水文学原理--第4章

第四章降水与降水截留内容下垫面大气层的下界与地球表面的接触面，严格来说是一个接触带大气层的下界垫在地球的一个表面上：因之，称为下垫面森林、草地、农田、湿地、冰川积雪、荒漠为何先讲降雨是水循环各个环节的开始灌溉发电—水资源—河床中有持续不断的流水—降水洪水——降雨干旱——持久无降雨次生地质灾害泥石流、滑坡——降雨诱因水文模型的运转————降雨是驱动变量之一降水问题1.驱动水文模型运行，区域水资源状况、评价的基础2.降水形态？3.研究区降水特征、降水的时空分布?4.观测的降水数据是否有误差?5.降水数据完整性及代表性，降水数据是否经得起检验，是否可用?6.降水数据序列长短？7.水文模型中如何处理降水截留？水循环过程蒸发蒸散发蒸散发t降水截留洼蓄下渗地表径流壤中流地下水流深层地下水河道汇流流量历时曲线水文模型输入P、输出R参数化边界条件与初始条件P=R+ET+STR=ET=ST=径流(地表径流.地下径流、融雪径流等)蒸散发（降水截留蒸发、土壤、蒸腾等）储存（土内储存，下渗等）降水是水文模型的驱动与输入P=降水Pn=净降水I=降水截留损失ET=蒸散发Si=表面径流流入量So=表面径流流出量Gi=地下径流流入量Go=地下径流流出量T=潮水涌入涌出量V=流域储水量的变化t=时间降水过程中土壤含水量、温度的变化99年８月２１——９月１１日阳坡草土壤各结点湿度变化0.10.150.20.250.3233235237239241243245247249251253天cm3/cm320cm土湿40cm土湿80cm土湿120cm土湿99年８月２１——９月１１日阳坡草地降水0.02.04.06.0233234235236237238239239240241242243244245246247248249250250251252天mm99年８月２１——９月１１日阳坡草土壤各结点温度变化10.012.014.016.018.020.022.0233235237239241243245247249251253天度20cm土温40cm土温80cm土温120cm土温99年８月２１——９月１１日阳坡草土壤各结点湿度变化0.10.150.20.250.3233235237239241243245247249251253天cm3/cm320cm土湿40cm土湿80cm土湿120cm土湿99年８月２１——９月１１日阳坡草地降水0.02.04.06.0233234235236237238239239240241242243244245246247248249250250251252天mm99年８月２１——９月１１日阳坡草土壤各结点温度变化10.012.014.016.018.020.022.0233235237239241243245247249251253天度20cm土温40cm土温80cm土温120cm土温99年８月２１——９月１１日阳坡草土壤各结点湿度变化0.10.150.20.250.3233235237239241243245247249251253天cm3/cm320cm土湿40cm土湿80cm土湿120cm土湿99年８月２１——９月１１日阳坡草地降水0.02.04.06.0233234235236237238239239240241242243244245246247248249250250251252天mm99年８月２１——９月１１日阳坡草土壤各结点温度变化10.012.014.016.018.020.022.0233235237239241243245247249251253天度20cm土温40cm土温80cm土温120cm土温降水过程土壤含水量变化土壤温度变化降水截留第四章降水降水定义降水成因降水要素降水图示降水观测影响因素时空分布降水误差降水计算降水变化降水截留降水定义、类型、降水在水循环与水量平衡中的作用对流型、锋面型、地形雨、气旋雨历时、强度、面积、次降水，有效降雨、初期雨量、降雨损失过程曲线、累积曲线、强度－历时曲线、深度－面积－历时曲线记录式与非记录式纬度、海拔高程、风、地形、离水源远近等雨量线（绘制水文特征的等值线---地理综合法）误差修正，降水随海拔的变化规律，降水形态的判别算术平均法，加权平均法，泰森多边形法，客观运行法降水区域变化趋势植被对降水的截留过程的描述及计算学习要求了解降水成因、类型掌握降水基本要素特征值及其概念了解降水观测方法、误差修正了解降水形态判别方法了解影响流域降水分布的因素掌握计算面降水量的方法雨rain雪snow霰xiànsleet雹hail高空的水汽因气温降低凝结后，由汽态转为液态或固态，从云中降落（或从空气中沉降）到地面的现象。降水Precipitation降水降水形态降水（Precipitation）降雨（Rainfall）降雪（snowfall）水平降水（horizontalprecipitation）降雨、降雪、水平降水大气中的水汽因气温降低，使得未饱和的水汽趋于饱和，由汽态转为液态的凝结、下落过程。降雨大气中水汽因气温降低，使得未饱和的水汽趋于饱和，而由汽态转为复杂固态冰晶体的凝结与下落过程。大气中的水汽以露、霜的形式凝结到地表附近降雪水平降水降水类型（气象）降水类型主要特征典型数量露dew一般夜间发生，主要发生在植物表面0.1-1.0毫米/晚雾滴fogdrip水滴直径在0.001-0.2mm之间。4.0mm/hr细雨，毛毛雨drizzle水滴直径在0.02mm-0.5mm之间0.2-0.5mm/hr降雨rainfall水滴直径大于0.5mm，一般1.0-2.0mm雨夹雪，霰sleet湿雪、雨滴、雪的混合物雪花snowflake长度几厘米左右雪粒，粒状雪snowgrain一般在小雪事件产生冰雹hail不规则球状冰晶，直径一般5.0-50.0mm降水三种形态（寒区）液态的降雨、固态降雪、固液混合三种类型露霜雾辐射雾(主动)——地面辐射冷却平流雾(被动)——暖湿气流移到冷的下垫露霜雾露点温度高于0℃，水汽凝结为液态。露点温度低于0℃，水汽凝结为固态。漂浮在近地面层、由水汽凝结（凝华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。降水的多少以降水量来衡量，是一定时段内，落在某一个面上，未经截留、蒸发、渗漏损失所形成的等量液态水的深度来表示。公制单位用毫米mm，英制单位用英寸inch1英寸=2.54厘米1码=3英尺=36英寸≈0.914米降水量成都与重庆市1950～2000年的年降水量成都年均降水量912mm,重庆1092mm0200400600800100012001400160019501955196019651970197519801985199019952000年年降水量/mm成都年降水量重庆年降水量降水概念1降水量：在一定时段内，从大气降落到地面的降水在地平面上所积聚的水层厚度。一般是指某一时段（小时或日）内的总降水量。每天定时观测，单位mm。日降水量以8时为日分界，每日8时至次日8时降水量总和降水历时降水过程中某两个时刻间，降雨持续的时间次降水历时：从降水开始到降水结束，经历的时段。降水强度单位时间内的降水量，一般用mm/h表示降水面积指降水所笼罩的水平面积，以km2表示。暴雨在短时期出现的大量降水，24小时降水量大于50mm或1小时降水量大于16mm，暴雨往往造成洪涝灾害、水土流失,工程失事、堤防溃决、农作物被淹等灾害。暴雨中心指暴雨所集中的较小局部区域降水概念224小时降水总量12小时降水总量(mm)(mm)小雨、阵雨0.1-9.9≤4.9小雨—中雨5.0-16.93.0-9.9中雨10.0-24.95.0-14.9中雨—大雨17.0-37.910.0-22.9大雨25.0-49.915.0-29.9大雨—暴雨33.0-74.923.0-49.9暴雨50.0-99.930.0-69.9暴雨—大暴雨75.0-174.950.0-104.9大暴雨100.0-249.970.0-139.9大暴雨—特大暴雨175.0-299.9105.0-169.9特大暴雨≥250.0≥140.0降水强度等级划分项      目国家气象局颁布的降水强度等级划分标准（教材中是新标准）降水概念3净雨（或称为有效降雨）降雨到达地表后，总降雨量扣除地表植被截留、添洼、下渗和蒸发损失后，用于形成径流的那部分降水。有效降雨在农业中指蓄存于土壤里并供给作物生长的那部分降水（effectiverainfall）降雨损失总降雨量因植物截留、入渗、洼蓄、蒸发及蒸散作用而减少的雨量。初期降雨洼地全部填满之前的降雨量降水的表示方法怎么表示降水的时间与空间分布？1.降水过程线、降水强度过程线、瞬时雨强过程线2.降水累计曲线3.降水特性综合曲线4.等雨量线是一种特殊的降水特性综合曲线降水过程线05101520255101520253035404550556065707580859095100105110115120125130135140145150时间(小时)时段降水量(每5小时表示降水量随时间变化过程。以一定时段为计算单位，以时间为横坐标，以时段内的降水量为纵坐标，绘制成的柱状直方图。降水强度过程曲线（时段平均降水量过程线）取某个固定时长的时段，例如10min、0.5h、1h、3h将时段内降水量除以时段长，得到时段内平均降水强度，然后，以时间为横轴，以时段平均降水强度为纵轴，绘制而成的柱状直方图。表示降雨强度与相应时间之间的关系。若时段长取得比较小成为光滑曲线瞬时降水强度过程线（教材中图4.3左图）降水累积曲线以时间为横轴、以降水开始至各个时刻的累积降水量为纵轴、绘制而成的圆滑曲线。040801201602000306090120150时间(hr)累计降水(mm)30分钟1小时2hr78.0mm141.2mm208.2mm降水特性综合曲线1.雨强－历时曲线2.降水平均深度—面积—历时关系曲线3.降雨强度—历时—频率曲线IDF等雨量线（也可表述降水的时空分布特性）雨强－历时曲线对同一场暴雨，选定不同的历时，分别统计各选定历时内的最大平均雨强，然后以雨强位纵坐标，历时位横坐标，点汇得到不同历时的雨强分布曲线。得到：同一场降雨，雨强随历时的增加而减小。不同场的降雨，雨强—历时曲线不同。暴雨的历时任一历时：即降雨持续的时间t可以取任何数值针对暴雨公式可计算任一历时特定历时：依据行业经验及方便计算的要求城市排水：5、10、15、20、30、45、60、90、120min水利部门：1、3、6、12、24h针对利用已经制作好特定历时暴雨等值线及统计参数（补充）用暴雨公式计算任一历时的设计雨量大量资料的统计成果表明，暴雨强度和历时的关系可用指数方程来表达，它反映一定频率某历时的平均降雨强度it,p与该历时t的关系，称为短历时暴雨公式it，P历时为t，频率为P的平均暴雨强度，mm/hSP频率为P，历时为1h的平均暴雨强度(又称雨力)mm/hn暴雨递减指数或暴雨衰减指数降水平均深度—面积—历时关系曲线对不同历时的降雨，以降水面积为横坐标，以降雨平均深度为纵坐标，点绘曲线，此组曲线即为降雨平均深度与面积和历时关系曲线。IDF曲线：降雨强度—历时—频率曲线IDF曲线平率分析1.Getannualmaximumseriesofprecipitationdepthforagivenduration2.UseEV1/Gumbeldistributiontofindprecipitationdepthfordifferentreturnperiods3.Repeat1and2processfordifferentdurations4.PlotdepthversusdurationfordifferentfrequenciesIDF举例根据下图IDF,确定重现期5年的20分钟历时降雨的降雨强度与降雨量i=3.5in/hrP=ixTd=3.5x20/60=1.17in等雨量线表述较大区域内降水在一定时段内的空间分布规律。在有地理坐标的