水文学复习(下)苪孝芳

第八章产流机制第一节截留和填洼一、植物截留定义：降雨在植物枝叶表面吸着力、承托力和水分重力、表面长力等作用下储存于枝叶表面的现象。影响因素：植物特性；气象、气候因素植物截留与降雨强度的关系特点：初期-无关，雨强-相应稳定截留量，最大截留量植物截留量的推求方法：截留量和蒸发量二、填洼洼地、填洼量填洼过程最终消耗于下渗和蒸散发填洼曲线第二节包气带及其结构一、包气带和饱和带包气带（非饱和带）：土壤颗粒、水分、空气三相系统。饱和带：土壤颗粒、水分二相系统包气带划分三层；影响土层-毛管悬着水带二、包气带结构1、土壤结构：溶提层，淀积层，土壤母质层，基岩2、特殊包气带：岩石裂隙和溶隙结构、冻土包气带第三节包气带对降水的再分配作用一、包气带水分动态包气带水分动态指包气带水分含量及水分剖面的增长与消退过程上下界面主要原因表示方式1.包气带水分的增长包气带水分的增长来源于上界面的降水(或灌溉)和下界面的地下水补给。在天然情况下，地下水的补给一般处于均衡状态。故上界面降水是主要原因。水分沿垂向的增长可由下渗理论描述。增长量等于累积下渗量。2.包气带水分的消退包气带水分的消退是由于上界面的蒸散发和下界面的内排水补给。其中内排水只有当包气带存在自由重力水时才出现，故上界面蒸散发是主要原因。水分沿垂向的消退可采用三层蒸发模式计算。消退量等于蒸发量二、包气带对降水的再分配作用包气带中孔隙和裂隙等具有吸收、储存和输送水分的功能1.包气带地面对降雨的再分配作用降雨到达地面以后，一部分消耗于植物截留、蒸发、填洼等损失，剩下部分被分成两部分：超过地面下渗能力(容量)部分留在地表，其余部分渗入地下。分配的结果是将雨水分为地面和地下两个部分。当雨强小于下渗能力时，降雨全部渗入地下。2.包气带土层对下渗水量的再分配作用下渗水量(I)一部分以蒸发形式逸出地面(E)，剩余部分又被分成“土壤蓄存”和“径流”两个部分。三、包气带的水量平衡方程产流的基本物理条件一、霍顿产流理论1、降雨产流受控于两个条件：雨强大于下渗能力整个包气带土壤含水量超过田间持水量2、认为地面将降雨分成地表和地下两种径流成分。超渗地面径流Rs产生的物理条件：雨强大于下渗能力地下水径流Rg产生的物理条件：整个包气带土壤含水量达到田间持水量霍顿产流理论正确地阐明了均质包气带产流的物理条件。超渗地面径流产生的物理条件是雨强大于地面下渗容量。二、壤中流Rint1、层次包气带的情况产生的物理条件：包气带中存在相对不透水层，并且上层土壤质地比下层粗至少上层土壤的含水量达到田间持水量2、土壤质地渐变的包气带的情况形成壤中流的界面不是固定的，随雨强变化而变化三、饱和地面径流Rsat产生的物理条件：存在相对不透水层，且上层土壤透水性很强，下层相对很弱上层土壤含水量达到饱和含水量四、回归流回归流是指壤中流渗出地面的那部分水流。产生条件：山坡上壤中流比较发育。土壤饱和达及地面。要具有利于其渗透出的坡度及地形或地质构造。第五节产流模式一、基本产流模式1.Rs型：它具有单一的超渗地面产流机制，它实际发生的下垫面条件是包气带很厚，透水性较差的均质或非均质土壤。2.Rs+Rint型：它实际发生的下垫面条件是包气带虽很厚，但在近地面有相对不透水层，土壤透水性中等，有孔穴，裂隙或其它透水通道。3.Rsat+Rint型：多发生在相对不透水层或基岩以上土层较薄，且土壤透水性较强的山区或森林流域，久雨之后4.Rs+Rg型：包气带中等或薄，下有地下水。土层为均质，透水性较差。5.Rsat+Rg型：条件基本同4，但土壤透水性强。6.Rint+Rg型：包气带中等以上厚度，土壤透水性强，有裂隙或孔洞等。7.Rint型：中等厚度的均质强透水层，下有基岩；土壤有孔洞，根穴,裂隙等。8.Rs+Rint+Rg型：包气带厚度中等，有层次土壤，透水性中等。9.Rsat+Rint+Rg型：包气带厚度中等，有层次土壤。三、基本产流模式超渗产流：雨强大于下渗容量,且下渗量小于土壤缺水量,产生地面径流。蓄满产流：指一次降水过程中，当包气带的含水量达到田间持水量以后才产流，且以后的有效降雨全部变为径流。二者的区别在于：超渗产流：雨强大于下渗容量，且下渗量小于缺水量；受雨强的影响蓄满产流：下渗量大于缺水量；不受雨强的影响第九章地下水流第一节含水层类型土壤层的分类：含水层；不透水层；隔水层；弱透水层含水层的分类：承压含水层；非承压含水层；滞水含水层；渗漏含水层第二节含水层的水文特征一、非承压含水层的水文特征位置；重力作用，水压力分布与静水压力分布一致补给区与排泄区分布一致；水分交换二、承压含水层的水文特征承压含水层的特点：没有自由水面；相对稳定；补给区排泄区不一致；形成的地质构造（褶曲型储水构造）。第三节地下水运动的控制方程第十章地表水流第一节洪水波运动一、洪水波的形成某时刻河道处于稳定流状态，突然有一定水量注入河道，原来的水面因受到干扰而形成波动,这就是洪水波。由于突然注入一定水量而在河道里增加的流量称为波流量。二、洪水波的特征几何特征：波体：初始稳定流水面上的附加水体称为洪水波体。波高：波体轮廓上任一点相对于稳定流水面的高度；洪峰、波前、波后波峰：波前的前峰界面波长：波体与稳定流水面交界的水流方向长度运动特征：附加比降：波体水面相对于稳定流水面的比降，近似用波体的水面比降和稳定流水面的比降的差值表示相应流量（水位）：洪水波轮廓线上的每一点都占据一定的相对位置，这就是洪水波位相的概念。对应的流量（水位）即为相应流量（水位）。洪峰流量。波速：洪水波体上某一位相点沿河道的运动速度称为该位相点的波速。洪峰波速三、洪水波的传播流量Q和水位H均为河长x和时间t的函数。Q=Q(x,t);H=H(x,t)水位过程线、流量过程线（针对某一断面；上下断面）洪水波运动的两个现象：1、洪水波的推移：流量的传播时间2、洪水波的坦化变形河段下断面的流量过程线的形状一般要比上断面的低平矮胖一些.四、洪水波的最大特征值出现的时间洪水波的最大特征值包括：最大流量（洪峰流量）最高水位（洪峰水位）最大流速最大比降最大比降<最大流速<最大流量<最高水位第二节圣维南方程组一、缓变不稳定流水流流线弯曲程度小，大致互相平行；动水压力分布大致与静水压力分布相同。河道洪水波是一维缓变不稳定浅水波基本微分方程组（圣维南方程组）：由连续性方程和动力方程组成二、连续性方程¶Q/¶x+¶A/¶t=0上式是根据质量守恒原理推导出的，称连续性方程。它表明不考虑河道旁侧入流的情况下，河道洪水波运动过程中的过水断面面积随时间的变化与流量沿河长的变化是相互抵偿的。三、动力方程原理:水流元素运动方向总动量变化=沿水流方向作用力的合力。压力重力阻力由于洪水波情况下，流速v既是时间t的函数又是河长x的函数，水流元素的动量变化包括局地动量变化和迁移动量变化局地动量变化迁移动量变化第三节洪水波类型及其特征按动力方程中各项力的对比关系，洪水波可分成四类：运动波、扩散波、惯性波和动力波。例：今有某流域的蓄水容量面积分配曲线如下图，试给出其降雨径流关系曲线的图形。例题：某流域满足蓄满产流条件，其蓄水容量面积分配曲线如下图，求（1）该流域的蓄水容量Wm；（2）试绘制出W0=0mm、W0=35mm的降雨径流关系曲线，并标出曲线中各线段的斜率；（3）设有一场降雨如下表，求W0=0mm时，各时段的径流深。时间P(mm)6:00-10:003010:00-14:006014:00-18:0040土壤水的主要作用力及土壤水类型六个土壤水分函数及其含义土水势及