水文学基础知识

★ 闭合流域：
若流域的地面水和地下水分水线在位置上 重合，即地面和地下集水区相重合，则称这种 流域为闭合流域。
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第一讲 水文水资源基础
二、降水与蒸发
2.1 降水：
是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至 地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象 要素之一，也是水循环中重要的一个环节。
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第一讲 水文水资源基础
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第一讲 水文水资源基础

当有三种冷暖性质不同的气团（如暖气团、较
锢囚锋：
冷气团、更冷气团）相遇时，便会产生两个锋面，
此两锋面相遇并逐渐合并起来，原来暖气团被迫抬 离地面，锢囚在高空，这样形成的锋称作锢囚锋。
(2)


(1)




(3)

(4)

图中： — 冷气团 — 暖气团 — 更冷气团
海 洋 上 空
气流输运 降 水 海 洋 蒸 发
大 陆 上 空
蒸 发 返 回 大 气
大循环： 小循环：
地面径流
降
水
汇入 河川 洋
地下径流
陆 面 地 下
海
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第一讲 水文水资源基础
水文循环的意义： ① 直接影响气候变化： ② 改变地表形态： ③ 造成再生资源： ④ 负面影响：干旱，洪涝灾害
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第一讲 水文水资源基础
• 温带气旋雨（锋面气旋）
锋面气旋是由锋面的波动产生的，多发生 于温带的极地气团和热带气团的交界面之上， 这种波动也称气旋波。温带地区的降水大部分 同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人
类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要
的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。
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第一讲 水文水资源基础
温带气旋的特点：
最早研究的天气系统。
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第一讲 水文水资源基础
气旋区气流运动特点： 在低气压中心区，气流从四周向中心辐合， 垂直方向上运动是上升的，即暖湿气流辐合上升， 在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结 降水现象。可出现大范围降雨和大风的天气现象， 称为气旋雨
低气压区 低气压区
气旋平面图
气旋立面图
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第一讲 水文水资源基础
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第一讲 水文水资源基础
对流雨发生的特点：
对流雨是在大气不稳定的条件下产生的，
多发生在夏季酷热的午后；
其水平尺度很小(0.1～50公里)，降雨历时较
短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。
降水强度的变化很大。对流性降水常伴有
雷暴（伴有闪电和雷声），称为雷阵雨。
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第一讲 水文水资源基础
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第一讲 水文水资源基础
缓行冷锋：
冷锋运移速度较慢
缓行冷锋雨特点：
• 云和雨区分布
及降雨强度与
暖锋雨相仿；
• 雨区位于锋线
后方。
缓行冷锋雨示意图
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第一讲 水文水资源基础
冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升 运动，锋面坡度较陡，介于1/40~1/80（41～820）。
急行冷锋：
（2）河流流域的水量平衡
河流流域的定义：
河流某断面以上，汇集地表水和地下水
的区域（称做地面集水区和地下集水区） 统称做河流在该断面以上的流域。 由分水线包围的集水区域。
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第一讲 水文水资源基础
非闭合流域/闭合流域： ★ 非闭合流域：
若地面分水线与地下分水线在位置上不完全 重合，即地面和地下集水区不相重合常称这种流 域为非闭合流域。
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第一讲 水文水资源基础
按热带气旋地面中心附近风速大小，可分为：
风速 平均风力 分 类
10.8～17.1m/s
6 ～ 8级 8 ～ 9级
热带低气压 热带风暴 强热带风暴 台风
17.2 ～ 32.7m/s 10 ～ 11级 >32.7m/s > 12级
（按中国气象部门规定分类）
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第一讲 水文水资源基础
入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替的现象称为水
文循环或水循环。
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第一讲 水文水资源基础
水循环示意图
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第一讲 水文水资源基础
水循环的外因：
太阳辐射能和地球引力的存在
水循环的内因：
水物理三态(气、液、固)之间的相互
转化
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第一讲 水文水资源基础
自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为： 大循环/小循环
急行冷锋雨 特点：
• 降雨在锋线附近， 降雨强度大 • 历时短、雨区窄
急行冷锋雨示意图
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第一讲 水文水资源基础

准静止锋:
当冷暖锋面势均力敌，则锋面在一定地区来 回摆动，称为准静止锋。或指移动很缓慢呈准静 止状态的锋。
准静止锋雨示意图
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第一讲 水文水资源基础
准静止锋雨的特点：
降雨持续时间较长 降雨强度比较小 雨区比暖锋雨更广 如江淮一带6、7月的常出现的阴雨天气 即为典型的准静止锋雨。
2）地形雨
地形雨发生的条件：
暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等） 影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。
山脉
地形雨形成示意图
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第一讲 水文水资源基础
地形雨的特点：
因气流（空气）的湿度、温度、抬 升速度及地形特点的差异而不同。 地形作用一般使山的迎风面的降水 量大，而背风面降水量减少。
特大暴雨：>200
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第一讲 水文水资源基础
观测降雨量的常用仪器有：
甚至数千公里。
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第一讲 水文水资源基础
• 锋线：
锋面与地面交线称为地面锋线 ，也简称为 锋。
暖气团
锋面 锋线 冷气团 地 面
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第一讲 水文水资源基础
水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向的 不同，所形成的锋面雨分成以下几种类型：

暖锋雨
暖锋： 冷暖气团
相遇时，暖气团较 强起主导作用，暖
气团推动锋面向冷
成于大陆上的，称为 热带大陆气团 ；形成于
海洋上的称为热带海洋气团。
赤道气团：
形成于赤道海洋上，既热又很潮湿，有 时难以将它和热带海洋气团相区别。
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第一讲 水文水资源基础
• 锋面：
温度或密度差异很大的两个气团相遇，接触
区形成一过渡带，简称锋面。锋面是倾斜的，坡
度很小，一般约为 1/100 ，冷气团在下，暖气团 在上。锋面的铅直厚度约 1 公里，水平宽度在近 地面约数十公里，其高度可达 400 公里以上（延 伸到对流层顶），锋的水平范围可延伸数百公里
气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气 旋和温带气旋 • 热带气旋
发生在热带海洋上强烈的气旋性涡旋，即所 谓的台风。风的水平尺度约几百公里至上千公里 ，铅直尺度可从地面直达平流层低层，是一种深 厚的天气系统。台风中心气压很低，一般在990～
870百帕（1hpa=1dyn/cm2)之间，中心附近地面最
大风速一般为30～50米/秒，有时可超过80米/秒。
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第一讲 水文水资源基础
98长江流域大洪水起因：
与发生在1997.5～1998.5上世纪最强的厄尔尼诺
现象有关;
冷暖空气频繁交绥
于长江流域，造成二度
梅雨（6.11～7.3和7.16
～31）
1998年长江流域降雨天气图
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第一讲 水文水资源基础
名为蒙古气旋 和 黄河气旋
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第一讲 水文水资源基础
(4) 降雨的观测
按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、
小雨四种：
暴雨：50~100
1) 暴雨( >50mm/24h) 2) 大雨 ：25~50 mm/24h
3) 中雨 ：10~25 mm/24h 4) 小雨 ：<10 mm/24h
大暴雨：100~200
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第一讲 水文水资源基础
1.1 水文循环：
（1）地球上水的存在形式：
汽态、液态、固态
（2）存在位置：
空气中、地表、地下、生物体内
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第一讲 水文水资源基础
• 水文循环的概念：
地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，
上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽
遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的 那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流
气团 ( 比其所经下垫面冷 ) 和暖气团（比其
所经下垫面暖）;
按湿度特征的差异可分为：干气团和
湿气团；
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第一讲 水文水资源基础
按其静力稳定度的区别可分为稳定气团和
不稳定气团；
按气团的发源地的不同常分为极地气团和 热带气团两大类，再按发源地带的海陆差别 ，这些气团还可划分为一些亚类。
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④ 雹
又称冰雹或雹块，从对流云中产生的球状、锥 状、椭球状或形状不规则的坚硬固态降水，直径 约2～50毫米。
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第一讲 水文水资源基础
（2） 降水的成因：
① 大气中存在水分，即水汽； ② 降温，降至露点温度以下，或空气冷却 ③ 大气中存在吸水性的微粒(凝结核)
露点：空气中水汽达到饱和时的温度。当大气 温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必 要条件。 大气凝结核： 指飘浮在大气中的尘粒，其直 径约10-3~10μm。大气凝结核由固态物质、溶液滴 或两者的混合物组成，其化学成分很复杂，最常 见的是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。 15
热带气旋的危害：
强风引起的巨大海浪，可对海洋船舶造成很大
破坏；当台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大
的海潮（风暴潮）。台风中心经过的地区常有大暴 雨或特大暴雨，日雨量 可高达1000毫米以上， 造成大范围洪涝。它是
重要天气系统之一，一
些河流特大洪水均与热 带气旋有关。
1983年9月6日第9号台风 的彩色增强显示卫星云图
温带气旋主要出现在中、高纬度地区。
温带气旋范围大，风区长，在海上形成大风、
降水和雷暴等危险天气和巨浪，在冬季有时
也能引导冷空气南下，形成寒潮天气。
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第一讲 水文水资源基础
影响中国近海的温带气旋 （主要发生在两个地区）： ① 从中国长江中下游到日本南部海上，命名为 江淮气旋和东海气旋 ② 从蒙古中部到中国东北的大兴安岭东侧，命
气团一侧移动。
暖锋雨示意图
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第一讲 水文水资源基础
暖锋雨的特点：
雨区位于锋线前方； 降雨强度较小(锋面坡度小，介于 1/100~1/300，暖湿气团上升缓慢）； 云和降雨区面积较大。
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第一讲 水文水资源基础

冷锋雨:
冷暖气团相遇时，冷气团较强起主导
作用，冷气团推动锋面向暖气团一侧移动。 根据冷锋推移速度的不同，又分为慢行冷 锋和急行冷锋两种：
锢囚锋形成示意图
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第一讲 水文水资源基础
4）气旋雨
气旋：北（南）半球，由Hale Waihona Puke Baidu地球离心力、偏向力及摩
擦力的共同作用下，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋 转的大型涡旋。在同高度 上，气旋中心的气压比四 周低，又称低压。
小气旋水平尺度为几百公 里，大的可达三四千公里， 气旋中，天气常发生剧烈 的变化，是人们最关心和
第一讲 水文水资源基础
在北半球的主要气团有：
北冰洋气团：
形成于北极的北冰洋，空气极寒且干燥。
极地气团：
形成于除北极的北冰洋以外的中、高纬度 地区，比较寒冷，其中形成于大陆上的有 极地 大陆气团 、 西伯利亚气团 ；形成于海洋上的有 极地海洋气团。
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第一讲 水文水资源基础
热带气团：
形成于热带、副热带的暖气团。其中形
（1） 降水的各种形态：
① 雨
从云中降落下来的液态水滴,其直径一般为 0.5～6毫米。小雨滴呈球形，直径在1毫米以上 的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。
② 雪
由较大的冰晶（即雪晶）组成。雪晶一般 大于0.3 毫米，其基本形状为六角形。
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第一讲 水文水资源基础
③霰
又称雪珠或软雹，是白色不透明的圆锥形或 球形的颗粒状固态降水。直径约2～5毫米，下降 时常呈阵性，触及硬地时常反跳。它是由各自冻 结的小云滴组合在一起而成的，密度小而松脆易 碎。
第一讲 水文水资源基础
第一讲 水文水资源基础
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第一讲 水文水资源基础
主要内容
一、水文循环与水量平衡 二、降雨、蒸发 三、入渗、土壤水、地下水 四、河川径流
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第一讲 水文水资源基础
一、水文循环及水量平衡
• 水文学：
研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋 等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。 与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。
第一讲 水文水资源基础
（3）降雨的分类及其特性
按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种 类型：
• 对流雨
• 地形雨
• 锋面雨 • 气旋雨
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第一讲 水文水资源基础
1）对流雨：
对流雨(亦称对流性降水)发生的条件：
地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上 升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水 汽则会凝结成云（淡积云浓积云 积雨云）， 形成 降雨。
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第一讲 水文水资源基础
3）锋面雨:
由于不同性质的气团相遇所形成的雨称 为锋面雨。
• 气团：
物理属性（物理属性主要是温度、湿度、 大气静力稳定度等物理量）在水平方向差异很
小的空气质点群体。其水平范围可达几百万平
方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。
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第一讲 水文水资源基础
气团的分类： 按气团的热力性质不同 ,可划分为：冷