现代水文学-第三章水文确定性理论
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2020/7/12
降水量强度分级
2020/7/12
3.1.1.2 降水的形成
降水的物理成因是空气中的水汽含量达到 或超过饱和湿度（即，在一定温度下空气最 大的水汽含量），多余的水汽就会发生凝结， 凝结的云滴不断合并，增大到不能被气流顶 托时，便在重力作用下降落到地面。
2020/7/12
3.1.1.3 降水的分类
按照气流对流运动对降雨的影响，可将 降雨分为四种类型：
1．气旋雨 随着气旋或低压过境而产生的降雨， 称为气旋雨，它是我国各季降雨的重要天气系统 之一。气旋雨可分为非锋面雨和锋面雨两种。
2. 地形雨 当潮湿的气团前进时，遇到高山阻挡， 气流被迫缓慢上升，引起绝热降温，发生凝结， 这样形成的降雨，称为地形雨。
的大型蒸发池。
2、间接估算法是利用气象或水文观测资料间接推算蒸发 量，具体方法有：水汽输送法、热量平衡法、彭曼法、 水量平衡法、经验公式法等。
2020/7/12
（2）土壤蒸发的观测与估算
1、器测法，即用土壤蒸发器测定时段土壤蒸发量。这类 仪器很多，常用的有苏联ГГИ-500型土壤蒸发器以 及大型蒸渗仪。测定的基本原理是：通过直接称重或 静水浮力称重的方法测出土体重量的变化，据此计算 出土壤蒸发量的变化。另外还有一种负压计，又称张 力计，是利用土壤含水量与土壤水吸力的关系来测定 土壤的含水量变化，从而确定土壤的蒸发量。
2020/7/12
（2）土壤蒸发的物理过程
土壤蒸发是土壤中的水分以水汽的形式逸入大气的 现象。土壤是一种有孔的介质，具有吸收、保持和输送 水分的能力。
根据土壤蒸发的基本规律，可归纳出土壤蒸发的三个 特点：一是当土壤含水量大于田间持水量时，土壤蒸发量 主要取决于气象条件，土壤蒸发量等于土壤蒸发能力；二ຫໍສະໝຸດ Baidu是当土壤含水量介于毛细管断裂含水量和田间持水量之间 时，土壤蒸发既与气象条件（即土壤蒸发能力）有关，又 与土壤含水量有关；三是当土壤含水量小于毛细管断裂含 水量时，土壤蒸发既与土壤含水量关系不大，又与气象条 件关系不大，而保持一个小而大体稳定的值。
2020/7/12
第三章 水文确定性理论
主要内容
3.1
降水与蒸散发
3.2
下渗与土壤水运动原理
3.3
地下水运动原理
3.4
产汇流原理
2020/7/12
3.1 降水与蒸散发
3.1.1 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。
2020/7/12
3.1.1.5 降雨的统计模型
降雨的统计模型可以分为：
（1）空间模型，表示特定时段累计雨量的空间变化； （2）时间模型，表示点雨量随时间的累计； （3）时-空模型，同时表示空间与时间变化。
2020/7/12
3.1.2 蒸散发
蒸散发（Evapotranspiration）包括蒸发 （Evaporation）和散发（Transpiration）。蒸发是 水由液态或固态转化为气态的过程。散发（或蒸腾） 是水分经由植物的茎叶散逸到大气中的过程。
由物理学可知，水分子时刻都在不停运动着，当水 面的某些水分子具有的动能大于水分子之间的内聚力时， 就能够挣脱水面的束缚变成水汽，这便是蒸发现象。同 时，空气中的水分子在做无规则运动时，一些水分子撞 击到水面，部分被弹回，部分被水面捕获重新变为液态 分子，这便是凝结现象。
蒸发与凝结同时进行，逸出水面的水分子量与水面 捕获的水分子量之差值，即是实际的蒸发量。
2020/7/12
3.1.1.4 降水的观测
降水的测定可以通过雨量器、雷达测雨和 卫星测雨。雨量器观测的是点降水数据，雷达 测雨和卫星测雨可以提供面降水数据。
在实际应用中，需要基于雨量器的实测点雨 量来估算流域的面雨量。通常采用的方法有：算 术平均法、等值线法、泰森（Thiessen）多边形 法等。
2020/7/12
3．对流雨 当地面受热，接近地面的空气气温增高，密 度变小，于是发生对流，如果空气潮湿，上升的气流 便会产生大雨或伴有雷电称为对流雨。
4．台风雨 台风雨是热带海洋上的风暴带来的降雨。这 种风暴是由异常强大的海洋湿热气团组成的，台风经 过之处暴雨狂泻，一次可达数百毫米，有时可达 l000mm以上，极易造成灾害。
植物散发比水面蒸发和土壤蒸发更加复杂，是一种 物理－生理过程，受土壤环境、植物生理结构和大气 状况的影响。
2020/7/12
3.1.2.2 蒸散发的观测与估算
（1）水面蒸发的观测与估算
确定水面蒸发量的大小，通常有2种途径：器皿法和间 接估算法。
1、器皿法是用蒸发器或蒸发池直接观测水面蒸发量。水
文和气象部门采用的水面蒸发器主要有：φ-20型、φ80套盆式、E601型蒸发器，以及水面面积为20m2和100m2
2020/7/12
土壤蒸发过程示意图
E EM
1.0
I II
III
2020/7/12
W
W断
W田
W饱
（3）植物的散发过程
植物根系依靠渗透压（由于根细胞液与土壤水的浓 度不同，而产生的渗透压差）从水中或土中吸收水分， 受到根细胞生理作用产生的根压和蒸腾拉力的作用将 水分输送到叶面，最后通过开放的叶面气孔逸出到大 气中，这个过程称为植物的散发或蒸腾。
根据蒸发面的不同，可分为：水面蒸发、土壤蒸 发和植物散发。通常将土壤蒸发和植物散发合称为陆 面蒸发。
在一个流域内，一般包括水面、土壤和植被等， 发生在流域整体上的总蒸发称为流域总蒸发，或者流 域蒸散发。
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3.1.2.1 蒸散发的物理过程
（1）水面蒸发的物理过程
水面蒸发是指自然状态下，水分转化为气态逸出自 由水面的过程。
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3.1.1.1 降水的特征
通常描述降水特征的量有降水量、降水历 时、降水强度、降水面积及暴雨中心等。
降水量指时段内降落在单位面积上的总水量，用 mm深度表示。根据时段可分为日降水量、月降水量和 年降水量等。降水持续的时间称为降水历时，单位为 min、h或d。降水强度为单位时间的降水量，以 mm/min或mm/h计。降水笼罩的平面面积为降水面积， 以km2计。暴雨集中的较小的局部地区，称为暴雨中心。
降水量强度分级
2020/7/12
3.1.1.2 降水的形成
降水的物理成因是空气中的水汽含量达到 或超过饱和湿度（即，在一定温度下空气最 大的水汽含量），多余的水汽就会发生凝结， 凝结的云滴不断合并，增大到不能被气流顶 托时，便在重力作用下降落到地面。
2020/7/12
3.1.1.3 降水的分类
按照气流对流运动对降雨的影响，可将 降雨分为四种类型：
1．气旋雨 随着气旋或低压过境而产生的降雨， 称为气旋雨，它是我国各季降雨的重要天气系统 之一。气旋雨可分为非锋面雨和锋面雨两种。
2. 地形雨 当潮湿的气团前进时，遇到高山阻挡， 气流被迫缓慢上升，引起绝热降温，发生凝结， 这样形成的降雨，称为地形雨。
的大型蒸发池。
2、间接估算法是利用气象或水文观测资料间接推算蒸发 量，具体方法有：水汽输送法、热量平衡法、彭曼法、 水量平衡法、经验公式法等。
2020/7/12
（2）土壤蒸发的观测与估算
1、器测法，即用土壤蒸发器测定时段土壤蒸发量。这类 仪器很多，常用的有苏联ГГИ-500型土壤蒸发器以 及大型蒸渗仪。测定的基本原理是：通过直接称重或 静水浮力称重的方法测出土体重量的变化，据此计算 出土壤蒸发量的变化。另外还有一种负压计，又称张 力计，是利用土壤含水量与土壤水吸力的关系来测定 土壤的含水量变化，从而确定土壤的蒸发量。
2020/7/12
（2）土壤蒸发的物理过程
土壤蒸发是土壤中的水分以水汽的形式逸入大气的 现象。土壤是一种有孔的介质，具有吸收、保持和输送 水分的能力。
根据土壤蒸发的基本规律，可归纳出土壤蒸发的三个 特点：一是当土壤含水量大于田间持水量时，土壤蒸发量 主要取决于气象条件，土壤蒸发量等于土壤蒸发能力；二ຫໍສະໝຸດ Baidu是当土壤含水量介于毛细管断裂含水量和田间持水量之间 时，土壤蒸发既与气象条件（即土壤蒸发能力）有关，又 与土壤含水量有关；三是当土壤含水量小于毛细管断裂含 水量时，土壤蒸发既与土壤含水量关系不大，又与气象条 件关系不大，而保持一个小而大体稳定的值。
2020/7/12
第三章 水文确定性理论
主要内容
3.1
降水与蒸散发
3.2
下渗与土壤水运动原理
3.3
地下水运动原理
3.4
产汇流原理
2020/7/12
3.1 降水与蒸散发
3.1.1 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。
2020/7/12
3.1.1.5 降雨的统计模型
降雨的统计模型可以分为：
（1）空间模型，表示特定时段累计雨量的空间变化； （2）时间模型，表示点雨量随时间的累计； （3）时-空模型，同时表示空间与时间变化。
2020/7/12
3.1.2 蒸散发
蒸散发（Evapotranspiration）包括蒸发 （Evaporation）和散发（Transpiration）。蒸发是 水由液态或固态转化为气态的过程。散发（或蒸腾） 是水分经由植物的茎叶散逸到大气中的过程。
由物理学可知，水分子时刻都在不停运动着，当水 面的某些水分子具有的动能大于水分子之间的内聚力时， 就能够挣脱水面的束缚变成水汽，这便是蒸发现象。同 时，空气中的水分子在做无规则运动时，一些水分子撞 击到水面，部分被弹回，部分被水面捕获重新变为液态 分子，这便是凝结现象。
蒸发与凝结同时进行，逸出水面的水分子量与水面 捕获的水分子量之差值，即是实际的蒸发量。
2020/7/12
3.1.1.4 降水的观测
降水的测定可以通过雨量器、雷达测雨和 卫星测雨。雨量器观测的是点降水数据，雷达 测雨和卫星测雨可以提供面降水数据。
在实际应用中，需要基于雨量器的实测点雨 量来估算流域的面雨量。通常采用的方法有：算 术平均法、等值线法、泰森（Thiessen）多边形 法等。
2020/7/12
3．对流雨 当地面受热，接近地面的空气气温增高，密 度变小，于是发生对流，如果空气潮湿，上升的气流 便会产生大雨或伴有雷电称为对流雨。
4．台风雨 台风雨是热带海洋上的风暴带来的降雨。这 种风暴是由异常强大的海洋湿热气团组成的，台风经 过之处暴雨狂泻，一次可达数百毫米，有时可达 l000mm以上，极易造成灾害。
植物散发比水面蒸发和土壤蒸发更加复杂，是一种 物理－生理过程，受土壤环境、植物生理结构和大气 状况的影响。
2020/7/12
3.1.2.2 蒸散发的观测与估算
（1）水面蒸发的观测与估算
确定水面蒸发量的大小，通常有2种途径：器皿法和间 接估算法。
1、器皿法是用蒸发器或蒸发池直接观测水面蒸发量。水
文和气象部门采用的水面蒸发器主要有：φ-20型、φ80套盆式、E601型蒸发器，以及水面面积为20m2和100m2
2020/7/12
土壤蒸发过程示意图
E EM
1.0
I II
III
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W
W断
W田
W饱
（3）植物的散发过程
植物根系依靠渗透压（由于根细胞液与土壤水的浓 度不同，而产生的渗透压差）从水中或土中吸收水分， 受到根细胞生理作用产生的根压和蒸腾拉力的作用将 水分输送到叶面，最后通过开放的叶面气孔逸出到大 气中，这个过程称为植物的散发或蒸腾。
根据蒸发面的不同，可分为：水面蒸发、土壤蒸 发和植物散发。通常将土壤蒸发和植物散发合称为陆 面蒸发。
在一个流域内，一般包括水面、土壤和植被等， 发生在流域整体上的总蒸发称为流域总蒸发，或者流 域蒸散发。
2020/7/12
3.1.2.1 蒸散发的物理过程
（1）水面蒸发的物理过程
水面蒸发是指自然状态下，水分转化为气态逸出自 由水面的过程。
2020/7/12
3.1.1.1 降水的特征
通常描述降水特征的量有降水量、降水历 时、降水强度、降水面积及暴雨中心等。
降水量指时段内降落在单位面积上的总水量，用 mm深度表示。根据时段可分为日降水量、月降水量和 年降水量等。降水持续的时间称为降水历时，单位为 min、h或d。降水强度为单位时间的降水量，以 mm/min或mm/h计。降水笼罩的平面面积为降水面积， 以km2计。暴雨集中的较小的局部地区，称为暴雨中心。