水文基础知识

• 水量平衡方程式可由水量的收支情况来制 定。系统中输入的水(I)与输出的水(O)之差 就是该系统内的蓄水变量(△S)，其通式为：
• I-O=±△S
• 水量平衡的研究时段可以是日、月，也可 以是一年、数十年或更长的时间，或者为 一个特定时期（如河流汛期、某场洪水期， 农田灌溉供水期等）。
• 水量平衡是质量守恒原理在水循环过程中 的具体体现，也是地球上水循环能够持续 不断进行下去的基本前提。一旦水量平衡 失控，水循环中某一环节就要发生断裂， 整个水循环亦将不复存在。反之，如果自 然界根本不存在水循环现象，亦就无所谓 平衡了。因而，两者密切不可分。水循环 是地球上客观存在的自然现象，水量平衡 是水循环内在的规律。水量平衡方程式则 是水循环的数学表达式，而且可以根据不 同水循环类型，建立不同的水量平衡方程。
形成的蓄水体。
•
（2）潜水是埋藏于地表以下第一个稳定隔水
层上的地下水，通常所见到的地下水多半是潜水。
当潜水流出地面时就形成泉或渗流细水。它主要由
降水和地表水入渗补给。
• （3）承压水一般是埋藏较深、处于两个隔水层之 间的地下水。这种地下水往往具有较大的水压力， 当井或钻孔穿过上层顶板时，强大的压力就会使水 体喷涌而出，形成自流水。
（2）作圆弧的割线交于流域周线 （3）通过割线中点作流域轴线，轴 长为流域长度
流域平均宽度B（km） 流域 面积与流域长度的比值
B＝F/L
流域形状系数 流域平均宽 度与流域长度的比值
f＝B/L ＝F/L2
流域平均高度H（m）与平均坡 度J 将流域划分成100以上的正方格， 定出每个方格交叉点上的高程及坡 度，这些格点的高程和坡度的平均 值为流域平均高度和平均坡度。
• 地下水主要来源为大气降水入渗，排泄有出露泉 、潜水蒸发、排向地表水体（如河流枯水期的基 流，主要靠地下水补给）、越流排泄和各种人工 排泄（如吸取井水）。
• 根据地下埋藏条件的不同，地下水可分为上层滞水 、潜水和承压水三大类。
•
（1）上层滞水是由于局部的隔水作用，使下
渗的大气降水停留在浅层的岩石裂隙或沉积层中所
• 我国水文资料整编规范和流域管理机构对 水系也有较明确的的规定，一般只将较大 的或独立性较强的支流才规定为水系，如 黄河的水系规定为黄河、洮河、湟水、窟 野河、无定河、汾河、渭河、泾河、北洛 河、伊洛河、沁河、大汶河。
3、流域
河流某断面的集水区域称为 该断面的流域。
流域的周界称为分水线。 地面分水线闭合且与地下分水 线重合的流域称为闭合流域。 流域各条河流构成脉络相通的 系统称为水系，河系或河网。
• （3）咸水湖直接供水意义不大，但常蕴藏丰富的 矿物资源。
• （4）极地冰川和冰盖目前尚难以开发利用，但中 低纬度的高山冰川则是巨大的“固体水库”，可 储存固态降水，其冰雪融水对河流有补给调节作 用。
• （5）沼泽是生长喜湿植物的过湿地，对维护生物 多样性作用较大。
• 2、地下水
• 地下水一般指存在于地表以下岩土的空隙、裂隙 和洞穴中的水。地表以下含水的岩土可分两个带 。上部为包气带，也称非饱和带，岩土的空隙中 除水以外还包含空气。下部为饱水带，也称饱和 带，岩土的空隙被水充满。狭义的地下水指埋藏 于地面以下岩土孔隙裂隙溶隙饱和带中的重力水 ，广义的地下水指地面以下各种形式的水。
五、水量平衡的概念和水量平衡方程
• 1、水量平衡概念和水量平衡方程通式
• 水量平衡为水循环的数量表达。按质量守恒定律 ，其基本意义是指，在给定任意尺度的时域空间 中，水的运动（包括固、液、气态的相变）有连 续性，在数量上保持着收支平衡。作为具体的理 解，水量平衡为水文循环过程中某区域在任一时 段内，输入的水量等于输出的水量与蓄水变量之 和；或一定区域(或水体)在一定时段内水的收入 量与支出量之差等于该区域(或水体)的蓄水变量 。蓄水变量指时段始末区域内蓄水量之差（时段 开始可能有蓄水也可能无蓄水）。
水库
水体
积云
水体
河流
• 作为自然科学的水文学就是研究水文现象， 阐明水文循环和水文现象各要素物理机制 与相互关系的学问。
• 作为应用科学的水文学就是研究河流及湖 泊、冰川、沼泽、地下水、河口等水体中 水的时空分布、变化规律，为防治水害和 开发水资源奠定基础。
• 水文科学主要靠建立从局部到全球的水文 观测站网，通过对自然界业已发生的水文 现象的观测进行分析和研究，根据已有的 水文资料，预测或预估水文情势未来状况， 直接为人类的生活和生产服务。
瀑布
山涧
峡谷
中游 河段坡度渐缓， 河槽变宽，两岸常有滩地， 河床较稳定。
黄河中游急流
长江中游
下游 河流的最下段， 一般处于平原区，河槽宽阔， 淤积明显，浅滩和河湾较多。
淮河下游段
长江下游段
河口 河流注入海洋或 内陆湖泊的地段，因流速骤 减，泥沙大量淤积，往往形 成三角洲。
黄河河口
流域的自然地理特征 流域的 地理位置、气候、地形、植物被覆、 土壤特性，地质构造，沼泽及湖泊 情况等，都是与流域水文特性密切 有关的自然地理特征。
四、地表水和地下水的概念
• 1、地表水
• 指存在于地壳表面，暴露于大气中的水，亦称“陆 地水”。地表水水体基本赋存类型为河流、冰川、 湖泊、沼泽四种，其水资源意义如下：
• 水系的形状影响着洪水汇合的先后，集中 的快慢及流量的大小。对面积相同，水系 形状不同的流域，同一场暴雨形成的流域 出口断面流量过程线明显不同。平行状水 系由于各支流汇集到流域出口断面的同时 性强，所产生的洪水过程较急剧（过程线 较尖瘦）；羽毛状水系各支流由于汇集到 流域出口断面的时间相互错开，所产生的 洪水过程较矮胖；混合状水系产生的洪水 过程则介于以上两者之间。
• 水系的名称通常以干流的河名命名，如长 江水系、黄河水系、珠江水系等。但也有 用地理区域或把同一地理区域内河性相近 的几条河作为综合命名，如湖南省境内的 湘、资、沅、澧四条河流共同注入洞庭湖， 称为洞庭湖水系；江西省赣江、抚河、信 江、饶河、修水均汇入鄱阳湖，称为鄱阳 湖水系；海河、滦河、徒骇河及马颊河都 各自入海，称为华北平原水系等等。
• 水系中的河流有干、支流之分。干流一般 是指水系中最长、水量最大的那一条河流。 但有些河流的干流，既不是最长也非水量 最大，而是历史传承的延续。
• 流入干流的河流称为支流。而支流又有一 级、二级、三级…之分。在我国，一种惯 用的方法是，把直接汇入干流的河流称一 级支流，汇入一级支流的称二级支流，余 类推。
流域
干流 出口断面
支流
分水线 集水面积
水系
流域面积F（km2） 在地形图 上定出流域分水线，然后量出它 所包围的面积。
流域面积
河流
分水线
河网密度 单位面积河流总 长度称为河网密度,表示一个地区 河网的疏密程度。
河网
li
i
F
流域长度L（km） 流域的轴长。
流域轴线
出口
流域
（1）以河口为圆心绘制同心圆
注入海洋的河流称为外流河； 流入内陆湖泊或消失于沙漠中的 河流，称为内流河或内陆河，如 新疆的塔里木河和青海的格尔木 河等。
戈壁滩上的季节性河流
河流特性
河流长度 L（km） 简称河长， 自河源沿河道至河口的长度，在地 形图上量出。
河源
河口
河流横断面 垂直于水流方 向的断面称为横断面，简称断 面。断面内通过水流的部分称 为过水断面，其面积称为过水 断面面积，单位m2。
• （1）河流是最活跃的地表水体,它水量更替快， 水质良好，便于取用，历来就是人类开发利用的 主要对象，在农业灌溉、城镇供水、水力发电和 航运等方面为促进社会经济发展起到了巨大的作 用。但由于河川径流的年际年内变化大，多水季 节容易发生洪涝灾害，所以在开发利用河流水时 要体现兴利与除害并重。
• （2）淡水湖和水库具有存储、调节径流的作用， 能缓解来水与用水的矛盾，提高河川径流的利用 程度。
河流
金沙江俯瞰
洪水位
枯水位
河床
滩地 主槽
面向河流下游，左边的河岸 称为左岸，右边和河岸称为右 岸。
一条河流沿水流方向，自 高向低可分为河源、上游、中 游、下游和河口五段。
河源 河流的发源 地，多为泉水、溪涧、 冰川、湖泊或沼泽等。
沼泽
上游 紧接河源， 多处于深山峡谷，坡陡 流急，河谷下切强烈， 常有急滩瀑布。
• 在太阳能的作用下，自然界中的水分不断地从水 面、陆面和植物表面蒸发，化为水汽上升到高空， 然后被气流带到其他地区，在适当的条件下凝结， 又以降水的形式降落到地面上。到达地面的水， 在重力作用下，一部分渗入地下成为地下水，一 部分形成地面径流流入江河汇归海洋，还有一部 分又重新蒸发回到大气中。其中渗入到地下的地 下水，一部分也逐渐蒸发，一部分渗入到地下， 增加土壤的水份，补给地下水，最终也流入海洋。 水的这种不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、 汇流的转化、迁移和交替的往复循环过程，称为 水文循环（也称为水分循环）。
二、自然界水循环的概念
• 地球上的水以液态、固态和气态分布于地 面、地下和大气中，形成河流、湖泊、沼 泽、海洋、冰川、积雪、地下水和大气水 等水体，构成一个浩瀚的水圈。水圈处于 永不停息的运动状态，水圈中各种水体通 过蒸发、水汽输送、降水、地面径流和地 下径流等水文过程紧密联系，相互转化， 不断更新，形成一个庞大的动态系统。
三、河流水系流域的概念
1、河流 降水或由地下涌出地表的水，汇集在地面低洼 处，在重力作用下经常地或周期地沿流水本身 造成的洼地流动，这就是河流。河流在我国的 称谓很多，较大的称江、河、川、水，较小的 称溪、涧、沟、曲等。 河流底部有水流的部分称为河床。 枯水期水流所占部位为基本河床，或称主槽； 洪水泛滥及部位为洪水河床，或称滩地。
河流断面
河流纵断面 河流中沿 水流方向各断面最大水深 点的连线称中泓线，沿中 泓线的断面称为河流的纵 断面。河流纵断能反映河 床的沿程变化。
落差 河段两端的河底高 程差
h h1 h0
河道纵比降 当河流纵断 面近于直线时
J h L
J

(h0
h1)l1
(h1

h2 )l2 L2
• 按地球圈层范畴，水文学可分为水文气象 学、地表水文学和地下水文学。
• 其中的地表水文学又可分为海洋水文学和 陆地水文学。
• 陆地水文学主要研究存在于大陆表面上的 各种水体及其水文现象的形成过程与运动 变化规律。按目前的任务方向，业务水文 基本划分为水文测验及资料整编、水文水 利计算、水文预报三个领域。
(hn1
hn )ln
2h0L
ω1
ω1 = ω2
h5
h4
h3
ω2
h2
h1
l5
l4
l3
l2
Байду номын сангаас
L
h0 l1
纵断面呈折线时纵比降计算示意图
• 河流弯曲率：天然河流一般是弯曲的，在 河流上取两横断面，其沿河流中泓线的长 度与该两横断面中泓点之间的直线长度的 比值为该河段的弯曲率。
2 水系
• 河流沿途接纳很多支流，并形成复杂的干 支流网络系统，这就是水系。在我国河流 编码标准中认为，有两条以上大小不等的 支流以不同形式汇入干流，才构成一个河 道体系，称为水系或河系。
海洋上蒸发的水汽在海洋上 空凝结后，以降水的形式落到海 洋里，或陆地上的水经蒸发凝结 又降落到陆地上，这种局部的水 文循环称为小循环或内循环。
地
降水P
表
径
蒸发E
流
RS
陆地 包气带 下渗F
壤中流RSS
E
基岩
地下径流Rg
P
海洋
蒸腾ET
从海洋直接输送到内陆的水 汽，通过陆地内循环，水汽逐渐 向内陆输送，在输送过程中会沿 途损耗，故内陆距海洋越远，输 送的水汽量越少，降水量越小。
水文基础知识
一、水文学
水文现象： 自然界各种水体的存在形态和运动过程称为水 文现象。如蒸发、降水、水流的循环过程。 如蒸发、降水、水流的循环过程是水文现象； 河流和湖泊中的水位涨落、流量的大小、河流 含沙的大小输沙的多少、水温冰情变化等也是 水文现象。
水体
湖泊
水体
冰川
水体
冰山
水体
海洋
水体
• 受地质构造、地理条件以及气候等因素所 影响，自然形成的水系，平面形态千奇百 异，但归纳起来主要有羽毛状、平行状和 混合状三大类。
• 羽毛状水系的支流自上游而下游，在不同 地点依次汇入干流，相应的流域形状多为 狭长形。
• 平行状水系的支流与干流大体成平行趋势 相交汇，相应的流域形状多为扇形。
• 混合状水系的支流与干流的关系介于前两 者之间，相应的流域形状也介于狭长和扇 形之间。人工精心设计开挖形成的平原水 系可为网状结构。