2.降水与蒸发[课堂课资]

➢ 大气中的水汽随纬度而变化，纬度越高，大气中 的水汽含量越低。
➢ 大气水的更新周期约为8.1d。
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二、大气水分输送计算器
➢ 大气水：以水汽、水滴和冰晶形式存在于大气中 的水称为大气水。
➢ 全球大气中水汽总量为12.9km3，相当于25mm的 平均水深。
➢ 大气中的水汽随纬度而变化，纬度越高，大气中 的水汽含量越低。
如果资料失去了一致性，要进行还原计算。 资料的一致性审查主要是指径流资料的一致性及 径流还原计算。
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▪ 径流还原计算是为了求得天然情况下的河川径流 量，以保持河川径流量资料的一致性。
▪ 天然河川径流量是实测河川径流量与还原水量之 和。
▪ 还原水量包括：
➢ 测站以上农业灌溉耗水量
➢ 城镇工业用水及生活用水耗水量
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一、地球上的水量平衡
3.全球水量平衡
多年平均的水量平衡公式：
Ec Em Pc Pm 或 P E
上式表明，长期而言，地球上的总降水量等于蒸发量。
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Hale Waihona Puke 11三、地表水资源的构成
1.地表水资源的构成
➢ 地表水资源的收支变化主要是：降水、蒸发、径流。 ➢ 三者之间的数量变化关系制约着区域水资源数量的多
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➢ 陆地蒸发E，mm。
指特定区域天然情况正反实际总蒸散发量，又称流 域蒸发。等于地表水体蒸发、土壤蒸发、植物散发 量的总和。
估算方法
➢ 流域水量平衡方程间接估算法 ➢ 计算公式：Penman-Monteith公式。
多年平均年蒸发量等值线图的绘制
➢ 资料的选用 ➢ 分析多年平均蒸发量地区分布规律 ➢ 勾绘等值线图
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▪ 工业、城镇用水耗水量（W工业）
W工业 (1 )W工业用
▪ 水库蒸发损失水量
W库蒸 (E水 E陆 )F库 E水 KE测 E陆 P R
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▪ 水库渗漏损失水量：
根据达西公式和水库底面积估算。
▪ 水库蓄变量：
W库变 W末 W初
▪ 跨流域引水量：
调查法。
▪ 河道分洪水量：
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一、基本资料的搜集
区域水资源计算需要如下基本资料：P18
➢ 本区域内和邻近区域的水文气象资料
➢ 本区域的流域特性资料
➢ 区域内水利工程概况
➢ 区域内水文地质特性资料
➢ 社会经济资料
➢ 水质监测资料
水资源计 算需要哪 些基本资
料？
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二、基本资料的审查分析
基本资料的审查分析包括：
➢ 地下水补给项：大气降水、地表水下渗、水气凝结补 给、人工补给等。
➢ 地下水排泄：泉水溢出、潜水蒸发、向地表水泄流、 人工开采等。
➢ 地下水径流：地下水在重力或压力，由补给区向排泄 区运动，形成了地下径流。
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➢ 地下水径流率（径流模数）M：单位面积的含水层上 的地下水流量，m3/s／km2)，
PP
β<-2时为大旱；－2<β<-1时为旱；-1<β<时为正常； 1<β<2为涝；β>2时大涝。 ➢ 供需比：农作物生长期内总有共水量与总需水量之比。
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3.河川径流
▪ 河川径流的概念
流域上的降水，经由地面和地下途径汇入河网，形成 流域出口断面的水流，称为河流径流，简称径流。
▪ 河川径流的补给
➢ 代表性分析有二方面工作：
多年长系列丰、枯周期性变化分析 短系列的代表性分析
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１、系列的周期性分析
▪ 移动平均公式：(Moving Average, MA)
X ' (l 1 i) li1 h(t i 1) X (t)
2
t i
X ' (l 1 i) 1 li1 X (t)
调查法。
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2、双累积曲线法（对第一方法进行验证）
▪ 根据人类活动前的实测降水径流资料，建立年降 水径流模型。
R f (P, P4m , Pe50 )
▪ 根据实测年降水量资料，由年降水径流模型求得 逐年（包括人类活动以后）的年径流量计算值R 计，并逐年计算累积值
▪ 由人类活动前，径流双累积曲线呈45线，人类活 动后，实测年径流量小于计算值。其偏差为累积 还原水量。
M
Q
36586400 F
➢ 地下水运动
一般地下水运动比较缓慢，以层流为主；在特大孔 隙、大溶洞、人工开采的取水建筑物附近，才有可 能出现紊流。
➢ 地下水运动规律
达西定律（适用于层流）： v K J
哲才定律（适用于紊流）：
v K J1/2
斯姆莱公式（层流与紊流之间）： v K J1/m
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➢ 干旱指数与旱涝分析
干旱指数：反映气候干旱程度的指标，通常定义为 年水面蒸发量E0和年降水量P的比值。
干旱指数、径流深度、径流系数的关系，见下表。
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旱涝分析指标
➢ 湿润度与蒸散度法 湿润度 ：降水量与同期无降水时的最大可能蒸发量之 比。
蒸散发度：实际可能蒸发量与同期有效降水量之比。 ➢ 旱涝指数法
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第一节 基本资料的 收集、审查与分析
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0、水资源估算的内容
▪ 水资源估算的任务是推求某一区域的地下 水资源、地下水资源及总水资源数量，具 体内容包括几个方面。P17
➢ 1.基本资料的搜集、审查 ➢ 2.地表水资源量的计算 ➢ 3.地下水资源量的计算 ➢ 4.水资源总量的计算
➢ 降水等值线图绘制
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➢ 降水量分级
根据次降雨量进行分级：
小雨：
1~9.9mm；
中雨：
10~24.9mm
大雨：
25~49.9mm
暴雨：
50~100mm
大暴雨： 100~200mm
特大暴雨： 200mm以上
<10mm <25mm <50mm <100mm <200mm >200mm
Rt
Wt 1000F
Qt t 1000F
径流模数M，单位流域面积上产生的流量。M＝Q/F。
径流系数α，某时段内的径流深度与同一时段内降 水量之比，即α＝R/P。注意α＜1。
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▪ 径流资料的统计处理（P39－P44） ▪ 多年平均年径流深及年径流变差系数Cv等值线图
的绘制
▪ 河川径流量的分析计算
➢ 大气水的更新周期约为8.1d。
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一、自然界的水文循环
➢ 水文循环：地球表层圈层中进行的水分循环， 水通过蒸发、水汽输送、降水、径流等水文过 程紧密联系，相互转化，形成一个庞大的动态 系统。
➢ 水文大循环：发生在海洋与陆地之间的水文循 环。
➢ 水文小循环：发生在海洋内部或陆地内部的水 文循环。
➢ 水面蒸发资料：从气象因素分析数据的合理性。
➢ 泥沙资料：上下游沙量平衡，年径流量和年输 沙量关系。
一句话：分析资料的合理性！
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二、资料的一致性审查与径流还原计算
资料应该反映区域内的天然情况，具有同一基础。 比如径流，水文站的实测资料不能真实反映断面 以上径流的天然规律，是各种人类活动影响的综 合结果（如水库拦蓄、灌区取水等）。这样各年 的资料没有可比性，一致性受到破坏。
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第一节 水气水分的循环与平衡 第二节 降水资料的收集与审查 第三节 降水量分析计算 第四节 降水量时空分布 第五节 蒸发
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第一节 大气水分 的循环与平衡
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一、大气水
➢ 大气水：以水汽、水滴和冰晶形式存在于大气中 的水称为大气水。
➢ 全球大气中水汽总量为12.9km3，相当于25mm的 平均水深。
2
l ti
各数据的权重相同
X ' (i 1) 1 i2 X (t)
3 ti
滑动步长取3时的简化式
式中：X’(i)是新系列，X(t)是原系列，l是滑动步长
，h()是各数据的权重学。习材料
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▪ 差积曲线公式
n
X '(i) X (i)- X i 1
W天然＝W实测 +W灌溉 +W工业 +W库蒸 +W库渗 W库变 W引 W分
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▪ 灌溉耗水量（W灌溉）
W灌溉
W引
m毛 F
m净 F
W灌溉 (1 )W引
灌溉用水没有回到径流中。
灌溉用水中一部分水又回 到径流中。
上式中与书P19不同，为什么？书上有误！上 式中的β与书中的解释不同，就是灌溉用水的回 归系数，其它参数意义相同。
➢ 含水层与隔水层。含水层指能够透过并给出相当数量 水的岩层。隔水层（不透水层）指不具有透水和给水 能力的岩层。
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2.地下水运动
➢ 地下水循环：大气降水、地表水的入渗补给地下水， 地下水流动，又排入地表水或大气中。周而复始的地 下水补给、径流、排泄决定着含水层水量和水质的时 空变化。
➢ 代表站法 ➢ 等值线图 ➢ 年降雨径流关系
▪ 河川径流的年内分配
自己看书，可参 照《工程水文学》
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四、地下水资源的构成
1.地下水资源构成
➢ 地下水：埋藏在地表以下空隙（孔隙、裂隙、溶隙） 中的水。
➢ 地下水的分类 按受力分为：结合水、毛细水、重力水。 按埋藏条件分：上层滞水、潜水、承压水 按含水层的空隙性质分：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
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４、径流还原计算成果的合理性分析
➢ 审核原始资料 ➢ 几种方法相互比较 ➢ 上下游的水量平衡分析 ➢ 降水径流分析。
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三、资料的代表性审查
➢ 资料的代表性：样本对总体的代表性，即指标 的统计特征对总体统计特征的代表程度。
➢ 一般说，资料年限较长，且包括三、平、枯各 种年型的平均样本，其代表性较高。
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３、蒸发差值法（对第一方法进行验证）
▪ 流域多年平均情况下，降水量不变，根据水量平 衡原理，径流差值等于蒸发差值。
P天然＝R天然＋E 天然
P现状＝R现状＋E 现状
R天然＋E 天然＝R现状＋E 现状 R 还原＝E 现状－E 天然
R 还原i＝E现状i－E天然i
忽略流域蓄水变量.
寡和可利用量。
２.降水量
➢ 降水代表站
资料质量好 实测年限长 面上分布均匀 代表不同高程
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➢ 降水量与降水特征
降水量P，单位mm。 年降水量、降水过程线、次降水过程线、等雨量线图
➢ 确定降水特征的方法
图解适线法：P-III曲线
➢ 降水量变化
年降水量变差系数Cv、年际最大变幅Ka
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３.蒸发
➢ 分为：水面蒸发、陆面蒸发
➢ 水面蒸发E0，mm。 影响因素：温度、湿度、风速、日照、气压等。 测定方式:E-601型蒸发器、Φ80套盆式蒸发器、 Φ20 蒸发器
水面蒸发器折算系数（不同类型蒸发器的蒸发量换算 成大水体蒸发量的折算系数，见下表）。
E-601型蒸发器折算系数为0.9－0.99，接近大水体的 蒸发量。
➢ 可靠性：原始资料的可靠程度。 ➢ 一致性：各类资料反映河流的天然规律，具有
同一基础。 ➢ 代表性：指标对总体的代表性，样本资料的统
计特征对总体统计特征的代表程度。
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一、资料的可靠性审查
➢ 降水资料：地区分布与局部暴雨关系。
➢ 径流资料：上下游或相邻流域径流过程对比、 水量平衡对比、降水径流关系。
➢ ΔU为正值表明陆地蓄水量增加，为负值时表明陆地蓄 水量减少。长期而言， ΔU有正有负，∑ ΔU＝0。
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一、地球上的水量平衡
多年平均情况时，陆地水量平衡方程为：
P R Ec
2.海洋水量平衡
多年平均的水量平衡方程为： Pm Em R
Pm 是海面多年平均降水量；Em 为多年平均蒸发量。
雨水补给 冰川、融雪水补给 地下水补给
▪ 径流的时空分布
年内变化 年际变化
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▪ 河流径流表示方法
流量Q，单位时间内河流通过某一断面的水量， m3/s。
径流总量Wt，指在一定时段内通过河流某断面的总 水量，m3、亿m3。Wt＝Q×t
径流深R，假定径流总量均匀地铺在流域面积上所 得到的平均水深，mm。
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水文循环（大循环）
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水文循环（小循环）
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二、地球上的水量平衡
➢ 水量平衡是指自然界的水分循环，大体上为一相对稳 定值，地球上总的蒸发量与总的降水量的多年平均值 是相等的。
1.陆地上的水量平衡
一年内陆地水量平衡方程为：
Pc Ec R U
➢ Pc是陆地降水；R为径流量；Ec是陆地蒸发；ΔU为一 年内陆地蓄水的增减量。
➢ 跨流域引水量
➢ 河道分洪决口水量
➢ 水库蓄水量
➢
以及由于水面扩大而增加的蒸发耗水量。 学习材料
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▪ 径流还原计算的具体方法主要有分项调查法、双 累积曲线法、蒸发差值法等。
▪ 不同的资料条件选用不同的方法。有条件时，同 时用几种方法进行，互相验证，选取合理成果。
1、分项调查法 对流域中各项影响因素所造成的水量变化逐一调 查。