水文学原理(第四章 降水)

吸，使自记笔立即垂直下
落到记录纸上纵坐标的零 点，以后又开始记录。
（4）翻斗式自记雨量计
承雨器接受的雨水流入
对称的翻斗的一侧，当接满
0.1mm雨量时，翻斗倾于一 侧把雨水全部泼掉，另一翻 斗则处于进水状态。每次翻 转将发出一个脉冲信号，由 记录设备记下这些信号并换 算为雨量。
（5）容栅式雨量计
（二）雷达探测：
一 降雨的类型
二
1
影响降水量的因素
地理位置的影响
1）纬度：纬度低气温高，空气湿度大，降水量大，地 球上2/3的降水分布在南北纬30度之间，以赤道附近为
最多，向两极逐渐递减。
2）海陆分布：沿海地区大气中水汽含量多，水循环交替强烈， 雨量丰富，向内陆逐渐减少。如在同一纬度上：
青岛 ----济南----西安 ----兰州
时 段 0 1 2 3
雨量（mm）
降雨强度（mm/h） 累计降雨量（mm）
0
0 0
15
30
9
3） 等降水量线(等雨量线) 在一个区域某段时间内,降水量相等点的连 线所构成的等值线。
降水量等值线表示了给定时段内降水量随空 间的变化规律；
4） 降水特征综合曲线（如下图所示）
第二节 降水的类型及影响因素
2.降雨资料的插补
1）算术平均法 2）比例法 3）等雨量线法 4）图解相关法
第四节 降雨量的观测与计算
1 意义
1）了解和计算一个流域或地区总水资源量的基 础；
2）是进行水文分析计算，水资源评价的依据。
一
降雨的观测
为了掌握各地降水的变化，水文气象 部门设立了大量的雨量站、气象站、水文 站观测降水，每年汇总、整编、刊印或存 入水文数据库，供各部门应用。降水观测 有多种方法，简述于下：
B:140mm
A:260mm C:240mm
算术平均法的特点：
适用于面积不大，地形起伏不大，站点
较多且布设较均匀的流域，计算简便。不能
利用流域附近的雨量资料。
2 )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
二、流域平均降雨量计算
算术平均法 泰森多边形法 等雨量线法 距离平方倒数法
1) 算术平均法 算术平均法：流域内各站同一时段的雨量进
行算术平均。
1 P Pi n
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,

例题：
646 ---- 621 ---- 566 ---- 325 mm
2 大气环流的影响
大气环流决定着大气的流场和风速场，
从而直接影响全球水汽的分布变化，以及
水汽输送的途径和强度。
3 地形的影响 主要是通过气流的屏障与抬升作用 对降水的强度和时空分布产生影响。一 般情况下迎风坡降水量大，背风坡降水 量小。
地形对降水的影响程度决定于地面坡降、 气流特征以及地表高程的变化等因素。
不同地区的水汽含量不同，降水量随高 程的递增率差异很大。
4
森林的影响
森林对降水量的影响，有着不同的认识：
1）可增大降水量：法国学者对美国东部 大流域研究认为，森林覆盖率增10%，降 水量可增加3%左右。
2）影响不大：森林不会影响大尺度气候， 只能对微尺度的气候产生一定的影响，最多 增加降水量1-3%。
0.12
0.14 0.06 1.00
0
0.1 14.5
0.00
0.01 0.87 5.73
36.8
27.1 40.9
4.416
3.794 2.454 43.82
7.8
12.7 9.4
0.936
1.778 0.564 12.51
0.9
0.8 0.7
0.108
0.112 0.042 0.93
流域的平均总雨量：5.73+43.82+12.5+0.93=63.0mm
各站各时段的雨量、权雨量（mm） 13-14h P1i 3.4 5 7.5 gi P1i P2i 81.1 60 30.5 14-15h gi P2i P3i 9.7 11 21.3 15-16h gi P3i P4i 1.4 0.7 0.9 16-17h gi P4i
0.06 0.14 0.13
4 5
第三节
降雨资料的分析与插补
1.降雨资料的合理性分析
1)利用本地区绘制的等雨量线图来审查个别站的降雨量资料是 否合理。
2）从降雨类型、性质、地形等方面分析雨量资料是否合理。 3）利用相邻站同时期的雨量、降雨强度及降雨历时作对比检 查。 4）利用双累积曲线分析技术，对测站记录的不一致性进行判 别和校正。
的流域面积 f i ，即可按下式计算流域平均雨量 P 1 P f i Pi F
Pi -- P 上的平均雨量，等于相邻的2条等值线数值 i


的平均数。
例题：
F1
180mm
160mm 140mm 120mm
F1=500km2 F2 =1500km2 F3=3000km2 F4=4000km2
2）降雨历时：指一场降水自始至终所经历的时间；
3）降雨时间：指对应于某一降水而言的； 4）降雨强度：指单位时间内的降水量； 5）降雨面积：
2.降雨的分级
3.降雨的时空分布特征表示方法 1） 降水过程线：
表示降水随时间变
化过程的曲线；
2） 降水量累积曲线
X轴—时间（h, d, m）
Y轴—自降水开始到各时刻
（一）
器测法
（1）雨量器：如图，是最简单的测雨器，分
时段人工观测。
（2）称重式自记雨量计：连续测量记录降雨 量、降雨历时和降雨强度。
（3）虹吸式自记雨量计 承雨器将雨量导入浮 子室，浮子随注入的雨水 增加而上升，带动自记笔 在附有时钟的转筒上的记 录纸上连续记录随时间累 积增加的雨量。当累积雨 量达10mm时，自行进行虹
体积膨胀、气温下降——凝结成云滴——碰
撞增大——降水。
5 降水形成的三个条件 形成降水，必须具备三个条件：
1）大量的暖湿空气源源不断地输入雨区；
2）地面空气强烈上升的机制;
3）冷却凝结；
即地面暖湿空气 -→ 抬升冷却 -→ 凝结为
大量的云滴 -→ 降落成雨。
二
降雨的基本要素及时空分布特征
1
现象，上升气团稳定，不易形成降水。
6 人类活动影响
一般都是通过改变下垫面条件而间接影
响降水，其影响或减少降水，或增大降水。
植树造林、大规模砍伐森林、修建水库、
灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽……
“雨岛效应”—即城市的增雨作用。其影
响的程度、增雨量的大小，与城市的规模、
工厂的多少、当地气候湿润的程度等有关。
第四章
降 水
教学要求：
1 2 3 4 5 6 7 8 降水的形成与分类（了解） 降水要素（掌握） 降水的分级（了解） 降水的时空分布特征表示方法（掌握） 降水观测与计算（了解） 流域平均降水量的计算（掌握，重点） 影响降水量的因素（了解） 我国降水量的时空分布特点（了解）
第一节 降水的类型及时空分布
B:210mm A:360mm
例题：某流域面积F=20km2，其上有10个雨量
站，各站代表面积已按泰森多边形法求的，并于 1998年6月29日的一次实测降雨一起列于下表， 试计算流域本次降雨的平均总雨量。
雨 量 站
代表 面积 Fi （km2） 1 2 3 1.2 2.79 2.58
权重 g i= (fi/F)
根据水文年鉴资料，计算得某站的7月16日的一次降雨累计
过程如表所示，需要推求时段均为3h的时段降雨量。 时间 t(h) 累积 雨量Pi （㎜）
0
6
12
14
16
20
24
0
12
66.3
139.2 220.2 265.2 274.8
例题：某地区降雨量的计算时段为3小时，经计算，相
邻3个时段面降雨量分别为15mm、30mm、9mm， 试绘制降雨过程线图和累计降雨量图。
1 2 3 4 5
1.2 2.79 2.58 1.6 0.94
0.06 0.14 0.13 0.08 0.05
6
7
1.79
2.74
0.09
0.13
14.1
8.5
1.27
1.11
65.9
45.7
5.931
5.941
17
9.8
1.53
1.274
1.6
0
0.144
0
8
9 10 流域
2.34
2.84 1.23 20
泰森多边形法的特点： 适用于降雨分布不均，站点较少，面积不大
的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度
较好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固 定，与实际情况不完全一致。
3 等雨量线法:
根据流域及附近的雨量站观测的同一时段的雨 量值，参考地形影响，类似绘制地形等高线那样，
画出如图的雨量等值线图，然后量出相邻等值线间
边形。
1 P f

fP
i 1 i i
n
fi/f -- 第i站代表面积占流域面积的比值，称权重。
例题：
流域面积：350km2
A、B站的雨量依次为： 360mmm，210mm， 试绘出泰森多边形图，并用算 术平均法和泰森多边形法计算 该次降雨的平均面雨量，比较 二者的差异。A、B权重分别为 0.78，0.22
降水量累积值； 降水强度等于降水量累积 曲线的导数；
平均降水强度
p i t
dp i dt
瞬时降水强度
某站一次降雨实测的各时段雨量
时间 t(h) 雨量Pi （㎜） 0-8 8 8-12 36.2 12-14 48.6 14-16 54 16-20 30 20-24 6.8
计算和绘制该次降雨的时段平均降雨强度和累计雨量 过程线。
气象雷达利用云、雨、雪等对无线电波
的反射现象，随时探测降水的位置、移动速
度、方向和变化情况，进行降水预报。
（三） 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
星两类。
目前利用静止卫星随时发回的云图资料，包括可见 光云图和红外云图，对降雨等进行预测。 特点：可引入人—机交互系统，自动进行数据采集、云 图识别、降雨量计算、雨区移动预测等项工作。
17 9.8 7.8 12.7 9.4
1.8 1.7
1.6 0 0.9 0.8 0.7
雨量 站
代表 面积 fi
权重 g i= (fi/F) P1i
各站各时段的雨量、权雨量（mm） 13-14h gi P1i 3.4 5 7.5 0 11.5 0.20 0.70 0.98 0.00 0.58 P2i 81.1 60 30.5 21.5 46.5 14-15h gi P2i 4.866 8.4 3.965 1.72 2.325 P3i 9.7 11 21.3 9.7 15 15-16h gi P3i 0.582 1.54 2.769 0.776 0.75 P4i 1.4 0.7 0.9 1.8 1.7 16-17h gi P4i 0.084 0.098 0.117 0.144 0.085
一 降水的形式
► 1 定义：降水是指液态或固态的水汽凝结 物从云中降落到地面的现象。 ► 2 形式：雨、雪、雹、露、霜、霰等
3 意义：
降水是水循环最活跃的因子；人类用水 的基本来源（可再生水资源）；降水资料是 分析河流洪枯水情、流域旱情的基础；是水 资源开发利用和管理规划的依据。
4 降水的形成
蒸发蒸腾——水汽上升——气压降低、
6 7 8 9 10 流域
1.6 0.94
1.79 2.74 2.34 2.84 1.23 20
0.08 0.05
0.09 0.13 0.12 0.14 0.06 1.00
0 11.5
14.1 8.5 0 0.1 14.5
21.5 46.5
65.9 45.7 36.8 27.1 40.9
9.7 15
3）减少降水量 森林能抑制地面温度升高，削弱对流， 减少降水量；植物叶面对降水量截留可占总 降水量的10-20%，全部用于蒸发，间接减少 了降水量；森林对降水的影响研究受到典型 性、测试条件、测试精度等影响，有待于进 一步研究。
5 水体的影响
大面积水体表面光滑，阻力小，易产 生对流，减少降水量；水面易产生逆温
1
2
x y Pj
3
4
2）根据各网格临近若干个降雨站的数量，利用一定 的插值方法，计算出各网格降水量的近似值
1 Wij 2 d ij n PiWi n j P i 1 PiWi nj j i 1 Wi i 1
F4
F2 F3
100mm
等雨量线法的特点：
适用于面积大、站点密的流域。理论上较完善，
但每次降雨都必须绘制等雨量线，并计算权重，工 作量大；对短历时降水量，由于空间分布不均，插 补站降水量与附近站降水量之间的相关关系较差， 从等雨量线图上内插效果较好。
4（客观运行法）距离平方倒数法 1）将计算区域网格化；