工程水文学课件

工程水文学课件1

第一章 绪论

本章重点名词解释
水文学（Hydrology）：研究水存在于地球上的大气层中和地球表面以及地

壳内的各种现象的发生和发展规律及其内在联系的学科。包括水体的形成、

循环和分布，水体的化学成分，生物、物理性质以及它们对环境的效应等。
陆地水文学（Land Hydrology）：研究陆地上水的分布、运动、转化，化学

、生物、物理性质以及水与环境相互关系的学科。
应用水文学（Applied Hydrology）：运用水文学及有关学科的理论和方法

，研究解决各种实际水文问题的途径和方法，为工程建设和生产提供水文数

据、参数、预报服务的专门应用学科。
工程水文学（Engineering Hydrology）：为水资源开发工程和其他有关工

程的规划、设计、施工、管理、运用提供水文依据的学科。
1.1.2、水文现象的基本规律和工程水文学的研究方法
一、水文现象的基本规律
自然界中的水文现象受到上界面的气象要素（降雨、气温、湿度、

太阳辐射和风力）、下垫面因素（地形、地质、地貌、土壤和植被）和人类

活动的影响。表现为
（1）周期性（或确定性规律）：地球绕太阳公转，使得各气象要

素和植被生长以年为周期变化；太阳黑子的周期爆发使得水文现象呈现多年

变化的周期性。
（2）随机性：由于影响水文现象的因素众多，各因素本身（如气

象要素）的变化过程除周期性外，还存在着不重复的特点（即随机性），并

且互相影响，因此受它们影响的水文现象（特别是长期水文过程）也是不确

定的，如任何一条河流在不同年份的流量过程都是不同的，它们在时间上和

数量上都不会完全重复。
（3）地区性：同一气候地区位置相近的两条河流，如果它们的地

理条件差不多，则其水文现象在一定程度上具有相似性。
实际应用中，当某种水文现象的确定性因素起主要作用时，则确定

性规律描述能反映此种水文现象的本质。同理，随机性亦然。
二、工程水文学的研究方法
根据水文现象的基本规律，按不同的条件和要求，工程水文学的研

究方法通常可分为三类：成因分析法、数理统计法和地理综合法。
（1）成因分析法：以水文过程确定性规律为基础，通过观测资料、实验资

料的分析和验证，建立水文现象与其影响因素之间的定量关系。这样就可以

根据当前影响因素的状况，预测未来的水文过程，从而得出确定性的实时预

报。例如，当知道上、下游站的同时水位和洪水传播时间时，就可以由上游

站的洪水位预报下游站的洪水位。

（2）数理统计法：根据水文现象的随机性，以概率论为基础，运

用数理统计的方法推断水文现象的统计规律，求得长期水文特征值得概率分

布，从而得出工程规划设计所需要的设计水文特征值。
（3）地理综合法：根据气候要素及其他地理要素的地区分布特点

，分析受其影响的某些水文特征值的地区分布规律，一般用等值线图或地区

经验公式表示（如多年平均年径流深等值线图，洪水地区经验公式等）。利

用这些等值线图或经验公式，求出观测资料短缺地区的水文特征值。
实际工作中，这三种方法相辅相成、互为补充。工程水文学中的水

文计算与水文预报都有预报的性质，但因预见期长短的不同而采用不同的方

法，水文预报通常只能预报几天的来水情况，此时必然性起主要作用，随着

预见期的增长，所研究的水文现象影响因素更为复杂，此时必然性退居次要

，偶然性增加，要求用统计的方法进行概率预报。概率预报不同于实时预报

，只能预报水文事件出现的概率，不能预报时间出现的时间。
水文学方法与工程力学中所用的严格分析法不同，水文学涉及的许

多水文问题需要判断，有时似乎又缺乏准确性，这就需要对误差进行充分合

理的估计。
本章重点名词解释
地表水（Surface water）：分别存在于河流、湖库、沼泽、冰川和冰盖等

水体中水分的总称。
地下水（Ground water）：狭义指埋藏于地面以下岩土孔隙、裂隙、溶隙饱

和层中的重力水，广义指地面以下各种形式的水。
降水（Precipitation）：大气中的水分凝结后以液态水或固态水降落到地

面的现象。
蒸发（Evaporation）：水分子从水面、冰雪面或其他含水物质表面以水气

形式逸出的现象。
径流（Runoff）：陆地上的降水汇流到河流、湖库、沼泽、海洋、含水层或

沙漠的水流。
水位（Stage）：自由水面相对于某一基面的高程。
流速（Velocity）：水的质点在单位时间内沿流程移动的距离。
流量（Discharge）：单位时间内通过河渠或管道某一过水断面的水体体积

。
输沙率（Sediment discharge）：单位时间内通过河渠某一过水断面的干沙

质量。
水质（Water quality）：水中物理、化学、生物方面诸因素所决定的水是

性质。
下垫面（Underlying surface）：承受降水的流域表面的自然地理和河系特

征，如地势、地貌、水文地质、土壤、植被、水面等特征
水文情势（Hydrologic regime）：水文要素在时空变化的态势和趋势。
水文循环（水循环）（Hydrologic cycle）：地球上或某一区域内，在太阳

辐射和重力作用下，水分通

过蒸发、水汽输送、降水、入渗、径流等过程不

断变化、迁移的现象。
水量平衡（Water balance）：地球上任一区域或水体，在一定时段内，输

入的水量与输出的水量之差等于该区域或水体内的蓄水变量。
水气输送通量（Atmospheric water vapour flux）：单位时间内通过单位

垂直面积所输送的水汽量。
雨（Rain）：液态降水。
降雨面积（Rainfall area）：降雨笼罩的地表面积。
降雨分布（Rainfall distribution）：雨深在时间和空间上的变化情况。
截流（Interception）：植物枝叶或 建筑物拦截部分降水，使其未能达到

地面既行蒸发的现象。
填洼（Depression filling）：降雨或融雪充填地面凹陷和小坑的现象。
地面滞留（Surface detention）：在降水期间部分雨水暂时滞留在地面的

现象，不包括填洼。
陆地蒸发（总蒸发）（ Land evaporation）：流域或区域内水面蒸发、散

发和冰雪蒸发的总和。
水面蒸发（ Water surface evaporation）：水面的水分子从液态转化为气

态逸出水面的现象。
土壤蒸发（Soil evaporation）：土壤中的水分子通过上升和汽化从土壤表

面进入大气的现象。
散发（植物蒸腾）（Transpiration）：土壤中的水分经由植物叶面和枝干

以水汽形式进入大气的现象。
下渗（入渗）（Infiltration）：水透过地面进入土壤和岩石空隙的现象。
下渗能力（Infiltration capability）：在一定下垫面条件下，有充分供

水时，单位单位时断内可能下渗的水量。
河川径流（River flow）：河流中的水流。
洪水（Flood）：江河水量迅速增加，水位急剧涨落的现象。
天气过程（Weather process）：天气过程某种天气及其相应的天气系统发

生、发展和消失的演变过程，如降水（暴雨）天气过程、大风天气过程、梅

雨天气过程等。
天气系统（Weather systerm）：按照气象要素的空间分布而划分的具体典

型特征的大气运动系统，通常指气压空间分布所组成的系统。其运动形式大

都呈涡旋状或波状，如气旋、反气旋、锋、台风、高空嘈脊等。
台风（Typhoon）：发生在西北太平洋和中国南海，中心附近最大风力达12

级或以上的热带气旋。
气团（Air mass）：温度、湿度和大气静力稳定度等物理属性水平分布比较

均匀的大范围气块。
锋（锋面）（Front）：温度或密度差异很大的两个气团之间的界面，通常

有冷锋、暖锋之分。
天气（Weather）：某一时间某一地区的大气状态，这种大气状态是各种气

候要素的综合表现。
气象（Meteorology）：大气中的冷、热、干、湿、风、雨、雪、霜、雾、

雷电、光等各种物理状态和现象的总称。
气候（Climate）：某

地区多年天气状况及变化特征的综合。
暴雨（Storm）：降雨强度和量均相当大的雨。1h内雨量等于或大于16mm，

或24h内雨量等于或大于50mm的雨。
地形雨（Orographic rain）：由于地形抬升作用而形成的雨，迎面坡雨量

大，背面坡雨量小。
台风雨（Typhoon rain）：伴随台风而来的雨，降雨强度和量都很大。
热带气旋雨（Tropic cyclone rainfall）：伴随热带气旋而来的雨。
气压（大气压强）（Atmospheric pressure）：通常用单位横截面积上所承

受的铅直大气柱质量表示。
饱和水气压（Saturation vapour pressure）：在一定温度气压下，湿空气

达到饱和时的水气压。
露点（Dew point）：在不改变气压和水气含量的情况下，把纯水平面附近

的空气冷却达到饱和时的温度。
流域（Watershed，Basin）：地表水和地下水的分水线所包围的集水区域或

汇水区，习惯上指地表水的集水区域。
流域面积（集水面积）（Drainage area）：流域分水线与河口断面之间所

包围的平面面积。
闭合流域（Enclosed basin）：地表水分水线与地下水分水线重合的流域。
不闭合流域（Non-enclosed basin）：地表水分水线与地下水分水线不重合

的流域
分水线（分水岭）（Divide）：分开相邻流域或河流地表集水的边界线。
流域特征（Basin features）：流域的几何特征、自然地理特征和人类活动

影响的总称。
流域几何特征（Basin geometric characteristics）：流域的形状、面积

、长度、平均高程、平均宽度、平均坡度、不对称系数等的总称。
（1）流域长度（Basin length）：由河源边线至河口的最长直线距离。
（2）流域平均高程（Basin mean elevation）：流域内各相邻等高线间的

面积乘以其相应平均高程乘积之和与流域面积的比值。
（3）流域平均宽度（Basin mean width）：流域面积与流域长度的比值。
（4）流域平均坡度（Basin mean slope）：流域内最高最低等高线长度的

一半及各等高线长度乘以等高线间的高差乘积之和与流域面积的比值。
流域自然地理特征（Physiographic characteristics of basin）：流域的

地理位置、气候条件、岩土性质、地质构造、地形地貌和植被等的总称。
水系（河系）（Water system）：由河流的干流和各级支流，流域内的湖泊

、沼泽或地下暗河形成彼此连接的一个系统。
河网密度（Drainge density）：流域内干支流总河长与流域面积的比。
河流（River）：在明渠中，受地表水和地下水补给，或受径流调节补给，

经常或间歇地沿着狭长的凹地或岩洞流动的水流。
支流（Tributary）：流入一教大河流或湖泊的河流。
干流（Main stream）：在水系中汇集全流域径流的河

流。
河槽（河床）（River bed）：河谷行水、输沙的部分。
河道横断面（River cross-section）：垂直于河道断面平均流向或中泓线

横截河流，以自由水面和湿周为界的刨面。
河道纵断面（River longitudinal profile）：河流从上游至下游沿深泓线

所切取的河床和自由水面线间的刨面。
河漫滩（Flood plain）：位于河床主槽两侧，在洪水是被淹没，中水时出

露的滩地。
水力学（Hydraulics）：研究水的平衡和机械运动规律及其应用的学科。
谢才公式（Chezy formula）：计算明渠均匀流流速的公式之一。其基本形

式： ，式中S为水力坡度，R为水力半径。
曼宁公式（Manning formula）：计算明渠均匀流流速的经验公式，v =

(R2/3S1/2)/n，式中n为曼宁糙率系数。
雷诺数（Reynolds number）：表征流体中惯性力与粘滞力相对大小的无因

次参数。其式为Re= ,式中 为流体的运动粘滞系数。
河流泥沙（River sediment）：河水挟带的岩土颗粒。
泥沙特征（Sediment property）：泥沙颗粒或泥沙混合物的物理、化学性

质。
悬移质（Suspended load）：受水流的紊动作用悬浮于水中并随水流移动的

泥沙。
推移质（Bed load）：受水流推曳力作用沿河床滚动、滑动、跳跃或层移的

泥沙。
床沙（Bed material）：在受泥沙输移影响的那一部分河床中存在的颗粒物

质。
床沙质（Bed material load）：床沙被带起运动，在运动过程中随时与床

沙交换的那一部分悬移质和推移质的泥沙。
泥沙输移（Sediment transport）：河流中泥沙在水流作用下产生的各种运

动。
泥沙输移比（Sediment delivery ratio）：在一定时段内，通过断面的输

沙总量与该断面以上流域的总侵蚀量的比值。
地下分风水岭（Groundwater divide）：地下水流域的边界线。
包气带（Aeration zone）：地面以下潜水面以上与大气相通的地带。
土壤水（Soil water）：吸附于土壤颗粒和存在于土壤孔隙中的水。狭义指

包气带上层中各种形式的水。
结合水（Bound water）：被岩土颗粒的分子引力和静电引力吸附在颗粒或

隙壁表面的水，包括吸着水和薄膜水。
吸着水（Absorbed water）：吸附于岩土颗粒或隙壁表面结合最牢固的一层

水。
薄膜水（Pellicular water）：结合水的外层，由于分子力而粘附在岩土颗

粒上的膜状水。
上层滞水（Perched water）：包气带中局部隔水层上所积累的具有自由水

面的重力水。
渗入水（Infiltration water）：大气降水和地表水通过表层土壤空隙渗入

地下的水分。
毛管水（Capillary water）：由于毛管力作用，保持在岩土层毛细空隙中

的水分。
土壤含水量（Soil moisture content）：单位体

积中土壤孔隙的水容积（

质量）与土壤容积（质量）的比值。
饱和含水量（全持水量）（Saturated moisture）：土壤孔隙全部被水充满

时的土壤含水量。
土壤水分常数（Soil moisture constants）：土壤中某种类型水分如吸湿

系数、凋萎系数、田间持水量、毛细管断裂含水量等的最大值或最小值。
土壤吸湿系数（Absorption coefficient of soil moisture）：气温20℃

空气湿度接近饱和条件下，干土壤吸收空气中的水汽所能达到的最大土壤含

水量。
凋萎系数（Wilting coefficient）：植物由于缺水开始发生永久性枯萎时

的土壤含水量。
田间持水量（Field capacity）：土壤所能保持毛管悬着水的最大值。
毛管断裂含水量（Moisture content at capillary rupture）：毛管悬着

水由于作物吸收和土壤蒸发而逐渐减少，致使毛管断裂，停止毛管悬着水运

动时的土壤含水量。
最大分子吸水量（Maximum molecular moisture content）：土壤中由分子

吸附力所能保持的最大水量，包括全部吸着水和薄膜水。
潜水（Phreatic water）：地表以下第一个稳定隔水层以上具有自由水面的

地下水。
降水入渗补给（Precipitation recharge）：降水入渗补给地下水的过程。
地表补给（Surface water recharge）：因地表水与地下水间的水头差，使

地表水入渗补给地下水的过程。
凝结水补给（Condensation recharge）：水汽凝结形成的重力水下渗补给

地下水的过程。
重力水（Gravity water）：当土壤水的含量超过土壤颗粒的吸引力和毛管

力所能保持范围，在重力作用下，由上往下运移多余的水。
承压水（Confined water）：充满于上、下两个相对隔水层之间的含水层，

对顶板产生静水压力的地下水。
孔隙水（Pore water）：存在与岩土体孔隙中的重力水。
湖泊（Lake）：陆地上的贮水洼地。由湖盆、湖水及其中所含物质组成的宽

阔水域的综合自然体。
水库（Reservoir）：在河道山谷、低洼地及地下含水层修建拦水坝（闸）

、溢堰或隔水墙所形成拦畜水量调节径流的畜水区。

1、水文循环概念
地球上的水在太阳辐射作用下，不断地蒸发成水汽进入大气，随气

流输送到各地；输送过程中，遇到适当的条件，凝结成云，重力作用下降落

到地面，即降水；降落的雨水，一部分被植被截留并蒸发，一部分形成地面

径流沿江河回归大海，一部分渗入到地下。渗入到地下的水，有的被土壤或

植物根系吸收，最后通过蒸发或植物散发返回大气；有的渗透到较深的土层

形成地下水，以泉水或地下水流的形式注入河流回归大海。水圈中的各种水

体通过这种不断蒸发、水气输送、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，
形成水文循环的外因是太阳辐射和重力，内因是水的三态转化（气态、液态

和固态）。
2、大循环与小循环
大循环：从海洋蒸发的水汽，被气流输送到大陆形成降水，其中的一

部分以地面和地下径流的形式回归海洋，这种海陆间的水分交换过程称为大

循环。
小循环：海洋上蒸发的水汽，在海洋上空成云致雨，直接降落到海洋

里，或陆地上的水蒸发后又降回到陆地，这种局部的水文循环称为小循环。

前者称为海洋小循环，后者称为内陆小循环。
由于海洋水汽在向内陆的输送过程中，沿途逐渐消耗，当内陆距海

洋很远时（如我国的西北地区） ，内陆小循环成了内陆地区的主要水汽来

源。
3、水文循环的作用
水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。它将大气圈、岩

石圈和生物圈紧密地联系起来，水流塑造了地球的表层地貌形态，水汽深刻

地影响着全球的气候变迁，水资源的分布决定了生物种群的分布；通过水汽

输送，在全球尺度下进行高低纬度、海陆间的能量再分配；水流对泥沙的侵

蚀和搬运，使沧海变桑田，供给海洋生物养分；往复不断的水文循环，为人

类带来取之不尽、用之不竭的可再生水资源。
2.2.1 河流
一、河流的形成与分段
地表水在重力作用下，沿着陆地表面的凹地流动，依水量的大小可

分为江、河、溪、沟、涧等，其间并无精确分界，统称为河流。
一条河流可分为河源、上游、中游、下游及河口五段。
河源：河流的发源地，多为泉、溪涧、沼泽、湖泊或冰川等。
上游：紧接河源，多处于深山峡谷中，水流湍急，落差大，冲刷强

烈，常有急滩、瀑布。
中游：河段坡度渐缓，河槽变宽，两岸常有滩地，冲淤变化不明显

，河床较稳定。
下游：与河口相连，一般处于平原，河槽宽阔，河床坡度和流速都

较小，淤积明显，浅滩和河湾较多。
河口：河流的终点，即河流注入海洋或内陆湖泊的地方。这一段因

流速骤减，泥沙大量淤积，往往形成三角洲。注入海洋的河流成为外流河，

如长江、黄河等。注入内陆湖泊或消失于沙漠的河流成为内陆河，如新疆的

塔里木河、青海的格尔木河和甘肃的石羊河等。
二、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，以km计。如长江6300km、黄河5464km

、黑龙江3420km、松花江2308km、珠江2214km等。
2、河流断面
横断面（过水断面）：垂直于水流方向的断面。有主槽

无滩地的断

面称为单式断面，既有主槽又有滩地的断面称为复式断面，如图2-2所示。
纵断面：沿水流方向各断面最大水深点的连线称为中泓线，沿中泓

线的断面称为河流的纵断面。河流纵断面反映河床的沿程变化。
一、水系及河流地貌定律
水系：各条河流构成脉络相通的系统，称为水系。由干流和支流组

成水系用斯特拉勒（Strahler）法来分级：直接发源于河源的小河流为一级

河流；两条相同河流汇合成比原来河流高一级的河流；两条不同级别的河流

会合后形成的河流，保留原来较高一级的河流。干流是水系中最高级别的河

流。
二、流域
流域： 河流某一断面来水的集水区域，即该断面（称流域出口断面

）以上地面、地下分水线包围的区域，地面分水线包围区域为地面集水区，

地下分水线包围区域为地下集水区。
闭合流域 ：在垂直方向地面、地下分水线重合，地面集水区上降水

形成的径流 正好由流域出口断面流出，一般大中流域均属此类。
非闭合流域：地面、地下分水线不重合的流域，如岩溶地区的河流

和一些很小的流域。
三、流域的基本特征
1、流域面积
流域分水线包围区域的平面投影面积，可以用求积仪量出。用F表示

，以km2计。
2、河网密度
流域内河流的总长度与流域面积之比，以km/km2计。
3、流域长度和平均宽度
流域长度： 从流域出口到流域最远点的流域轴线长度。用L表示，

以km计。
流域平均宽度：流域面积与流域长度之比，B = F/L，以km计。
4、流域形状系数
流域的平均宽度和流域长度之比，K = B/L。 扇形流域K值大，狭长

流域K值小。
5、流域的平均高度和平均坡度
将流域地形划分为100以上的正方形，依次定出每个方格交叉点上的

高程以及与等高线正交方向的坡度，取平均值即为流域的平均高度和平均坡

度。
2.3.1、降水及影响降水的气象因素
一、降水及其特征
降水包括雨、雪、霰、雹、露、霜等从空中降落到地表的各种液态

水和固态水，其中以雨、雪为主。在我国大部分地区，降水的主要形式是降

雨，因此也常把降水（Precipitation）混称为降雨（Rainfall）。
降水是水文循环中最活跃的因子，它是一种水文要素，也是一种气

象要素，因此是水文学和气象学共同研究的对象。
描述降水特征常用降水量、降水历时、降水强度、降水面积和暴雨

中心等来表示。例如，根据日降水量的多少，雨势分为7级，日降水量达到

或超过50mm的降水称为暴雨，见表2-1。单位时间的降水量称为降

水强度，

以mm/min或mm/h计。
二、对流层与气团
1、对流层及其垂直分布
对流层是地球大气中最低的一层，厚度约8~18km，随纬度和季节而变

。对流层按垂直高度可分为三层：
下层：自地面至1.5km高度。该层大气受地面的热辐射和扰动影响显

著，因此又称摩擦层或扰动层；
中层：1.5~6km的高空范围。大气中的云和降水都产生在这一层。
上层：从6km到对流层顶部。水汽含量很少，气温常在0oC以下。
2、对流层的特征
（1）气温随高度增加而降低；
（2）对流层主要从地面获得热能，使它具有强烈的上升和下降运动，

即对流运动。
（3）地表性质的差异，使对流层中温度、湿度的水平分布不均匀。
3、气团
水平方向上温度、湿度比较均匀的大块空气称为气团，水平范围从几

百到几千公里，垂直高度几公里，有时直达对流层顶。气团按性质分为冷气

团和暖气团，按源地分为冰洋气团、极地气团、热带气团和赤道气团。
三、与降水有关的气象因素
对流层内与降水有关的气象因素包括气温、气压、风、湿度、云和

蒸发等。
1、气温
气温是表示空气冷热程度的物理量，以℃ 或℉计。
大气直接吸收太阳辐射的能力很差，主要是地表吸收太阳的短波辐射

热，再向大气发出长波辐射，通过水汽、二氧化碳等气体的吸收使大气增温

，再产生指向地面的逆辐射使地面增温。
对流层内每升高100m温度的下降量称为气温直减率 ，计为?，平均为

0.65oC。静态下气温的垂直分布称为气温层结曲线；气块上升运动中气块温

度随高程的变化过程称为状态曲线，如图2-6所示。
地面气温的水平方向变化：同一季节，气温自赤道向极地递减，近

地面的空气自极地流向赤道；同一纬度，暖季，陆地上的气温常高于海洋上

的，海洋上的暖湿空气吹向陆地；冷季，则相反。
4、湿度
（1）水汽压e：空气中的水汽压力，以hPa计。
饱和水气压E：在一定温度下，空气中所含水汽量的最大值。因此

，饱和水汽压是温度的函数：


式中E0 =6.11hPa，为温度 t = 0℃时的饱和水汽压；
a、b为常数，水面上分别为7.45和237；冰面上分别为9.5和265；
饱和差：饱和水汽压与空气中的实际水汽压之差，E-e。
（2）绝对湿度a：单位体积空气中所含的水汽质量，以g/m3计。
相对湿度f：绝对湿度与饱和水汽压之比，即f = e/E ? 100%。
（3）露点Td：在气压一定，水汽量不变的条件下，气温下降，空气达到饱

和水汽压是的温度。
（4）比湿q：一团湿空气中，水汽质量与空气

的总质量之比。比湿与气压、

水汽压之间的关系为：

式中P 为气压，hPa。
2.3.2、降水的形成与分类
一、降水的形成
降水形成包括三个过程：动力冷却过程、水汽凝结过程和降水过程

。
动力冷却过程：自海洋、河湖、水库、潮湿土壤及植物叶面等蒸

发出来的水汽进入大气后，形成未饱和湿空气，在外力的扰动下，沿大气状

态曲线（图2-6中abcde线）经过干绝热过程和湿绝热过程上升到高空，体积

膨胀，温度下降。
水汽凝结过程：当湿气团上升到一定高度，温度下降到露点温度时

，湿空气达到饱和状态，再上升就会过饱和而发生凝结形成云滴（水滴或冰

晶）。
降水过程：云滴在上升过程中不断凝聚，相互碰撞，合并增大，当

不能为上升气流顶托时，在重力作用下降落到地面形成降水。
二、降水的分类
降水按空气抬升形成动力冷却的原因分为对流雨、地形雨、锋面雨

和气旋雨。
1、对流雨：上升的湿空气形成动力冷却而致雨。强度大，历时断

，雨区较小。
2、地形雨：暖湿气团在运移过程中，遇山脉阻挡，气流被迫沿迎风坡上升

，由于动力冷却而成云致雨。
3、锋面雨：干冷气团与暖湿气团相遇时，在其接触处由于来不及

混合而形成一个不连续的锋面，锋面两侧空气的温度、湿度、气压等气象要

素差别明显，锋面附近常伴有云、雨、大风等天气现象。锋面活动产生的降

雨统称为锋面雨。锋面的长度从数百公里到数千公里不等，锋面的伸展高度

，低的离地1~2km，高的可达10km以上。锋面分为冷锋、暖锋、静止锋及锢

囚锋。
4、气旋雨：气旋是中心气压低于四周的大气漩涡，在北半球作逆

时针旋转的气旋空气向中心辐合，引起打规模的上升运动，水汽因动力冷却

而致雨。在低纬度的海洋上形成的气旋，成为热带气旋，分为五级：低压区

、热带低压区、热带风暴、强热带风暴和台风。台风区内水汽充沛，气流上

升强烈，往往造成倾盆大雨，登陆后受地形和冷空气影响，暴雨加剧，往往

导致洪水泛滥。
2.3.3、影响我国降水（暴雨）的主要天气系统
我国地处中低纬度，西有青藏高原，东临太平洋，既受中纬度西风

带天气系统的影响，又受低纬度天气系统的作用。影响我国降水（暴雨）的

主要天气系统如下。
（1）高空槽：高空槽是指活动在西风带上的槽，于我国有西北槽和印缅槽

。一次高空槽活动，反映了不同纬度间冷暖空气的一次交换过程，给中高纬

地区造成阴雨大风天气。
（2）锋面气旋：影

响我国的锋面气旋分为南北两支，北支于蒙古

到我国东北一带，如蒙古气旋、黄河气旋，其天气以大风为主；南支于长江

中下游及淮河流域，如江淮气旋和东海气旋，是造成江淮地区暴雨最重要的

天气系统，也是长江流域梅雨天气的主要形式。
（3）低涡：低空或高空的闭合低压环流，是影响我国降雨的重要

天气系统，典型的有西南涡和东北冷涡。当西南涡形成于四川西部时，在原

地产生阴雨天气，东移发展时，雨区也不断东移，降雨强度逐渐增强，到两

湖盆地时，降雨量大大增加，甚至形成暴雨。东北冷涡在冬季可以带来很大

的阵雪，可以影响到内蒙古、河北北部到山东半岛，在夏季常造成东北、华

北和内蒙古的雷阵雨天气，甚至暴雨。
（4）切变线：在850hPa或700hPa高空图上，往往出现某一条线两侧

风向和风速发生切变的现象，风场上具有气旋式切变的不连续线成为切变线

。如图2-10为我国主要降水天气系统之一的东北-西南向或东西向切变线。

春季，该切变线活动在华南，称为华南切变线，6月到7月初，多位于江淮流

域，称为江淮切变线，7月中到8月，常出现在华北，成为华北切变线。切变

线一般能造成较强的降雨。
（5）静止锋：静止锋有两种，一种是由地形为主造成的，如天山静止锋、

昆明静止锋等；另一种是温压场结构变化形成的，如南海静止锋，华南静止

锋，江淮静止锋和华北静止锋等。后一种对我国夏季暴雨影响最大，如江淮

静止锋造成的“梅雨”天气。
上述西风带的主要降水天气系统：高空槽、锋面气旋、低涡、切变

线、静止锋等都和高空锋区相联系，影响我国的锋区有南北两支，即极锋锋

区和
副热带锋区，副热带锋区为我国带来大范围的暴雨，如华南前汛期、江淮梅

雨及华北、东北雨季。
（6）副热带高压（副高）：西太平洋副热带高压西端脊可伸达我国沿海，

夏季可伸入大陆，我国大陆主要雨带的变化、雨季的出现和结束都与副高脊

线的季节性活动有密切的关系。
（7）热带风暴（台风）：我国东临西北太平洋，全球八大洋区热带

风暴，约36%集中在西北太平洋，而西北太平洋热带风暴，约有35%在我国登

陆。据统计，我国登陆的台风，平均每年6~7个，最多11个，最少3个。
2.3.4、我国降水量及时空分布
一、年降雨量特性
1、年降雨量地理分布
我国多年平均降水量648mm，东南多，西北少，可分为五个带。
（1）十分湿润带：年降水量大于1600mm，年降水天数在160天以上，

包括广东、海南、福建、台湾、浙江大部、

广西东部、云南西南部、西藏东

南部、江西和湖南山区、四川西部山区。
（2）湿润带：年降水量在800~1600mm，年降水日数平均120~160天

，包括秦岭-淮河以南的长江中下游地区、云、贵、川和广西的大部分地区

。
（3）半湿润带：年降水量在400~800mm，年降水天数平均80~120天，包括华

北平原、东北、山西、陕西大部、甘肃、青海东南部、新疆北部、四川西北

和西藏东部。
（4）半干旱带：年降水量在200~400mm，年降水日数平均60~80天，

包括东北西部、内蒙、宁夏、甘肃大部、新疆西部。
（5）干旱带：年降水量在200mm以下，年降水日数少于60天，包括

内蒙、宁夏、甘肃沙漠区、青海柴达木盆地、新疆塔里木盆地和准噶尔盆地

藏北羌塘地区。
2.3.5、降水量观测
降水量可采用器测法、雷达探测或气象卫星云图估算。
一、器测法
常用的仪器有雨量计和自记雨量计。
1、雨量计：由承雨器、漏斗、储水瓶和雨量杯组成，分时段人工观

测，如图2-11所示。
2、自记雨量计：自记雨量计能够随时间连续记录降水过程，常用的

有称重式、虹吸式
（图2-12）和翻斗式（图2-13）三种类型。
二、雷达探测
气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象来发现目标，根

据探测到的降水回波位置、移动方向、移动速度和变化趋势等资料，对降水

进行预报。
三、气象卫星云图
气象卫星按其运行轨迹分为极轨卫星和地球静止卫星，目前投入水

文业务应用的是利用地球静止卫星短时间间隔云图图像资料，用某种模型进

行降水估算，估算的方法很多。