水文学原理(水文水资源绪论及第一章)

1、水文学原理A Required Course for Students Major in Hydrology and Water Resources Engineering 绪 论 学习提纲：1.了解水文现象；2.掌握水文学研究的内容；（重点）3.掌握水文现象的基本特性； （重点）4.掌握研究水文现象的研究方法； （重点）5.了解地球上水的分布及储量；6.掌握自然界的水文循环； （重点）7.掌握水量平衡原理与方程； （重点）8.了解水文学的发展一 水文现象1.水文学的涵义 水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。 水文学的主要研究对象：大

2、气水、地表水（江河、湖泊、海洋）、地下水。冰川水深层地下水自然界中的水浅层地下水空间分布地表水地下水江河水湖泊水埋藏条件潜水承压水埋藏深度易利用大气中 水文学作为地球物理科学的一个分支，主要研究地球系统中水的存在、分布、运动和循环变化规律，水的物理性质、化学性质，以及水圈与大气圈、岩石圈和生物圈的相互关系。 2.水文学的研究内容：3 水文学的分类(了解)按地球圈层分 ：按地球表面情况分 按任务和研究方法分 按应用领域分 按技术方法分 三 水文现象的基本特性1.水循环永无止境；2.水文现象在时间变化上既具有周期性又具有随机性；3.水文现象在地区分布上既存在相似性，又存在特殊性。四 水文现象的研究

3、方法 1.成因分析法 以质量守恒、能量(动量)守恒等定理为基础，揭示水文现象运动变化的机理和规律。 2.数理统计法 水文现象具有随机性，从而以概率理论为基础，研究水文现象特征值的统计规律。 3.地理综合法 水文现象具有地区性，从而通过建立地区经验公式、绘制各种特征值等值线图，揭示水文特征值的地区规律。水体种类亿 km3%淡水亿 km3 %海洋水13.3896.5400地表水0.2425411.750.241769.0地下水0.237001.710.108330.916土壤水0.0001650.0010.0001650.047大气水0.0001290.00090.0001290.037生物水0.

4、00001120.000010.00001120.003总储量13.8598461000.3503100淡水占全球水量的2.527%-五、地球上的水的分布及储量 地球上的水与水资源：淡水 冰冻积雪冰冻积雪 68.7%地下水/重力水 30%河湖水 0.3% 淡水 2.53%咸水 97.47%淡水仅占2.53%非重力水 0.9%1. 水资源的涵义及特性(1) 广义水资源：世界上一切水体；(2 )狭义水资源：指在一定时期内，能被人直接或间接开发利用的那一部分动态水体。练习题：通常所说的水资源是指A.陆地水B.陆地上可以被人们利用的淡水C.静态水资源D.动态水资源/p>

5、0 2000 1600 1200 800 600 400 200 50 中国的大气降水2278 1139 570 全国平均值 全国平均值的一半 全国平均值的四分之一人均淡水资源M3 339 460 386 445 2198 2091 1501 889 414 1113 2048 3603 3452 981 1250 187 5139 12668 3029 181237 5451 5306 2878 2544 2480 1107 4090 2981 2010 我国各省人均淡水资源2.水体的更替周期 ( 1 ) 定义：指水体在参与水循环过程中全部水量被更新一次所需时间。 T水体更替周期（a，d，h

6、）；w水体总贮水量（m3）；w水体年平均参与水循环的活动量（m3/a）3 研究的意义：1）反映水循环强度的重要指标；2）反映水体水资源可利用率的基本参数。 六.水资源的特性1.水资源的循环再生性与其有限性；取之不尽，用之不竭？2.时空分布的不均匀性；3.利用的广泛性和不可替代性；4.利与害的两重性。湖泊水地下潜水大气降水冰雪融水河 水互补互补补给补给知识小结陆地水体的相互关系七.我国水资源的基本情况 1 水资源总量多，但人均、亩均水量较少； 2 水资源空间分布不均匀 3.水量年内、年际分布不均匀 4 水土流失和泥沙淤积严重 5 地下水开采过量 过量开采地下水会带来哪些负面影响6 水资源污染日趋

7、严重解决水资源危机的方法 农业节水灌溉 废水利用、污水净化 跨流域调水节约用水 雨水收集利用八.自然界的水分循环思考以下问题1.水循环的动力条件是什么？2.参与水循环的主要环节有哪些？3.定义水循环。4.水循环的分类有哪些？ 水循环1 水循环的定义：指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗和径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。二 水循环的类型及层次结构根据途径及规模： 水文循环的规律1.海洋的蒸发量大于降水量； 2.大陆的降水量大于蒸发量； 3.大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡； 4.大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。 很重要

8、！16.6天1600年1400年1000年陆地水更新循环周期20年10年1年冰川水深层地下水内陆湖浅层地下水湖泊淡水土壤水河水 为什么人类的生产和生活用水主要依赖河流水、淡水湖泊水和浅层地下水？动态水资源静态水资源大气降水基本来源陆地水促进更新水循环类型意义海内循环海陆循环陆内循环维持全球水量平衡，使陆地水资源不断更新。实现物质的迁移和能量的交换。影响全球的气候和生态。不断塑造地表形态。分类按空间分类按循环周期分类地表水地下水静态水动态水知识梳理土壤水调蓄地下水调蓄地表水调蓄大气降水地面蒸发蒸发植物截留灌溉水回归植物蒸腾植物吸收蒸发潜水蒸发下渗下渗水面蒸发地表径流壤中流地下径流河川水库调蓄地表

9、水引水或调水工农业生活用水外来水损耗土地利用覆被变化河川径流地下潜流地下水处理系统渗漏渗漏污废水自然水循环社会水循环水资源形成与转化关系示意图 影响水分循环的因素九. 水量平衡原理和方程（一）水量平衡概念 1 定义：水文循环过程中，对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量，这就是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。 2 基本类型：通用水量平衡方程，全球水量平衡方程，海洋水量平衡方程，陆地水量平衡方程，流域水量平衡方程等。1 建立定量概念；2 了解组成水循环的各要素;3 水资源评价与供需预测研究工作的核心;4 由已知水文要素推求待定水文要素。 （二）

10、研究的意义（二） 地球的水量平衡方程海 洋地下径流地表径流下渗降水蒸发基岩（1）海洋平衡方程式全球海洋为研究对象：对年平均状态： 可得： 即：在多年平均状态下，整个海洋的降水量加上入海径流量与海面水蒸发量处于动态平衡状态。（2）陆地水量平衡方程式a 外流区水量平衡方程多年平均： 外分别为外流区任意时段内降水量、蒸发量、入海的地下径流量、地表径流量及蓄水量。b 内流区水量平衡方程 将上述的外流区水量平衡方程与内流区水量平衡方程结合起来就是构成陆地系统的水 量平衡方程，即简化后得：（六）全球水量平衡方程 海洋： 陆地： 则全球水量平衡方程为： 即：海洋和陆地的多年平均降水量等于海洋和陆地多年平均蒸

11、发量。 注意：全球总水量不变，不等于各种水体之间相对数量亦 恒定不变。（三） 通用水量平衡方程 在给定时间段内输入区域的各种水量之和； 在给定时间段内输出区域的各种水量之和； 为研究时段内区域（水体）内蓄水变化量；P时段内降水量；E1、E2时段内水汽凝结量与蒸发量；R表、R表时段内地表流入与流出的水量；R地下、R地下时段内从地下流入与流出的水量； Y时段内工农业及生活净用水量;W1、W2时段始末蓄水量；2 现以陆地上任意地区为研究对象P +R表+R地下-（E+ R表+R地下+ q）=E=E2-E1为时段内净蒸发量； =S2-S1为时段内蓄水变量对年平均； =0 水循环和水量平衡是水体连续运动的

12、两个侧面。水循环着眼于运动现象，水量平衡着眼于水循环要素的数量关系。水循环是在水量平衡的基础上进行的，而水量平衡是通过水循环实现的。思考题：1.何谓自然界水循环？产生水循环的原因是什么？2.水循环有哪些规律？3.将全球的陆地作为一个独立系统，已知 多年平均降雨量 、多年平均蒸发量 ，试根据区域水量平衡方程计算多年平均情况下每年从陆地流入海洋的径流量 是多少？4.解释水体更新周期。为什么人类的生产和生活用水主要依赖河流水、淡水湖泊水和浅层地下水？5.水文现象的产生和变化，都有某种程度的随机性，因此，都要应用数理统计法进行分析，对吗？6.计算时段的长短，对水量平衡方程有影响，对吗？7.使水资源具有

13、循环再生性的原因是水量平衡方程，对吗？8.水资源可利用率越大，水体更替周期越长，对吗？为什么？选择题1.自然界中，海陆间的水文循环称为（ ）；A内陆水循环 B小循环 C大循环 D海洋水循环 2.自然界的水文循环是水资源具有（ ）性；A 再生性 B 非再生性 C 随机性 D 地区性3.某闭合流域多年平均降水量为950mm,多年平均径流深为450mm，则多年平均蒸发量为（ ）A 450mm B 500mm C 950mm D1400mm1.水资源是取之不尽用之不竭的对吗？2.为什么人类的生产和生活用水主要依赖河流水、淡水湖泊水和浅层地下水？3.计算时段的长短，对水量平衡方程有影响，对吗？4.水文现

14、象的研究方法有哪些？第二章 河流和流域特征第一节 河流及特征一 河流的形成与分段1.河流及其分段河流：自然界中脉络相通的排泄降水径流的天然输水通道。水系：干流、支流和流域内的湖泊、沼泽彼此连接组成一个庞大的系统；在一个水系里，一般以长度或水量最大的河流作为干流；河流分段：河源、上游、中游、下游、河口。 上游特点：落差大，水流急，下切和侵蚀作用强，多急流险滩和瀑布；中游特点：比降缓慢，下切力减弱，旁蚀力加强，河道有弯曲，两岸有滩地，河床较稳定；下游特点：比降缓慢，流速较小，常有浅滩、沙洲，淤积明显。二.河流基本特征(1) 河长L ：自河源沿主河道到河口出口的距离，以km计；(2) 河流横断面：分

15、单式断面（只有主槽而无滩地的断面）和复式断面（有主槽又有滩地的断面）；（3）河道坡度（河道纵比降）3. 河系及河流地貌律 河系（水系或河网）：脉络相通的大小河流组成的输水系统； 水系形态：扇形、羽毛形、平行状和混合形； 河流地貌律：如图，其中的各个河流按自上而下的顺序分为1级、2级。规定2条同级的河流汇合为高一级的河流，例如2条1级河流汇合后为2级；不同级的汇合时，则不增加汇合后的河流级别，如2级与1级汇合后仍为2级。河系在发育过程中将遵循一定的规律 1）河数律 ； 2）河长律 ； 3）面积律 4）比降律 1）河数律i=1,2，3 -第i级的河流数， -分叉率，即某一级河流数与高一级河流数之比

16、，2）河长律河长律指水系中各级河流的平均河长与该河流级别近似于正几何级数关系 -第i级和第一级河流的平均河长； 河长比，即某一级河流的平均长度与第一级河流平均长度之比； 3）面积律 -第i级、第1级的平均流域面积 -面积比，即某一级河流的平均面积比与第一级河流平均面积之比；4）比降律 -第 i级、第1级河流的平均比降； 河流比降率；即某一级河流的平均比降率愈高一级河流平均比降率之比。 第二节 流域与水系特征一、流域及其分类流域： 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，一般的大中流域均属此类。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。二、流域基本特征1. 流域面积F ：在地形图上绘出流域的分水线，用求积仪量出分水线包围的面积，即流域面