水文学第二章第五节
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工程水文学第二章 水文循环与径流形成
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。
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。
径流形成过程及其度量
关，尤其是土壤含水量。 对于天然情况下，温度、光照基本适宜，植物的
散发过程与土壤的蒸发过程很相似，常常与土壤 的蒸发一起计算。
四、流域总蒸发
流域总蒸发（流域蒸散发）：流域内的水面蒸发、 土壤蒸发、植物散发的总称。 陆地上的年降水量有60～70％通过蒸发和散发返回 大气，因此总蒸发是水文循环的重要组成要素。 流域总蒸发是通过估算求得。
工程水文学
第二章 水文循环与径流形成
水文循环及水量平衡 河流与流域 降水 下渗 蒸散发 径流
第六节 径流
内容提要
➢ 径流形成过程 ➢ 径流的度量 ➢ 河川径流的动态变化
一、径流形成过程
径流：由降水形成的，沿着流域地面和地下向河 川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。其中流出 流域出口断面的水流称为河川径流。
入渗能力曲线 fc
fF f0
0
2020/12/3
Ft ft
下渗能力随时程而递减， 初期很大，后期逐渐变小 ，最后趋于稳定。
fc t
三、下渗 自然条件下的下渗
f f0
C
fc 0
（1）i1≥fp，按下渗能力下渗
（3）fc＜i3＜fp，i1下渗能力下降到稳定下渗
率前，全部雨水渗入土壤
i3
A
D
B
i2
（2）i2<fC，按降雨强度下渗
三、下渗 物理过程
（2） 渗漏阶段 下渗的水主要在毛细管力和重力共同作用下，在土壤孔 隙中形成不稳定运动，并逐步充填空隙，直到孔隙充满 水之前均称为第二阶段。该阶段水呈非饱和运动，有时 将渗润阶段和渗漏阶段合称为渗漏阶段。 （3）渗透阶段 当土壤孔隙被水充满达到饱和时，水在重力作用下向 下运动，属饱和水流运动。这时，下渗率维持稳定， 称稳定下渗率。
散发过程与土壤的蒸发过程很相似，常常与土壤 的蒸发一起计算。
四、流域总蒸发
流域总蒸发（流域蒸散发）：流域内的水面蒸发、 土壤蒸发、植物散发的总称。 陆地上的年降水量有60～70％通过蒸发和散发返回 大气，因此总蒸发是水文循环的重要组成要素。 流域总蒸发是通过估算求得。
工程水文学
第二章 水文循环与径流形成
水文循环及水量平衡 河流与流域 降水 下渗 蒸散发 径流
第六节 径流
内容提要
➢ 径流形成过程 ➢ 径流的度量 ➢ 河川径流的动态变化
一、径流形成过程
径流：由降水形成的，沿着流域地面和地下向河 川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。其中流出 流域出口断面的水流称为河川径流。
入渗能力曲线 fc
fF f0
0
2020/12/3
Ft ft
下渗能力随时程而递减， 初期很大，后期逐渐变小 ，最后趋于稳定。
fc t
三、下渗 自然条件下的下渗
f f0
C
fc 0
（1）i1≥fp，按下渗能力下渗
（3）fc＜i3＜fp，i1下渗能力下降到稳定下渗
率前，全部雨水渗入土壤
i3
A
D
B
i2
（2）i2<fC，按降雨强度下渗
三、下渗 物理过程
（2） 渗漏阶段 下渗的水主要在毛细管力和重力共同作用下，在土壤孔 隙中形成不稳定运动，并逐步充填空隙，直到孔隙充满 水之前均称为第二阶段。该阶段水呈非饱和运动，有时 将渗润阶段和渗漏阶段合称为渗漏阶段。 （3）渗透阶段 当土壤孔隙被水充满达到饱和时，水在重力作用下向 下运动，属饱和水流运动。这时，下渗率维持稳定， 称稳定下渗率。
水文学课件：第二章 河 流(River)
面积（km2） 250
N（天）
2
1250 5000 12500 25000
3
4
5
6
（二）流量过程线的分割
1、地下径流的分割(在一次洪水过程线上的分割 )
（3）退水曲线法 设想：地下水在整个河流涨落过程中也有一个涨落过程，
起涨点是C点，D点是退水过程线的拐点。DB是标准退水 曲线，从D点反向延长至D点。ACDB线就是地下水的涨 落过程线。
下渗的总量：
t
W (t) 0 f (t)dt
超渗产流的条件：
i＞f
2、蓄满(饱和)产流：
在湿润地区，包气带很薄，地下水位较高，降雨 的下渗很快就会使包气带达到饱和，于是产流。
对全场降雨而言，降
雨的损失量为：WmW0 (包气带最大蓄水量与 降水前期土壤含水量 之差 )
产流量：
R X (Wm W0)
（3）其流量变化比雨水补给的河流更稳定。
4、湖泊与沼泽水的补给及特点
4、湖泊与沼泽水的补给及特点
湖泊和沼泽地对河川径流有一定的调节作用， 水量变化比较均匀，流量过程线比较平缓， 变幅小。
5、地下水补给及特点
5、地下水补给及特点
地下水补给量稳定而连续，流量过程线较平缓， 是枯季河流的主要水源。
三、河流的分类
2、我国河流综合分为三类：
（1）雨水补给的河流
指秦岭—淮河以南，青藏高原以东，大约以1000mm等雨量线为界，
主要河流有长江和珠江水系。图
（2）雨水—融水补给河流
指秦岭—淮河以北的大部分地区，包括东北、华北地区和青藏高原
的东部，主要是我国的半干旱地区，大约以400mm等雨量线为界，
主要河流有黑龙江、松花江、黄河、海河、辽河等水系。图
水文学课件：第二章 河流(River)
南极洲 1398
欧洲
1050
澳大利亚 761.5
大洋洲 （各岛）
133.5
全球内陆 14902.5
年降水 mm 103km3 741 32.2 740 22.3 756 18.3 1596 28.4 165 2.31 790 8.29 456 3.47
2704 3.61
798 118.88
年径流
mm 103km3
流域出口断面流量Q与流域面积F的比值，指单位时间 (S)，单位面积(Km2)上的产流量。
M Q / F Q 1000 F
一、径流特征值
4、径流深度（Y）： (mm)
将径流总量(W）平分在流域面积(F）上，
所得的水深为径流深度 。
W的单位是立方米(m3) F的单位是平方千米(Km2)
Y W W 100010001000 W F F 1000100010001000 F 1000
332 14.41
151
4.57
339
8.20
661 11.76
165
2.31
306
3.21
39
0.30
径流 系数
0.45 0.20 0.45 0.41 1.00 0.39 0.09
1566 2.09 0.58
314 46.85 0.39
一、径流特征值
6、模比系数（ K ）：
某年的流量与多年平均流量的比值。
第二章 河 流（River）
第一节 水系和流域 第二节 河流的水情要素 第三节 河流的补给 第四节 河川径流的形成过程 第五节 河川径流的变化 第六节 河水的运动
第五节 河川径流的变化
径流特征值 河川径流的年际变化 河川径流的年内变化 洪水和枯水
第二章-水循环及径流形成过程
蒸发量用相应于蒸发面的水层深度来度量，记为E， 以mm计。
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
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
水文学原理 ppt课件
海洋水文学 水文气象学
陆地水文学
地表水水文学 土壤水水文学
地下水水文学
河川水文学 湖泊水文学 冰川水文学 河口水文学
按应用分 环境水文学、农业水文学、城市水文学······
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：
展进入了一个新时代，流域数学模型、水资源学、水环境 学、随机水文学相继形成。
五、发展史
• 水文学的分类
分类依据
划分的分类与分支学科
研究方法 研究对象
动力水文学、系统水文学、计算水文学、水文统计学、 随机水文学、地理水文学、同位素水文学、数字水文学 等
河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、 河口海岸水文学、水文气象学、地下水文学、海洋水文 学和水资源学等
------333---333333000000000
------111---111111000000000
------111---111111000000000
------444---444444000000000
000000000 ------222---222222000000000
茆
000000000
新泾河
钱 泾 口
圩角港
000000000
------111---111111000000000
青
龙
港
------111---111111000000000
000000000
崇头
崇
明
白
000000000 ------111---111111000000000
水文学第二章
由水面的蒸发率差别愈大。换一种说法，就是蒸 发器面积愈大，所测得的蒸发率愈接近于广阔自
由水面的蒸发率（即潜在蒸发率）。
我国的蒸发概况
我国多年平均的年总蒸散发量约为360 mm， 占多年平均年降水量的55.6%。年总蒸散发量的 地区分布与年降水量的地区分布大体相当，总趋 势由东南向西北递减。
• 年蒸发能力与年降水量之比反映气候干湿程度，
发量近似为一常数，其大小受气象因子即大气蒸 发能力控制。
2.蒸发率下降阶段---土壤导水率控制阶段（蒸发率
降低） 在该阶段由于含水率低于土壤田间持水量，某 些毛细管中水分连续状态受到破坏而中断，则毛 管水供给表层蒸发的水分逐渐减少，故该阶段蒸
发速率随表层土壤含水量变小而变小。
3.蒸发率微弱阶段---蒸发趋于停止
（二）影响蒸发的动力学与热力学因素
动力学因素
水汽分子的垂向扩散 大气垂向对流运动 大气中的水平运动和湍流扩散
热力学因素
太阳辐射 平流时的热量交换
（三）土壤特性和土壤含水量的影响
1.对土壤蒸发的影响
2.对植物散发的影响
三、蒸发量的计算
(1) 水面蒸发的测定方法
• 通常采用蒸发皿（器）（evaporation pan）来 直接观测水面蒸发率，蒸发皿测得的水面蒸发率 通常用Epan（mm/day）表示。
I - O = △S
(单位：m3或 mm)
式中: I ：该时段内输入研究区域的总水量；
O ：该时段内输出研究区域的总水量；
△S ：该时段内研究区域蓄水量的变化量。
全球水量平衡（global Water balance）
1) 若以地球大陆（Continent）为对象，某时段
△t内的水量平衡方程可写成： Pc － R －Ec ＝ △Sc 式中Ec ： 在时段内陆地的蒸发量； Pc ： 在时段内陆地的降水量； R： 时段内由陆地流入海洋的径流量； △Sc ： 在时段内陆地蓄水量的变化量。
由水面的蒸发率（即潜在蒸发率）。
我国的蒸发概况
我国多年平均的年总蒸散发量约为360 mm， 占多年平均年降水量的55.6%。年总蒸散发量的 地区分布与年降水量的地区分布大体相当，总趋 势由东南向西北递减。
• 年蒸发能力与年降水量之比反映气候干湿程度，
发量近似为一常数，其大小受气象因子即大气蒸 发能力控制。
2.蒸发率下降阶段---土壤导水率控制阶段（蒸发率
降低） 在该阶段由于含水率低于土壤田间持水量，某 些毛细管中水分连续状态受到破坏而中断，则毛 管水供给表层蒸发的水分逐渐减少，故该阶段蒸
发速率随表层土壤含水量变小而变小。
3.蒸发率微弱阶段---蒸发趋于停止
（二）影响蒸发的动力学与热力学因素
动力学因素
水汽分子的垂向扩散 大气垂向对流运动 大气中的水平运动和湍流扩散
热力学因素
太阳辐射 平流时的热量交换
（三）土壤特性和土壤含水量的影响
1.对土壤蒸发的影响
2.对植物散发的影响
三、蒸发量的计算
(1) 水面蒸发的测定方法
• 通常采用蒸发皿（器）（evaporation pan）来 直接观测水面蒸发率，蒸发皿测得的水面蒸发率 通常用Epan（mm/day）表示。
I - O = △S
(单位：m3或 mm)
式中: I ：该时段内输入研究区域的总水量；
O ：该时段内输出研究区域的总水量；
△S ：该时段内研究区域蓄水量的变化量。
全球水量平衡（global Water balance）
1) 若以地球大陆（Continent）为对象，某时段
△t内的水量平衡方程可写成： Pc － R －Ec ＝ △Sc 式中Ec ： 在时段内陆地的蒸发量； Pc ： 在时段内陆地的降水量； R： 时段内由陆地流入海洋的径流量； △Sc ： 在时段内陆地蓄水量的变化量。
水文学原理(第五节)
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������ ������ ������′
������
������ ������′
☆习题
������ ������ ������ ������′ ������ ������ ������′
2、变雨强时的下渗
第四节 下渗的影响因素 （ Influencing Factors of Infiltration ）
☆课程小结
1、掌握理解下渗过程3阶段的特征 2、掌握理解下渗不同阶段土壤水的类型及作用力 3、掌握理解下渗特征和雨强的关系
☆思考题与作业
（1）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征 （2）简述天然条件下的下渗过程（分类描述）
毛管水上升带：在地下水面以上， 由于土壤毛管力的作用，一部分 水分沿着土壤孔隙侵入地下水面 以上的土壤中，形成的水分带。 该区间土壤含水量自下而上逐渐 减小。
第二节 下渗过程 （Process of Infiltration ）
1、与下渗相关的概念 下渗: 水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到 土壤中的运动过程。
土壤的机械物理性质与水分物理性质 ❖流域地面情况(地形、植被) 人类活动
土壤的机械物理性质与水分物理性质
土壤的机械物理性质包括土壤的颗粒组成及其结构；土壤 的水分物理性质包括孔隙度、土壤含水量及其分布。
流域地面情况
有植被的地区下渗较裸土地区为大。因为植被阻滞地面径流， 增加了下渗时间；枯枝落叶及根系的腐烂使土壤更易透水。
习题
❶稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是 [ ]。 A、毛管水 B、薄膜水 C、重力水 D、吸湿水
❷渗漏阶段，下渗水分的存在形式是 [ ]。 A、毛管水 B、薄膜水 C、重力水 D、吸湿水
第三节 下渗与降雨强度的关系
������ ������ ������′
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������ ������′
☆习题
������ ������ ������ ������′ ������ ������ ������′
2、变雨强时的下渗
第四节 下渗的影响因素 （ Influencing Factors of Infiltration ）
☆课程小结
1、掌握理解下渗过程3阶段的特征 2、掌握理解下渗不同阶段土壤水的类型及作用力 3、掌握理解下渗特征和雨强的关系
☆思考题与作业
（1）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征 （2）简述天然条件下的下渗过程（分类描述）
毛管水上升带：在地下水面以上， 由于土壤毛管力的作用，一部分 水分沿着土壤孔隙侵入地下水面 以上的土壤中，形成的水分带。 该区间土壤含水量自下而上逐渐 减小。
第二节 下渗过程 （Process of Infiltration ）
1、与下渗相关的概念 下渗: 水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到 土壤中的运动过程。
土壤的机械物理性质与水分物理性质 ❖流域地面情况(地形、植被) 人类活动
土壤的机械物理性质与水分物理性质
土壤的机械物理性质包括土壤的颗粒组成及其结构；土壤 的水分物理性质包括孔隙度、土壤含水量及其分布。
流域地面情况
有植被的地区下渗较裸土地区为大。因为植被阻滞地面径流， 增加了下渗时间；枯枝落叶及根系的腐烂使土壤更易透水。
习题
❶稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是 [ ]。 A、毛管水 B、薄膜水 C、重力水 D、吸湿水
❷渗漏阶段，下渗水分的存在形式是 [ ]。 A、毛管水 B、薄膜水 C、重力水 D、吸湿水
第三节 下渗与降雨强度的关系
水文学原理(全套课件上158P)
第三节 水文学的分支学科 (Major Branch Subjects of Hydrology) 1 、按理论或应用可分为：
2、按水体可分为：
3、按应用的对象可分为：
4、按水文学的研究方法分类：
第四节 水文学的研究方法
(Methodologies on Hydrology)
多学科交叉的研究途径 (Interdisciplinary appoach)
第一阶段：十九世纪
1856年，Darcy定律－渗流运动定律
1871年，圣维南(St. Venant)方程组 （明渠缓变不稳定流运动规律）
第二阶段：二十世纪初至五六十年代
1914年，Hazen，水文频率计算 1932年，Sherman，提出了单位线 1935年，Horton，产流量计算 1938年，MaCarthy ，提出Muskingum法
水文学是地球物理科学的一个分支 水文学又是水利工程科学的重要组成部分
水文学又具有社会科学性 水文学是水利工程科学的重要组 成部分（技术科学）
水文学是水资源开发利用的理论 基础（社会科学）
第二节 水文学发展的动力
(Driving force for the Development of hydrology)
研究地球系统中水的运动、循环和时空 分布规律，水的自然和社会属性、经济属性 ，水与生态环境相互关系（作用）以及在水 旱灾害防治、水资源合理开发利用和水环境 保护中的应用的科学称为水文学。
2、水文学的研究内容(Research fields of Hydrology)
揭示地球系统中水的运动规律、水的 循环机理和水的时空分布特点
实验途径(Experimental approach) 流域水文模拟(Hydrological Modelling) 确定性与随机性研究方法的结合 (Combination of deterministic and stochastic approaches)
水文学原理(1-3章)
荡茜口 鹿鸣 泾口
-2 00 -2 0 -2 -2 00 -2 0 -2 -2 00 -2 0 -2 -1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1 00 0 00 0 00 0
沙
浪港
-3 00 -3 0 -3 -3 00 -3 0 -3 -3 00 -3 0 -3
新 00 0 00 0
00 0
新开港闸
-1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1
开
-1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1
青 龙 港
-1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1
沙
蒸腾ET
P E
海洋
地下径流Rg
水的不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程
第四节 自然界的水循环（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） 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)
3)
大陆的降水量多于蒸发量；
横
-2 00 -2 0 -2 -2 00 -2 0 -2 -2 00 -2 0 -2
港-100 -1 00 -1 0 -1 00 -1 -1 -1 0 -1 0 -1
-1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1 -1 00 -1 0 -1
-2 00 -2 0 -2 -2 00 -2 0 -2 -2 -3 00 -2 00 -3 0 -2 0 -3 -3 00 -3 0 -3 -3 00 -3 0 -3
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水文学复习资料整理绪论＆第一章地球上水的性质与分布1·水文学：是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。
2·地理水文：研究侧重于弄清地球上水体运动变化的自然规律、总体演化趋势；注意开展与其它自然地理因素之间相互影响的综合研究；区域因素决定了各水体的区域差异性。
地理水文研究具有宏观性、综合性及区域性三大特点。
3·水文学的发展阶段及其特征（一）萌芽时期（1400年以前）——定性描述阶段特点：开始了原始观测，水文现象的定性描述及经验积累（二）奠基时期（1400～1900年）——水文科学体系形成阶段特点：水文现象由概念性描述进入定量的表达，水文理论逐渐形成（三）应用水文学的兴起阶段（1900～1950年）特点：水文观测理论体系进一步成熟，应用水文学兴起。
（四）现代水文学时期（1950年后）特点：引进遥感、电算等新技术、新方法，重点开展水资源及人类活动水文效应的研究，分支学科不断派生，研究方法趋向综合。
4·水文现象的特点：（1）时间变化上的周期性和随机性；（2）地区分布上的相似性和特殊性。
5·随着水温的升降，水分子的变化一随着水温的升高，水分子聚合体不断减少，而单水分子不断增多，当水温高于100摄氏度呈气态时，水主要由单水分子组成二随着水温的降低，水分子聚合体不断增多，而单水分子不断减少，当水温到达0摄氏度结冰时，单水分子为零，而强力缔合结构的三水分子增多，因三水分子结构特性，使液态水变成固态冰时，体积膨胀10%若冰变成液态水时，体积减小10%。
三水温在3.98，摄氏度时，结合紧密的二水分子最多，所以此时水的密度最大，比重为1。
6·液态水“闪动簇团“理论的优点能更好地概括液态水的特异结构性能7·海水的热量收支受何因素的影响8·海水温度分布的特点1）三大洋海水温度的水平分布三大洋表面年平均水温约为17.4℃，其中太平洋最高，达19.1℃；印度洋17.0℃；大西洋16.9℃。
水文学第2章第5节
1 P Pi n
第五节 降水
面降水的计算 算数平均法
适用于面积不大，
地形起伏不大，站 点较多且布设较均
A:260mm
B:140mm
匀的流域，计算简
便。不能利用流域 附近的雨量资料。
C:240mm
第五节 降水
面降水的计算 泰森多边形法
该法假定流域上各点
的雨量以其最近的雨量
站的雨量为代表，需要 采用一定的方法推求各
3）森林不仅不能增加降水，还可能减少降水
第五节 降水
影响降水的因素 水体
减少降水量，但迎风的库岸地带降水增加
第五节 降水
影响降水的因素 人类活动
改变下垫面条件 人工直接控制降水
城市的增雨作用
第五节 降水
可能最大降雨
可能最大降水（PMP）或可能最大暴雨（PMS）：在现代的 地理环境和气候条件下，特定的区域在特定的时段内，可
降雨平均深度-面积曲线
第五节 降水
降水要素 降水特征的表示方法
降水特征综合曲线
降雨平均深度-面积-历时曲线
第五节 降水
面降水的计算 算数平均法
算术平均法：流域内各站同一时段的雨量进行算术平均。
P—某一指定时段的流域平均雨量，mm; n—流域内的雨量站数； Pi—流域内第i站指定时段的雨量，mm,
能发生的最大降水量（或暴雨）
可能最大洪水（PMF）：由可能最大降水及其时空分布，通 过流域产流和汇流计算，可推算出相应的洪水，称为可能
最大洪水（PMF）。
站代表的在流域中距其
最近的点的面积，这些 站代表的面积图称泰森 多边形。
f1 p1 f 2 p2 f n pn 1 n P f i pi f1 f 2 f n f i 1
水文学原理蒸散发
缺点：计算和观测各均衡项所产生的误差归入蒸发量，对于 蒸发量占总水量较小的情况，将产生较大的误差。
2.热量平衡法 蒸发是水热交换过程，水量平衡与热量平衡
之间有着紧密的联系，一般表达式如下：
E R
P LP
只需记住结论：蒸发可由 降水量和一个与干燥指数
2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod热量平衡法heatbalancemethodinputoutput第二节水面蒸发空气动力学法aerodynamicmethod饱和差2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod第二节水面蒸发混合法mixedmethod水体吸收净辐射热量引起的蒸发风速和饱和差引起的蒸发2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod第二节水面蒸发水量平衡法waterbalancemethod2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod第二节水面蒸发3确定水面蒸发量的经验公式途径empiricalequation华东水利学院经验公式第二节水面蒸发水面蒸发的时空分布特点temporalspatialdistributioncharacteristics空间分布特点空间分布特点时间分布特点时间分布特点赤道大1100mm两极小120mm西北干旱区2000mm以上华北地区12002000mm之间南方湿润区1200mm以下一土壤蒸发机制
的多少； （3）动力条件—蒸发面上空水汽输送的速度；
3 蒸发强度：单位时间从单位面积土壤表面或 植物叶面以及水面所消耗水量，单位mm/d,mm/ 月，mm/a。
4 蒸发量（蒸发率）：单位时间、单位面积从 蒸发面上消耗的水量总和。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
5.蒸发能力 蒸发能力是指蒸发面在特定的气象条件
2.热量平衡法 蒸发是水热交换过程，水量平衡与热量平衡
之间有着紧密的联系，一般表达式如下：
E R
P LP
只需记住结论：蒸发可由 降水量和一个与干燥指数
2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod热量平衡法heatbalancemethodinputoutput第二节水面蒸发空气动力学法aerodynamicmethod饱和差2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod第二节水面蒸发混合法mixedmethod水体吸收净辐射热量引起的蒸发风速和饱和差引起的蒸发2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod第二节水面蒸发水量平衡法waterbalancemethod2确定水面蒸发量的理论方法theoreticalmethod第二节水面蒸发3确定水面蒸发量的经验公式途径empiricalequation华东水利学院经验公式第二节水面蒸发水面蒸发的时空分布特点temporalspatialdistributioncharacteristics空间分布特点空间分布特点时间分布特点时间分布特点赤道大1100mm两极小120mm西北干旱区2000mm以上华北地区12002000mm之间南方湿润区1200mm以下一土壤蒸发机制
的多少； （3）动力条件—蒸发面上空水汽输送的速度；
3 蒸发强度：单位时间从单位面积土壤表面或 植物叶面以及水面所消耗水量，单位mm/d,mm/ 月，mm/a。
4 蒸发量（蒸发率）：单位时间、单位面积从 蒸发面上消耗的水量总和。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
5.蒸发能力 蒸发能力是指蒸发面在特定的气象条件
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降水强度分级
降水特征的表示方法
降水过程线
❖ 以一定时段（时、日、月或年）为单位所表示的降水 量在时间上的变化过程，可用曲线或直线图表示。
❖ 如果用较长时间为单位，时段内降水可能时断时续。 降水过程线往往不能反映降水的真实过程。
降水累积曲线
❖ 以时间为横坐标，纵坐标表示自降水开始到各时刻降 水量的累积值。
❖ 用人为的方法，增加云中的冰晶或使云中的冰晶 和水滴增大而形成降水。
冷却剂 • 将干冰或其他化学药剂撒播到空中，使云内温度
显著下降，使细小的水滴冰晶迅速增多加大，迫 使它下降形成降水。 人工冰核 • 碘化银在空气中形成极多极细的粒子，充当水蒸 气的凝结核形成冰晶。
2.5.1 降水要素
❖ 降水量 指一定时段内降落在某一面积上的总水量。 日降水量；次降水量。 ❖ 降水历时 指一场降水自始至终所经历的时间； ❖ 降水强度 简称雨强，指单位时间内的降水量。 ❖ 降水面积
水文监测要素
❖监测仪器类型 ❖监测仪器的使用数量和安放位置 ❖水文监测的频率和时间
水文监测要素
❖世界气象组织推荐的水文站观测密度（每站 的控制面积km2/站）
水文监测要素
❖监测仪器类型 ❖监测仪器的使用数量和安放位置 ❖水文监测的频率和时间 ❖如何将有限地点上的水文测量值转化为研究
区域面上的水文值？
2.5.3 影响降水的因素
❖ 地形条件影响 对气流的屏障作用和抬升作用 ❖ 森林对降水的影响 增加大气湿度，增大降水；削弱对流，减少降水 ❖ 水体的影响 削弱对流，减少降水 ❖ 人类活动的影响 改变下垫面；人工降水
探究二.地形对降水的影响
马达加斯加岛东部属于___热__带__雨__林___ 气候类型
❖ 以雨强为纵坐标，历时为横坐标点绘而成。 ❖ 同一场降雨过程中雨强与历时之间成反比关系，即历
时愈短，雨强愈高。
平均深度-面积曲线
❖ 反映同一场降水过程中，雨深与面积之间对应关系的 曲线，一般规律是面积越大，平均雨深越小。
雨深-面积-历时曲线
❖ 反映不同历时（例如，1日，2日，…）的雨深-面积 曲线。
客观运行法
❖ 雨量站距格点距离越近，影响越大。权重：W1=1/d12 ❖P1对节点的贡献：P格点1=P1 ×W1/(W1+W2 +W3 +W4) ❖ 节点总降水量：P=P格点1+P格点2+P格点3+P格点4
2.5.3 影响降水的因素
❖ 地形条件影响 对气流的屏障作用和抬升作用 ❖ 森林对降水的影响 增加大气湿度，增大降水；削弱对流，减少降水 ❖ 水体的影响 削弱对流，减少降水 ❖ 人类活动的影响 改变下垫面；人工降水
❖ 曲线上每个时段的平均坡度是各时段内的平均降水强 度。
❖ 如果所取时段很短，得出瞬时雨强。
等降水量线（等雨量线）
❖指地区内降水量相等各点的连线。 ❖等雨量线综合反映了一定时段内降水量在空
间上的分布变化规律。从图上可以查知各地 的降水量，以及降水的面积。
降水特性综合曲线
强度-历时曲线
❖ 根据一场降水的记录，统计其不同历时内最大的平均 雨强。
密度变小，发生对流上升，水汽冷却形成降雨。 台风雨：热带海洋上的风暴带来的降雨。
气旋与反气旋
地形雨
对流雨
台风雨
风中有上升气流的整个 涡旋区，都有降水存在， 但是以上升运动最强的 云墙区降水量最大，螺 旋云带中降水量已经减 少，有时也形成暴雨， 台风眼区气流下沉，一 般没有降水。
人工降雨
人工降雨的原理
❖ 一般规律是，面积一定时，历时越长，平均雨深越 大；历时一定时，则面积越大，平均雨❖ 降水累积曲线 ❖ 等降水量线 ❖ 降水特性综合曲线 强度-历时曲线 平均深度-面积曲线 雨深-面积-历时曲线
2.5.2 面降水的计算
❖把实测的点降水量转化为全区域的降水量 算术平均法 垂直平分法（太森多边形法） 等雨量线法 客观运行法
❖ 形成降水的必要条件是水汽和冷却凝结。空气的 垂直上升运动是促使水汽冷却凝结的主要条件。
降雨的分类
❖ 按气流对流运动的不同，降水可分为： 气旋雨：随着气旋或低压过境而产生的降雨。我国
各地气旋雨所占的比例在60%以上。 地形雨：气团遇高山阻挡，气流被迫上升，引起绝
热降温，发生凝结，形成的降雨。 对流雨：当地面受热时，接近地面的空气气温增高，
城市的增雨效应
❖相对于草地或农田，在城市地区建筑物较多， 不均匀的地表会对大气运动产生更大的摩擦力。 这个额外力量，就很可能打破原本的重力、阻 力和浮力的“三力平衡”，导致在雨滴大小不 变的情况下，有助于降水的产生。
2.5.4 可能最大降水（暴雨）
❖ 在现代的地理环境和气候条件下，特定的区域在特定 的时段内，可能发生的最大降水量（Probale Maximum Precipitation， PMP ）。
算术平均法
❖方法简单易行，适合于区域内地形起伏不大， 雨量站网稠密且分布较均匀的地区。
垂直平分法（太森多边形法）
❖ 适用于雨量站分布不均匀的地区。其缺点是把各 雨量站所控制的面积在不同的降水过程中都视作 固定不变，这与实际降水情况不符。
等雨量线法
❖ 适用于面积较大，地形变化显著而有足够数量雨 量站的地区。计算精确度较高，并有利于分析流 域产流、汇流过程。
马达加斯加岛西部属于__热___带__草__原____ 气候类型
马达加斯加岛东、西侧气候差异的原因？
山脉迎风坡降水量的变化 规律
高 大 山 地 地 形
2.5.3 影响降水的因素
❖ 地形条件影响 对气流的屏障作用和抬升作用 ❖ 森林对降水的影响 增加大气湿度，增大降水 ❖ 水体的影响 削弱对流，减少降水 ❖ 人类活动的影响 改变下垫面；人工降水
第二章 地球上的水循环
第五节 降 水
2.5 降水
❖降水（Precipitation）是自大气云层落下的液 体或固体水的总称，包括雨（Rainfall）、雪 (Snow)、露（Dew）、霜（Frost）、霰 （Sleet）、雹（Hail）及冰雨（Glaze）等， 其中以降雨和降雪为主
降水
降水
❖ 降水是水循环过程的最基本环节，是水量平衡方 程中的基本参数，决定一个区域水资源的多少。