绪论 第二章教材

工程水文学

Engineeringhydrology冉鹏2014年9月第一章绪论1.水是什么？2.水文是什么？水作了什么文章？？？冰盖和冰川3735万地下水1053万海洋13.4亿96.5%陆地4798万<3.5%大气1.3万<0.001%地下海洋冰川沼泽湖泊山大气自然界中的水一、水文学水文学是关于地球上关于水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系，是地球科学的组成部分。水文学水文气象学水文地质学地表水文学海洋水文学陆地水文学河川水文学冰川水文学湖泊水文学沼泽水文学二、水资源地球范围内，可作为资源的水。水资源特点：1、循环性和有限性2、时空分布不均匀性3、用途广泛性4、经济两重性第二章

水文循环与径流形成一、水文循环大循环--从海洋蒸发的水汽，被气流输送到大陆形成降水，其中一部分以地面和地下径流的形式从河流汇归海洋；另一部分重新蒸发返回大气。这种海陆间的水分交换过程称为大循环或外循环。第一节水文循环与水量平衡

（WatercycleandWaterbalance）小循环－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，或陆地上的水经过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。二、地球上的水量平衡

水量平衡--在水文循环过程中，对任一区域、任一时段进人水量与出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。根据水量平衡原理，可列出水量平衡方程。对某一区域，有水量平衡方程的通用式式：

P=E

式中P——降水量；E——蒸发量。

一、河流的形成与分段

地面径流--降落到地面的雨水，除下渗、蒸发等损失外，在重力的作用下沿着一定的方向和路径流动，这种水流称为地面径流。河谷--河流流经的谷地称为河谷。地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集成河流。河床--河谷底部有水流的部分。第二节河流与流域

（RiverandBasin）河源--河流的发源地。多为泉水、溪涧、冰川、湖泊或沼泽等。黄河：青海卡日曲；珠江：云南沾益马雄山。上游--紧接河源，多处于深山峡谷中，坡陡流急，河谷下切强烈，常有急滩或瀑布。中游--河段坡度渐缓，河槽变宽，两岸常有滩地，冲淤变化不明显，河床较稳定。下游--是河流的最下段，一般处于平原区，河槽宽阔，河床坡度、流速都较小，淤积明显，浅滩和河湾较多。

河口--是河流的终点，即河流注人海洋或内陆湖泊的地方。

三角洲--因流速骤减，泥沙大量淤积，往往形成三角洲。二、河流基本特征1、河流纵断面(Verticalsection)落差--任意河段两端（水面或河底）的高差△h纵比降--单位河长的落差。常用的比降有水面比降和河底比降。河流沿程各河段的比降都不相同，一般自河源向河口逐渐减小。三、流域（Watershed，Basin）1、流域

流域--汇集地面水和地下水的区域，也就是分水线包围的区域。下垫面--指流域的地形、地质构造，土壤和岩石性质、植被、湖泊、沼泽等清况降水--指液态或固态的水汽凝结物从云中降落到地面的现象。降水的特征常用几个基本要素来表示，如降水量、降水历时、降水强度、降水面积及暴雨中心等。降水通常按空气抬升形成动力冷却的原因分为

对流雨、地形雨、锋面雨和气旋雨第三节降水

（Precipitation）热带气旋－－热带气旋指发生在低纬度海洋上的强大而深厚的气旋性旋涡。分为四类：热带低压:中心最大风力6~8级；热带风暴:中心最大风力8~9级；强热带风暴:中心最大风力10~11级；台风:中心最大风力大于12级。台风区内水汽充沛，气流上升强烈往往造成大量降雨。形成－－一般在菲律宾群岛洋面；登录－－1、广东沿海、海南、越南、广西北部湾2、福建、江浙

75.8河南特大洪水台风次数－据统计每年5~11月，西北太平洋台风都有可能在我国登陆，平均每年6~7个，最多11个，最少3个。其中7~9月是活动高峰。我国降水径流分布情况图例：第二章水循环及径流形成

径流--是指降水所形成的，沿着地面和地下向河川、湖泊、水库等流动的水流。SurfaceRunoffGroundRunoff地面径流--其中沿着地面流动的水流称为地面径流；地下径流--沿土壤岩石孔隙流动的水流称为地下径流；河川径流--汇集到河流后，在重力作用下沿河床流动的水流。RunoffofRiver径流因降水形式和补给来源的不同，可分为降雨径流和融雪径流，我国大部分河流以降雨径流为主。

径流过程是地球水循环中的重要一环。是一个复杂多变的过程。第六节径流（Runoff）第二章水循环及径流形成一、径流的形成过程（ProcessofRunoffformation）径流形成过程－流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出口 断面的整个过程。为便于分析，一般概括为产流过程和汇流过程两个阶段。（一）产流过程RunoffGenerationRunoffCollection

产流过程－－降雨扣除损失成为净雨的过程称为产流过程。降雨不能产生径流的那部分降雨量称为损失量。在前期十分干早情况下，降雨产流过程中的损失量称为最大损失量，记为IM。Why？）植物截留－－降雨开始后．除少量直接降落在河面上形成径流外，部分滞留在植物枝叶上称为植物截留；截留最终耗于蒸发。落到地面的雨水将向土中下渗，当降雨强度小于下渗强度时，雨水将全部渗人土中；当降雨强度大干下渗强度时，雨水按下渗能力下渗，超出下渗的雨水称为超渗雨。Interception,Storage填洼－－超渗雨会形成地面积水，积蓄于地面上大大小小的坑洼，称为填洼。填洼水量最终消耗于蒸发和下渗。下渗到土中的水分，首先被土壤吸收，使包气带土壤含水量不断增加，当达到田间持水量后，下渗趋于稳定。

表层流、壤中流－－下渗的雨水，沿着土壤孔隙流动，一部分会从坡侧土壤孔隙流出，注入河槽形成径流，称为表层流或壤中流。SubsurfaceFlowInfiltration地下径流－－形成表层流的净雨称为表层流净雨。另一部分会继续向深处下渗，到达地下水面后，以地下水的形式补给河流称为地下径流。包括浅层地下水（潜水）和深层地下水（承压水）。损失量－－降雨不能产生径流的那部分降雨量称为损失量。就目前的水文科学水平，要正确划分地面径流、表层流和地下径流是非常因难的，实际上一般只把实测的总径流过程划分为地面径流和地下径流，相应地，净雨也只划分为地面净雨和地下净雨。（二）汇流过程（RunoffCollection）汇流过程－净雨沿坡面从地面和地下汇入河网，然后再沿着河网汇集到流域出口断面的过程。前者称为坡地汇流，后者称为河网汇流。

1.坡地汇流过程坡面漫流－是山坡无数股彼此时分时合的细小水流所组成，通常没有明显的固定沟槽，雨强很大时可形成片流，坡面漫流的流程较短，一般不超过数百米。表层径流－大雨时地面径流是构成河流流量的主要来源。表层流净雨沿坡面侧向表层孔隙流人河网，形成表层径流，表层流流动比地面径流慢，到达河槽也较迟，但对历时较长的暴雨，数量可能很大，成为河流流量的主要组成部分。表层流与地面径流有时能相互转化。这就是实际工作中把表层流归人地而径流的原因。深层地下水汇流很漫，所以降雨以后地下水流可以维持很长时问，较大河流可以终年不断．是河川的基本径流，所以常称为基流（Baseflow）

2.河网汇流过程RiverRunoffCollection河网汇流－－各种成分径流经坡地汇流注人河网，从支流到干流，从上游向下游，最后流出流域出门断面的过程。河槽调蓄－－坡地水流进人河网后使河槽水量增加，水位升高，为涨水阶段。随降雨和坡地漫流量的逐渐减少，水位降低，退水阶段。这种现象称为河槽调蓄作用。一次降雨过程经植物截留、下渗填洼、蒸发等损失进人河网的水量，显然比降雨量少，且经过坡地汇流和河网汇流，使出口断面的径流过程远比降雨过程变化缓慢，历时亦长，时间滞后。Precipitation,Evaporation二、径流的表示方法和度量单位径流情势－－河川径流在一年内和多年期间的变化特性。前者称为年内变化或年内分配，后者称为年际变化。河川径流情势，常用流量、径流量、径流深、流量模数、径流系数的大小来表示。1.流量

Discharge流量－－单位时间内通过河流某一断面的水量。记为Q，以m3/s计。流量随时间的变化过程，用流量过程线表示，流量过程线上升部分为涨水段，下降部分为退水段，最高点称为洪峰流量，简称洪峰，记为Qm。日平均流量、月平均流量、年平均流量、多年平均流量及指定时段的平均流量。2、径流量Runoff径流量－－指时段T内通过河流某一断面的总水量，记为W，以m3、万m3

或亿m3计。3、径流深度DepthofRunoff径流深度－－将径流量平铺在整个流域面积上所得的水层深度，记为R，以mm计。DepthofRunoff4、径流模数M径流模数－－流域出口断面流量与流域面积之比值称为径流模数。径流模数有不同的含义，如Q为洪峰流量，相应的M为洪峰流量模数，Q为多年平均流量，相应的M为多年平均流量模数等等。5、径流系数径流系数－－某一时段的径流深R与相应时段内流域平均降 雨深度P之比值称为径流系数。

CoefficientofRunoff[例2-1]某水文站流域面积F=54500km，多年平均降雨量=1650mm，多年平均流量=1680m/s。根据这些资料可算得： (1)多年平均径流量＝？ (2)多年平均径流深＝？ (3)多年平均径流模数＝？ (4)多年平均径流系数＝？三、我国河川径流分布概况我国年径流分布和年降水量分布一样，具有明显的地域性分布规律，总的趋势由南向北和由东向西递减。同时,年径流的年内各月、年际之间亦有明显的不同。

（一）年径流的地理分布

GeographicDistribution我国多年平均年径流总量27115亿，平均径流深284mm，即年降水总量的43.8%转化为河川径流。年径流地理分布总趋势由东南向西北递减。100mm年径流深等值线大致与400mm年降水量等值线相当，走向一致，等值线以东为半湿润区和湿润区，等值线以西为半干旱区或干旱区。按径流深的大小，可划分为丰水、多水、过渡、少水、干涸五个明显不同的地带。1、丰水带－－年径流深＞800mm，包括东南和华南沿海地区、台湾、海南、云南西南部及西藏东南部。年径流深最大值：台湾中央山地、藏东南雅鲁藏布江下游靠近中印边界一带，4000～5000mm，东南沿海主要山地1600~2000mm。年径流系数一般在0.5以上，部分山地超过0.8。2、多水带－－年径流深在200~800mm之间，包括长江流域大部、淮河流域南部、西江上游、云南大部，以及黄河中上游一小部分地区。年径流系数一般为0.4~0.6。3、过渡带－－年径流深在50~200mm之间，包括大兴安岭、松嫩平原一部分、松江平原、辽河下游平原、华北平原大部、燕山和太行山青藏高原中部、祁连山山区及新疆西部山区。山区年径流深100~200mm，年径流系数0.2~0.4。4、少水带－－年径流深在10~50mm之间，包括松辽平原中部、辽河上游地区，内蒙古高原南部、黄土高原大部、青藏高原北部及西部部分丘陵低山区。本带内平原地区年径流深一般为10~25mm，黄土高原10~50mm，部分山区可达50mm以上。年径流系数一般为0.1左右。5、干涸带－－年径流深小于10mm，包括内蒙古高原、河西走廊、柴达木盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地、吐鲁番盆地。本带内不少地区基本不产流．年径流系数只有0.01~0.03。（二）年径流的年内变化径流的年内变化主要取决于河流的补给条件。我国大部分地区河川径流靠雨水补给，季节性变化剧烈，有明显的汛期和枯水期。汛期连续最大三个月径流量占年总径流量60%以上：长江以南、云贵高原以东和西南大部分地区为60%~70%，松辽平原、华北平原、淮河流域大部分地区为70%~80%，广大西部地区为60％左右。以冰雪融水补给为主的河流和地下水补给比例大的河流，年内变化也较小。大江大河径流的年内分配也较均匀。（三）年径流的年际变化径流的年际变化，较降水更为剧烈，北方大于南方。以历年最大最小年径流量的比值为指标：长汉以南各河一般小于3倍；淮河、