水文气象-第一章绪论

1、水文气象学Hydrometeorology,主讲：高玉芳,2,Contact,E-mail: TelQQ: 316572999,3,参考书,水文学原理，中国水利水电出版社；芮孝芳著，2004年. 气象学,气象出版社; 徐祝龄 主编 1994年. 气象学引论,高等教育出版社; 谢义炳 等编 1959年. 气象学与气候学,高等教育出版社; 周淑贞 主编, 1997年第三版 水文气象与航海海洋出版社, (苏)沙帕耶夫 著 1990年. 水文气象学,台北-徐氏基金会; 罗树孝 译, 1976年. 水文气象统计通用模型,中国水利水电出版社; 孙济良 编著, 2001年. 工程水

2、文学，中国水利水电出版社；詹道江，叶守泽合编，2000年. 水利计算及水资源规划，高等学校教材；叶秉如主编，1995年第一版. 湖泊水库水文学，河海大学出版社；崔广柏编，2006年.,第一章 绪论 第二章 水循环 第三章 水文气象的地表组分测量 第四章 河川径流 第五章 产汇流分析 第六章 水文气象预报,4,5,水文气象学研究简史,水文气象学研究内容,1.3,1,水文气象学,1.1,第一章 绪论,水文气象学的发展机遇,1.4,主要内容,6,7,1.1.1 水文学的定义 广义的现代水文学研究地表和地下水的产生和运移、水的理化性质、水与生物和非生物环境的关系以及人类对水的影响 主要研究内容：水循环

3、所涉及的地表过程。它利用生物学、化学、生态学、数学和物理学的原理与方法解决水资源和水管理中存在的水量、水质问题。 水文学可认为是一门回答“降雨后发生了什么事？”的科学。,1.1 水文气象学 hydrometeorology,8,9,1.1 水文气象学 hydrometeorology,1.1.2 气象学的定义 气象学是论述大气及水在空气中按气态和液态运动的科学。 气象学同相关的学科相结合，产生一些边缘性学科，水文气象学是其中之一。 这两门科学均涉及水文循环-水从海洋经大气回到海洋或陆地，通过地表和地下的通道重新回到海洋。,10,蒸发大气输送降水径流构成水循环的4个阶段，径流是水文学的核心问题，

4、而降水和蒸发属于水文学和气象学共同关注的问题。,11,12,1.1 水文气象学 hydrometeorology,1.1.3 水文气象学 辞海定义： 研究大气中水分与降雨、地下水和径流等方面关系的学科。,13,在实践中，水文气象学关注降水的观测与分析，包括由点位观测到一定空间尺度的外推，以及确定降水概率、计算强风暴频率、评估洪水灾害、设计地方水工建筑等。 其研究成果主要用于-河道、水库的防洪兴利，以及水资源的开发利用和水利水电工程的规划设计。,14,1.2 水文气象学研究简史,1.2.1 国内 （1）林一山1954年倡导水文与气象相结合的洪水预报方法 （2）长委于20世纪60年代初在全国首创水

5、文气象预报业务，并由短期水文气象预报扩展到中长期水文气象预报，逐渐形成短、中、长期水文气象预报相结合的业务体系。 （3）70年代后，全国其他各大流域水利机构和一些省市水利部门也相继开展了长期水文气象预报业务，长江流域的长期水文气象预报发展尤为迅速。 满足防汛抗旱和水资源管理、水库运行调度的需要。,15,1.2 水文气象学研究简史,1.2.2 国外 1884 年A.N. 沃叶意柯夫首次提出了 “ 河川是气候的产物 ” 这一科学论断，他指出，河道是水流冲出来的，而水流是降水所供给的，所以研究水文学，必须首先研究作为水文要素且是气象要素之一的降水现象。,1911 年前苏联水文学家 .M. 奥里杰柯普

6、进一步发展和改进了 A.N. 沃叶意柯夫关于河川含水量与气候之间的关系的原理，他在研究了西欧地区 50 处河川流域的年平均雨量与年平均蒸发量的资料之后指出，不使用径流的直接观测资料，而只根据降水量及其它气象要素资料，计算各种不同流域的蒸发量和径流量是有可能的。,16,17,1.2 水文气象学研究简史,1.2.2 国外 20世纪30年代，美国天气局成立水文气象处，从气象资料推算可能最大降水和可能最大洪水，以满足防洪建筑设计的需要，这是水文和气象相结合的开始。 从60年代以来，随着气象雷达、气象卫星等探测技术的发展，降水监测的水平有了很大提高，为降水短时预报与洪水预报的结合创造了条件，使水文气象学

7、得到了新的发展。,18,1.3 水文气象学研究内容,从水文气象学的角度研究降水与蒸发，主要有以下3方面的内容：与洪水预报相关的降水监测和预报，可能最大降水量的估算，蒸发量的估算。,19,1.3 水文气象学研究内容,1.3.1 降水的监测 指在时间和空间上监测降雨量、降雨强度 测定降雨量和降雨强度的方法，有直接测定(降雨用雨量器、雪深用量雪尺测量)和间接测定（雷达、卫星云图估算）两种。 雨量器测量 根据降雨类型以及降雨资料的预期用途，用雨量器测量降水，雨量站网必需有一定的空间密度、观测频次和传递资料的时间。,20,1.3 水文气象学研究内容,1.3.1 降水的监测 天气雷达估算降雨 覆盖面积大、

8、分辨率高，有效半径一般为 200多公里，可提供一定区域上降雨量和降雨时空分布的资料。 一个带有计算机的雷达可提供一定面积上的降雨强度和降雨总量 卫星云图估算降雨 瞬时观测范围大，资料传递迅速,21,1.3 水文气象学研究内容,1.3.2 降水预报 就降水预报方法而言，水文气象学与气象学没有什么不同。 水文气象学的降雨（或融雪）预报是针对河道防汛、水库防洪、兴利调度以及工程施工的实际需要而进行的专业化预报。 水文气象预报力图将大气环流等气象条件与水文特征紧密联系起来，把降雨的天气模型与洪水模型结合起来。,一般在进行降雨预报的同时，还根据河流流域地貌、流域水分状况、水利工程质量和标准以及降雨和径流

9、的关系等因素，针对防洪要求作出未来暴雨、洪水可能发生地区的预报；鉴别和判断流域发生非常洪水的可能性；洪水发生后，预测洪水发展趋势，以及库区来水预报等。,22,23,1.3 水文气象学研究内容,1.3.2 降水预报 为了提高暴雨落区、落点、落时预报的精度，已发展一种以气象卫星、气象雷达、常规气象观测资料相结合的暴雨监视和短时预报，预报时效为几小时到十几小时，预报精度较高。,24,1.3 水文气象学研究内容,1.3.3 可能最大降水(PMP) PMP指特定流域范围内一定历时可能的最大降水量。 一般大型水利工程要采用可能最大洪水 (PMF)作为保坝标准。推求可能最大洪水的方法之一，是先确定可能最大降

10、水。,确定可能最大降水的方法很多，大致有3种： （1）暴雨频率分析（也称统计学方法）：根据实测的和调查的暴雨资料，推算出极为稀遇频率的降水量。,25,26,1.3 水文气象学研究内容,1.3.3 可能最大降水(PMP) （2）气象成因法：根据形成暴雨的基本因素水汽和动力条件，拟订合理的模式，使这些影响因素的指标极大化，取其在气象上所能接受的物理上限值，然后将这些指标组合在一起，构成更严重的、但在气象上和水文上可接受的时序，一般称为气象成因法。,27,1.3 水文气象学研究内容,1.3.3 可能最大降水(PMP) （3）暴雨移置法：将临近地区的实测特大暴雨经修正后移置到设计流域的过程。 移置时要

11、进行移置的可能性分析和移置修正。 可能性分析 -降雨条件是否相似 移置修正-下垫面差异,28,1.3 水文气象学研究内容,1.3.4 水体的水面蒸发和流域总蒸发 （1）水面蒸发 指某一地区大水体的水面蒸发量，一般用蒸发器测定水面蒸发。 一般通过实验，求出蒸发器的折算系数，以此估算实际蒸发量。 另外，也可根据蒸发控制因素的观测资料，即通过水体热量平衡、水量平衡等一些气象、水文因素间接计算出水面蒸发量。,29,1.3 水文气象学研究内容,1.3.4 水体的水面蒸发和流域总蒸发 （2）流域总蒸发（陆面蒸发，一般以 E 表示） 指流域或区域内水体蒸发、土壤蒸发、 植物散发、 冰雪蒸发和潜水蒸发的总和。

12、通常由流域多年平均的降水量(P)与径流量 (R)的差值EP R 间接求得。,30,1.3 水文气象学研究内容,1.3.4 水体的水面蒸发和流域总蒸发 流域总蒸发的大小受可能蒸发和供水条件（即蒸发面上可以获得水分补充的程度）的制约。 在干旱和半干旱地区，由于降水稀少，可能蒸发率大大超过供水能力，流域的年总蒸发接近或等于年降水量。,湿润地区，流域总蒸发和本区的水面蒸发接近或相等。 半湿润地区的陆面蒸发介于上述两种情况之间。 就海洋和大陆而言，海洋上的蒸发量大于降水量，大陆上的蒸发量小于降水量，因此必须有海洋向大陆的水分净输送。,31,32,1.4 水文气象学面临的机遇与挑战,水旱灾害非常严重 （1

13、）灾害种类多 洪涝、干旱、台风、山洪、泥石流等灾害多发。 （2）发生频率高 1949年以来已发生较大洪水50多次，发生较大范围的严重干旱17次。,33,1.4 水文气象学面临的机遇与挑战,水旱灾害非常严重 （3）分布范围广 2/3的国土面积可能产生各种类型、不同程度的洪水，大部分地区面临不同程度的干旱威胁。特别是聚集着全国50%以上人口、35%耕地、2/3工农业总产值的东部和南部经济较发达地区，是遭受洪水威胁最为严重的地区。,（4）造成损失重 1990年以来，年均洪涝灾害损失占同期GDP的1.5%左右，年均干旱灾害损失超过同期GDP的1%。近几年这一比例虽然大幅降低，但仍高于发达国家平均水平。

14、,34,35,Chalmette, Louisiana after Hurricane Katrina,洪湖遭遇70年一遇的特大干旱，降水量与往年相比减少七成，53万亩洪湖水面减少了1/4，湖水最深处只有30多厘米。,36,1.4 水文气象学面临的机遇与挑战,防洪抗旱减灾形势严峻。 在加强防洪工程建设的同时， 不断完善非工程措施，对天气和气候极端事件做到早预测、早警报、早反应,进一步提高预测警报的时效性和准确率，以便有关部门及早制订相应的对策和措施，有效地消除或减轻水旱灾害。,37,1.4 水文气象学面临的机遇与挑战,防汛抗旱减灾、水工程设计运用、应对气候变化离不开科学技术的有力支撑，开展水文气象应用研究具有重要意义。 （1）加强定量降水预报，发展水文气象集合预报和概率预报，提高面向流域的降水面雨量和洪水过程的预报准确率和预见期，努力提升洪旱灾害的风险应对能力； （2）进一步改进完善防洪设计方法，开展强