工程水文学第二章 水文循环与径流形成
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2. 水文分析法：流域水量平衡方程分析（略）
三、下渗率、下渗能力、下渗曲线、下渗公式
1、下渗率：单位时间内渗入单位面积土壤中的 水量（mm/min，mm/h）。
2、下渗能力：充分供水条件下的下渗率（EM)。 3、下渗曲线、霍顿（Horton)下渗公式：
ftf0fcetfc
f 0 : 起始下渗率 f c : 稳定下渗率 : 系数
每日8时至次日8时降 水量为当日降水量。
2.自计式雨量计
虹吸式 翻斗式 称重式
(1)虹吸式 分辨率：0.1mm 降雨强度适用范围： 0.01～4.0mm/min。
Tipping bucket gauge: funneling the collected rain to a small bucket that tilts and empties each time it fills
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。
R
P
作业: 1、２：２－２、２－３。 3、某流域面积1000km2，流域多年平均降雨量 1400mm，多年平均流量20m3/s，问该流域多年
2、小循环：
海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水 的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降 落到陆地上，又称为内循环。
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。
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
地下净雨→地下径流
一 、下渗的物理过程 1.渗润阶段 分子力作用，土壤颗粒吸收成薄膜水。非饱和水流。 2. 渗漏阶段 毛管力、重力作用，水分向下运动，水分逐渐饱和。 非饱和水流。 3. 渗透阶段 重力作用，水分饱和。饱和水流。
二 、下渗实验 1. 直接测定法 （1）注水法：同心环下渗仪（略）。 （2）人工降雨法（略） ：
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：
对多年平均情况： △Sc、△So趋于零。所以：
合并得：
或:
PE
三、流域水量平衡 以流域作为研究范围水量平衡方程为：
PER S
对于多年平均情况而言： △S趋于零，故其水量平衡方程为：
PER
第二节 河流与流域
一、河流
②气候条件： 降水、蒸发、湿度、气温、气压、风速等。决定流 域水文特征。
③下垫面条件 地形、地质构造、土壤和岩石性质、植被、湖泊、 沼泽等。反应每一水系形成的具体过程，并影响径流 的变化规律。
第三节 降水 降水： 雨、雪、霰、雹、露、霜。
一、 降水的形成与分类
⑴ 降水的形成
三因素：水汽、上升运动、冷却凝结。
The precipitation depth determined based on the number of bucket tilts
三、 降水特性的描述 ⒈降水量： 一定时段的降雨量，单位： mm。 ⒉降水历时： 降水持续时间，单位：min，h，d。 ⒊降雨强度： 单位时间降雨量 ，单位：mm/h，mm/d。 瞬时降雨强度，平均降雨强度。
原理: 地面湿热气团上升膨胀、冷却、凝结、成云、形 成降水。
⑵ 降水的分类 对流雨 地形雨 锋面雨 气旋雨
①对流雨 形成： 上升的空气形成动力冷却而致雨称为对流雨。 特点： 降雨强度大，历时短、雨区较小。
②地形雨
特点： 因空气本身温湿特性，运行速度及地形特点而异。
• Lifting of moist air currents over mountain barriers • Common in the west coast of U.S.
锋面分类： 按运动学观点分为： 冷锋、暖锋、静止锋、锢囚锋。
冷锋雨 特点：降雨强度大、历时短、雨区范围较小。
暖锋雨 特点：降雨强度小、历时长、雨区范围大。
④ 气旋雨 Ⅰ、温带气旋雨
Ⅱ、热带气旋雨
我国降水量地区分布
二、 降水量观测 器测法
方法 雷达探测 气象卫星云图
1、雨量器 分辨率0.1mm。两段制 观测，即每日8时及20时 各观测一次。雨季增加观 测段次。
1、河流的形成与分段、干流、支流、水系概念
⑴形成：地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形 成溪流，最后汇集成河流。
⑵分段： 河源、上、中、下游、河口。
⑶干流、支流、水系概念：
干流 ：直接流入海洋、湖泊的河流。 支流：流入干流的河流。
Strahler河流分法：
①无支流汇入的河流为一级河流。 ②两条同级别的汇合而成的比原来高一级。 ③两条不同级别河流汇合取较高者。
第六节 径流
降水形成的，沿着流域地面和地下向河川、 湖泊、水库、洼地等流动的水流。
地表径流
组成 表层流（壤中流）
地下径流
一、径流的形成过程 流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出 口断面的整个物理过程，称为径流形成过 程。
人为划分 产流过程 汇流过程
③填洼 ②下渗
①植物截留
R1 R2
R3
R4
径流形成过程示意图
Precipitation on the “windward” side
Mountain
Dry on the “leeward” side
③ 锋面雨 锋面活动产生的降水称为锋面雨。
锋面： 温湿特性不同的气团相遇时，在其接触区由于 性质不同来不及混合而形成的不连续面。锋面与 地面的交线称为锋线，习惯上称为锋。
河网汇流：
从支流到干流，从上游到下游，流域出口断面。
二、径流的表示方法
1. 流量（Q）：m3/s，洪峰流量 Q m，日平均流量...
2. 径流量（W）：时段T内通过河流某一断面的总水量，
m3、万m3。
W QT
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
植物散发
一 、水面蒸发：
器测法 间接计算法
1. 器测法： 水文部门普遍采用E—601型蒸发器。
每日8时观测一次， 得日蒸发量；可计算月蒸 发量、年蒸发量。
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。
EEM
第二阶段：土壤水分减少，供水条件变差，E逐渐
a24 45 10.8
21 57 12.0
37 69 25.5
8 66 5.3
10 78 7.8
100
61.4
ai
Ai A
n
A Ai i 1
n
P ai Pi i 1
第四节 蒸散发
蒸散发是水文循环的重要环节。
流域蒸发： 水面蒸发
土壤蒸发 陆面蒸发
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。
水量平衡法： 某一时段：
E总PRU
多年平均：
E总PR
中国蒸发量地理分布
第五节 下渗
水透过地面进入土壤的过程，称为下渗。是在分 子力、毛细管力和重力综合作用下发生的 物理过程。
L（ km），采用同心圆法。M（km）： F/L。 ③河网密度 ΣL/F（km/ km2 ） ④流域形状系数：
M/L ⑤流域平均高度和平均坡度 采用方格法。
①流域面积 F（km2） 求积仪法、数方格法
②流域长度（L）和平均宽度（M）
河网 出口
⑤流域平均高度和平均坡度
方格法，方格交叉点值平均。
⑵流域自然地理特征 ①地理位置： 经纬度。反应水文循环的强弱。
2.汇流过程：净雨沿坡面从地面和地下汇入河网，再沿
河网汇集到流域出口断面的过程。
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。
由于汇流途径不同，汇流特征（汇流时间、速度）不同。
第二章 水文循环与径流形成
⒈水文循环与水量平衡 ⒉河流与流域 3.降水、蒸散发、下渗、径流
第一节 水文循环与水量平衡
一、自然界的水文循环
地球上存在的各种水体以蒸发、降水、入渗和 径流等方式进行的往复交替的运动过程，称为水文 循环。
小循环
大循环 小循环
水循环示意图
1、大循环：
海陆之间的水分交换过程，又称为外循环。
水面比降、河底比降。 ⑵比降计算
比降计算计算示意图
二、流域 1、流域概念 汇集地面水和地下水的区域,即分水线所包围的区 域。
分界线(分水线）
河网
出口
流域示意图
①某一断面流域 ②河口断面流域
①闭合流域 ②不闭合流域
2、流域边界线勾绘：
3、流域基本特征
⑴ 流域的几何特征 ①流域面积
F(km2），采用方格法、求积仪法量面积。 ②流域长度（L）、平均宽度（M）
平均蒸发量为多少？若修建一水库，水库面积 为100km2，当地实测蒸发器读数的多年平均值 为2000mm，蒸发器折算系数为0.8，问建库后流 域多年平均流量是多少？
干流：水系中最高级别的河流。
水系：脉络相同的大小河流所构成的体统。
黄河流域水系图
2、河流的基本特征 ⑴河长 自河源沿主河道至河口的距离称为（km）。 量取方法：曲线仪或分规。
⑵河流的断面： 横断面：垂直流向 纵断面：沿中泓线
3. 河道纵比降：
⑴概念 任意河段两端（水面或水底）的高差△h称 为落差，单位河长的落差称为河道纵比降。
四、流域平均面雨量计算 1、算数平均法
66 mm D
78 mm
E
69 mm
C 57 mm
45 mm
B
A
P4 55 76 96 67 86m 3 m 5
2、泰森多边形法
66 mm
D
A4
A5
A3 69 mm
C 57 mm
45 mm A
B A2
A1
78 mm E
测站 A B C D E
合计
三、下渗率、下渗能力、下渗曲线、下渗公式
1、下渗率：单位时间内渗入单位面积土壤中的 水量（mm/min，mm/h）。
2、下渗能力：充分供水条件下的下渗率（EM)。 3、下渗曲线、霍顿（Horton)下渗公式：
ftf0fcetfc
f 0 : 起始下渗率 f c : 稳定下渗率 : 系数
每日8时至次日8时降 水量为当日降水量。
2.自计式雨量计
虹吸式 翻斗式 称重式
(1)虹吸式 分辨率：0.1mm 降雨强度适用范围： 0.01～4.0mm/min。
Tipping bucket gauge: funneling the collected rain to a small bucket that tilts and empties each time it fills
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。
R
P
作业: 1、２：２－２、２－３。 3、某流域面积1000km2，流域多年平均降雨量 1400mm，多年平均流量20m3/s，问该流域多年
2、小循环：
海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水 的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降 落到陆地上，又称为内循环。
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。
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
地下净雨→地下径流
一 、下渗的物理过程 1.渗润阶段 分子力作用，土壤颗粒吸收成薄膜水。非饱和水流。 2. 渗漏阶段 毛管力、重力作用，水分向下运动，水分逐渐饱和。 非饱和水流。 3. 渗透阶段 重力作用，水分饱和。饱和水流。
二 、下渗实验 1. 直接测定法 （1）注水法：同心环下渗仪（略）。 （2）人工降雨法（略） ：
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：
对多年平均情况： △Sc、△So趋于零。所以：
合并得：
或:
PE
三、流域水量平衡 以流域作为研究范围水量平衡方程为：
PER S
对于多年平均情况而言： △S趋于零，故其水量平衡方程为：
PER
第二节 河流与流域
一、河流
②气候条件： 降水、蒸发、湿度、气温、气压、风速等。决定流 域水文特征。
③下垫面条件 地形、地质构造、土壤和岩石性质、植被、湖泊、 沼泽等。反应每一水系形成的具体过程，并影响径流 的变化规律。
第三节 降水 降水： 雨、雪、霰、雹、露、霜。
一、 降水的形成与分类
⑴ 降水的形成
三因素：水汽、上升运动、冷却凝结。
The precipitation depth determined based on the number of bucket tilts
三、 降水特性的描述 ⒈降水量： 一定时段的降雨量，单位： mm。 ⒉降水历时： 降水持续时间，单位：min，h，d。 ⒊降雨强度： 单位时间降雨量 ，单位：mm/h，mm/d。 瞬时降雨强度，平均降雨强度。
原理: 地面湿热气团上升膨胀、冷却、凝结、成云、形 成降水。
⑵ 降水的分类 对流雨 地形雨 锋面雨 气旋雨
①对流雨 形成： 上升的空气形成动力冷却而致雨称为对流雨。 特点： 降雨强度大，历时短、雨区较小。
②地形雨
特点： 因空气本身温湿特性，运行速度及地形特点而异。
• Lifting of moist air currents over mountain barriers • Common in the west coast of U.S.
锋面分类： 按运动学观点分为： 冷锋、暖锋、静止锋、锢囚锋。
冷锋雨 特点：降雨强度大、历时短、雨区范围较小。
暖锋雨 特点：降雨强度小、历时长、雨区范围大。
④ 气旋雨 Ⅰ、温带气旋雨
Ⅱ、热带气旋雨
我国降水量地区分布
二、 降水量观测 器测法
方法 雷达探测 气象卫星云图
1、雨量器 分辨率0.1mm。两段制 观测，即每日8时及20时 各观测一次。雨季增加观 测段次。
1、河流的形成与分段、干流、支流、水系概念
⑴形成：地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形 成溪流，最后汇集成河流。
⑵分段： 河源、上、中、下游、河口。
⑶干流、支流、水系概念：
干流 ：直接流入海洋、湖泊的河流。 支流：流入干流的河流。
Strahler河流分法：
①无支流汇入的河流为一级河流。 ②两条同级别的汇合而成的比原来高一级。 ③两条不同级别河流汇合取较高者。
第六节 径流
降水形成的，沿着流域地面和地下向河川、 湖泊、水库、洼地等流动的水流。
地表径流
组成 表层流（壤中流）
地下径流
一、径流的形成过程 流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出 口断面的整个物理过程，称为径流形成过 程。
人为划分 产流过程 汇流过程
③填洼 ②下渗
①植物截留
R1 R2
R3
R4
径流形成过程示意图
Precipitation on the “windward” side
Mountain
Dry on the “leeward” side
③ 锋面雨 锋面活动产生的降水称为锋面雨。
锋面： 温湿特性不同的气团相遇时，在其接触区由于 性质不同来不及混合而形成的不连续面。锋面与 地面的交线称为锋线，习惯上称为锋。
河网汇流：
从支流到干流，从上游到下游，流域出口断面。
二、径流的表示方法
1. 流量（Q）：m3/s，洪峰流量 Q m，日平均流量...
2. 径流量（W）：时段T内通过河流某一断面的总水量，
m3、万m3。
W QT
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
植物散发
一 、水面蒸发：
器测法 间接计算法
1. 器测法： 水文部门普遍采用E—601型蒸发器。
每日8时观测一次， 得日蒸发量；可计算月蒸 发量、年蒸发量。
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。
EEM
第二阶段：土壤水分减少，供水条件变差，E逐渐
a24 45 10.8
21 57 12.0
37 69 25.5
8 66 5.3
10 78 7.8
100
61.4
ai
Ai A
n
A Ai i 1
n
P ai Pi i 1
第四节 蒸散发
蒸散发是水文循环的重要环节。
流域蒸发： 水面蒸发
土壤蒸发 陆面蒸发
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。
水量平衡法： 某一时段：
E总PRU
多年平均：
E总PR
中国蒸发量地理分布
第五节 下渗
水透过地面进入土壤的过程，称为下渗。是在分 子力、毛细管力和重力综合作用下发生的 物理过程。
L（ km），采用同心圆法。M（km）： F/L。 ③河网密度 ΣL/F（km/ km2 ） ④流域形状系数：
M/L ⑤流域平均高度和平均坡度 采用方格法。
①流域面积 F（km2） 求积仪法、数方格法
②流域长度（L）和平均宽度（M）
河网 出口
⑤流域平均高度和平均坡度
方格法，方格交叉点值平均。
⑵流域自然地理特征 ①地理位置： 经纬度。反应水文循环的强弱。
2.汇流过程：净雨沿坡面从地面和地下汇入河网，再沿
河网汇集到流域出口断面的过程。
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。
由于汇流途径不同，汇流特征（汇流时间、速度）不同。
第二章 水文循环与径流形成
⒈水文循环与水量平衡 ⒉河流与流域 3.降水、蒸散发、下渗、径流
第一节 水文循环与水量平衡
一、自然界的水文循环
地球上存在的各种水体以蒸发、降水、入渗和 径流等方式进行的往复交替的运动过程，称为水文 循环。
小循环
大循环 小循环
水循环示意图
1、大循环：
海陆之间的水分交换过程，又称为外循环。
水面比降、河底比降。 ⑵比降计算
比降计算计算示意图
二、流域 1、流域概念 汇集地面水和地下水的区域,即分水线所包围的区 域。
分界线(分水线）
河网
出口
流域示意图
①某一断面流域 ②河口断面流域
①闭合流域 ②不闭合流域
2、流域边界线勾绘：
3、流域基本特征
⑴ 流域的几何特征 ①流域面积
F(km2），采用方格法、求积仪法量面积。 ②流域长度（L）、平均宽度（M）
平均蒸发量为多少？若修建一水库，水库面积 为100km2，当地实测蒸发器读数的多年平均值 为2000mm，蒸发器折算系数为0.8，问建库后流 域多年平均流量是多少？
干流：水系中最高级别的河流。
水系：脉络相同的大小河流所构成的体统。
黄河流域水系图
2、河流的基本特征 ⑴河长 自河源沿主河道至河口的距离称为（km）。 量取方法：曲线仪或分规。
⑵河流的断面： 横断面：垂直流向 纵断面：沿中泓线
3. 河道纵比降：
⑴概念 任意河段两端（水面或水底）的高差△h称 为落差，单位河长的落差称为河道纵比降。
四、流域平均面雨量计算 1、算数平均法
66 mm D
78 mm
E
69 mm
C 57 mm
45 mm
B
A
P4 55 76 96 67 86m 3 m 5
2、泰森多边形法
66 mm
D
A4
A5
A3 69 mm
C 57 mm
45 mm A
B A2
A1
78 mm E
测站 A B C D E
合计