水文学基础知识课件

主要内容一、水文循环与水量平衡二、降雨、蒸发三、入渗、土壤水、地下水四、河川径流第一讲水文水资源基础

1一、水文循环及水量平衡●

水文学：研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。第一讲水文水

资源基础21.1

水文循环：(1)地球上水的存在形式：汽态、液态、固态(2)存在位置：空气中、地表、地下、生物体内第一讲水文水资源基础

3·

水文循环的概念：地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽

遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的

那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流

入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替的现象称为水

文循环或水循环。第一讲水文水资源基础

44.6地面径流地下径流0.1地下水出流水循环示意图

54.7向陆地上空输送的水汽45.8海洋面上的降水7.2陆面蒸发植物敷发土壤蒸发

50.5海洋蒸发11.9陆面降水地表径流水面蒸发下渗第一讲水文水资源基础太阳辐射能和地球引力的存在米

水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互转化第一讲水文水资源基础

6海

洋

上

空

大

陆

上

空气流输运大循环

：小循环：汇入河川□□□□□□□海

洋自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：大循环/小循环第一讲水文水资源基础

蒸发返回大气降

水流

流

径

径

面

下

地

地海

洋

蒸

发降

水水文循环的意义：①直接影响气候变化：②改变地表形态：③造成再生资源：

负面影响：干旱，洪涝灾害第一讲水文水资源基础

8(2)河流流域的水量平衡河流流域的定义：河流某断面以上，汇集地表水和地下水的区域(称做地面集水区和地下集水区)

统称做河流在该断面以上的流域。

由分水线包围的集水区域。第一讲水文水资源基础

9非闭合流域/闭合流域：★

非闭合流域：若地面分水线与地下分水线在位置上不完全重合，即地面和地下集水区不相重合常称这种流

域为非闭合流域。★

闭合流域：若流域的地面水和地下水分水线在位置上重合，即地面和地下集水区相重合，则称这种

流域为闭合流域。第一讲水文水资源基础

10二、降水与蒸发2.1

降水：是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象

要素之一，也是水循环中重要的一个环节。第一讲水文水资源基础

11(1)降水的各种形态：①

雨从云中降落下来的液态水滴，其直径一般为0.5～6毫米。小雨滴呈球形，直径在1毫米以上

的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。由较大的冰晶(即雪晶)组成。雪晶一般大于0.3

毫米，其基本形状为六角形。第一讲水文水资源基础

12霰又称雪珠或软雹，是白色不透明的圆锥形或球形的颗粒状固态降水。直径约2～5毫米，下降

时常呈阵性，触及硬地时常反跳。它是由各自冻

结的小云滴组合在一起而成的，密度小而松脆易

碎。

雹又称冰雹或雹块，从对流云中产生的球状、锥状、椭球状或形状不规则的坚硬固态降水，直径

约2～50毫米。第一讲水文水资源基础

13第一讲水文水资源基础(2)

降水的成因：①大气中存在水分，即水汽；②降温，降至露点温度以下，或空气冷却③大气中存在吸水性的微粒(凝结核)露点：空气中水汽达到饱和时的温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必

要条件。大气凝结核：指飘浮在大气中的尘粒，其直径约10-³~10

μm

。大气凝结核由固态物质、溶液滴

或两者的混合物组成，其化学成分很复杂，最常

见的是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。14按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种类

型

：·

对流雨·

地形雨·

锋面雨·

气旋雨第一讲水文水资源基础

151)

对流雨：×对流雨(亦称对流性降水)发生的条件：地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上

升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水

汽则会凝结成云(淡积云

→

浓积云

→

积雨云),

形成降雨。第一讲水文水

资源基础16×对流雨发生的特点：+对流雨是在大气不稳定的条件下产生的，多发生在夏季酷热的午后；+其水平尺度很小(0.1～50公里),降雨历时较短(几十分钟),形成阵性降水，常称阵雨。降水强度的变化很大。对流性降水常伴有雷暴(伴有闪电和雷声),称为雷阵雨。第一讲水文水资源基础

17第一讲水文水资源基础2)

地形雨地形雨发生的条件：暖湿空气在运移过程中，因受地形(如山脉等)影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。地形雨形成示意图18地形雨的特点：①因气流(空气)的湿度、温度、抬

升速度及地形特点的差异而不同。②

地形作用一般使山的迎风面的降水

量大，而背风面降水量减少。第一讲水文水资源基础

193)锋面雨：由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。·

气

团：物理属性(物理属性主要是温度、湿度、大气静力稳定度等物理量)在水平方向差异很

小的空气质点群体。其水平范围可达几百万平

方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。第一讲水文水资源基础

20①按气团的热力性质不同，可划分为：

冷

气团(比其所经下垫面冷)和暖气团

(比其

所经下垫面暖);②按湿度特征的差异可分为：干气团和

湿

气团；第一讲水文水资源基础

21③按其静力稳定度的区别可分为稳定气团和

不稳定气团；④按气团的发源地的不同常分为极地气团和

热带气团两大类，再按发源地带的海陆差别

,这些气团还可划分为一些亚类。第一讲水文水资源基础

22在北半球的主要气团有：①

北冰洋气团：形成于北极的北冰洋，空气极寒且干燥。②

极地气团：形成于除北极的北冰洋以外的中、高纬度地区，比较寒冷，其中形成于大陆上的有极地

大陆气团、西伯利亚气团；形成于海洋上的有

极地海洋气团。第一讲水文水资源基础

23热带气团：形成于热带、副热带的暖气团。其中形成于大陆上的，称为热带大陆气团；形成于

海洋上的称为热带海洋气团。④

赤道气团：形成于赤道海洋上，既热又很潮湿，有时难以将它和热带海洋气团相区别。第一讲水文水资源基础

24●

锋

面

：温度或密度差异很大的两个气团相遇，接触区形成一过渡带，简称锋面。锋面是倾斜的，坡

度很小，

一般约为1/100,冷气团在下，暖气团

在上。锋面的铅直厚度约1公里，水平宽度在近

地面约数十公里，其高度可达400公里以上(延

伸到对流层顶),锋的水平范围可延伸数百公里

甚至数千公里。第一讲水文水资源基础

25暖气团锋面锋线冷气团地

面●

锋

线：锋面与地面交线称为地面锋线，也简称为锋。第一讲水文水资源基础

26第一讲水文水资源基础水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向的不同，所形成的锋面雨分成以下几种类型：◆暖锋雨暖

锋

：

冷暖气团相遇时，暖气团较

强起主导作用，暖

气团推动锋面向冷

气团一侧移动。1005.0品暖气团冷气团暖锋雨示意图997.51000.0高

度

《27暖锋雨的特点：雨区位于锋线前方；降雨强度较小(锋面坡度小，介于1/100~1/300,暖湿气团上升缓慢);云和降雨区面积较大。第一讲水文水资源基础

28

冷锋雨：冷暖气团相遇时，冷气团较强起主导作用，冷气团推动锋面向暖气团一侧移动。

根据冷锋推移速度的不同，又分为慢行冷

锋和急行冷锋两种：第一讲水文水资源基础

29睾

缓

行冷锋：冷锋运移速度较慢米

缓行冷锋雨特点：●云和雨区分布

及降雨强度与

暖锋雨相仿；·

雨区位于锋线

后

方

。第一讲水文水资源基础

缓行冷锋雨示意图30第一讲水文水资源基础米急行冷锋：冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升运动，锋面坡度较陡，介于1/40~1/80(41～820)。急行冷锋雨特

点

：·

降雨在锋线附近，

降雨强度大·

历时短、雨区窄急行冷锋雨示意图31第一讲水文水资源基础准静止锋：当冷暖锋面势均力敌，则锋面在一定地区来回摆动，称为准静止锋。或指移动很缓慢呈准静

止状态的锋。暖气团1000.0准静止锋雨示意图

3253400冷气团1000

800距离(km)NsCu600997.5准静止锋雨的特点：降雨持续时间较长降雨强度比较小雨区比暖锋雨更广如江淮一带6、7月的常出现的阴雨天气即为典型的准静止锋雨。第一讲水文水资源基础

33第一讲水文水资源基础

锢囚锋：当有三种冷暖性质不同的气团(如暖气团、较冷气团、更冷气团)相遇时，便会产生两个锋面，

此两锋面相遇并逐渐合并起来，原来暖气团被迫抬

离地面，锢囚在高空，这样形成的锋称作锢囚锋。(3)图中：①—冷气团②—暖气团③—更冷气团锢囚锋形成示意图(1)34第一讲水文水资源基础4)

气旋雨气

旋

：北(南)半球，由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下，大气中水平气流呈逆(顺)时针旋

转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。小气旋水平尺度为几百公里，大的可达三四千公里，气旋中，天气常发生剧烈的变化，是人们最关心和最早研究的天气系统。35第一讲水文水资源基础气旋区气流运动特点：在低气压中心区，气流从四周向中心辐合，垂直方向上运动是上升的，即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结

降水现象。可出现大范围降雨和大风的天气现象，

称为气旋雨36气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气

旋和温带气旋●热带气旋发生在热带海洋上强烈的气旋性涡旋，即所谓的台风。风的水平尺度约几百公里至上千公里

,铅直尺度可从地面直达平流层低层，是一种深

厚的天气系统。台风中心气压很低，

一般在990~

870百帕(1hpa=1dyn/cm²)之间，中心附近地面最

大风速一般为30～50米/秒，有时可超过80米/秒。第一讲水文水资源基础

37高压脊低冷空气暖空人588线98长江流域大洪水起因：①

与发生在1997.5～1998.5上世纪最强的厄尔尼诺现象有关；冷暖空气频繁交绥于长江流域，造成二度梅雨(6.11～7.3和7.16

~31)第一讲

水

文

水资

源

基

础

1998年长江流域降雨天气图38第一讲水文水资源基础热带气旋的危害：强风引起的巨大海浪，可对海洋船舶造成很大破坏；当台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大

的海潮(风暴潮)。台风中心经过的地区常有大暴

雨或特大暴雨，日雨量可高达1000毫米以上，造成大范围洪涝。它是重要天气系统之一，一些河流特大洪水均与热带气旋有关。1983年9月6日第9号台风的彩色增强显示卫星云图

39风速平均风力分

类10.8～17.1m/s6

～

8

级热带低气压17.2～

32.7m/s8

～

9

级热带风暴10～

11级强热带风暴>32.7m/s>12级台风按热带气旋地面中心附近风速大小，可分为：第一讲水文水资源基础

(按中国气象部门规定分类)40●

温带气旋雨(锋面气旋)锋面气旋是由锋面的波动产生的，多发生

于温带的极地气团和热带气团的交界面之上，

这种波动也称气旋波。温带地区的降水大部分

同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人

类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要

的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。第一讲水文水资源基础

41温带气旋的特点：温带气旋主要出现在中、高纬度地区。温带气旋范围大，风区长，在海上形成大风、

降水和雷暴等危险天气和巨浪，在冬季有时

也能引导冷空气南下，形成寒潮天气。第一讲水文水资源基础

42影响中国近海的温带气旋(主要发生在两个地区):①从中国长江中下游到日本南部海上，命名为

江淮气旋和东海气旋②从蒙古中部到中国东北的大兴安岭东侧，命

名为蒙古气旋和黄河气旋第一讲水文水资源基础

431)暴雨(>50mm/24h)2)大雨：25~50mm/24h3)中雨：10~25

mm/24h4)小雨：<10mm/24h按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四

种：暴雨：50~100大暴雨：100~200特大暴雨：>200第一讲水文水资源基础

44第一讲水文水资源基础观测降雨量的常用仪器有◆雨量器◆自记雨量计1、雨量器①承雨器；

②漏斗；③储水瓶；

④雨量杯20c雨量嚣器境场图

45承雨器小漏斗自记笔虹吸式自记雨量计构造第一讲水文水资源基础2、自记雨量计：虹吸式/翻斗式虹吸式自计雨量计构造图46虹吸式自计雨量计图点

降水

量

：由于雨量观测站观测到的降雨量仅代表其周围小范围内的降水量，故称为点降水量。第一讲水文水资源基础

47点降雨特性可用以下几个特征值描述：①

降雨量为一定时段内降落到地面上的总雨量(mm)一次降雨所经历的时间(天或小时);为单位时间内的降雨量(mm/min

或mm/h);第一讲水文水资源基础

48指降雨笼罩的水平面上的面积，其反映雨区的大小；⑤降雨中心指降雨面积上降雨量最为集中且范围较小的局部地(区)点。第一讲水文水资源基础

49降雨量过程线图3020100

126

91011

12时

间(

h

)降雨量在时间上的变化特性的图形表示：①降雨量过程线：☆降雨量过程线/降雨强度过程线注：其纵坐标为时段内降雨量(即为降雨强度)

,横坐标为时序，通常以直方图或曲线表示。第一讲水文水资源基础

雨

强

(mm/h)4050累

积

雨

量

(

m

m14013090807060504030201002累积降雨量曲线图214

5

6

7

8

9

10

121314

时

间

t(

h

)302010O降

雨

强

度

(

m

m

/

h图

2

-

1

3某站一次降雨过程1—

时

段

平

均

雨

强

过

程

线

；

2

—

累

积

雨

量

过

程

线注：其横坐标为时序；纵坐标为降雨开始到各时段的降雨量的累积值。第一讲水文水资源基础

51降雨强度过程线降水强度

-

历时曲线历时(h)上包线历时(h)说

明

：根据一场降雨的降雨强度过程线，统计其不同历时内最大平均降雨强度，以其为纵坐标，

以

历时为横坐标，由大至小绘成的变化曲线。它的变化规律是雨强与历时长短成反比。52第一讲水文水资源基础

降水强度~历时曲线图雨强(mm/h)雨强(mm/h)两强(mm/h)●

面平均降水量实际生产上水文工作多以流域作为研究对象，面降雨量多指流域平均雨量，通常称为面

平均雨量。一般由已知的各点雨量来推求面雨

量。第一讲水文水资源基础

53我国多年平均年降水量：648

mm全球陆面平均降水量：800

mm亚洲：

740

mm第一讲水文水资源基础

(6)中国降雨特性mm8

007006005004003002

00100800740648世界亚洲

中国54分

区年降水(mm)分

布

地

区1)十分湿润带>1600mm东南沿海，云南西南部，广西南部，

西藏东南角，湖南、江西、四川山地2)湿润带800～~1600mm长江中下游地区，云贵川和广西大部

分地区3)半湿润带400~800mm华北平原，东北大部分，山西、陕西

大部及甘肃东南部，四川西北，西藏

东部4)半干旱带200~400mm内蒙，宁夏，甘肃，新疆西北部5)干旱带<200mm内蒙、宁夏、甘肃沙漠区，青海、新

疆的盆地第一讲水文水资源基础

按年降水量多少划分为五个降水量带：55十分湿润带

1600-20002.55204080120160200300(cm)半干旱带

200-400半湿润带400-800

第一讲水文水资源基础

干

旱

带<200中国年降水量图1200-1600800-1200湿润带56全年降水主要在夏半年，由于季风的进退影响，导致雨季的迟早及历时的长短在地区上有所

不

同

。长江以南：雨季在3~6月或4~7月华北与东北地区：雨季为6~9月(大部分集中在7、8两个月)西南地区：雨季在5~10月(11~4月为旱季)新疆西部地区：终年降水量不大，但四季较

均匀第一讲水文水资源基础

57我国年降水量年际变化很大，且有连续多年雨量偏多或连续多年雨量偏少的现象。年降水量

越少的地区，其年际之间的变化越大。*降水的年际变化可用各地历年最大年降水量(Pmax)与最小年降水量(Pmax)之比值

K来表示：第一讲水文水资源基础

58●南方多雨地区：K=1.5-3.0说明年际间降雨相对均匀；●北方少雨地区：K=3.0-6.0

说明丰枯变化较大；●西北地区：K>8.0说明丰枯变化很大。●

北京地区：1959年P=1405mm,1869

年P=242mmK=1405/242=5.8第一讲水文水资源基础

59暴

雨：指在短时期出现的大量降水，大暴雨往往形成

大洪水。特大暴雨是一种灾害性天气，往往造成洪

涝灾害和严重的水土流失，导致工程失事、堤防溃

决和农作物被淹等重大的突发事故，另一方面，适

度暴雨则是水资源的重要来源，可用来兴利。第一讲水文水资源基础

60中国规定的暴雨量级：暴

雨

：

50~100mm大暴雨：100~200mm特大暴雨：>200mm我国西部为暴雨低值区，东南沿海及海南岛为暴雨高值区，海河、黄河、淮河

及长江的下游均为大暴雨区。第一讲水文水资源基础

61中国大陆上暴雨主要集中在三个时期：·

4-6月：东南季风登陆，大暴雨主要出现在长江以南地区，是华南地区汛前暴雨和江南梅雨期

暴雨出现的季节；·6-7月：季风南移，暴雨区主要发生在江淮流域,是长江中下游的梅雨期；·7-8月：由于西南与东南季风盛行，暴雨区主要发生在华北、川西、东南沿海多热带气旋暴雨。第一讲水文水资源基础

62水汽从水面、冰面或其他含水物质表面逸出的过程。它属于水由液态或固态变为气态的相变

过程。水汽分子的不规则运动，会使一部分逸出

去的水分子又回到水(或冰)面，因此蒸发量就

是从水(或冰)面飞出的水汽分子通量与回到水

(或冰)面的水汽分子通量的差值。蒸发是气象要素之一。在自然界中，蒸发是海洋和陆地水分进入大气的唯一途径，是地

球水文循环的主要环节之一。第一讲水文水资源基础

6388蒸散发水文学中指自然界水面蒸发、土壤表面蒸发和植物散发的总称。88

蒸发水面与土壤表面的水变成水汽的过程。88植物蒸散(蒸腾)在植物生长期，水分从植物叶面和技干逸入大气的过程。第一讲水文水资源基础

64水面蒸发是在水分充分供给条件下的蒸发现象。用以反映当地蒸发能力的一个指标。蒸发量的大小可用以下特征量表示：

蒸发量：某个时段内单位面积蒸发的水量。(单位：cm³/cm²=cm

或

mm)

蒸发率/蒸发强度：

指单位时间内的蒸发量。(单位：mm/day,mm/min)第一讲水文水资源基础

65

水汽饱和水压差：②水面温度T:

③风速：湍流：第一讲水文水资源基础

66土壤蒸发：土壤中的水分通过空隙上升和汽化以水汽形式从土壤表面进入大气的过程。土壤蒸发过程要比水面蒸发复杂，除影响水面蒸发的几种因素(气温、水面温度、饱和差及

风速)外，还与土壤性质(结构、色泽等)、土壤

中水分含量、地下水埋深、土壤表面特征和地形

等因素有关。第一讲水文水资源基础

67叶面和技干逸入大气的过程。植物散发是一物理～生物的过程，水分从叶面气孔

中扩散出去的量可受气孔开

闭程度而受到调节。在水文

学中认为水面蒸发、土壤蒸

发与植物散发是不可分割的，

故统称为陆面蒸发。H₂OH₂OH₂O

气孔H₂O导管根毛土壤下表皮层

保卫细胞表示水的移动方向植物散发示意图(3)植物散发(蒸腾)植

物

散

发

(

蒸

腾

)

:

在植物生长期，水分从植物第一讲水文水资源基础

H₂O68(4)流域总蒸发量流域总蒸发包括：流域内的水面蒸发、土壤蒸发、植物散发的总称。又称流域蒸散发。在水文学

中，通常指这些蒸发量的总和。第一讲水文水资源基础

69年蒸发量的地区分布：1)水面蒸发的地区分布特点：③低温湿润地区水面蒸发量小，高温干燥地

区水面蒸发量大；③蒸发低值区一般多在山区，而高值区多在

平原区和高原地区。第一讲水文水资源基础

70中国多年平均水面蒸发量最低值=400mm,最高值=2600mm,相差悬殊，可分为几个区：①年蒸发量在800mm

以下的低值区：一东北地区(除平原区南部)一中国的中部，包括湖南、湖北西部，贵州、云南北部，四川大部，甘肃、青海东南部和陕西南

部山区等；第一讲水文水资源基础

71

年蒸发量大于1200mm

的高值区：西北高原、盆地；青藏高原；华北东北平原；

南部沿海；云南等；

年蒸发量在800～1200mm的中间地带区：分布很广，如东北平原大部，海滦河流域的

山区、海河平原北部，华北平原南部，长江

流域的大部分地区等。第一讲水文水资源基础

72第一讲水文水资源基础中国年水面蒸发量图600-800≥20001600-2000说明：该分布图由

E601转换求到的多年平均水面蒸发南海请路800-1000600-8001200-14001000-12Q01400-1600陆面蒸发的地区分布：陆面蒸发量的地区分布与降水、径流的地区分布有密切关系，呈东南向西北有明显递减趋势

。说明中国的供水条件是陆面蒸发的主要制约因

素。有一条300mm

的(陆面)蒸发量等值线自东北向西南贯穿我国大陆，大体上将中国陆地的

蒸发量分布情况分为二个区：第一讲水文水资源基础

此线以西大部分属于干旱和半干旱地区：雨量少、温度低、属中国陆面蒸发量的低值

区

。此线以东属湿润与半湿润地区：南方湿润地区雨量大，蒸发能力达充分发挥(即充分条件下蒸发),为中国陆面蒸发量

的高值区。第一讲水文水资源基础

塔里木盆地、柴塔木盆地：<25mm陆面蒸发量的低值区300mm陆面蒸发量的高值区海南岛东部>1000

mm76第一

讲

水

文

水

资

源

基

础

●

年蒸发量的年内变化年内蒸发量变化主要受温度、湿度和季节变化的影响，因此有：③一般南方变化小，北方大；山区变化小，平

原区变化大；低纬度地区年内分配较均匀而高纬

度地区年内分配非常集中。③夏季太阳辐射较强故蒸发增强，冬季由于气

温低蒸发小。全年月的最小蒸发量一般出现在12

月及1月。第一讲水文水资源基础

77三、土壤水、入渗及地下水·

土壤水·

入

渗·

地下水第一讲水文水资源基础

783.1

土壤水存在于非饱和带土壤孔隙中和为土壤颗粒所

吸附水分。它具有三态：液态水、固态水及汽态

水。土壤水是土壤一土粒、水、气三相系统的

一个组成部分。在水文学中指地表土层中的水，

广义的土层指整个包气带。土壤水分的增长、消

退及动态变化同降水、蒸散发、地下水和径流有

密切关系。第一讲水文水资源基础

793.1.1土壤水的不同形式土壤固体颗粒同水分子经常处于相互作用之中，作用于土壤水的主要的力有分子力、毛

细管引力和重力。它们决定了土壤水的存在形

式和运动。土壤水通常以下列几种形式存在于

土壤中

：第一讲水文水资源基础

80①吸湿水(强结合水/吸着水)※土壤颗粒表面的分子对水分子具有很强的吸引力(称分子力),故土壤颗粒表面能吸附大气中

的水分子，则称这部分水为吸湿水。第一讲水文水资源基础

81吸湿水的特点：▶土粒表面对它的吸力很大，紧贴土粒的第一层

水分子受的吸力约1万个大气压(1大气压=

1.01×10⁵N/m²=1.03kg/cm²)。吸湿水具有固态

水的性质(p=1.2~2.4),因此吸湿水不能自由移

动。▶只有在高温(105～110℃)条件下可转变成

汽态散失，故吸湿水不能被植物所利用。第一讲水文水资源基础

82第一讲水文水资源基础②薄膜水(弱结合水)指土粒表面吸湿水达到最大量后，土颗粒剩余的分子力还能吸附水分，在吸湿水外表形成的膜状

液态水。薄膜水土壤颗粒土壤颗

粒吸湿水83薄膜水的特点：主要受分子吸力作用(为31～6.25大气压),与液态水的性质基本相似，在吸力作

用下能以湿润的方式，从水膜厚处向水膜薄

处缓慢移动，或从土壤湿润的地方向干燥的

地方运移，属于非饱和土壤水运动研究的范

畴。第一讲水文水资源基础

84

毛管水/毛细水指依靠土壤中毛细管(一般指d<1mm

的空隙称毛细管)的吸引力(毛管力，d=0.03~0.0006mm时，

毛管力最为明显)而被保持在土壤孔隙中的水分。

所受的吸力为6.25～0.08大气压。毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：●毛管上升水/毛管支持水●

毛管悬着水第一讲水文水资源基础

85

重力水：是受重力作用而运动的那一部分水分，具有一般液态水性质，如可以在重力作用下产生水

流运动，能传递压力等，因此，重力水不易保

持在土壤上层，是形成地下水的重要来源。第一讲水文水资源基础

86土壤水分常数是表征土壤水分形态和运动特性发生明显变化的特征值。不同形态水分的

存在反映土壤不同的持水量级，这种关系通常

用一些土壤含水量的特征数值来表示。主要的

水分常数有：第一讲水文水资源基础

87(1)最大吸湿量(吸湿系数)土壤吸湿水达到最大值时的土壤含水量，指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸附的大气中最

大水汽量，它反映了土壤吸附气态水的能力。

最大分子持水量土壤颗粒的分子力所能吸附或结合的水分的最大值称作最大分子持水量，此时薄膜水厚度达

到最大值。第一讲水文水资源基础

88(3)凋萎含水量(凋萎系数)当土壤水分减少到一定量后致使植物根系无法从土壤中吸收水分，开始枯死时的相应最大土

壤含水量称作凋萎含水量。第一讲水文水资源基础

89(4)田间持水量指土壤中所能保持的毛细管悬着水的最大量。当土壤含水量超过毛细管悬着水的最大量即田间

持水量时，超过的部分不能为毛细管力所维持，则表现为自由重力水。田间持水量是土壤水分运

动性发生明显变化的重要标志，是划分土壤持水

与下渗的重要参数，对水文学具重要意义。水文

学中田间持水量常以

θf。表示(相应的土壤吸力

为1/3大气压=0.34kg/cm²)。第一讲水文水资源基础

90

饱和含水量/全蓄含水量θ。土壤中全部孔隙全被水所充满时的含水量称为饱和含水量。第一讲水文水资源基础

913.2入渗3.21入渗的物理过程入渗一般是指大气降水或灌溉水通过土壤表面进入土壤从而改变土壤内水分状况的过程。它是水在分子力、毛细管引力和重力的综合作用下在土壤中发生的物理过程，是径流形

成过程的重要环节之一。包括三个阶段：渗润阶段渗漏阶段渗透阶段第一讲水文水资源基础

92指入渗开始到某一指定时刻渗入到土

壤中的累积水量(单位：mm)。

用下渗量

累积曲线表示下渗量

随时程的增长过程。(1)下渗量定量分析可用三种特征值来描述①入渗总量F时间

(min)图

1

下渗曲线(I)及下渗量累积曲线(Ⅱ)(太原市近郊黄土桥地，1958年10月11日)第一讲水文水资源基础

下渗率(cmmin⁻

¹)93指单位时间内单位面积上渗入土壤中的水量(单位：mm/h

或

mm/min)。

在某时刻

t

的入渗率应为入渗累计量F

对时间

的变化率：dF时间

(min)图

1

下渗曲线(I)

及下渗量累积曲线(Ⅱ)(太原市近郊黄土桥地，1958年10月11日)第一讲水文水资源基础

下渗率(cm

min⁻

¹)94第一讲水文水资源基础③

土壤入渗能力/容量/性能

fp在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率称为下渗能力(单位：

mm/h)。通常用下渗能力曲线来表示下渗率随时程的变化过程，简称入渗能力曲线。下渗能力随时程而递减，初期

fp很大，后期逐渐变小，最后趋于稳定：f→f=const.f.称为稳定下渗率(渗透能力)953.3地下水存在于地表以下岩土的孔隙、裂隙和洞穴中的水统称为地下水。地表以下含水的岩土可分两

个带。上部为包气带(非饱和带),该带岩土的

空隙中除水以外还包含空气。下部为饱水带(饱

和带),岩土的空隙被水充满，其分界为地下水

潜水面。水文学中把地下水潜水面以下饱和带中的水称作地下水。第一讲水文水资源基础

96第一讲水文水资源基础3.3.1

地下水分类根据埋存条件，地下水又可以分为以下二类：1、潜水潜水是指埋存于地表以下，第一个连续稳

定的隔水层以上具有自由水面的重力水。它主GroundwaterWaterTablespring潜水要的补给来源是降水和地表

水的渗入。第一个隔水层971)它具有自由水面(潜水面)通过包气带与大气相通，因此潜水可以直接受到降水和地表水的补给，另一方面也可以通过蒸发、植物散发方式从包气带垂向向大气排泄。

潜

水

示

意

图1

基岩隔水层

2

砂砾含水层

3

砂含水层4

弱透水层

5沼泽化或盐渍化地段

6

潜

水位

7

潜水流向

8下降泉

9

蒸发排泄10

降水补给潜水示意图第一讲水文水资源基础

98中排泄于地表成泉，称作下降泉。潜水流还可分别

泄流进入河、湖

或海中

。2)潜水大致沿潜水位较高处向水位较低处流动，由于地形切割或岩性变化，潜水流可集潜

水

示

意

图1

基岩隔水层

2

砂砾含水层

3

砂含水层4

弱透水层

5沼泽化或盐渍化地段

6

潜水位

7

潜水流向

8

下降泉

9

蒸发排泄10降水补给潜水示意图第

一

讲

水

文

水

资

源

基

础田

2□8510U549t9963GroundwaterWellspring承压水头线承压水Aquifer2、承压水承压水是充满于上下两个隔水层之间的含水层中的地下水，它承受一定的压力，当钻孔打穿

上覆隔水层时，水能从钻孔内上升到一定的高度。第一讲水文水

资源基础上隔水层下隔水层100具有承压性质，含水层可明显地分为补给区、承压区及排泄区三个部分。a

.

补给区：

补给区的上部没有隔水层，该区地下水具有自由水面，实际上是潜水，它直

接接受降水及地表水的补给。第一讲水文水资源基础

101b.

承

压

区：

系指隔水顶板以下，被水充满的

含水层。其主要特征是：①承受静水压力具有压力水头；②由于承压区与补给区在地域上不一致，故

其性质受当地气象水文因素影响较小，参与水

文循环远不如潜水积极，因此水量不易补充恢

复。C

.排泄区：

系指承压水流出地表或流向潜水的地段。承压水常以地表水、潜水、泉水的

形式排出。第一讲水文水资源基础

102第一讲水文水资源基础补给区

承压区

泄

水河水位承压水含水层的补给与排泄示意图回水点103四、河川径流●流域与水系·

河川径流的形成及径流的度量●河川径流的动态变化第一讲水文水资源基础

1044.1

流域与河系4.1.1

流域及流域的主要特征★

流域的定义河流某断面以上，汇集地表水和地下水的区域(分别称做地面集水区和地下集水区)统称做

河流在该断面以上的流域。第一讲水文水资源基础

105第一讲水文水资源基础★

流域的主要特征：(1)流域的几何特征①

流域面积A

,单位km²指分水线所划定的范围在水平面上投影的面积。②

流域长度L

,单位km指流域的轴长，可用作图法求到，见右示意图。

流域平均宽度B:kmB=A/L

流域的形状系数KK=B/L=A/L²(2)流域的自然地理特征①地理位置以地理的经度和纬度来表示。②

气候条件以各种的气象因子来描述。第一讲水文水资源基础

107

流域的土壤岩石性质和地质构造反映了流域下垫面的特征，影响到降水入渗的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。

流域地形特征◆可用流域地形图表征；

可用流域平均高程、平均坡度S

表征。第一讲水文水资源基础

108⑤

流

域

的

植被

率

和

湖

沼

率植被率Pp=Ap/A湖泊率Pz=A/A沼泽率PM=AM/A式中，Pp

、P

、PM～

分别为流域内的植被、湖泊和沼泽面积；P～

流域总面积。降

雨

截

留

量

径流R卫

卫

,

=第

一

讲水文水资源基础1094.1.2

河系的特征(1)概述：地表水在重力作用下，沿陆地的凹地流动，按其大小可分为江、河、溪和沟，这些统称为河流，而流域中河流(包括干流、支流)和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统，称水系，又称河系或河网。河系汇聚全流域的地表和地下水，最终注入海洋、湖泊或消失于荒原。水系的名称通常以它的干

流或以注入的湖泊、海洋命名，如长江水系、太湖

水系、太平洋水系等。第一讲水文水资源基础

110河流按不同的级别划分为：Ω

干

流

：河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。支流：汇入干流的河流均称为一级支流，而汇入一级支流的河流则称为二级支流，以此类推。依据水流的流动方向从上至下分为五段：河源

上游

中游

下游

河

口第一讲水文水资源基础

111尼罗河亚马孙河长

江6650

km6437

km6380

km①河流长度L:指河源到河口的轴线长度。第一讲水文水资源基础

112

流域河网密度D:定义为单位流域面积内的河流总长度，反映了流域对径流的调节能力，计算公式为：_

(1/km)2式中，

A～流域面积(km²)第一讲水文水资源基础

113

河流的弯曲系数φφ=L/

>I式中，L～河流的实际长度(km);1~河流二端间的直线距离(km)弯曲系数φ越大，对洪水宣泄越不利。第

一

讲

水

文

水

资

源

基

础

114

河流的落差和比降◆落差：

河源与河口的垂直高差称为河流的落差。落差大表明河流水能资源丰富。◆河道比降：落差与河长的比值称为河流的比降。比降越大河道汇流越快。第一讲水文水资源基础

1154.2径流的形成和径流的度量径

流

：①指降落在流域表面的降水，沿流域地表

和地下二个途径流入河系，再流出流域出口断面的水流，这样的物理过程称作径流形成过程。②有时也指它的量，即在一定时段内通过

某一河流断面的水量，称径流量。第一讲水文水资源基础

1164.2.1

径流形成过程可概化为二个过程：(1)产流过程或称为流域蓄渗过程流域蓄渗指降雨的雨水耗于植物截留、下渗和填洼等综合过程。降雨形成地面径流之前，

在流域中会被以上几个方面所消耗，不参与径

流的形成：第一讲水文水资源基础

117a.

植物截留量

I降雨被植物茎叶拦截的现象称截留，

Ap↑→Is↑b.土壤蓄水量

S指降雨入渗过程中被土壤吸附存储于土壤孔隙中的水量。第一讲水文水资源基础

118c.填洼量

V水分停蓄在地面洼陷处(水库、湖、塘等),

称填洼。d.

雨间蒸散发量

E以上各种量不参与径流的形成，统称为：雨量的损失量或地面滞留量。第一讲水文水资源基础

119降雨形成的径流量/净雨量径流量(净雨量)=降雨量-损失量净雨量包括二个方面：

地

面

径

流

R

地下径流R第

一

讲

水

文

水

资

源

基

础

120a.

地面径流R

包括：●坡面漫流

R指沿流域坡地成片连续流动的水流。·

壤中径流/表层流

Rin指下渗的雨水，

一部分滞蓄在土壤中；

一部分继续向下运行，遇到相对不透水层时，形

成沿不透水层面的表层流。第一讲水文水资源基础

121b.地下径流

R包括：5当下渗水流到达地下水面后，则形成地下

径流它包括：·

浅层地下径流

指潜水面以下和第一个不透水层以上的含水层中的水流，亦称作无压地下水。第一讲水文水资源基础

122.深层地下径流

指第一不透水层以下的深含水层中的水流，亦称作有压地下水或承压水。以上