水文学原理课件37856

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 -R I+E±W
一、水量平衡（续）
3. 全球水量平衡方程
第二节 水文循环现象
水文循环的原因（外因、内因）
地
降水P
表
径
蒸发E
流
RS
陆地 包气带 下渗F
壤中流RSS
E
基岩
地下径流Rg
P
海洋
蒸腾ET
水的不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程
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）
------222---222222000000000
沙
------222---222222000000000
------111---111111000000000
通
南通节制闸 任港
姚港
西界港口 东界港口
000000000
------111---111111000000000
000000000
000000000
黄沙
------111---111111000000000
000000000
海洋泾口
------111---111111000000000
沙
四号坝
狼
000000000
山
------111---111111000000000 ------333---333333000000000
沙
------111---111111000000000
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（4C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。
------111---111111000000000 ------222---222222000000000
------333---333333000000000 ------555---555555000000000
------444---444444000000000
海坝 九龙港
十二圩港口
天生港
新
7#
89##通
------222---222222000000000
10#
------222---222222000000000
徐六径
11#
------444---444444000000000
------333---333333000000000
测流平台 1123## ------222---222222000000000
州
------333---333333000000000
000000000
六干河口 农场水闸
5# 6# 000000000
4#
3# 沙
------111---111111000000000
黄泥山
局部模型上边界 1# （军用码头） ------333---333333000000000 2#
------222---222222000000000
二、热量平衡（续）
1. 通用热量平衡方程 SI
SO
S
SI－SO＝±S
2. 蓄水体热量平衡方程
水
蒸 感太 大 体
发 应阳 气 长
失 热辐 辐 波
热 H射射辐
He
Rn Rat 射
Rb
HI
Hn
H0
蓄热量变化量
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=LE
1960 1970 1980 时间(年)
1990
2000
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
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
咸水 97.47% 13.86 亿km3 淡水 2.53%
海洋 96.5% 13.86 亿km3 陆地 3.5%
冰川雪盖 68.7%
地下水
30.1%
永冻土层水 0.86%
淡水湖
3500 万km3
土壤水
淡 水 大气水
河水
第四章 降水
水分以各种形式从大气到达地面统称降水。包括雨、雪、露、 霜、冰雹等。
第一节 降雨的类型
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
非锋面雨—气压向低压区辐合引起气流上升产生降雨。
锋面雨的形成
气团——物理属性水平分布比较均匀的大范围空气团。 峰面——两种性质不同的气团之间狭窄而倾斜的过渡带。
第三节 地球系统中的水及水平衡（续）
一、水量平衡
1. 通用水量平衡方程 I
O
w
I－O＝±W
Ec Px Eb Rr
Rg
qa
R´
r
R´g
I =Px+Ec+Rr+Rg O =Eb+ qa +R´r+R´g
Px+Ec+Rr+Rg= Eb+ qa +R´r+R´g ±W 令E=Eb-Ec ，Rr+ E+qa+RO ±W
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。
------333---333333000000000
鹿鸣 泾口
------222---222222000000000
------111---111111000000000 000000000
浪港
------222---222222000000000
------111---111111000000000
营船港
------111---111111000000000
------111---111111000000000
新
000000000
新开港闸
开
------111---111111000000000
七干河口
望虞河口
福山新塘
000000000
000000000
铁 000000000
000000000
白
茆 ------111---111111000000000
沙
------111---111111000000000
局部模型下边界
（白茆河口）
海门港
------222---222222000000000 000000000
测流断面及垂线 潮位站 临时潮位站
新泾河
钱 泾 口
圩角港
000000000
大陆
时 段： Pl =El+R ±多年W平均： Pl =El+R
海洋
时 段： Ps =Es-R ±多年W平均： P s=Es-R
全球多年平均： P=E
E s 5.5 0 14 k 03 m E l 7 .2 14 k 03 m E 5.7 7 14 k 03 m P s 4.8 5 14 k 03 m P l 1.9 1 14 k 03 m P 5.7 7 14 k 03 m
年最大流量变化过程
年最大流量( m3/s)
120000 100000
80000 60000 40000 20000
1940
长江大通站
1960
1980
时间(年)
2000
年降水量变化过程
年 降 水 量 ( mm)
2500.0 2000.0 1500.0 1000.0
500.0 0.0 1950
江淮之间面雨量
1
2
4. 流域形状系数
212 33
Rf =流域面积 / (流域长度)2
4
11 21
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
二、传统水文学的内容
1.水文测验 (或水文信息采集) 2.水文预报 3.水文水利计算
第二节 水文学的发展
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- ）
第三章 流域和水系
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。
第二节 流域特征 一、流域的平面形状特征
1. 河系类型（扇形、羽毛型、平行状、混合形）
2. 河流等级
1
1
3.
河网密度 流域单元面积内干支流长度。1
------111---111111000000000 ------111---111111000000000 ------444---444444000000000
000000000 ------222---222222000000000
茆
000000000
荡茜口
------444---444444000000000
------111---111111000000000
------111---111111000000000
常浒河口
------111---111111000000000 ------111---111111000000000
汇丰码头 水山码头
团结闸
------222---222222000000000
------222---222222000000000
横
------333---333333000000000
------222---222222000000000
------111---111111000000000
港------111---111111000000000
------333---333333000000000
二、中国水文学的发展
第三节 水文现象的基本特点及研究方法
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
沙
000000000 000000000
沙 老
天生港 长 青 沙
000000000
000000000 000000000
洪北沙
000000000
------222---222222000000000
------111---111111000000000
青
龙 港
------111---111111000000000
000000000
崇头
崇
明
白
000000000 ------111---111111000000000
------111---111111000000000
------333---333333000000000
------111---111111000000000
徐六径塘口
海
------333---333333000000000 ------111---111111000000000
金泾塘口
沙
小
000000000
新江海河
------222---222222000000000
------111---111111000000000
峰在空间是倾斜的，且向冷空气一侧倾斜。
0.26% 0.05% 0.04% 0.006%
生物水 0.003%
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。
------111---111111000000000
沙
------333---333333000000000
七 浦 河 七丫口
杨林口 马桥
杨林
永 隆
日潮位变化过程线
潮位(米)
3.00
2.50
天生港 杨林
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
-0.50 0
5
10
15
20
25
时间(1997-9-10 0:00—23:00)