第二章--水循环及径流形成
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。
工程水文学 第一章
水文气象学
按圈层分布
地表水文学
地下水文学
按地球表面分布 按理论基础与应用
海洋水文学 陆地水文学
水文学原理 应用水文学
水文学原理研究水文循环、水流 运动及与之相关的溶质输移转化 机制理论。
工程水文学 农业水文学 土壤水文学
森林水文学
城市水文学
二、水文现象
地球上的水只要受太阳辐射和地心引力两种作用而 不停地运动，其表现形式为：降水、蒸发、下渗、径
工程水文学
主要内容
u 第一章 绪论 u 第二章 水文循环与径流的形成 u 第三章 水文信息采集与处理 u 第四章 流域产汇流计算 u 第五章 水文预报 u 第六章 水文统计 u 第七章 设计年径流 u 第八章 由流量资料推求设计洪水 u 第九章由暴雨资料推求设计洪水 u 第十章 可能最大降水/可能最大洪水 u 第十一章 河流泥沙分析计算
第一章 绪论
第一节 水文学 第二节 工程水文学的研究方法 第三节 水文学的发展
第一节 水文学
水，以其善下而润万物，以其三态之变 而求创新，以其生态而绵延，以其汇聚而 纳团结。
故，上善若水！
第一节 水文学
水文学（hydrology）是地球物理学和自然物理学的
分支学科。研究地球上水的性质、分布、循环、运动变 化规律及其与地球环境，人类社会之间相互关，在重力作用下沿着一定方向
和路径流动的水流。
祁连山河川径流
第二节 工程水文学的研究方法
工程水文学的主要内容为水文测验、水文分析计算 和水文预报，其中水文预测与水文预报已成为一门独立 的学科，因此水文分析计算是工程水文学的主要内容。
一、工程水文学在工程建设与管理中的作用
与陆地上的水返回大气的唯一途径。
工程水文学课后复习思考题参考答案
工程水文学课后复习思考题及答案第一章绪论1、什么是水资源？怎样理解水资源并非是取之不尽，用之不竭的？水资源是指地球上可供人类利用的淡水。
与煤、石油等矿产资源不同，水资源的数量具有可更新补充的特点，但随着城市和农业的发展，人口和用水量的急剧增长，人类对水资源需求量日益增长，而可利用的水资源是有限的，可更新补充的水资源并非取之不尽、用之不竭的，必须十分重视，珍惜利用。
2、中国的水资源有哪些特点？中国的水资源总量不算少，但人均水量低；地区上分布极不均匀；与耕地、人口分布不相匹配；年内、年际变化大。
3、实施水资源可持续利用发展战略有何意义？在水资源开发利用中，应当使预期得到的社会效益和环境效益，亦即正面效益与因开发利用所导致的不利于环境的副作用，亦即负面效益相平衡，并力求前者稍大于后者以利人类社会的不断完善和进步。
4、水资源与水文学有何关系？水文学是研究地球水圈的存在与运动的科学。
主要研究地球上水的形成、循环、时空分布、化学和物理性质以及水与环境的相互关系，为人类防治水旱灾害、合理开发利用和保护水资源、不断改善人类生存和发展的环境条件提供科学依据。
5、水文分析计算在水利工程建设和管理中的作用是什么？规划设计阶段水文学计算的主要任务是确定工程规模；施工阶段要修建一些临时性建筑，也需要进行水文计算；运用管理阶段，需知道未来一定时期的来水情况，据此编制水量调度方案。
6、水文分析计算经常采用哪些研究方法？根据是什么？成因分析法、数理统计法、地理综合法。
第二章水循环与径流形成1、何谓自然界的水循环？产生水循环的原因是什么？水圈中各种水体通过蒸发、水汽输送、凝结、降水、下渗、地面和地下径流的往复循环过程成为水循环，海陆间的水循环成为大循环，局部的水循环成为小循环。
产生水循环的内因是水在通常环境下气、液、固易于转化；外因是太阳辐射和重力作用。
2、何谓水量平衡原理？水量平衡方程中经常考虑的因素有哪些？根据物质不灭定律可知，在水循环过程中，对于任一区域，在任一时段内，进入的水量与输出的水量之差额必等于其蓄水量的变量，这就是水量平衡原理。
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
第二章地球上的水循环
地球上的水分循环 和水量平衡
一、水分循环
（一）水分循环及其成因
地表水、地下水和生物有机体内的水，不断蒸发和蒸 腾，化为水汽，上升至空中，冷却凝结成水滴或冰晶， 在一定的条件下，以降水的形式落到地球表面。降落于 地表的水又重新产生蒸发、凝结、降水和径流等变化。 水的这种不断地蒸发、输送、凝结、降落的往复运动过 程称为水分循环。
水循环
陆地上地表水总量约360000km3，生物水量约2000km3。 陆地上的大气降水与冰雪融水消耗于蒸发、生物吸收和 渗透到地下，另有约36000km3通过径流返回海洋。陆地 上水体的自然更新一次的时间长短不一，河流约需10-20 天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，盐湖和内 海约需10-1000年。
1．大循环
从海洋表面蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，在适 当的条件下，以降水的形式降落到地面后，其中一部分蒸 发到空中，另一部分经过地表和地下径流又流到海洋，这 种海陆之间的水分交换过程，称为大循环，也称海陆间循 环。它是由许多小循环组成的复杂的水分循环过程。
2．小循环
小循环是指水仅在局部地区（海洋或陆地）内完成 的循环过程。小循环可分为海洋小循环和陆地小循环。 海洋小循环就是从海洋表面蒸发的水汽，在空中 凝结，以降水形式降落海洋上的循环过程。
水循环
全球水分循环中各主要贮水库的总水量以及各主要贮水库之间水 分交换通量，在地质历史时期曾发生过重大变化。如白垩纪中晚期 地球表面没有冰盖，没有冰雪的贮水。再如第四纪冰期鼎盛时期，
以距今18000年末次冰期鼎盛时期为例，当时的全球平均气温要比
现代低6-7℃，全球陆上冰体总量要比现代多约50.72×106km3， 世界海洋水位要比现代低约130m，海面蒸发量要比现代少约
水资源利用与保护习题答案
第一章绪论1.简述水资源的含义、分类、特征？含义：人类生产生活及生命生存，不可替代的自然资源和环境资源是在一定的经济技术条件下能够为社会直接利用或待利用，参与自然界水分循环影响国民经济的淡水。
分类：地表水和地下水资源；天然水资源和调节性水资源；消耗性和非消耗性水资源。
特征：资源的循环性、储量的有限性、时空分布的不均匀性、利害两重性、用途广泛性、不可替代性、水量的相互转化性。
3.简述中国水资源状况及开发利用存在问题？状况：人均占有量不足；时间、空间分布极不均匀；空间：耕地面积和水，河流分配。
时间：夏多冬少；水系：湖泊较多，多数分布在湿润区。
干旱、半干旱地区河流稀少。
开发利用存在问题：需水量不断增加，供需矛盾尖锐，南方水质型、北方水量型缺；污染继续发展，加剧水资源缺乏；用水浪费，利用率偏低；干旱、半干旱地区水资源过度开发，环境问题突出，地下水利用程度过高；管理水平有待提高，4、简述中国水资源面临的挑战？水旱灾害依然频繁并有加重趋势/农业用地减少农业用水短缺程度加剧/水土流失尚未得到有效控制，生态脆弱/污染负荷急剧增加，加重了水体污染第二章水循环及水资源形成3、简述全球水资源状况及开发利用趋势？状况：全球农业用水占第一位（69%），工业用水第二位（23%）可复原比例最高，居民用水第三位（8%）人均占有量不断提高；世界各地用水量差异极大，发达国家多为工业用水54%，发展中国家多为农业用水80%；近年来用水量发展中国家增加幅度达，发达国家趋于稳定。
开发利用趋势：农业用水量及农业用水中不可复原的水量最高/工业用水由于不可恢复水量最低，将提高工业用水技术、降低用水量定额、加大节水力度、大幅度提高用水重复利用率/水资源的开发将更为重视经济、环境与生态的良性协调发展。
5、简述地表水资源的类型与形成河流、湖泊、沼泽、冰川、永久积雪。
陆地上的水通过蒸发作用（江、河、湖、水库等蒸发）上升到大气中形成积云，然后以降水的形式降落到陆地表面形成径流。
河海大学-工程水文学-习题
河海大学-工程水文学-习题————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章绪论1－1 水资源的定义是什么。
1－2 工程水文学包含哪些研究内容。
1－3 工程水文学研究方法有哪些特点。
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。
2－10 为什么要建立水位流量关系，如何延长水位流量关系。
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。
3－3 为什么一次降雨总量大于对应的径流深，而一次径流过程历时一般大于降雨历时。
3－4 什么叫蓄满产流。
判别蓄满产流与超渗产流主要依据是什么。
3－5 在我国南方湿润地区产流计算中采用什么扣损方案，其中参数（P、R、Pa、E m 、Im、K）如何确定及计算。
3－7 单位线有哪些假定，其实质是什么；据实际的雨洪资料分析，不同洪水分析出不同的单位线，说明什么问题。
第二章 地球上的水循环1
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
1
1 概述
1.1 水循环基本过程 1.2 水循环的类型与层次结构 1.3 水体的更替周期 1.4 水循环的作用与效应
2
1.1 水循环基本过程
水循环：指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下， 通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断发生 相态转换和周而复始运动的过程。
c.陆地水量平衡方程
(P外 P内) (E外 E内) R
如以 P陆 P外 P内 ； E陆 P外 E外代入上式，则有：
P陆 - E陆 R
各大洲水量收支
大洲
欧洲 亚洲 非洲 北美洲 南美洲 大洋洲 南极洲 全球陆地 内流区 外流区
面积 (×104km2)
1050 43475 3012 2420 1780
水汽分子的垂向扩散
垂
水
向 扩
汽
散
水平面
水
68
大气垂向对流运动
使蒸发 面水汽 不断送 入空中
水平面
水
上空的 干空气 下沉到 蒸发面
69
空气紊动扩散作用 影响蒸发面的蒸发速度
水平面
水平运动
涡
流
水
70
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
71
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
克服水分子的内聚力和土壤颗粒对水分子的吸附力 本质：土壤干化过程
36
第二章 地球上的水循环
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
39
2 水量平衡
2.1 概述 2.2 通用水量平衡方程式 2.3 全球水量平衡方程式
工程水文学第二章试题
第二章水文循环与径流形成(一）填空题4. 按水文循环的规模和过程不同，水文循环可分为_______循环和________循环。
5. 自然界中,海陆之间的水文循环称___ 。
6. 自然界中,海洋或陆面局部的的水循环称_____________。
7.水循环的外因是_________________________________ ，内因是__________________________。
8. 水循环的重要环节有________，________，_______，_________。
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。
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。
11. 一条河流，沿水流方向，自上而下可分为、、、、五段。
12. 河流某一断面的集水区域称为_______________。
13. 地面分水线与地下分水线在垂直方向彼此相重合，且在流域出口河床下切较深的流域，称__________流域；否则，称流域。
15. 单位河长的落差称为__________________。
18. 在闭合流域中,流域蓄水变量的多年平均值近似为___________。
28. 计算流域平均雨深的方法通常有_______________, ________________, _________________。
30.流域总蒸发包括______________ ,______________ 和_________________。
33. 流域的总蒸发主要决定于____________蒸发和_____________蒸散发。
34. 包气带土壤中所能保持的水分最大量称为_________________。
35. 在充分供水条件下,干燥土壤的下渗率(f)随时间(t)呈_______变化,称为____________曲线。
36. 土壤中的水分按主要作用力的不同,可分为_________、_______、______和________等类型38. 降雨初期的损失包括______ _,__________, ___________, __________。
现代水文学与水资源学课后思考题
现代水文学与水资源学课后思考题PPT：第1章绪论08月30日2、如何看待我国治水文明与现代水科学之间的联系？答：我国古代社会以农业为经济基础，农业发展、商业与水运的繁杂都离不开水。
中华民族的发展史同时也是一部治水史。
中国古代水问题主要是洪水与干旱，古代治水围绕兴利和除害展开，经历了一个由“避”到“治”、由“堵”到“疏”、由“疏”到“导”的过程，同时也是一个由防水害到即防水害又兴水利、由被动治水到主动治水、由单一治水到全面治水的过程。
中国古代在长期的治水活动中形成了许多颇具特色的治水理念与朴素的辩证思想，包括古老的“天地人”三才系统观念、顺其自然理念和阴阳五行学说等，对现代水科学的发展奠定了基础，值得今人学习和思考。
现代水科学的发展离不开对古人治水理念和思想精髓的学习，以及与西方现代文明的有机结合。
现代水科学应该是顺其自然、因势利导的，同时又要辩证施治、进退有度，全面系统、长治久安，安全生态、完美结合，留有余地、适可而止。
在现代治水过程以及水科学的发展过程中，我们既要引进西方的先进技术与理念，更要传承古人“顺之水性”、“无为而治”等优秀的治水理念，要“迈步从头越”，学习古人治水的思想精髓。
3、如何理解现代水文学与水资源学区别与联系？答：水文学主要是研究地球上水的起源、存在、分布、循环运动规建，水资源学主要研究水资源的形成、演化、运动规建及水资源的合理开发利用的基础理论。
水文学与水资源受既有区别又有密切的联系。
水文学是水资源学的重要科学基础，水资源学是水文学服务于人类社会的重要应用。
水文学是水资源学的基础。
从水文学和水资源学的发展过程看：水文学具有悠久的发展历史，而水资源学是在水文学的基础上，为了研究和解决日益突出的水资源问题而逐步形成的一个知识体系。
因此，可近似的认为，水资源学是在水文学的基础上衍生出来的。
从研究内容上看：水文学是一门研究地球上各种水体的形成、运动规律以及相关问题的学科体系；水资源学主要研究水资源评价、配置、综合开发、利用、保护以及对水资源的规划与管理，按照水资源的定义，水资源是指可被人类利用的淡水资源，世界上大量的水中只有一小部分可以划归为水资源的范畴，水资源学对水资源的研究是建立在水文学对地球上各种水体的研究的基础之上的。
第二章(水文循环与径流形成)
蒸发器折算系数：K
二、土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
三个阶段：
第一阶段：土壤充分湿润，供水充足E接近最大蒸
发能力EM。
E EM
第二阶段：土壤水分减少Hale Waihona Puke 供水条件变差，E逐渐减小。
E W EM W田
第三阶段：水分运动十分缓慢，蒸发率很小。
三 、流域总蒸发 包括：水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发及 植物散发。
二、地球上的水量平衡 水量平衡原理： 在水文循环过程中，对任一区域、任一时段进入 水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。 水量平衡方程：
I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量 △S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
以陆地作为研究范围水量平衡方程为： 以海洋为研究对象水量平衡方程为：
③填洼 ②下渗
①植物截留
R1 R2
R3
R4
径流形成过程示意图
总结： 1.产流过程：降雨扣除损失成为净雨的过程。
①降雨扣除损失后的雨量称为净雨，净雨和它形成 的径流在数量上是相等的。
②净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流的结果； 净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要延长很长时间。
地面净雨→地面径流 ③ 表层流净雨→表层流或壤中流 地面径流 总径流过程
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，mm。
R W 1000F
4.径流模数（M）：流域出口断面流量与流域面积之比值，
L/(s·km2)，洪峰流量模数，多年平均流量模数。
M Q F
5.径流系数（α）：径流深与流域平均降雨量的比，
α<1。
水文学(黄锡荃) 第二章 地球上的水循环
24
2.2 水量平衡
2.2.1 水量平衡概述 • 定义
o 是指任意选择的区域（或水体），在任意时段 内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等 于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即 水在循环过程中，从总体上说收支平衡。
I
S
I−Q=∆S
Q
质量守恒原理
25
2.2.1 水量平衡概述
水量平衡与水循环的关系： 水量平衡是质平衡方程
区域水量平衡方程： P陆+R’地表 + R’地下 − R地表 − R地下− E− T =∆S
闭合外流流域平衡方程： P陆− R地表 − R地下− E− T =∆S
闭合内流流域平衡方程： P陆− E− T =∆S
34
作业
• 结合水循环示意图，分别写出鄱阳湖及鄱 阳湖流域的水量平衡方程，并注明方程中 各符号的含义。
桦树
9
43
2.3.2 影响蒸发的因素
供水条件
蒸发
土壤特性
动力学及热力 学因素
44
供水条件
• 不充分供水 • 充分供水
o 水面蒸发 o 含水量达到田间持水量以上的土壤蒸发
o 蒸发能力，又称潜在蒸发量或最大可能蒸发量
45
动力学和热力学因素
• 动力学因素：影响蒸发面上的水汽分布梯 度
o 水汽分子的垂向扩散 o 大气垂向对流运动 o 大气的水平运动和湍流扩散
35
2.3 蒸发
• 蒸发是水由液体状态转变为气体状态的过 程，亦是海洋与陆地上的水返回大气的惟 一途径。
o 2.3.1 蒸发的物理机制 o 2.3.2 影响蒸发的因素 o 2.3.3 蒸发量的计算
36
2.3.1 蒸发的物理机制
• 蒸散发（Evapotranspiration，简写为ET） 包括 蒸发（Evaporative，简写为E） 和 散发 （蒸腾，Transportation，简写为T）。
《工程水文学》课程教学大纲
《工程水文学》课程教学大纲一、课程中文名称：工程水文学二、课程英文名称：Engineering Hydrology三、课程编码：ZB0610320四、课程性质：水利工程、水文水资源工程专业基础必修课五、学时数、学分数、开课学期：48学时、3学分、第五学期六、课程目的与要求：《水文学》是水利工程专业的一门专业基础课。
课程的主要目的是使学生认识水文现象的一般规律，了解水文测验技术和工程水文学的基本原理，掌握具有不同资料条件下进行水文分析和计算的方法，为学习后续专业课，以及将来从事专业工作和进行科学研究打下基础。
七、本课程与其它课程的联系:先修课程:概率论、水力学后续课程:水利计算八、教学方法：传统教学方法九、考核方法：闭卷考试十、选用教材参考书目：教材：任树梅、朱仲元：《工程水文学》，中国农业大学出版社。
参考书目：1、叶守泽：《水文水利计算》,中国水利电力出版社;2、詹道江、徐向阳、陈元芳：《工程水文学》,中国水利电力出版社。
十一、教学进程安排表:序号章节教学内容学时理论实践合计1.第一章绪论 2 22.第二章水循环和径流形成 4 43.第三章水文测验及水文资料收集 6 4 104.第四章水文统计的基本方法 6 65.第五章设计年径流分析计算8 66.第六章由流量资料推求设计洪水 6 87.第七章由暴雨资料推求设计洪水 6 88.第八章小流域设计洪水计算 6 4合计44 4 48十二、主要教学内容、重点和难点第一章绪论一、学习目的通过本章的学习，了解工程水文学的研究对象及其在国民经济建设中的作用、了解水文现象的基本特征。
本章计划1学时。
二、课程内容1-1 水文计算的研究内容了解水文学、工程水文学的基本概念。
1-2 水文计算在农田水利建设中的任务了解水文计算在水利工程建设与运用不同阶段的任务。
1—3 水文现象的基本特点了解水文现象的3个特点。
三、重点、难点提示和教学手段重点：水文计算的任务。
四、思考与练习无第二章水循环和径流形成一、学习目的通过本章的学习,要求学生了解水文循环及水量平衡方程,掌握河流降水、蒸发、下渗及径流等过程的特点。
水循环过程及原理
• 内陆水循环
是指陆面水分的一部分或者全部通过陆面、水面蒸发和植 物蒸腾形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陆地上，从 而完成的水循环过程。
• 海上内循环
海上内循环，就是海面上的水份蒸发成水汽，进入大气后 在海洋上空凝结，形成降水，又降到海面的过程。
Zuo Qiting
❖2.1.1.4 水循环周期
❖2.3.2.2 中尺度水循环研究
研究范围为200～2000km2，主要利用遥感技术研究植 被～水的可利用性～蒸散发～气候之间的关系，观测气象 和气候的变化，比较研究区域气候差异。利用大气环流模 式研究水循环对下垫面变化的响应，修正大气环流模式， 预测区域环境变化、区域开发对水循环的影响。
Zuo Qiting
e
（因空气或水的水平流动引起的能量净损失）。
Zuo Qiting
❖2.2.2.4 土壤—植被—大气界面的水热传输
土壤—植被—大气间的水热传输（Soil-VegetationAtmosphere Transfer, SVAT）问题是陆面过程研究的重点 之一。
SVAT目前发展到含有多个植被层的物理-化学-生物 联合模式，并对水平方向的不均匀性进行了考虑。按其对 植被冠层的处理可分为单层模型、双层模型和多层模型。
能量输送保持了全球的能量平衡，它使得辐射的亏空 区不致于太冷，辐射的过剩区不致于太热，为生物提供了 一种适宜的生存环境。
Zuo Qiting
❖2.2.2.3 地表能量平衡一般方程
根据能量守恒原理，地表能量的收支平衡关系如下：
R n A e L E H G P o A d （2.2.1）
式中：R n 为净辐射，其值为到达地面的总辐射（包括短波辐射和长
工程水文及水利计算PPT幻灯片课件
5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内 分配的分析计算 2、等值线图法
多年平均年径流深等值线图 应用 通过形心插值：在小流域中，流域内通过的等值线很少，可 按通过流域形心的直线距离比例内插法，计算流域平均径流 深。
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内 分配的分析计算
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内 分配的分析计算 2、等值线图法
多年平均年径流深等值线图 绘制 为了消除流域面积这一非区域性因素的影响，等值线图总是 以径流深（毫米）或径流模数（升·秒-1 ·公里-2）来表示。 绘制气候特征值（如降雨量、蒸发量）等值线图时，是把各 观测值点注在地图中各对应观测点的位置上。
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内 分配的分析计算
2、等值线图法
年径流Cv值的估算
年径流深的Cv值，也有等值线图可供查算，方法与年径流均 值估算方法类似，但可更简单一点，即按比例内插出流域重 心的Cv值就可以了。 大流域：一般具有长期的实测资料，很少用等值线图； 中流域：精度一般较高，具有很大的实用价值； 小流域：误差很大，且由等值线图查得的Cv值有可能偏小。 因为绘制等值线图时主要依据的是中等流域的资料，一般来 说流域越大，径流变化越均匀， Cv值越小。
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5-5 缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内 分配的分析计算 2、等值线图法
原理 影响水文特征值的因素分类：
当影响水文特征值（如洪峰流量、特征水位等）的因素主要 是非区域性因素（如流域面积、河床下切深度等）时，则该 特征值不随地理坐标而连续变化，就无法作出它的等值线图；
对于同时受区域性和非区域性两种因素影响的特征值（如年 径流总量等），在消除非区域性的影响后，才能得出该特征 值的地理分布规律。
河道水流——精选推荐
第二章河道水流第一节自然界的水循环及水量平衡一、自然界的水循环自然界遍处是水，但其总量则很难准确估计，特别是海洋水量和地下潜存水量。
据各方面专家综合估算，地球上共有积蓄水约13.86亿km3。
其中海洋水约13.5亿km3，占97.4％；陆地水约3598万km3，占不足2.6％；大气水约1.3万km3，占不足0.001％。
陆地水中，冰盖和冰川蓄积的水量，约2750万km3，占陆地水量的76.4％，其中80％位于南极地区，每年溶化流入海洋的水量约700 km3；河流和淡水湖泊的水量仅10.17万km3，占不足0.3％；而地下水量有820万km3，占22.8％。
自然界中水的形态可有多种，其运行变化异常复杂。
空中汽态水可因冷凝而成液态或固态，以雨、雪、雹、霰等形式下降于大陆或海洋，这些统称为降水；江、河、湖、海及大陆上的液态水或固态水，可因太阳的热力作用而成汽态水升入天空，此称为蒸发现象；地表水在重力作用下，进入土壤或岩层时，称为入渗；沿地表及地下流动的水流，统称为径流，其中沿地表流动的水流，称为地表径流；在地下土壤或岩石裂缝中流动的水流，称为地下径流或基流，它是长久无雨时期河水的补给源；沿河川流动的水流，称为河川径流。
降水、蒸发、径流、入渗等现象，统称为水文现象。
系统地观测、收集与研究这些水文现象的变化规律，并预报未来可能面临的水文图2-1 自然界水循环示意图情势，对于科研、设计和社会各方面是十分重要的决策依据。
降水、径流、蒸发及入渗等周而复始的变化过程，称为自然界的水循环，如图2-1所示。
其中发生在海洋上或陆地上的水循环，称为小循环；发生在海洋与大陆间的水循环，称为大循环。
太阳是循环的总能源，而太阳辐射和地心引力则是水循环的动力，循环的源和汇都是海洋。
就我国来说，水汽主要来自东南方向(太平洋)，其次是南方（印度洋）和西南方向（大西洋、北冰洋）。
进入我国上空的水汽，大部分不参加水循环。
据1977年分析，只有12％的输入水汽形成了径流，其余则经我国的上空逸出。
第2章习题_水文循环与径流形成
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（一）填空题1. 地球上的水以____态，____态，____态三种形式存在于自然界的____ 、_____ 和_____ 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_______, 以及使空气湿度_____________状态。
3. 使暖湿空气达到饱和主要靠空气______________运动引起的冷却。
4. 按水文循环的规模和过程不同，水文循环可分为_______循环和________循环。
5. 自然界中,海陆之间的水文循环称___ 。
6. 自然界中,海洋或陆面局部的的水循环称_____________。
7.水循环的外因是_________________________________ ，内因是__________________________。
8. 水循环的重要环节有________，________，_______，_________。
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。
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在某一进入的水量减去流出的水量，等于该时段该区域蓄水量的变化11. 一条河流，沿水流方向，自上而下可分为、、、、五段。
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RSI,RGI — surface and groundwater inflow into the boundary from outside
E — evaporation and transpiration
RSO,RGO — surface and groundwater outflow from the boundary △W — change of storage volume within the boundary
(2-3)
图中 E海——海洋蒸发；P 海——海洋降雨；R——径流
由式(2-2)、(2-3)得地球多年平均水量平衡方程：
E海 E陆 P海 P陆
EP
四 流域水量平衡
流域水量平衡方程为：
P RSI RGI E RSo RGo W n 0
(2-4)
Where P — precipitation
4 流域形状系数
K=B/LA 其中, B=F/LA为流域宽度。 5 流域自然地理特征
包括: (1)地理位置：经纬度表示，反映流域所处的气候。
(2) 气候特征：包括降水、蒸发、温度、湿度、气压、风等要素。 是河流形成和发展的主要因素，也是决定流域水文特征的重要因素。
(3)流域下垫面条件：包括地形、地貌、土壤、植被、湖泊等因 素。它们影响径流的变化规律。
(1)外因：太阳辐射、地心引力 (2)内因：水的气、液、固三态之间的转化 4 水循环要素
降水(P)、蒸发(E)、径流(R)
区域
全球海洋 全球陆地
全球
面积 (万km2）
36100 14900 51000
降水 458000 119000 577000
水量（km3）
径流 47000 47000
蒸发 505000 72000 577000
2.3 降水(Precipitation)
一 降水的成因及分类
1 成因
地面湿热气团因各种原因而上升，体积膨胀作功，消耗内能而 冷却。当温度降低到露点以下时，气团中的水汽开始凝结为水滴或 冰晶，形成云。云中的水滴或冰晶，继续吸附水汽凝结于其表面， 或由于互相碰撞而结合成大水滴或冰粒，当其重量达到不再能被上 升气流所顶托的时候，即形成降水。
多年平均情况：
E陆
P陆
P陆 E陆 R W陆
△W陆
R P陆 E陆
(2-2)
R
图中 E陆——陆地蒸发；P陆— —陆地降雨；R——径流
2 海洋水量平衡方程 R+P海-E海= △W海 多年平均情况：
R P海 E海 W海
R
E海
P海
△W海
R P海 E 海
3 地球水量平衡方程
第二章 水循环及径流形成
2.1 水循环及水量平衡 (The hydrologic cycle and water balance)
2.2 河流和流域(River and Basin) 2.3 降水(Precipitation) 2.4 蒸发(Evaporation) 2.5 下渗(Infiltration) 2.6 径流(Runoff)
二 水量平衡
1. 概念
任一区域给定时段内，输入水量与输出水量之差等于 该区域内的蓄水量变化。
2. 水量平衡方程
I – O = △W
(2-1)
I
式中，I——给定时段内输入水量；
O——给定时段内输出水量；
△W——给定时段内蓄水量变化。
△W
O
三 地球上的水量平衡 1 陆地水量平衡方程
P陆-(E陆+R)= △W陆
-6
(3)系统性降雨
二 降雨观测
降雨一般通过雨量器和自记雨量计两种方式进行观测的。随着科学技 术的发展，利用雷达探测和气象卫星云图来预估未来一定时期的降雨 量。
1 雨量器 一般采用人工定时(8时、20时)观测，雨季要增加观测次数。
2 自记雨量计 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。
3 河流横断面 如图2-2所示。
4 水系及水系形态 (1)水系
由干流、支流及流域内 水库、湖泊连成的一个庞大 系统，成为形状
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∑L和流域面积F之比：
D= ∑L/F
(km/km2)
5 河流弯曲系数 指河流实际长度与河流两端间的直线l之比值：
2.1 水循环及水量平衡
一 水循环
1 定义：地球上的水因蒸发成为水汽，经输送、上升，冷却、凝结， 并在适当条件下，再降落到地面，这种不断循环的过程，称为水循环。 如下图。
图2-1
2 分类 (1)大循环：海洋与陆地之间的水分交换。 (2)小循环：海洋与大气之间、陆地与大气之间水分交换。
3 水循环内外因
n — discrepancy term
E
P
地表分水线
RSI
地下分水线
RGI
△W
RGO
RSO
2.2 河流和流域
一 河流(River)
1 概念
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。 2 河流长度（河长L）
自河源沿河道至河口的长度，称河长，以km计。
3 雷达探测
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。 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。
φ=L/l
二 流域（Basin）
1 概念
由分水线包围的汇集地表水和地下水的区域， 称为流域。可分闭合流域和非闭合流域两种。
地下分水线
l 地表分水线
章
流 域 示 意 图
2 流域面积
分水线所包围的面积，用F表示，单位：Km2。
3 流域长度LA 指流域几何中心长。以河口为圆心，画不同半径的若干圆弧与分水线 相交于两点。连两点成割线，取这些割线中点的连线长度，即为流域 长度。
2 分类
(1)对流雨 对流层的特点：1. 气温随高度的增加而降低；
2. 具有强烈的上升和下降的气流； 3. 受地表差异影响，对流层温度、湿度水平分布不均匀。 对流层又可分三部分：下层（地面-1.5km）；中层（1.5km-6km）； 上层（6km-对流层顶部）
(2)地形雨：水平运动的湿热气团受山脉、高原阻挡，气流被迫沿 迎风坡上升，因动力冷却形成的降雨。其特点是：a.迎风坡降雨多，背 风面降雨少；b.降雨量随高程增加而增加，到一定高度后，随高程增加 反而减少。