21111111122223342.河流等级3.河网密度流域单元面积内干支流长度。1.河系类型（扇形、羽毛型、平行状、混合形）第二节流域特征一、流域的平面形状特征第三章流域和水系第二节流域特征（续）二、流域的地形起伏特征1.河流的落差和比降2.流域平均坡度3.流域面积～高程曲线三、流域自然地理及下垫面情况1.流域地理位置2.流域的土壤岩石性质和地质构造3.流域植被率4.流域湖泊率、沼泽率第四章降水一、按降雨的成因分类1.气旋雨——随着气旋或低压过境而产生的雨。气旋雨非锋面雨锋面雨暖锋雨冷锋雨非锋