水文学全套课件

水文學原理課件第一章緒論第一節水文學的內容和任務一、水文學的定義研究水的科學，核心——水文迴圈。廣義水文學按分佈劃分海洋水文學陸地水文學水文氣象學地表水水文學土壤水水文學地下水水文學河川水文學湖泊水文學冰川水文學河口水文學按應用分環境水文學、農業水文學、城市水文學······1.水文測驗(或水文資訊採集)2.水文預報3.水文水利計算

二、傳統水文學的內容一、水文學簡史

英文Hydrology，來源於拉丁語，“水的知識”。經歷了四個發展時期：

1.萌芽期（西元1600年之前）

2.奠基時期（西元1600-1900年）

3.實踐時期（1900-1950年）

4.現代化時期（1950年-）二、中國水文學的發展第二節水文學的發展一、水文現象的基本特點1.時程變化上的週期性與隨機性2.空間變化上的相似性與特殊性第三節水文現象的基本特點及研究方法楊林天生港日潮位變化過程線年最大流量變化過程年降水量變化過程二、水文現象的研究方法成因分析法以品質守恆、能量(動量)守恆等定理為基礎，揭示水文現象運動變化的機理、規律。數理統計法水文現象具有隨機性，從而以概率理論為基礎，研究水文現象特徵值的統計規律。地理綜合法水文現象具有地區性，從而通過建立地區經驗公式、繪製各種特徵值等值線圖，揭示水文特徵值的地區規律。第四節自然界的水迴圈水文迴圈的原因（外因、內因）水的不斷蒸發、輸送、凝結、降落、產流、匯流的往復迴圈過程降水P蒸發E地表徑流RSEP陸地基岩下滲F海洋包氣帶地下徑流Rg壤中流RSS蒸騰ET第四節自然界的水迴圈（續）大循環和小迴圈大循環：海洋→大氣→大陸→海洋（縱向+橫向）

小迴圈：海洋→大氣→海洋（海洋小迴圈）

大陸→大氣→大陸（內陸小迴圈）水文迴圈的規律海洋的蒸發量多於降水量；大陸的降水量多於蒸發量；大陸外流區輸入水汽量與輸出水量基本平衡；大陸內流區降水量與蒸發量基本相等。第四節自然界的水迴圈（續）水文迴圈的作用和意義

地球上總水量13.86億Km3，參與迴圈的約57.7萬Km3，占0.0416%。

1、調節氣候；

2、塑造了地球表面；

3、形成了巨大的水利資源；

4、形成一切水文現象。第五節地球上的水資源水資源的概念（廣義水資源、狹義水資源）地球上水的分佈13.86億km3淡水2.53%鹹水97.47%13.86億km3海洋96.5%陸地3.5%生物水0.003%3500萬km3淡水永凍土層水0.86%冰川雪蓋68.7%地下水30.1%淡水湖0.26%土壤水0.05%大氣水0.04%河水0.006%第五節地球上的水資源(續）水資源問題原因水資源量時空分佈不均勻；水資源分佈與人口、耕地分佈不相適應；水環境污染；水資源浪費。對策時間和空間上的合理調配；積極開展水污染防治；節約用水。第二章水文現象及過程的物理基礎第一節水的物理性質水是僅次於空氣的最活躍的物質之一；水有三態變化，是自然界水文迴圈的基礎；同其他氫化物相比，水有特別高的溶點和沸點；水有特別大的比熱和蒸發潛熱；水有反常的密度變化（4C時密度最大）；水有較大的表面張力；水是各種鹽類很好的溶劑；水具有幾乎不可壓縮性。第二節水文平衡一、水量平衡1.

通用水量平衡方程wIOI－O＝±WRrEcPxEbqaR´rRgR´g

I=Px+Ec+Rr+RgO=Eb+qa

+R´r+R´g

Px+Ec+Rr+Rg=Eb+qa+R´r+R´g±W令E=Eb-Ec

，Rr+Rg=RI，R´r+R´g=RO

則

Px+RI

=E+qa+RO±W一、水量平衡（續）2.河流流域水量平衡方程（1）閉合流域（沒有流域來水）的水量平衡方程記Px=P，RI=0，qa=0，RO=R：某時段：P=E+R±

W多年平均：P=R+E（2）不閉合流域（有外流域來水）的水量平衡方程某時段：P=RO

-RI+E±W3.

全球水量平衡方程一、水量平衡（續）時段：Pl=El+R±W大陸多年平均：Pl=El+R時段：Ps=Es-R±W海洋多年平均：Ps=Es-R全球多年平均：P=E二、熱量平衡（續）1.

通用熱量平衡方程SSISOSI－SO＝±S2.

蓄水體熱量平衡方程Hn=HI+H+Rn+

Rat-Ho-He-Rb若時段較長HI=Ho，則：Hn=Rn+Rat+H-He-Rb其中：He=LEHIH0Hn蓄熱量變化量蒸發失熱He感應熱H太陽輻射Rn大氣輻射Rat水體長波輻射Rb第三節水文混合（放入第四章土壤水中講）第一節 降雨的類型一、按降雨的成因分類第三章降水氣旋雨——隨著氣旋或低壓過境而產生的雨。氣旋雨非鋒面雨鋒面雨暖鋒雨冷鋒雨非鋒面雨—氣壓向低壓區輻合引起氣流上升產生降雨。水分以各種形式從大氣到達地面統稱降水。包括雨、雪、露、霜、冰雹等。氣團——物理屬性水準分佈比較均勻的大範圍空氣團。峰面——兩種性質不同的氣團之間狹窄而傾斜的過渡帶。峰在空間是傾斜的，且向冷空氣一側傾斜。暖鋒雨：冷暖氣團相遇時，暖濕氣團推動鋒面向冷氣團一側移動。峰後暖空氣一方面向冷空氣方向推進，同時又沿鋒面緩慢上升，在上升過程中冷卻而產生降雨。因暖鋒坡度很小，一般為1:150，故暖鋒雨降雨面積大、雨強小、歷時長。鋒面雨的形成暖鋒雨的形成示意圖冷氣團暖氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團冷鋒雨的形成冷鋒雨：冷暖氣團相遇時，冷燥氣團楔入到暖濕氣團之下，使暖濕氣團上升冷卻而產生降雨。根據移動速度可分為緩行冷鋒和急型冷鋒。緩行冷鋒的降水與暖鋒相似；急行冷鋒移動較快，坡度較大，約為1:70，故降水範圍小、雨強大、歷時短。冷鋒雨的形成示意圖冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團冷氣團暖氣團緩行冷鋒急行冷鋒暖氣團暖氣團暖氣團暖氣團對流雨

地面受熱升溫，下層空氣膨脹上升和上層空氣形成對流運動。下層暖濕空氣上升到高空遇冷凝結形成降雨。多發生在夏季午後，強度大、面積小、歷時短。地形雨

暖濕氣團在運動過程中遇山嶺障礙時，在沿山坡上升過程中逐漸變冷凝結成雨。地形雨多在迎風坡上。颱風雨

由熱帶海洋上的風暴帶到大陸的雨。災害性天氣，常發生在浙、閩、粵、臺灣等沿海省份。二、按降雨強度及過程特徵分類暴雨——歷時短、強度大、籠罩面積不大。

氣象方面規定：日降雨量>50mm——暴雨；日降雨量>100mm——大暴雨；日降雨量>200mm——特大暴雨。主要影響小流域洪水。暴雨型霪雨——歷時較長、強度變化大。影響區域洪水。霪雨——歷時很長、強度小、籠罩面積大。影響大流域洪水。降水要素降水量、降水歷時和時間、降水強度、降水面積降水量過程線降水量累積曲線降水強度與歷時曲線等雨量線平均深度與面積曲線第二節 降水特徵的描述時間時段降雨累積降雨13:420014:0011.511.514:3033.545.015:3431.976.917:001.678.518:102.280.7時間累積降雨時段降雨13:000014:0011.511.515:0060.048.516:0077.017.017:0078.51.518:0080.72.2時間累積降雨時段降雨13:000014:0011.511.515:0060.048.516:0077.017.017:0078.51.518:0080.72.2曆時累積降雨雨強148.548.5265.532.8377.025.7478.519.6580.716.1680.713.4等雨量線的做法類似於地形圖等高線的做法。等雨量所表示的降水分佈與實際降水分佈的符合程度取決於：

(1)雨量站位置(是否為雨情控制點)；(2)雨量站數目某流域內有7個雨量站，根據各站6小時雨量資料繪出其等雨量線。90705040110120809865624736A2A690705040A1A3A4A512011036分塊面積(km2)平均雨深(mm)1412021210032180423605304561236分塊累積面積平均雨深(mm)14120.01-216105.01-33790.81-46079.01-59068.31-610263.9第三節 區域平均降水量計算常用的區域(或流域)平均降水量計算方法有：算術平均法適用於面積不大，地形起伏不大，站點較多且佈設較均勻的流域。計算簡便。泰森多邊形法適用於降雨分佈不均，站點較少，面積不大的流域。在確定各站的權重後也很簡便，且精度較好。缺點是在各場降雨中把雨量站權重視為固定，與實際情況不完全一致。等雨量線法適用於面積大、站點密的流域。理論上較完善，但每次降雨都必須繪製等雨量線，並計算權重，工作量大。泰森多邊形法A1A2A3A4A5A6(1)連三角形；(2)作三角形各邊的垂直平分線;(3)以交點連線及與流域邊界相交的垂直平分線構成單元面積；(4)量出各單元面積，總面積ΣA=(A1+A2+A3+A4+A5+A6)(5)計算單元面積權重及流域平均雨量各子塊權重i=Ai

/ΣAP=Σ

iPi

等雨量線法A2A690705040A1A3A4A5110總面積ΣA=(A1+A2+A3+A4+A5+A6)各子塊權重i=Ai

/ΣAP=Σ

iPi

求積儀的使用先將待量測圖用膠帶固定在平滑的桌面上，求積儀擺放位置應能使其到達圖上任意位置；將求積儀針頭對著待量測區域邊界上的任意一點作為起始點，讀出並記錄起始點的讀數Ra；移動求積儀針頭從起始點沿待量測區域邊界順時針一直繞回到起始點，讀出並記錄此時的讀數Rb；再移動求積儀針頭從起始點沿待量測區域邊界逆時針一直繞回到起始點，讀出並記錄此時的讀數Rc；計算求積儀繞量測區一周的讀數之差，分別為：

R1=Rb-Ra，R2=Rb-Rc，若兩者差別不大(如以10為控制)，求兩者平均作為最終讀數差R；若兩者差別大，需要重新量測；R與面積之間的換算：1cm

1cm圖紙區域的讀數差為10，即R/10相當於圖紙1cm2面積，而圖紙1cm2相應實際流域多少面積可根據圖的比例尺確定。比如對1:50000圖，1cm2相當於0.25km2。第四節降水資料的一致性檢驗和插補一、降水資料的一致性鑒別

由於雨量站位置、雨量計高度或軸向、儀器設備和觀測方法等的改變，會使降水量資料產生系統偏差。對系統偏差，可採用“雙累積分析方法”進行分析和修正。如分析降水資料的前後一致性鄰近多站平均累積年降水量(mm)站累積年降水量(mm)85年第四節降水資料的一致性檢驗和插補(續)二、非一致降水資料的改正站累積年降水量(mm)鄰近多站平均累積年降水量(mm)至95年的累積雨量BC85年AKBKC說明自1985年起，站逐年測到的降水量比原來觀測條件下觀測到的降水量減小了KC/KB倍，為保持降水量資料的一致性，可將85年後觀測的雨量按KB/KC的係數進行改正。第四節降水資料的一致性檢驗和插補(續)

1.算術平均法

PA=(P1+P2+…+Pn)/n

適用條件：插補站多年平均降水量與附近站多年平均降水量相差<10%。2.比例法

PA=(NAP1/N1+NAP2/N2+…+NAPn/Nn)/n

適用條件：插補站多年平均降水量與附近站多年平均降水量相差>10%。

某站大多數資料都有，部分時間因儀器故障或其他原因缺測，為保持資料的完整性，以利於水文預報或水文分析計算時使用，需要對缺測資料進行插補。如A站1950年至今的雨量系列中，缺1957、1958、1961年降雨資料，需要插補。第四節降水資料的一致性檢驗和插補(續)等雨量線法對短歷時降水量，由於空間分佈不均，插補站降水量與附近站降水量之間的相關關係較差，從等雨量線圖上內插效果較好。90705040150110第五節影響降水的因素及我國降雨的時空分佈一、影響降水的因素

1.地理位置的影響

降水低緯度地區多於高緯度地區，沿海地區多於內陸地區。

2.氣旋、颱風路徑的影響

常有氣旋、颱風過境的地區降水較多。

3.地形的影響

地形主要通過強迫氣流抬升使降水量增多。

4.其他因素的影響第五節影響降水的因素及我國降雨的時空分佈(續)二、我國降水的時空分佈

1.空間分佈

就多年平均年降水量而言：

(a)

南方降水量多，北方降水量少，自東南向西北遞減。

臺灣、海南山地>2000mm

華南、南嶺以南1600～1800mm

江南、南嶺地區1400～1600mm

長江流域1000～1400mm

秦嶺、漢水、淮河800～1000mm

華北平原、東北500～800mm

西北地區200～500mm第五節影響降水的因素及我國降雨的時空分佈(續)(b)山地區降水量比平原區多泰山1040.7mm

泰安859.1mm

差數181.6mm多年平均年降水量：華山876.5mm西安566.3mm差數310.2mm廬山2528.7mm九江1406.7mm差數1122.0mm2.

時間分佈4～6月長江以南地區大暴雨，華南前汛期暴雨和江南梅雨期暴雨。7～8月隨太平洋副熱帶高壓北抬西伸，江南梅雨期結束，川西、華北一帶出現大暴雨，且東南沿海多颱風暴雨。9～11月，隨東北季風的發生，雨區漸從南方撤出。1.

土壤質地土粒分級第四章土壤水運動第一節 土壤的物理特性2.

土壤結構（糰粒結構）

粘粒粉砂細砂粗砂粒徑(微米)

1-22-2020-200200-2000大於指定粒徑的百分比1008060402020010002000粒徑(微米)粘粒重量占60%以上—粘土砂粒重量占80%以上—砂土介於兩者之間——壤土

土壤質地分類第一節 土壤的物理特性（續）3.

土壤孔隙分類

按成因劃分為：質地孔隙、結構孔隙、生物孔隙按大小劃分為：無效孔隙、毛管孔隙、非毛管孔隙4.

土壤特性的定量表示

a)土壤比重

s

（土壤中固體物質與同體積水的重量比）

b)土壤容重

0

（土壤中固體物質重量與土塊體積之比）

c)孔隙比e（土壤中孔隙體積與固體體積之比）

d)孔隙度

p（土壤中孔隙體積與總體積之比）

p=e/(1+e)重量含水量（

）

同一土樣中水分重量占幹土重量的百分比。

=(Ww

/Ws)*100%體積含水量（

）

同一土樣中水分體積占總體積的百分比。

=(Vw/V)

*100%

/

=(Vw/V)/(Ww/Ws)=Ws/V=s(土壤容重）飽和度

同一土樣中水的體積占全部孔隙體積的百分比。

S=(Vw/Vv)*100%第二節 土壤含水量第三節 土壤水分作用力及土壤水分常數一、土壤水分作用力分子力

土壤顆粒表面的分子和離子對水分的吸力。毛管力

在未充滿水的毛管孔隙中，因存在液體彎月面的表面張力，形成毛管力，作用於土壤水。重力二、土壤水分的存在形式吸濕水土粒分子從空氣中吸附的水分。約幾個分子厚度，為緊束縛水，與水文現象關係不大。薄膜水吸濕水外面，土粒剩餘分子力所吸持的水分。為受束縛水。毛管水支持毛管水——地下水面以上受毛管力支持而存在於土壤孔隙中的水分。毛管懸著水——受毛管力支持而懸吊於土壤孔隙中的水分。第三節 土壤水分作用力及土壤水分常數(續)二、土壤水分的存在形式(續)重力水土壤中在重力作用下能自由移動的水分。滲透自由重力水

超過田間持水量的滲入水分。支持重力水自由重力支持毛管水——受地下水支持而存在於毛管孔隙之中的連續水體，能傳遞靜水壓力。

相對不透水層支持重力水——由於土層中存在相對不透水層，滲透水因交界面臨時飽和而產生的能在重力作用下流動的水分。第三節 土壤水分作用力及土壤水分常數(續)三、土壤水分常數最大吸濕量—飽和空氣中，土壤能吸附的最大水汽量。最大分子持水量——土粒分子力所結合的最大水分量。凋萎含水量——植物無法從土壤中吸收水分，開始永久凋萎時的土壤含水率。毛管斷裂含水量——毛管懸著水的連續狀態開始斷裂時的土壤含水率。田間持水量——土壤中保持最大毛管懸著水時的土壤含水率。飽和含水量——土壤中所有孔隙都充滿水時的土壤含水率。第三節 土壤水分作用力及土壤水分常數(續)各土壤水分常數相應的水分存在形式與作用力風乾最大吸濕量凋萎含水量最大分子持水量毛管斷裂含水量田間持水量飽和含水量吸濕水水分存在形式薄膜水毛管水重力水結合水自由水作用力15分子力毛管力重力10000316.25個大氣壓0.30.001勢與力的關係對土壤水動能可忽略。兩點之間勢的梯度相當於作用力。土水勢的構成基模勢——在未飽和土壤中，由於分子力和毛管力的作用而使土壤水具有的勢，稱為基模勢。基模勢為負值。壓力勢——在飽和或出現地面積水的土壤中，自由水面下的土壤水由於靜水壓力的作用而具有的勢，稱為壓力勢。壓力勢為正值。重力勢——由於重力作用而使土壤水具有的勢，稱為重力勢。重力勢的值與參照基面有關。第四節土水勢總土水勢非飽和土壤中，總土水勢=基模勢+重力勢在飽和土壤中，總土水勢=壓力勢+重力勢靜態平衡下土水系統各種勢的分佈第四節土水勢（續）ABC靜態平衡表明土柱內各點總勢相等。取0-0基準面：A點:

PA=HgA=0mA=0A=HB點:

PB=0gB=HB=HmB=0C點:

PC=0gC=H+h

C=HmC=-h考慮取1-1為基準面時各點的勢。00hH11分析以下處於靜態平衡狀態的土柱中各點勢的分佈：CBAZ

g

m基準面45°

g(Z)=Z

m(Z)=-Z

(Z)=0分析：靜態平衡表明土柱內各點總勢相等。因C點總勢為0，故土柱內總勢處處為0。土壤水分特性曲線

反映基模勢(

m，通常也記為)與土壤含水率(

)間關係的曲線。同種土樣，在同一濕化（或幹化）過程中：越大，分子力與毛管力越小，|

m|或|

|越小，

m或

越大。越小，分子力與毛管力越大，|

m|或|

|越大，

m或

越小。第五節土壤水分特性曲線粘土壤土砂土

m一、土壤水的連續性方程第六節土壤水運動方程xzy單位時間內，流入控制體的水量-

流出控制體的水量=控制體內土壤水的改變量二、土壤水的運動方程飽和土壤水流運動方程

飽和狀態下，土壤水運動滿足達西定律：AB水流方向：勢高處向勢低處斷面平均流速飽和水力傳導度總勢梯度飽和三維水流的達西定律：實例分析U型均質土柱，左側維持6cm水深不變，右側L點所在斷面保持穩定的出流量，分析圖中各點的勢。38.45

24

014.4531.34

0

031.3423.35

0

023.35

P

m

g

LKJIH4236

0

6

18

18

0

0分析:因水存在穩定流動，故各點勢不等。基準面6cm12cm24cm18cmHI

JKL27cm

非飽和土壤水流運動方程二、土壤水的運動方程（續）設各項同性，Kx=Ky=Kz=K(

)，則：

水力傳導度KK=KS

=SK(

)

<SK

SKS三、飽和水流的基本微分方程四、非飽和水流的基本微分方程非飽和水流中=+Z，故：三、非飽和水流的基本微分方程（續）水準方向：垂直方向：一、下滲的物理過程

根據水分所受作用力及運動特徵，乾燥土壤在充分供水條件下的下滲分三階段：滲潤階段：主要受分子力作用，入滲水成為薄膜水，當土壤含水量達到最大分子持水量時結束。滲漏階段：主要受毛管力、重力作用，入滲水主要成為毛管水，當土壤含水量達到飽和含水量時結束。滲透階段：受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲出。第五章下滲第一節 下滲的物理過程下滲—降落到地面的雨水從土壤表面滲入土壤的過程。下滲率(f)

——單位時間、單位面積上的實際下滲量。穩定下滲率(fc)

——處於穩定不變時的下滲率。下滲能力(fp)

——充分供水時的下滲率。二、下滲率、下滲能力三、下滲過程中土壤含水量的垂向分佈規律討論條件：積水下滲、無地下水、初始含水量均勻、供水時間長含水量(%)深度(m)飽和含水量田間持水量風乾土飽和帶過渡帶水分傳遞帶濕潤帶濕潤鋒飽和帶過渡帶水分傳遞帶濕潤帶濕潤鋒第二節 非飽和下滲理論條件

1.忽略重力；

2.供水充分、表面無積水；

3.均質半無限土柱，初始土壤含水量分佈均勻。定解問題一、忽略重力作用的下滲邊界條件初始條件方程問題求解當D(

)=D為常數時，問題變為：令y(z,t)=(z,t)-i,則：

以z為參數，將y(z,t)關於t作拉氏變換:問題求解（續）求逆變換得：拉氏變換中，象函數對應的原函數為經拉氏變換後問題為:解為:問題求解（續）得到原問題的解為：下滲能力曲線形狀為：fpt問題求解1.

當D(

)=D為常數時，問題變為：

下滲能力曲線形狀為：fpt(求解過程不展開)2.

當D為的函數時，求解過程不展開，結論：二、考慮重力作用的下滲定解問題：Z向下為正邊界條件初始條件方程結論：fpt一、基本假定

1.半無限土柱，初始土壤含水量分佈均勻。

2.地面積水深hp；

3.下滲鋒面以上是飽和的，

=

S，K=KS；

4.下滲鋒面以下為初始土壤含水量，吸力hS。第三節 飽和下滲理論

S

iABZ下滲鋒面位置二、公式推導fp～Z的關係充分供水條件下單位時間單位面積上入滲水量=fpZ——下滲鋒面位移。二、公式推導（續）z(t)的解二、公式推導（續）fp(t)的解

飽和下滲理論和非飽和下滲理論推得的下滲曲線均為t-1/2的函數，為下滲經驗公式的提出奠定了理論基礎。例題——習題集P13第2題第四節 下滲經驗公式基本思路：對在特定條件下取得的下滲資料，選配合適的函數形式，並根據曲線擬合的好壞確定其中的各項參數。

時間(min)ΣP(mm)ΣR(mm)F(t)(mm)00.00.00.012.50.52.025.02.03.0512.56.36.21025.113.211.91537.120.716.4……………………第四節 下滲經驗公式霍頓公式在獲得（t，fp）數據後，給fp(t)配以合適的線型和參數。第四節 下滲經驗公式（續）考斯加科夫公式第四節 下滲經驗公式（續）菲利浦公式第五節 降雨下滲一、均勻雨強時的下滲可分三種情況：(1)i>fp0，則整個下滲過程均按下滲能力下滲；(2)i<fc，則整個下滲過程均按雨強下滲；

fptFRfptFfpttpi關鍵：什麼時候開始按fp下滲？這關係到降雨產流時間。(3)fc<i<fp0，則先按雨強下滲，後按下滲能力下滲。是tp時刻嗎？回答是“否”fpF注意：只有按fp下滲時累積下滲量F與t才有以上關係，不按fp下滲，就不能按此線由t查F。注意：不論什麼情況累積下滲量F與fp都有以上關係，只要已知F

，就能按此線查出fp

。

當tp´時刻才產流，tp´=面積ABCD/i。ABCDEtfptpitp´fpFFi

若fp～F已知，則直接查fp=i時的F，產流時刻=F/i。

按fp下滲，fp從fp0降到i的累積下滲量F=面積ABCD，即要F達到面積ABCD，i才正好等於fp。

可實際因為按i下滲。(0,tp)累積下滲量F=面積EBCD，故tp時刻不產流。fpitFR例題二、變雨強時的下滲fpFi1i2i3i4i5i6it假設t=0時，F=0，且

t=1，則：三、下滲的影響因素下滲能力方面(1)土壤的機械物理性質，水分物理性質；(2)下墊麵條件、地形地貌；(3)人類活動。供水方面(1)降水性質。影響因素總的可歸納為供水和下滲能力兩個方面。四、下滲的空間分佈第六章蒸散發一、封閉系統的水面蒸發記

t內，逸出水面的水分子數為N，返回水面的水分子數n。

t=t0時刻，T=T0，N=n，e=eS(T0)，動態平衡

t繼續,T升高，N>n，e<eS，蒸發

t=t1時刻，T=T1，N=ne=eS(T1)，動態平衡

t繼續,T降低，N<n，e>eS，凝結

對於封閉系統，蒸發量僅與飽和差（熱力條件）有關。第一節 水面蒸發的影響因素二、天然條件下的水面蒸發

1、動力因素：水汽分子擴散，空氣對流和紊動(風速)；第一節 水面蒸發的影響因素（續）氣壓差e

eS水面高度水汽壓氣壓差有風時，全部時刻e

eS水面高度水汽壓無風時，不同時刻2、熱力因素：太陽輻射、水溫、氣溫等3、其他因素：空氣濕度，水質(含鹽度、渾濁度、色度)，水體大小、水體深淺等。一、水汽輸送法(基於空氣紊動擴散理論研究水面蒸發)

水汽輸送通量與水汽含量在輸送方向上的梯度成正比。第二節 確定水面蒸發的途徑和方法引入水準方向切應力的概念：

當

與高程無關時，任意高度

=

0=u*2(u*—剪切速度)

，故：根據卡門-普朗德提出的均質粗糙流的流速分佈：風速與糙度的函數Hs=Rn–He–H+HI–Ho若合稱(HI–Ho)為Ra，則：Hs=Rn–He–H+Ha且He=LEHIHOHs蓄熱量變化量蒸發失熱He水體傳導失熱H淨輻射Rn二、熱量平衡法(基於能量守恆原理研究水面蒸發)

先由熱量平衡方程確定蒸發耗熱量，再除以水的蒸發潛熱。第二節 確定水面蒸發的途徑和方法（續）左式H難以確定，設H=He

(

—波溫比)，則：三、綜合法或彭曼法(將水汽輸送法與熱量平衡法相結合)第二節 確定水面蒸發的途徑和方法（續）根據水汽輸送法：根據熱量平衡法：

水量平衡法原理簡單且嚴密。但因各水量平衡項的觀測和計算均含有誤差，最終都體現在蒸發量上，當蒸發量與其它項相比很小時，誤差更大。水量平衡法只適用於長時段蒸發量計算。第二節 確定水面蒸發的途徑和方法（續）四、水量平衡法(基於水量平衡原理研究水面蒸發)第二節 確定水面蒸發的途徑和方法（續）五、經驗公式法英寸英里/h0.36mm汞柱m/sm/s毫巴

一般無出流量，除非大暴雨引起蒸發器漫溢；沒有滲漏水量。故：第二節 確定水面蒸發的途徑和方法（續）六、器測法IPEt=t1t=t2常用蒸發器：

20cm、80cm、E601(直徑61.8cm)。大型蒸發池：器口面積10m2、20m2、100m2。大型蒸發池所測水面蒸發量與自然條件下水體的蒸發量接近。但蒸發器所測蒸發量須換算成天然水體蒸發量：E=kE器一、土壤蒸發率和蒸發能力土壤蒸發率：單位時間單位面積上的土壤蒸發量(E)土壤蒸發能力：充分供水時的土壤蒸發率(Em)第三節 土壤蒸發的物理過程二、土壤蒸發的影響因素蒸發能力方面——日照、溫度、濕度、風速等氣象因數供水條件方面——土壤含水量(在講“土壤蒸發過程”時展開)土壤孔隙地下水位溫度梯度三、土壤蒸發過程第三節 土壤蒸發的物理過程（續）(1)>田，E=Em

整個土層水分輸送通暢，供水充分，按蒸發能力蒸發，蒸發量大而穩定。(3)<斷，E=CEm(C<<1.0)

毛管向上輸送水分的機制完全遭到破壞，水分只能以薄膜水或氣態水的形式供給蒸發，蒸發量小而穩定。(2)斷<<田，E=f(Em,)

土層中部分毛管水斷裂，供水不充分，隨著

的減小，連續狀態愈來愈多地遭到破壞，蒸發量急劇減小。毛管斷裂含水量(3)田間持水量(2)(1)E/Em

一、植物散發的影響因素1、氣象因素（日照、溫度、濕度、風速等）；2、土壤含水量當土壤含水量充分時，植物散發達到或接近散發能力。隨著土壤含水率的減少，植物散發漸減。當土壤含水量低於凋萎含水量後，植物散發基本停止。3、植物種類和生理階段第四節 植物散發作物係數1.0

k

ksE/Em二、植物散發的規律一、流域總蒸發的影響因素根據蒸發面不同，流域蒸發包括：水面蒸發、土壤蒸發、植被散發和冰雪蒸發等。通常流域內水面和冰雪覆蓋面所占比重不大，故對絕大多數流域，總蒸發主要包括土壤蒸發和植物散發。

因此，影響土壤蒸發和植物散發的因素即是影響流域總蒸發的因素。綜合起來，影響因素包括：（1）氣象條件（日照、溫度、濕度、風速等）；（2）流域內土壤含水量；（3）流域內土壤、植被分佈；（4）地形、地貌。第五節 流域總蒸發二、流域總蒸發規律(1)Em小,

則a小，可在較長時間內維持按蒸散發能力蒸發。(2)Em大,

則a大，略小於田，實際蒸散發量便降到蒸散發能力以下。1.0(3)(2)(1)E/Em

b

a

(1)>a，E=Em（注:

a<

田)

供水充分，蒸散發量大而穩定。(2)b<<a，E=(

)Em（注:

b<

斷)

供水不充分，蒸散發量隨的減小而減小。(3)<b，E=CEm，C=0.05~0.10蒸散發能力0.050.150.25E/Em

1.

流域蒸散發能力的概念

充分供水條件下的流域蒸發率，是計算流域實際蒸散發量的基礎。

2.

流域蒸散發能力的確定目前主要根據蒸發器觀測的水面蒸發經折算後得到流域蒸散發能力。具體折算如下：三、流域蒸散發能力水量平衡法四、流域蒸發量計算PER思路：對閉合流域，滿足水量平衡方程：P=E+R+W在P、R、W已知的情況下，確定出E。

因

W很難確定，實用中水量平衡法只適用於W0情況下E的確定。概念性方法（三層蒸發模式）四、流域蒸發量計算（續）第八章徑流第一節徑流現象多數具有相當數量和足夠強度的降水都有一個與之對應的流量過程，即：P(t)～Q(t)，但降水量P>徑流量R；P(t)、Q(t)過程形狀不一樣，P(t)尖瘦不光滑，Q(t)矮胖光滑，洪峰過程的出現要比降雨過程滯後；P(t)

、Q(t)過程歷時不同，P(t)時間短，Q(t)時間長；相同P(t)在不同流域產生的Q(t)形狀不同。第二節徑流形成過程從降雨(或融雪)到水流彙集至河流出口斷面的整個過程。流域蓄滲過程徑流形成過程坡地匯流過程河網匯流過程坡面匯流壤中匯流地下匯流1.流域蓄滲過程降雨P植物截留In填窪D植物散發ET下滲f蒸發E下滲f在該階段，不產生徑流的那部分降水稱為損失量，降雨量減損失量=產流量。2.坡地匯流過程降雨P植物散發ET下滲f蒸發E下滲fRsRssRgRsRsRssRg坡地匯流過程坡面匯流:水流速度快,匯流時間幾分鐘～幾小時;壤中匯流:水流速度中,匯流時間幾小時～幾天;地下匯流:水流速度慢,匯流時間幾天～幾百天。3.河網匯流過程tQ

各種徑流成分注入河網後，在河網內沿河槽作縱向流動和彙集的過程。從坡地匯流注入河網開始，至輸送到出口斷面為止。河槽調蓄作用：漲水時，注入河網量>從出口斷面流出量，蓄水。落水時，注入河網量<從出口斷面流出量，放水。第三節河流及流域一、分水線和流域分水線：使雨水分別彙集到兩條不同的河流，起著分水作用的地形，是流域的邊界線。流域：彙集地面水和地下水由分水線所包圍的區域。二、流域的平面形狀特徵

1.河系類型（扇形、羽毛型、平行狀、混合形）4.

流域形狀係數

Rf=流域面積/(流域長度)21111111122223342.河流等級3.河網密度流域單元面積內干支流長度。第三節河流及流域（續）三、流域的地形起伏特徵

1.河流的落差和比