第二章 河流与径流

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
WUHEE
第二节
径流及其形成过程
一、水文循环与水量平衡
1. 自然界的水文循环 地球上以液态、固态和气态的形式分布于海洋、陆地 、大气和生物机体中的水体构成了地球上的水圈。 水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结 降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程,称为水 文循环。 水文循环的范围贯穿整个水圈,向上延伸到10km左 右,下至地表以下平均1km深处。
2. 蒸散发
)
蒸散发是水文循环的重要环节。 对径流形成来说,蒸散发则是一种损失。
蒸发:水由液态或固态转化为气态的过程; ) 散发或蒸腾:被植物根系吸收的水分,经由植物 的茎叶散逸到大气的过程。 ) 水面蒸发 土壤蒸发 流域总蒸发或流域蒸散发
) )
陆面蒸发 植物散发
WUHEE
)
蒸发的条件: 蒸发面上要有水分,还要有热能、风引起的 乱流扩散。 蒸发率:单位时间内的蒸发量(mm/d) 充分供水、不充分供水两种情况
(2)土壤蒸发观测
器测法;
ΓΓИ500型
E = 0.02(G1 − G 2 ) − ( R + q ) + P
间接计算法 经验公式
WUHEE
) 植物蒸散发
土壤中的水分经植物吸收后,输送至叶面, 经由气孔逸入大气,称为植物散发; 降水时枝叶截留一部分降水在雨后蒸发的现 象,称为植物蒸发; 植物蒸散发的测定: 器测法: 水量平衡法:
水位变化平缓时,每日8时和20时各观测1次;枯 水气每日8时观测1次;汛期一般每日观测4次。
水位观测资料整理:日平均水位、月平均水位 、年平均水位的计算。 (1)算术平均法 (2)面积包围法
WUHEE
Z=
1 [ Z 0 Δt1 + Z 1 (Δt1 + Δt 2 ) + Z 2 (Δt 2 + Δt 3 ) + ... + Z n −1 (Δt n −1 + Δt n ) + Z n (Δt n )] 48
WUHEE
(2) 断面测量 测深垂线起点距:测深垂线至基线上的起点桩之 间的水平距离,常用经纬仪、平板仪、六分仪、 全球定位系统(GPS)等测量。 水深: 一般用测深杆、 测深锤或测深铅鱼、 超声波回声测声仪 等测量。
WUHEE
(3)流速测验
WUHEE
流速仪转子的转速n与流速v的关系,在流速 仪检定槽中通过实验确定,其关系式一般为: v=Kn+C n=N/T
WUHEE
E = G + (G1 − G 2 )
) 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。 确定方法: 1) 单项计算,加权求和,例如面积加权
E=F水/F总×E水+F土/F总×E土
2)水量平衡法 以实测的降水量和径流量反推流域的蒸发量
WUHEE
WUHEE
WUHEE
WUHEE
P1 + P2 + ... + Pn 1 n = ∑ Pi P= n n i =1
WUHEE
(2) 垂直平分法(泰森多边形法) 条件:流域雨量站分布不太均匀,为了更好地反 映各站在计算流域平均雨量中的作用。 假设:流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量 站代表。
n fi P1 f1 + P2 f 2 + ... + Pn f n P= = ∑ Pi F F i =1
Pc − R − E c = ΔS c
若以海洋为研究对象,其水量平衡方程为:
Po + R − E o = ΔS o
△Sc——大陆在研究时段内蓄水量的变化量 △So——海洋在研究时段内蓄水量的变化量 对多年平均情况, △Sc 、△So 趋于零。所以:
Pc − R = E c
合并得:
Po + R = E o
WUHEE
下渗实验与分析: 1) 直接测定法 (1)注水法:同心环下渗仪 (2)人工降雨法
F (t ) = P (t ) − R (t )
f (t ) = i (t ) − r (t )
2) 水文分析法:流域水量平衡方程分析
F (t ) = P (t ) − R(t ) − ( S s + S v + S d )
) 降水的形成与分类
(一)降水的形成 水汽、上升运动和冷却凝结三因素 (二)降水的分类 1. 对流雨 降雨强度大,历时短、雨区较小
WUHEE
) 地形雨
WUHEE
) 锋面雨
WUHEE
) 气旋雨
(1)温带气旋雨
WUHEE
(2)热带气旋雨
WUHEE
) 影响我国降水(暴雨)的主要天气系统
高空槽 锋面气旋 低涡 切变线 静止锋 锋区与降雨 副热带高压 热带风暴(台风)
WUHEE
大循环:海陆之间的水分交换过程,又称为外循环。 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。前者称为海洋小循环,后 者称为陆地小循环。 水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一 。正是由于自然界的水文循环,才形成永无终止千变 万化的水文现象。 水文循环也是水资源具有再生性的原因。
)
)
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
WUHEE
) 水面蒸发的观测
(1) 器测法: 水文部门普遍采用 E601蒸发器。 每日8时观测一次, 得日蒸发量; 月蒸发量 年蒸发量 折算系数:K=E池/E器
WUHEE
(2) 间接计算法 利用气象水文观测资料间接推算蒸发量: 水汽输送法、热量平衡法、彭曼法、水量 平衡法、经验公式法等。 彭曼水面蒸发公式:
WUHEE
WUHEE
降水量观测 (1)器测法 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,如4段 制、8段制、12段制、 24段制。 每日8时至次日8时降 水量为当日降水量。
WUHEE
(2)自计式 虹吸式: 分辨率:0.1mm 降雨强度适用 范围: 0.01~4.0mm/min 记录纸上画出的曲线, 纵坐标表示累积雨量, 横坐标表示时程, 称累积雨量过程线
红外云图
WUHEE
降雨资料的整理 将观测的雨量进行整理计算,得逐日降水量 和汛期降水摘录表,与其他水文资料一起,刊 布在水文年鉴或存入水文数据库。 降雨时程变化的表示方法:
1、2线:降雨强度过程线 ΔP i= Δt 3线:降雨量累积曲线
t
P (t ) = ∫0 i (t )dt
WUHEE
流域平均雨量计算: (1) 算术平均法 条件:流域内雨量站分布较均匀、地形起 伏变化不大。
1 E= (Qn Δ + rE a ) Δ+r
WUHEE
) 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; 第二阶段:土壤水分减少,W<W田,供水条件变 差,E逐渐减小; E=W/W田×EM 第三阶段:W<W断,水分运动十分缓慢,蒸发率 很小。
WUHEE
P = E
全球多年平均 降水量等于多 年平均蒸发量 ,为1130mm
Pc + Po = E c + E o 或
WUHEE
3. 流域水量平衡
( P + E1 + Rs1 + R g1 ) − ( E 2 + Rs 2 + R g 2 ) = S 2 − S1 P − E − R = ΔS P= R+E
WUHEE
二、水文观测与水文资料收集
1. 降水 水分以各种形式从大气降落到地面。 ) 形式:
)
ห้องสมุดไป่ตู้
雨、雪、霰、雹、露、霜等
)
特征要素: 降水量(mm) 降水历时(min,h,d) 降水强度(mm/h,mm/d) 降水面积(km2) 暴雨中心
WUHEE
) 与降水有关的气象因素 降水发生在大气中的对流层,对流层是地球大气 中最底的一层。
第二章
第一节 河流与流域
河流与径流
WUHEE
一、河流特征 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。 河谷、河槽或河床。 上游、下游、左岸、右岸。 分段:沿水流方向,自高向低可分为河 源、上游、中游、下游和河口五段。 外流河、内流河或内陆河。
WUHEE
河流的基本特征 1. 河流的长度 自河源沿主河道至河口的距离称为河长(km)。 2. 河流的断面: 横断面 中泓线 纵断面
WUHEE
WUHEE
长江:
发源于青藏高原唐古拉山主峰格拉丹东雪山; 长度:干流全长6300余公里; 流域面积:180万平方公里; 上游:宜昌以上,长4504km,面积100km2; 中游:宜昌至湖口,长955km,面积68万km2; 下游:湖口以下,长938km,面积12万km2; 比降:源头为10.8‰,三峡河段为0.18‰, 平原河段0.026‰,河口段0.005‰; 多年平均降雨量:1100mm; 多年平均年径流量:9600亿m3; 含沙量:中下游约为0.5-1.0kg/m3;
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)
WUHEE
对流层中与降水有关的主要气象因素有:
气温、气压、风、湿度、云、蒸发
WUHEE
3. 河道纵比降: 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。 水面比降、河底比降
J=
(h0 + h1 )l1 + (h1 + h2 )l 2 + ... + (hn −1 + hn )l n − 2h0 L L2
WUHEE
4.水系及河流地貌 定律 斯特拉勒河流分 级法: 河流地貌定律: 河数律 河长律 面积律 河流比降律
WUHEE
翻斗式 分辨率:0.1mm 降雨强度适用 范围: 4.0mm/min以内 称重式 记录降水时全部降 水的重量。优点在于能 够记录雪、冰雹及雨雪 混合降水。
WUHEE
) 雷达探测
气象雷达是利用云、雨、雪等对无 线电波的反射现象来发现目标的。 有效范围:40~200km。
) 气象卫星云图
极轨卫星 地球静止卫星:可见光云图
3. 下渗
水从土壤表面渗入土壤内的运动过程,常用下 渗率的大小来描述下渗强度。 下渗率:单位时间内渗入单位面积土壤中的水 量。记为:f (mm/min,mm/h) 下渗的空间分布: (1)流域中土壤性质的空间分布不同 (2)流域内土壤含水量空间分布不同 (3)降雨在时间空间上分布不均匀 (4)流域内各处地下水位高低不一
WUHEE
二、流域特征 1. 分水线和流域 汇集地面水和地下水的区域 即分水线所包围的区域
闭合流域、非闭合流域
WUHEE
2. 流域基本特征 流域面积(F,km2) 河网密度(∑L/F,km/km2) 流域长度(L)和平均宽度(M) 流域形状系数(M/L) (扇状流域、羽状流域) 流域平均高度和平均坡度 流域自然地理特征 (位置、气候、下垫面)
WUHEE
(3) 等雨量线法 条件:当流域地形变化较大,而雨量站分布较密 ,能结合地形变化绘制等雨量线时。
1 P= F
∑ Pi f i
i =1
n
该方法能考虑流域地形的变化绘制等雨量线,比较好 地反映了降雨在流域上的变化,精度较高。 但是绘制等雨量线需要较多站点的资料,且每次都 要重绘,工作量大。
WUHEE
WUHEE
WUHEE
2、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 = ΔS
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。
WUHEE
若以地球的整个大陆作为研究范围,其水量平衡方程为:
dS (t ) f (t ) = i (t ) − r (t ) − dt
WUHEE
3)霍顿下渗公式:
f (t ) = f c + ( f 0 − f c ) e
− βt
f0:起始下渗率 fc:稳定下渗率
β :系数
WUHEE
4. 水位观测
指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由 水面离开固定基面的高程。 目前全国统一基面:黄海基面 水位观测设备:水尺、自记水位计
WUHEE
5. 流量测验
单位时间通过河流某一断面的水量,m3/s。 1)流速仪测流 (1)测流原理:Q = vω 将河道断面划分为若干部分,用普通测量方法 测算出各部分断面的面积,用流速仪施测流速并计 算各部分面积上的平均流速,两者的乘机,称为部 分流量,各部分流量之和为全断面的流量。 测流工作分为:河道断面测量、流速测量。
相关文档
最新文档