01第二章 水循环和径流形成
工程水文学复习整理
工程水文学期末复习整理第一章 绪论1、水文现象的基本规律：周期性、随机性、地区性。
2、工程水文学的研究方法：成因分析法、数理统计法和地理综合法。
第二章 水循环与径流形成1、海洋向内陆输送水汽，内陆向海洋注入径流。
水量平衡方程： S O I ∆=-式中O I 、——给定时段内输入、输出该区域的总水量。
S ∆——时段内区域蓄水量的变量，可正可负。
2、若河床切割较深，地面分水线与地下分水线相重合，这样的流域成为闭合流域。
由于地质构造原因，地面分水线与地下分水线并不完全一致，这种流域称为非闭合流域。
3、凋萎含水量（凋萎系数），植物根系无法从土壤中吸取水分，开始凋萎，此时土壤含水量称为凋萎含水量。
4、田间持水量，指土壤中能保持的最大毛管悬着水时的土壤含水量。
当土壤含水量超过这一限度时，多余的水分不能被土壤所保持，以自由重力水的形式向下渗透。
5、当土壤孔隙被下渗水充满，下渗趋于稳定，此时的下渗率称为稳定下渗率。
6、降雨损失包括：植物截留、填洼、入渗和蒸发。
7、径流的表示方法和度量单位（1）流量Q ，是指单位时间内通过河流某一断面的水量，单位为s m /3。
（2）径流总量W ，是指时段T 内通过某一断面的总水量，常用单位为3m ，万3m ，亿3m ，有时也用其时段平均流量与时段的乘积表示。
其单位为M s m ·)/(3或d s m ·)/(3。
（3）径流深R ，是指将径流总量平铺在整个流域面积上所得水层深度，单位为mm 。
FT Q F W R 10001000== （4）径流模数M ，是流域出口断面流量与流域面积F 的比值，单位为)·/(2km s L 。
FQ M 1000= （5）径流系数α，是指某一时段的径流深度R 与相应降雨深度P 的比值。
即P R /=α 因P R <，故1<α。
第三章 水文资料的观测、收集与处理1、日平均水位的计算将当日h 24~0内水位过程线所包围的面积，除以一日时间。
工学水文循环与径流形成
水循环过程中的水量平衡方程的基本因素为降水量、蒸发量和径
流量20以20/及11/7区域蓄水量的变化量。
7
二 地球的水量平衡
3 全球水量平衡 全球=陆地+海洋 Δt：陆地：Pc R Ec Sc 海洋：Po R Eo So
全球：Pc Po Ec Eo Sc So
P E S
多年平均：S 0
内部对因合素理：开水发的利物用理水三资态源（、固抵、御液洪、旱气灾）害在等一都定有条重件要下的可意以义相。互转换。
2020/量平衡原理
定义：在水文循环过程中，对任一区域，任一时段输入水量与 输出水量的差额必等于其蓄水变化量。
它是水文学的基本原理，也是水文学最成熟的理论，主要用于定量 分析水文要素值。
地壳运动——形成线形槽状凹地
径流侵蚀作用——冲淤、改道等
大气降水——提供水源
3 河流分段
河源 上游 中游 下游 河口
河流的发源地，多为溪涧、泉、湖 紧泊接、河冰源川，、多沼处泽于等深山峡谷，坡陡 流三急江，源河：谷长下江切、剧黄烈河，、常澜有沧急江滩或 河床底坡瀑和布水流速度渐缓，河槽变宽，两岸 有位滩于地冲澜， 积沧河 平江床 原扎冲 ，曲淤 河不 槽明 宽黄显 阔河。 ，扎河陵床湖底坡、长江水各流拉流丹速东 河较流小的，终泥点沙，淤即积河严流重注，入浅海滩洋、、河湖湾泊多等的地方。水流流 速骤减，大白水量河泥黄沙果淤树积瀑，布形成三角洲。 有些河流高消7失7.8在m沙，宽漠1中01，.0m则无河口，如甘肃石羊河。
主要内容：自然界的水循环、大循环、小循环；地球上 的水量平衡。 学习要求：了解自然界的水文循环现象、原因与作用； 掌握海洋的、陆地的、全球水量平衡原理与方程。
2020/11/7
4
水文循环与径流形成
水文循环与径流形成水循环的定义水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。
地球上的水在太阳幅射及地心引力作用下不断运动变化,周而复始的形成一个循环,这个循环称为水循环.水循环的路径可分为大循环和小循环。
1.河流的形成和分段河流的形成降水（重力作用）--小溪—小河—汇合成大的江河—流入海洋或内陆湖泊河谷：河水流经的谷地。
河床：河谷底部有流水的部分。
水系：脉络相通的大小河流构成的系统。
河流的分段河源:河流最初具有水流的地方。
上游:流量小，水位涨落急剧。
中游:河床坡度较平缓，冲淤不明显下游:流量大，流速小，坡底缓，淤积明显河口:河流入海或者湖泊的河段。
河流的基本特征用河流断面，河流长度，河流比降描述河流长度：从源到河口的距离。
河流比降：单位长度河流的落差山区河流特性：河流断面狭窄，坡面呈直线或曲线。
河流比降大。
平原河流特性：河流断面平坦，呈抛物线型、不对称三角形等。
河床宽而浅，有一定的规律。
2.流域流域：河流的集水的区域。
分水岭：相邻流域的分界线。
流域的面积：流域的分水线和出口断面所包围的面积。
流域的特征几何特征流域面积和流域形状。
流域面积大小影响汇集的流量和径流的形成。
流域形状：1.狭长而呈羽形2.宽阔呈扇形。
自然地理特征流域的地理位置和地形。
地理位置与水文特征，气象特征有关系。
地形平均高度，平均宽度，平均坡度。
径流形成过程及其主要影响因素径流的形成：由降水开始到水流流经流域出口断面的全部物理过程物理过程：1.降水过程 2.流域蓄渗 3.坡面漫流4.河槽集流产流过程汇流过程流域蓄渗：植物截留，入渗和填圭的整个过程。
影响径流的主要因素1.气象气候因素。
降雨，蒸发。
影响产流过程2.下垫面因素。
地形，土壤和地质，植被和湖沼，流域形状和面积3.人类活动对径流因素。
农业措施，林牧业措施，水利措施。
流域蓄渗过程地面汇流流域产流过程径流形成过程坡地汇流过程壤中汇流地下水汇流流域汇流过程河网汇流过程在径流形成中通常将流域蓄渗过程，到形成地面汇流及早期的表层流过程，称为产流过程。
工程水文学 第二章水循环及径流形成
中游、下游、河口。
2、河流的断面
河流的断面横 纵断 断面 面复单式式断断面面
3、河流的比降
河流纵比降 河流横比降
COPY RIGHT 扬大陈平
Z
洪水位
B
Z4
C
Z3
l4 l3
Z2
L l2
Z1
l1
枯水位
A 单式断面
Z0
L
洪水位 滩地 枯水位 滩地
复式断面
当河段纵断面或水面近似于直线时，纵比降可以用下式计算：
平均降雨量。
公式：
P
1 n
Pi
（2）泰森多边形法（加权平均法）：假定流域各处降水有距离 最近的雨量站代表。（关键：绘制多边形）。公式：
P 1
F
Pi fi
（3）等雨深浅法（也是加权平均法）
关键：绘制等雨量线。量相邻等雨量线之间的面积。公式：
P 1
F
Pi fi
面平均雨量计算示意
COPY RIGHT 扬大陈平
流域形状系数等。
第三节 降水（Precipitation）
1、降水的成因及分类 （1）成因：成云致雨
成云：充足的水汽。 致雨：〈1〉有足够的凝结核；
〈2〉有使水汽凝结的温度。 原因：蒸发的水汽随空气上升，膨胀作功，放热，气团降温，水汽 凝结，碰撞合并增大，上升气流不能顶托，下落。
COPY RIGHT 扬大陈平
三、流域 1、 流域：是指河流某一控制断面以上汇集地面水和地下水的区域。 2、流域分水线：实际上就是指与相邻流域的分界线，是分水线或分水岭。
COPY RIGHT 扬大陈平
分水线地 地下 面分 分水 水线 线
流域 闭 非合 闭流 合域 流： 域地 ：与 面 线 地地 分 与 面下 水 地 分分 线 下 水水 分线 水一 。 线致 不。 一致 3、流域的几何特征：包括流域面积、流域长度、流域的平均宽度、
第二章 水循环及径流形成
自动记录降雨量，不需人为干预。方便、快捷。有三种类型：称重式、 自动记录降雨量，不需人为干预。方便、快捷。有三种类型：称重式、 虹吸式和翻斗式。 虹吸式和翻斗式。
3
雷达探测
利用云、 利用云、雨、雪等对雷达无线电波的反射现象来研究天气系统。 雪等对雷达无线电波的反射现象来研究天气系统。 不同形状的雷达回波反映不同性质的天气系统。 不同形状的雷达回波反映不同性质的天气系统。从而预测探测范围内 的降水量、强度及开始和终止时刻。 的降水量、强度及开始和终止时刻。
RSI
地下分水线
RGI
△W
RGO RSO
2.2
1
河流和流域
概念
河流(River) 一 河流(River)
河流可分为河源、 一定地质和气候条件下形成的河槽与在其中的水流。河流可分为河源、 上游、中游、下游和河口五段。 上游、中游、下游和河口五段。 2 河流长度（河长L 河流长度（河长L）
自河源沿河道至河口的长度，称河长， km计 自河源沿河道至河口的长度，称河长，以km计。 3 河流横断面 如图2 所示。 如图2-2所示。 4 水系及水系形态
(1)水系 (1)水系 由干流、 由干流、支流及流域内 水库、 水库、湖泊连成的一个庞大 系统，成为水系。 系统，成为水系。
(2)水系形态 (2)水系形态 羽毛状 扇形 平形状 混合形
图 2 | 3 水 系 示 意 图
4
河网密度
流域内干支流的总长度∑ 和流域面积F之比： 流域内干支流的总长度∑L和流域面积F之比：
4
气象卫星云图 将卫星云图资料结合气象模型，通过专家系统，进行降雨量预测。 将卫星云图资料结合气象模型，通过专家系统，进行降雨量预测。
三
降水特性描述
《水循环及径流形成》PPT课件
7
2.2 河流和流域
河流是接纳地面和地下 水的天然泄水道，是水循环 的路径之一。降水经地面和 地下补给河流，是河水的主 要来源。
由于重力的作用，河水
不断切割和冲刷河床，在顺 流而下的过程中，水流又不 断的向两旁侵蚀，使河床逐 渐扩大。这样，最初的小沟 变成小溪，再由小溪发展成 为小河，直至大江大河。
(4)水系、河网
水系:河流的干流及全部支流构成脉络相通的系统,又称河系 或河网
水系分类:扇形水系、羽状水系、平行水系、混合水系
(5)河网密度
河网密度是指流域或一定地区平均单位面积内的河流长度, 单位km/km2,
它表示一个地区河网的疏密程度,能综合反映一个地区 的自然地理条件,河网密度越大，泄水能力越强
量 的精变选化ppt 量
5
❖对于全球,显然为(2-2)和(2-3)式相加,即: P洋+P陆-(E 洋+E 陆)=ΔWs+ ΔWo （2-4）
(2)对于多年平均:
由于每年的ΔWs、ΔWo有正有负,多年平均值为零,故有:
海洋: P洋+R=E 洋 大陆: P陆-R=E 陆 全球: P洋+ P陆= E 洋+ E 陆
(1)对于某一时段Δt
❖就全球的海洋,其水量平衡方程为: P洋+R-E 洋=ΔWs
❖就全球的陆地,其水量平衡方程为: P陆-R-E 陆=ΔWl
(2-2) (2-3)
式中: P洋、 P陆 ──分别为海洋和陆地在时间段 Δt内的降水量; R ──在时间段Δt内流入海洋的径流量;
E 洋、 E 陆──分别为海洋和陆地在时间段 Δt内的蒸发量; ΔWs、 ΔWo ──分别为海洋和陆地在时间段 Δt内蓄水
(2)流速:
第二章-水循环及径流形成过程
水面蒸发观测资料较多，比较可靠，常是其他蒸发计 算的基础。
可能最大蒸发率或蒸发能力（EM)： 在充分供水的条件下，某一蒸发面的蒸发量，即同
一气象条件下可能达到的最大蒸发率。
3.5.1 水面蒸发 的观测
（1） 器测法
水文部门普遍采用 E601蒸发器。
3.5.3 气象卫星云图
气象卫星按其运行轨道分为极轨卫星和地球静止卫星。 目前地球静止卫星发回的高分辨数字云图资料有两 种：（1）可见光云图—其亮度反映云的反照率。反 照率强的云，云图亮度大，颜色白；否则，色调灰暗。 （2）红外云图—反映云顶的温度和高度，云层温度 越高，其高度越低，发出的红外辐射就越强。
每日8时至次日8时 降水量为当日降水量。
（2）自记式
虹吸式 分辨率：0.1mm 降雨强度适用范围： 0.01～4.0mm/min 记录纸上记录下来的雨 量曲线是？？ 它既表示雨量大小， 又表示降雨过程的变 化情况。
翻斗式
由感应器和信号记录器组成。
雨水—翻斗一侧—接满 0.1mm—倾倒—接通电 路—记录器控制自记笔记 录雨量。 分辨率：0.1mm 降雨强度适用范围： 4.0mm/min以内
（4）气旋雨
中心气压低于四周的大气旋涡。气流自四周向中心辐合后， 再转向高层，引起大规模的上升运动，水汽因动力冷却而致 雨，…。
在低纬度的海洋上形成的气旋，称为热带气旋。 我国气象部门对气旋的分类：按气旋地面中心最大风
速大小分。 低压区（位置不定、最大风力<8级） 热带低压（位置确定、最大风力<8级） 热带风暴（风力8-9级） 强热带风暴（风力10-11级） 台风（>12级）
3.1 形式
桥涵水文习题分解
习题第一章绪论 (1)第二章水循环及径流形成 (1)第三章降雨径流分析 (2)第四章水文统计的基本原理及方法 (6)第五章年径流分析与计算 (7)第六章由流量资料推求设计洪水 (10)第七章由暴雨资料推求设计洪水 (11)第八章可能最大暴雨 (13)第一章绪论1－1 水资源的定义，我国地表水资源的时空分布特点。
1－2 通过哪些工程措施来提高水资源的利用率。
1－3 工程水文学的任务是什么，在本专业中有什么作用。
1－4 工程水文学包括哪些内容，有哪些主要的研究方法。
第二章水循环及径流形成2－1 水循环包括哪些要素，与水资源有什么关系。
2－2 如何量算流域面积、河流长度、河流纵比降。
2－3 某流域面积为793km2，多年平均流量Q＝26.4m3/s，流域内多年平均降水量为1980mm。
试求多年平均径流总量W（104m3），多年平均径流深R（mm），多年平均径流模数M（m3/s/km2）及多年平均径流系数α。
2－4 如在上题的流域上兴建一座水库，从而增加水面面积△F＝24km2，当地多年平均的水面蒸发量（蒸发皿读数）E皿＝1220mm。
蒸发皿折算系数采用0.83。
问建库后该流域的流量增加还是减少。
建库后多年平均流量为多少。
2－5 北方的河流上修建水库和南方的河流上建库对径流的影响哪一个大。
为什么。
2－6 写出任一时段的流域水量平衡方程式，说明各符号的意义不同时段（多年、年、一次雨）的流域水量平衡方程式中影响径流的主要因素为什么不同。
2－7 试述流速仪测流的操作步骤及适用条件。
2－8 试述实测流速推算断面流量的方法、步骤。
2－9 已知某测流断面，起点距和测点流速如图2－1所示，岸边系数α＝0.7，计算相应水位，断面面积，断面流量。
表2－1 流速仪测流，断面流量计算表第三章降雨径流分析3－1 写出计算流域（面）平均雨量的方法、公式及适用条件。
3－2 图3－1中有四个雨量站，用垂直平分法求面雨量可以连成三角形ABC、BDC，也可连成三角形ADC、ABD，哪一种连法比较好，面雨量成果有无不同。
第二章 径流及径流形成过程
2、径流总量——W 指一段时间内通过流域出口断面的总水量，单位为m3、万 m3 、亿m3 。
t2 计算公式为： W t Q( t )dt 1 Q
Q ( t 2 t 1 ) QT
Q
——时段T内的平均流量
W
t1
T
t2
t
日径流总量、月径流总量、年径流总量通过上式都可以获 得。
3、径流深——R 把径流总量W平铺在流域面积F上所得到的水深，称为径流 深，单位mm。 R=W/(1000F)
1、概念
在流域中，从降水到达地面至水流汇集于流域出口断面的 物理过程。 用简图可以表示如下。
P
Q
t
t
径流形成分两个阶段：产流阶段和汇流阶段。如下图所示。
P 产流 t 降雨过程 净雨过程 t R 汇流 t 流域出口断面流量过程 Q
图中，R=P-P损。 P损 包括植物截留、填洼、 下渗、蒸发等损失水 量。 即：径流量（净雨 量）＝降雨量－损 失量
地下净雨→地下径流
总径流过程
3、
汇流阶段
净雨通过坡地、河网汇集到流域出口断面的过程，可细分 为坡地汇流和河网汇流。 a.坡地汇流 坡面漫流，流程历时较短，大雨时是构成河流流量的主 要来源； 表层流径流，由土壤孔隙流入河网，流程历时较坡面漫 流长，对历时较长的暴雨，也是构成河流流量的主要来源。 坡地地下汇流，地下水补给河流，构成河流的基流。
作
业
1 某水文站多年平均流量Q0=830m3/s。其 控制的流域面积F=120000km2，多年平均流 域面雨量P0=770mm。试求该水文站控制流 域的年平均径流总量、多年平均径流深、 多年平均流量模数和多年平均径流系数。 一场降雨的净雨和径流在数量上相等，但 有何区别？
水文水利计算 第二章 水循环及径流形成
水文水利计算第二章水循环及径流形成第一节水循环及水量平衡•一、水循环•水循环：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心引力的作用下，以蒸发、降水、入渗和径流等方式进行的往复交替的运动过程，称为水循环或水分循环。
•水循环：包括大循环和小循环。
其中大循环指的是海陆之间的水分交换；小循环指的是海洋或陆地之间的内部循环。
二、地球上的水量平衡＝进水量－出水量－Ｗ12W 陆陆陆U R P E Δ+=-•1、水量平衡的研究原理•2、陆地上的水量平衡計算•如右图表示•3、对于陆地多年平均情况下的水量平衡方程式•由于在多年平均情况下，储水量总的变化值近似为零。
即水量平衡方程式变为•4、对于海洋的•水量平衡方程式Ｒ－Ｐ＝Ｅ陆陆RP E +=海海•5、对于整个地球上的水量平衡方程式三、流域的水量平衡方程式PE =量时段初和时段末的储水—、径流流出量时段内地面径流和地下—、径流流入量时段内地面径流和地下—、量和蒸发量时段内区域的水汽凝结—、降水量—降水量时段内区域的—地表地表地表地表21212211S S R R R R E E P S R R E S R R E P ′′+′+′+=++++第二节河流和流域•河流是一种天然水体，它是在一定地质和气候条件下形成的河槽与在其中流动的水流的总称。
•河流的形成：①地壳运动形成的槽状凹地为河流提供了行水的场所；②大气降水则为河流提供了水源。
其中，河流是地球上水循环的重要路径。
•流域：一条河流接受补给的区域，称为该河流的流域。
其中，河流的补给包括地面水补给和地下水补给，并且把地面水的集水面积作为流域面积。
•一、河流•1、水系、干流和支流•水系：干流、支流和流域内湖泊、沼泽彼此连接组成一个庞大的系统，称为水系。
其中水系的名称通常以它的干流或注入的湖泊、海洋命名。
如长江水系、太湖水系等。
•干流和支流：在一个水系里面，一般以长度或水量最大的河流作为干流；注入干流的河流为一级支流，注入一级支流的河流为二级支流，依此类推。
《工程水文学》模拟试题之水文循环与径流形成一
第一篇工程水文学试题库第二章水文循环与径流形成学习本章的意义和内容：本章主要学习工程水文学的基本概念，如流域、河流、降雨、蒸发、下渗、径流；再是最基本的水文学原理，如水文循环、区域与流域水量平衡、流域径流的形成过程；三是掌握水文要素的定量计算方法，如流域面积、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，为后面学习水文分析计算及水文预报打下坚实基础。
学好本章内容，对今后的学习具有非常重要的指导意义。
本章习题的内容：自然界水文循环及水资源；河流与流域及其对水文变化的影响；降水成因、分类与计算；蒸发分类与计算；下渗过程与计算；径流及其形成的基本概念与定量描述方法；流域水量平衡原理与计算。
一、概念题（五）填空题1. 地球上的水以_汽___态，_液___态，_固___态三种形式存在于自然界的_大气___ 、__陆地___ 和__海洋___ 中。
2. 空气中的水汽凝结需要同时具备两个条件，即要有吸附水分的__微粒_____, 以及使空气湿度_达到或超过饱和____________状态。
3. 使暖湿空气达到饱和主要靠空气___强烈上升___________运动引起的绝热冷却冷却。
4. 按水文循环的规模和过程不同，水文循环可分为__大_____循环和__小______循环。
5. 自然界中,海陆之间的水文循环称__大循环_ 。
6. 自然界中,海洋或陆面局部的的水循环称__小循环___________。
7.水循环的外因是_太阳辐射和地球重力作用___ ，内因是_水具有固液汽三态转换的物理特性。
8. 水循环的重要环节有_蒸发_______，__降雨______，__下渗_____，___径流______。
9. 河流的水资源之所以源源不断，是由于自然界存在着永不停止的水文循环过程。
10. 水文循环过程中，对于某一区域、某一时段的水量平衡方程可表述为某一区域、某一时段流入的水量减去流出的水量等于该时段区域蓄水量的变化。
第2章 水文循环与径流形成汇总
水汽、上升运动和冷 却凝结是形成降水的三个 因素。
在水汽条件具备时， 水汽冷却凝结的条件是空 气垂直上升运动。
二、降水分类
降水常按照使空气抬升的 原因分为对流性降水、地形性 降水、锋面性降水和气旋性降 水，习惯上把它们分别称为对 流雨、地形雨、锋面雨与气旋 雨。
对流雨 是因地表局 部受热而发生垂直上升运 动所形成。因上升速度较 快，形成的云多为垂直发 展的积状云，特点是雨强 大，雨面小，历时短。
河网
li
i
F
流域长度L（km） 流域的轴长。
流域轴线
出口
流域
（1）以河口为圆心绘制同心圆
（2）作圆弧的割线交于流域周线 （3）通过割线中点作流域轴线，轴 长为流域长度
流域平均宽度B（km） 流域 面积与流域长度的比值
B＝F/L
流域形状系数 流域平均宽 度与流域长度的比值
f＝B/ L ＝F/L2
三、流域水量平衡
沿任一区域边界取出底部无水量交 换的柱体。
在一定时段内，进入柱体的水量： 降水量P、凝结量E1，地面径流量RS1，地 下径流量RG1，柱体初始蓄水量S1。
流出此柱体的水量：蒸发量E2，地 面径流量RS2，地下径流量RG2，时段末蓄 水量S2。
这一柱体任意时段的通用 水量平衡方程
P +E1+RS1+RG1+S1= E2+RS2+RG2+S2
R PE
第三节 降水
一、降水成因 水汽压 空气中水汽压力。 饱和水汽压 在一定温度下， 空气中水汽压的最大值。温度 越高，空气中饱和水汽压越大， 反之则越小。
饱和差 在一定温度下， 饱和水汽压与空气中的实际水 汽压之差，称为饱和差。若实 际水汽压超过了饱和水汽压， 空气中多余的水汽就会发生凝 结。
水文循环与径流形成
外流区 11900 11.0
世界 陆地 内流区 3000 0.9
小计 14900 11.9
全球
51000 57.7
4.7 6.3 924 395
－
0.9
300
－
4.7 7.2 800 315 － 57.7 1130 －
529
300 435 1130
多年平均降水量与多年平均蒸散发量相等
华南理工大学水利水电工程系黄国如
复习思考题
1、为什么我国的年降水量从东南沿海向西北内陆递减？ 2、使水资源具有可再生性的原因,是由于自然界的什么所引起？ 3、自然界中，在海陆间的水循环称为什么？ 4、时段的长短对水量平衡计算没有影响，对吗？
华南理工大学水利水电工程系黄国如
复习思考题答案
（1）因为降水是水文循环过程中输送的水汽在适当的条件下形成的， 而这些水汽主要来自海洋的蒸发，在向内陆的输送中，距离海洋愈近 ，水汽愈丰沛，形成降水的条件愈有利，所以降水丰沛；水汽输送途 中，随着不断的降水，气流中的水汽不断减少，形成降水的条件愈来 愈不利，使西北内陆的降水量也就逐渐减少。
华南理工大学水利水电工程系黄国如
第二章 水文循环与径流形成
研究对象：（1）自然界的水文循环；（2）河流与流域；（3）降雨、 蒸发、下渗与径流 4. 流域水量平衡
研究内容：（1）自然界水文循环及水资源；（2）河流、流域特征及 其对水文变化的影响；（3）降水成因、分类、观测与计算；（4） 蒸发观测与计算；（5）下渗观测与计算；（6）径流及其形成7.
华南理工大学水利水电工程系黄国如
ห้องสมุดไป่ตู้
水体种类
海洋水
冰川与
冰盖
地表水
湖泊水 沼泽水
水循环及径流形成
是影响径流变化的重要因素，特别是在干旱地区，蒸 发量较大，对径流形成的影响更为显著。
下渗
是影响地下水补给和地表水形成的重要环节，也是影 响径流变化的重要因素。
03 水循环与径流的关系
水循环对径流的影响
1 2
降水
水循环中的降水环节是径流形成的主要来源，不 同地区、不同季节的降水量直接影响径流量的大 小。
水循环是地球上水圈中水的重要运动 方式，它使得地球表面的水不断得到 更新和循环利用，对地球的气候、生 态系统和人类生活等方面都有重要影 响。
水循环的组成
蒸发
01
指水分从地表、水面和植物叶面等处以水蒸气的形式释放到大
气中的过程。
降水
02
指大气中的水蒸气凝结成云，再以雨、雪、雾等方式降落到地
面的过程。
地形坡度
地形坡度越大，水流下泄的速度越快，径流形成的速度和量也越 大。
地形起伏
地形起伏越大，地表水流的路径越曲折，径流形成的速度和量也越 小。
地形形态
不同的地形形态对地表水流的汇集和散溢能力不同，从而影响径流 形成的速度和量。
土壤因素
01
土壤质地
土壤质地对地表水流的渗透性和保水能力有重要影响，从而影响径流形
蒸发
蒸发是水循环的重要环节，它影响着地表水和地 下水的补给，进而影响径流的形成。
3
土壤水
土壤水通过渗透作用补给地下水，进而影响地表 径流的形成。土壤水状况的变化对径流有重要影 响。
径流对水循环的贡献
输送地表水
径流将地表水输送到河流、湖泊等水体，维持水体 生态平衡。
补充地下水
地表径流通过渗透作用补给地下水，维持地下水位 ，为地下水提供补给。
物质迁移
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水文水利计算
第二节
河流和流域
第二章 水循环及径流形成
二、 流域
2、流域的几何特征
• • • •
流域面积：流域分水线所包围的面积称为流域面积，也称集水面积 流域长度：流域的中心长度 流域平均宽度：流域面积与流域长度之比 流域形状系数：流域平均宽度和流域长度之比
3、流域的自然地理特征
• • • •
地理位置：经纬度 气候特征：降水、蒸发、温度、湿度和风 下垫面条件：土壤、岩石性质、地质构造、植被、湖泊、沼泽 地形特征：平均高程和平均坡降
水文水利计算
第一节
水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
三、水体更替周期 永冻层下水 极地冰川和雪盖 海洋 高山冰川 层地下水 湖泊 10000a 9700a 2500a 1600a 100-1400a 17a 生物水 大气水 沼泽 土壤水 河川水 几小时 8d 5a 1d 8d
在开发利用水资源过程中，应当充分考虑各种水体的循 环周期和活跃程度，合理开发以防止由于更替周期长或补给
•
水从河流中和潜水层内直接引出，以满足生活和灌溉的需要。引用的水 用过后一部分重新回到河流和地下水中，而一部分则蒸发成为大气水， 只有一部分回到当地的水分循环系统。这种影响在干旱地区和半干早地 区更为明显 在河流上修筑水利工程，改变了原来河流的水量平衡。 大面积蓄水水 库拦蓄洪水，使河流径流的年内变化趋向均匀，增加水库水面面积，使 得比原河道水面面积增大，水面蒸发量远较建库之前增加，蒸发的水量 将改变着内陆循环中的水汽含量，加强了内陆循环 跨流域调水，完全改变了原来水分循环的路径，改变着水分循环中各要 素之间的平衡关系。另外不合理的土地利用，往往引起土壤侵蚀，使水 库，湖泊淤积，破坏循环路径；现代化工业的发展降低了大气透明度， 改变了辐射特征，从而影响了能量平衡，使海洋表面温度发生了变化， 这样，降水量也就荫之发生变化
2. 降雨类型
对流雨 当地面受热，温度升高，下层空气膨胀和上层空气形成对流状态。
水文循环对人类的生存和各项生产活功具有重大的意义，正是由于水 分循环，才提供了江河湖泊等水体的淡水资源，以及江河的水能资源
•
•
水文水利计算
第一节
水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
2. 水循环分类 大循环：海洋与陆地之间的循环
小循环：海洋之间与陆地之间的循环
水文水利计算
第一节
水循环和水量平衡
录
自然界的水循环和水量平衡 河流与流域 降雨 蒸发 下渗 径流
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第一节
水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
一、自然界的水循环
水文水利计算
第一节
水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
一、自然界的水循环
1. 水循环
指地球上的水在太阳辐射和重力的作用下，以蒸 发、水汽输送、降水和径流等方式进行周而复始的运 动过程 • 水循环形成的内因：水的物理三态（气、液、固） 之间的相互转化 • 水循环形成的外因：太阳辐射和地心引力以及地 形、地貌等下垫面因素
L l
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第二节
河流和流域
第二章 水循环及径流形成
二、 流域
1、流域的分水岭
• • •
分水线：河网四周最高点的连线。分水线有地面、地下之分������ 流域：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 闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合
•
闭合流域：地面分水线与地下分水线不重合的流域
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第二节
河流与流域
第二章 水循环及径流形成
一、 河 流
• • •
水系：脉络相通的大小河流所构成的系统
干流：水系中直接流入海洋、湖泊的河流
支流：流入干流的河流
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第二节 河流与流域
第二章 水循环及径流形成
河流分段
• •
河源：河流开始的地方，可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊等 上游：直接连着河源，在河流的上段，它的特征是落差大，水流急，下 切力量强，河谷狭，流量小，河流中经常出现急滩和瀑布
一、 河 流
•
河系分类 扇形河系：河系如扇骨状分布，如海河 羽形河系：沿途纳入需水支流如羽毛状，如滦河 平行河系：几条支流并行排列，至河口处始行汇合，如淮河 混合型河系：大河流多数包括第二、三种型式的混合排列，如长江
•
河网密度：等于河系所有水道的总长度与其流域面积的比值
L D
F
•
弯曲系数：等于河流实际长度Ｌ与河流两端间的直线ｌ比值
2、海洋水量平衡方程式
P海 R E海 s
多年平均状态下Δs海→0
P海 R E 海 0
式中，P海，E海，R分别为海洋上任意时段降水量、蒸发量及入海 径流量，
P海，海 , R R
分别为海洋上多年平均降雨量、蒸发量与入
海径流量； Δs海为海洋蓄水变化量
水文水利计算
第一节
水循环和水量平衡
间，双方互为补给源与
排泄对象，同时也起到 相互调节作用 在一个流域内无论 开发地表水资源还是开 发地下水资源都会对双 方产生影响
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第一节
水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
七、地球上的水量平衡 1.水量平衡原理： 对任一区域、任一时段来水量与出水量之差 必等于其
蓄水量的变化量
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第二章 水循环及径流形成
对各大洋来说：降水量与入海径流量之和并非等于蒸发量
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
3、陆地水量平衡方程式
P陆 E陆 R
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
4、全球水量平衡方程式
两式相加
p海 p陆 E 海 E陆
消耗自身的能力，在上升过程中发生动力冷却使气团降温。当温度下降到
使原来未饱和的空气达到过饱和状态时，大量多余的水汽便凝结成云。云 中水滴不断增大，直到不能被上升气流所托时，便在重力作用下形成降雨
地面暖湿空气→ 抬升冷却 → 凝结为大量的云滴 → 降落成雨
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第三节
降
水
第二章 水循环及径流形成
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
八、流域水量平衡
１. 非闭合流域：流域的地下水分水线与地面分水线不重合
P E1 R表 R地 S1 E2 R R S2
' 表 ' 地
If E=E2-E1
P R表 R地 S1 E R R S2
•
•
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第三节
河流和流域
第二章 水循环及径流形成
一、 河 流
• • •
河长:自河源沿干流至河口的距离 河床横断面：垂直于平均流向或主流方向的平面 河床纵断面：河流中线或溪线的剖面
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第三节
河流和流域
第二章 水循环及径流形成
一、 河 流
• •
落差：任意河段两端的高差△h
河床纵比降J：单位河长的落差
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
六、三水转化
三水（大气降水、地表水与地下水）永远处于不断的相互转化之中。 大气降水是地表水与地下水的主要来源
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
六、三水转化 地下水与地表水之
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第二章 水循环及径流形成
第二章 水循环和径流形成
水文水利计算
第二章 水循环及径流形成
重
• • • •
点
从自然界的水文循环理解径流及其影响因素
熟练掌握水量平衡原理及方程
掌握降水、蒸发、下渗的基本概念与变化水利计算
第二章 水循环及径流形成
目
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
第一节
水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
七、地球上的水量平衡
1、通用水量平衡方程
ds I Q dt
写成差分的形式
I t t S
式中：I为水量收入项；Q为水量支出项；Δs为研究时段内区域（或 水体）内的蓄水变化量
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
小循环
是指发生于海洋与大气之间，或陆地与大气之间的水分 交换过程。小循环又称内部循环，前者又可称为海洋小循环， 后者称陆地小循环
• •
海洋小循环主要包括海面的蒸发与降水两大环节，比较简单 陆地小循环的情况则要复杂得多，并且内部存在明显的差别。从水汽来源 看，有陆面自身蒸发的水汽，也有自海洋输送来的水汽，并在地区分布上 很不均匀，一般规律是距海愈远，水汽含量愈少，因而水循环强度具有自 海洋向内陆深处逐步递减的趋势，如果地区内部植被条件好，贮水比较丰 富，那么自身蒸发的水汽量比较多，有利于降水的形成，因而可以促进地 区小循环
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水循环和水量平衡
第二章 水循环及径流形成
全球水循环过程
•
蒸散发（Evapotranspiration): 由于太阳辐射能的作用，使 水从海洋、江河、湖泊、土壤表面及植物叶面蒸散发成水汽 升入大气中 降雨(precipitation, rainfall): 大气中的水汽由于气温降低而 凝结为降水回到陆面和水体 径流(runoff): 一部分降雨沿地表流动形成地面径流，通过江 河汇流入海