第二章--水循环及径流形成课件.ppt

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1、第二章第二章 水循环及径流形成水循环及径流形成2.1 2.1 水循环及水量平衡水循环及水量平衡(The hydrologic cycle and water balance)The hydrologic cycle and water balance)2.2 2.2 河流和流域河流和流域(River and Basin)River and Basin)2.3 2.3 降水降水(Precipitation)Precipitation)2.4 2.4 蒸发蒸发(Evaporation)Evaporation)2.5 2.5 下渗下渗(Infiltration)Infiltration)2.6 2.

2、6 径流径流(Runoff)Runoff)一一 水循环水循环 1 1 定义定义：地球上的水因蒸发成为水汽，经输送、上升，冷却、凝结，：地球上的水因蒸发成为水汽，经输送、上升，冷却、凝结，并在适当条件下，再降落到地面，这种不断循环的过程，称为水循环。并在适当条件下，再降落到地面，这种不断循环的过程，称为水循环。如下图。如下图。2.1 2.1 水循环及水量平衡水循环及水量平衡图图2-12 2 分类分类 (1)(1)大循环：海洋与陆地之间的水分交换。大循环：海洋与陆地之间的水分交换。(2)(2)小循环：海洋与大气之间、陆地与大气之间水分交换。小循环：海洋与大气之间、陆地与大气之间水分交换。3 3 水

3、循环内外因水循环内外因 (1)(1)外因：太阳辐射、地心引力外因：太阳辐射、地心引力 (2)(2)内因：水的气、液、固三态之间的转化内因：水的气、液、固三态之间的转化4 4 水循环要素水循环要素 降水降水(P)P)、蒸发蒸发(E)E)、径流径流(R)R)区域区域面积面积(万万kmkm2 2）水量（水量（kmkm3 3）降水降水 径流径流蒸发蒸发全球海洋全球海洋36100361004580004580004700047000505000505000全球陆地全球陆地149001490011900011900047000470007200072000全球全球510005100057700057700

4、0577000577000二二 水量平衡水量平衡 1.1.概念概念 任一区域给定时段内，输入水量与输出水量之差等于任一区域给定时段内，输入水量与输出水量之差等于该区域内的蓄水量变化。该区域内的蓄水量变化。2.2.水量平衡方程水量平衡方程 I O=W (2-1)I O=W (2-1)式中，式中，II给定时段内输入水量；给定时段内输入水量；OO给定时段内输出水量；给定时段内输出水量；WW给定时段内蓄水量变化。给定时段内蓄水量变化。IOW三三 地球上的水量平衡地球上的水量平衡 1 1 陆地水量平衡方程陆地水量平衡方程 P P陆陆-(-(E E陆陆+R)=WR)=W陆陆 多年平均情况：多年平均情况：W

5、W陆陆RP P陆陆E E陆陆图中图中 E E陆陆陆地蒸发；陆地蒸发；P P陆陆陆地降雨；陆地降雨；RR径流径流(2-2)2 2 海洋水量平衡方程海洋水量平衡方程 R+PR+P海海-E E海海=W W海海 多年平均情况：多年平均情况：WW海海RP P海海E E海海图中图中 E E海海海洋蒸发；海洋蒸发；P P海海海洋降雨；海洋降雨；RR径流径流 3 3 地球水量平衡方程地球水量平衡方程(2-3)由式由式(2-2)(2-2)、(2-3)(2-3)得地球多年平均水量平衡方程：得地球多年平均水量平衡方程：四四 流域水量平衡流域水量平衡 流域水量平衡方程为：流域水量平衡方程为：(2-4)Where P

6、precipitation RSI,RGI surface and groundwater inflow into the boundary from outside E evaporation and transpiration RSO,RGO surface and groundwater outflow from the boundary W change of storage volume within the boundary n discrepancy termWEPRSIRGIRSORGO地表分水线地表分水线地下分水线地下分水线2.2 2.2 河流和流域河流和流域一一河流河流(R

7、iver)River)1 1 概念概念 一定地质和气候条件下形成的一定地质和气候条件下形成的河槽河槽与在其中的与在其中的水流水流。河流可分为河源、。河流可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。上游、中游、下游和河口五段。2 2 河流长度（河长河流长度（河长L L）自河源沿河道至河口的长度，称河长，以自河源沿河道至河口的长度，称河长，以kmkm计。计。3 3 河流横断面河流横断面 如图如图2-22-2所示。所示。4 4 水系及水系形态水系及水系形态 (1)(1)水系水系 由干流、支流及流域内水由干流、支流及流域内水库、湖泊连成的一个庞大系统，库、湖泊连成的一个庞大系统，成为水系。成为水系。图图2

8、 2|3 3水水系系示示意意图图 (2)(2)水系形态水系形态 羽毛状羽毛状 扇形扇形 平形状平形状 混合形混合形 4 4 河网密度河网密度 流域内干支流的总长度流域内干支流的总长度L L和流域面积和流域面积F F之比：之比：D=L/F (km/kmD=L/F (km/km2 2)5 5 河流弯曲系数河流弯曲系数 指河流实际长度与河流两端间的直线指河流实际长度与河流两端间的直线l l之比值之比值：=L/l=L/l二二 流域（流域（BasinBasin）1 1 概念概念 由分水线包围的汇集地表水和地下水的区域，由分水线包围的汇集地表水和地下水的区域，称为流域。可分闭合流域和非闭合流域两种。称为流

9、域。可分闭合流域和非闭合流域两种。地表分水线地表分水线地下分水线地下分水线l章流流域域示示意意图图 2 2 流域面积流域面积 分水线所包围的面积，用分水线所包围的面积，用F F表示，单位：表示，单位：KmKm2 2。3 3 流域长度流域长度L LA A 指流域几何中心长。以河口为圆心，画不同半径的若干圆弧与分水线指流域几何中心长。以河口为圆心，画不同半径的若干圆弧与分水线相交于两点。连两点成割线，取这些割线中点的连线长度，即为流域相交于两点。连两点成割线，取这些割线中点的连线长度，即为流域长度。长度。4 4 流域形状系数流域形状系数 K=B/LK=B/LA A 其中其中,B=F/LB=F/LA

10、 A为为流域宽度。流域宽度。5 5 流域自然地理特征流域自然地理特征 包括包括:(1):(1)地理位置：经纬度表示，反映流域所处的气候。地理位置：经纬度表示，反映流域所处的气候。(2)(2)气候特征：包括降水、蒸发、温度、湿度、气压、风等要素。气候特征：包括降水、蒸发、温度、湿度、气压、风等要素。是河流形成和发展的主要因素，也是决定流域水文特征的重要因素。是河流形成和发展的主要因素，也是决定流域水文特征的重要因素。(3)(3)流域下垫面条件：包括地形、地貌、土壤、植被、湖泊等因素。流域下垫面条件：包括地形、地貌、土壤、植被、湖泊等因素。它们影响径流的变化规律。它们影响径流的变化规律。2.3 2

11、.3 降水降水(Precipitation)Precipitation)一一降水的成因及分类降水的成因及分类二 1 1 成因成因三三 地面湿热气团因各种原因而上升，体积膨胀作功，消耗内地面湿热气团因各种原因而上升，体积膨胀作功，消耗内能而冷却。当温度降低到露点以下时，气团中的水汽开始凝结为水滴能而冷却。当温度降低到露点以下时，气团中的水汽开始凝结为水滴或冰晶，形成云。云中的水滴或冰晶，继续吸附水汽凝结于其表面，或冰晶，形成云。云中的水滴或冰晶，继续吸附水汽凝结于其表面，或由于互相碰撞而结合成大水滴或冰粒，当其重量达到不再能被上升或由于互相碰撞而结合成大水滴或冰粒，当其重量达到不再能被上升气流所

12、顶托的时候，即形成降水。气流所顶托的时候，即形成降水。四四 2 2 分类分类五五 (1)(1)对流雨对流雨 对流层的特点：对流层的特点：1.1.气温随高度的增加而降低；气温随高度的增加而降低；2.2.具有强烈的上升和下降的气流；具有强烈的上升和下降的气流；3.3.受地表差异影响，对流层温度、湿度水平分布不均匀。受地表差异影响，对流层温度、湿度水平分布不均匀。对流层又可分三部分：下层（地面对流层又可分三部分：下层（地面-1.5-1.5kmkm）；）；中层（中层（1.51.5km-6kmkm-6km）；）；上层（上层（6 6km-km-对流层顶部）对流层顶部）(2)(2)地形雨地形雨：水平运动的湿

13、热气团受山脉、高原阻挡，气流被迫沿：水平运动的湿热气团受山脉、高原阻挡，气流被迫沿迎风坡上升，因动力冷却形成的降雨。其特点是：迎风坡上升，因动力冷却形成的降雨。其特点是：a.a.迎风坡降雨多，背迎风坡降雨多，背风面降雨少；风面降雨少；b.b.降雨量随高程增加而增加，到一定高度后，随高程增加降雨量随高程增加而增加，到一定高度后，随高程增加反而减少。反而减少。(3)(3)系统性降雨系统性降雨-6二二 降雨观测降雨观测 降雨一般通过雨量器和自记雨量计两种方式进行观测的。随着科学技术降雨一般通过雨量器和自记雨量计两种方式进行观测的。随着科学技术的发展，利用雷达探测和气象卫星云图来预估未来一定时期的降雨

14、量。的发展，利用雷达探测和气象卫星云图来预估未来一定时期的降雨量。1 1 雨量器雨量器 一般采用人工定时一般采用人工定时(8(8时、时、2020时时)观测，雨季要增加观测次数。观测，雨季要增加观测次数。2 2 自记雨量计自记雨量计 自动记录降雨量，不需人为干预。方便、快捷。有三种类型：称重式、自动记录降雨量，不需人为干预。方便、快捷。有三种类型：称重式、虹吸式和翻斗式。虹吸式和翻斗式。3 3 雷达探测雷达探测 利用云、雨、雪等对雷达无线电波的反射现象来研究天气系统。利用云、雨、雪等对雷达无线电波的反射现象来研究天气系统。不同形状的雷达回波反映不同性质的天气系统。从而预测探测范围内不同形状的雷达

15、回波反映不同性质的天气系统。从而预测探测范围内的降水量、强度及开始和终止时刻。的降水量、强度及开始和终止时刻。4 4 气象卫星云图气象卫星云图 将卫星云图资料结合气象模型，通过专家系统，进行降雨量预测。将卫星云图资料结合气象模型，通过专家系统，进行降雨量预测。三三 降水特性描述降水特性描述 降雨特性主要包括：降水量、降雨历时、降雨强度三种指标。降雨特性主要包括：降水量、降雨历时、降雨强度三种指标。1 1 降雨量降雨量 指一定时段降落在某点或某区域上的总水量指一定时段降落在某点或某区域上的总水量，以深度表示，单位，以深度表示，单位mmmm。如如1212小时降雨量、日降雨量，月降雨量，年降雨量等。

16、降雨量反映了小时降雨量、日降雨量，月降雨量，年降雨量等。降雨量反映了时段内雨量的多少。时段内雨量的多少。2 2 降雨历时降雨历时 一次降雨所经历的时间。常用分一次降雨所经历的时间。常用分(min)min)、小时小时(h)h)、日日(d)d)等单位。等单位。3 3 降雨强度降雨强度 单位时间内的降雨量，以单位时间内的降雨量，以mm/minmm/min或或mm/hmm/h计。雨强反映了降雨的强弱。计。雨强反映了降雨的强弱。一般用雨强进行降雨分级。降雨等级划分如下：一般用雨强进行降雨分级。降雨等级划分如下：2424h h雨量雨量(mm)mm)0.1 200200等级等级微雨微雨小雨小雨中雨中雨大雨大

17、雨暴雨暴雨大暴雨大暴雨特大暴雨特大暴雨某站某站9999年日降雨强度过程线年日降雨强度过程线 4 4 降雨过程线降雨过程线 一定时段内的降雨随时间变化的过程，称降雨过程一定时段内的降雨随时间变化的过程，称降雨过程。实质是降雨强度实质是降雨强度过程线，一般用直方图表示。过程线，一般用直方图表示。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 时间（h）雨雨强强(mm/hmm/h)某站小时降雨强度过程线某站小时降雨强度过程线四四 面降水量计算面降水量计算 在水文计算中，常需要推求一个流域或一个区域特定时段降水量，即在水文计算中，常需要推求一个流域或一个区域特定时段降水量

18、，即面降水量。已知某观测点降雨量。有三种计算方法。面降水量。已知某观测点降雨量。有三种计算方法。1 1 算术平均法算术平均法(Arithmetic method)Arithmetic method)流域内有流域内有n n个雨量站，具有同步、同时段观测资料。则流域面平均雨量个雨量站，具有同步、同时段观测资料。则流域面平均雨量为：为：式中，式中，P Pi i为第为第i i站点降雨量。站点降雨量。使用条件使用条件：流域地形起伏不大，：流域地形起伏不大，雨量站分布较均匀。雨量站分布较均匀。优点优点：简便：简便缺点缺点：精度不高：精度不高 2 2 垂直平分法（垂直平分法（Thiessen Thiesse

19、n polygon methodpolygon method）(1)(1)方法原理方法原理：假定流域各处的降水量可由其最近的雨量站代表。将相：假定流域各处的降水量可由其最近的雨量站代表。将相邻雨量站用直线连接起来，形成多个三角形，然后对每个三角形各边邻雨量站用直线连接起来，形成多个三角形，然后对每个三角形各边作垂直平分线，这些垂直平分线将流域分成若干多边形。按面积加权作垂直平分线，这些垂直平分线将流域分成若干多边形。按面积加权计算面雨量。计算面雨量。垂垂直直平平分分法法示示意意图图式中，式中，P Pj j为第为第j j站点降雨量；站点降雨量；A Aj j为第为第j j站控制的多边形面积站控制的

20、多边形面积(j=1,2,n)j=1,2,n)，n n为为多边形个数；多边形个数；A A为研究流域面积，为研究流域面积，A=A=A Aj j。(3)(3)说明说明使用条件使用条件：流域地形起伏大，：流域地形起伏大，雨量站分布不均匀。雨量站分布不均匀。优点优点：精度较高：精度较高缺点缺点：计算繁琐；：计算繁琐；降雨量空间分布不完全符合实际情况；降雨量空间分布不完全符合实际情况；当流域增加雨量站时，需重新绘制泰森多边形，不灵活。当流域增加雨量站时，需重新绘制泰森多边形，不灵活。(2)(2)ThiessenThiessen多边形法面降雨量计算公式：多边形法面降雨量计算公式：3 3 等雨深线法（等雨深线

21、法（isohyetal isohyetal line methodline method）(1)(1)方法原理方法原理：降雨量具有地区分布规律。根据雨量站的降雨量的空间：降雨量具有地区分布规律。根据雨量站的降雨量的空间分布，绘制等雨深线分布，绘制等雨深线(isohyetalisohyetal line)line)。按按面积加权计算流域面雨量。面积加权计算流域面雨量。等等雨雨深深线线法法示示意意图图 (2)(2)等雨深线法面降雨量计算公式：等雨深线法面降雨量计算公式：式中，式中，为相邻两等雨深线的平均降雨量，为相邻两等雨深线的平均降雨量，P Pi i为第为第i i条等雨条等雨深线雨量；深线雨量；

22、A Ai i为相邻两等雨深线间的面积为相邻两等雨深线间的面积(i=1,2,n)i=1,2,n)；A A为流域面积，为流域面积，A=AA=Ai i。(3)(3)说明说明 使用条件使用条件：流域雨量站足够多。：流域雨量站足够多。优点优点：精度高；能了解降水量在空间的真实分布。：精度高；能了解降水量在空间的真实分布。缺点缺点：需要的雨量站多，工作量大；：需要的雨量站多，工作量大；当流域增加雨量站时，不需重新绘制等雨深线，灵活方便。当流域增加雨量站时，不需重新绘制等雨深线，灵活方便。五五我国降水量及时空分布我国降水量及时空分布 2.4 2.4 蒸发蒸发(Evaporation)Evaporation)

23、一一蒸发蒸发 1 1 概念概念 水从液态或固态变为气态的过程。蒸发是水循环河水量平衡的基本要水从液态或固态变为气态的过程。蒸发是水循环河水量平衡的基本要素之一。素之一。2 2 蒸发的种类蒸发的种类 水面蒸发、土壤蒸发、植物散发（水面蒸发、土壤蒸发、植物散发（transpirationtranspiration）二二 水面蒸发水面蒸发 充分供水条件下的蒸发现象。充分供水条件下的蒸发现象。1 1 水面蒸发的影响因子水面蒸发的影响因子 气温气温 水水 温温 风速风速 饱和汽压差饱和汽压差(e es s-e ez z)水面面积水面面积 水水 质质 2 2 水面蒸发量观测水面蒸发量观测 蒸发量的单位为蒸

24、发量的单位为mmmm。水面蒸发量常用方法有器测法、水量平衡法和经水面蒸发量常用方法有器测法、水量平衡法和经验公式法等。验公式法等。(1)(1)器测法器测法 用蒸发器或蒸发池观测水面蒸发。用蒸发器或蒸发池观测水面蒸发。E=E=kEkE 式中，式中，E E为为天然水面蒸发量；天然水面蒸发量；E E 为蒸发器实测蒸发量；为蒸发器实测蒸发量；k k为蒸发器折算系数。为蒸发器折算系数。(2)(2)经验公式法经验公式法 常用的经验公式为：常用的经验公式为：E=f(u)(E=f(u)(e es s-e ez z)式中，式中，E E为天然水面蒸发量；为天然水面蒸发量；u u为为水面上某高处风速；水面上某高处风

25、速；e es s为为水面温度下的饱和水汽压；水面温度下的饱和水汽压；e ez z为距水面上为距水面上z z处的处的水汽压，水汽压，(e es s-e ez z)为饱和汽压差；为饱和汽压差；函数函数f f，不同地区，形式不一样。不同地区，形式不一样。(3)(3)彭彭曼水面蒸发曼水面蒸发公式公式 3 3 蒸发量描述蒸发量描述 a.a.蒸发率蒸发率：单位时间内的蒸发量：单位时间内的蒸发量 b.b.可能可能最大蒸发率或蒸发能力（最大蒸发率或蒸发能力（EM)EM)：在充分供水的条件下，某一蒸发面的蒸发量，即同一气在充分供水的条件下，某一蒸发面的蒸发量，即同一气象条件下象条件下可能可能达到的最大蒸发率达到

26、的最大蒸发率。三三 土壤蒸发土壤蒸发 土壤中的水以水汽形式跃入大气的现象，称土壤蒸发。土壤中的水以水汽形式跃入大气的现象，称土壤蒸发。1 1 土壤蒸发的影响因子土壤蒸发的影响因子 气象因素：气象因素：气温，风速，饱和水汽压差气温，风速，饱和水汽压差(e es s-e ez z)土壤因素：土壤含水量，土壤特性，植被，地形土壤因素：土壤含水量，土壤特性，植被，地形 2 2 土壤蒸发量观测土壤蒸发量观测 土壤蒸发量常用方法有器测法、土壤蒸发量常用方法有器测法、水量平衡法和经验公式法等。水量平衡法和经验公式法等。器测法计算公式：器测法计算公式：式中，式中，G G1 1，G G2 2分别前后土壤干重；分

27、别前后土壤干重；P P为降落为降落在土壤蒸发器上的降雨量；在土壤蒸发器上的降雨量；R R为为径流；径流；q q为引为引流量。流量。3 3 土壤蒸发三土壤蒸发三个个阶段阶段 a.a.第一第一阶段：土壤充分湿润，阶段：土壤充分湿润，供水充足，供水充足，E E接近最大蒸发能力接近最大蒸发能力EMEM；b.b.第二第二阶段：土壤水分减少，阶段：土壤水分减少，WWWW田田，供水条件变差，供水条件变差，E E逐渐减小；逐渐减小；E=W/WE=W/W田田EMEM c.c.第三第三阶段：阶段：WWWW断断，水分运动十分缓慢，蒸发率很小。，水分运动十分缓慢，蒸发率很小。四四植物散发植物散发五五 植物中的水通过枝

28、干、叶面散逸导大气中的现象。植物中的水通过枝干、叶面散逸导大气中的现象。这方面的研究成果很多。观测方法包括器测法、水量平这方面的研究成果很多。观测方法包括器测法、水量平衡法和经验公式法等。衡法和经验公式法等。五五流域总蒸发量流域总蒸发量六六 (1)(1)E=EE=E水水+E E陆陆+E E植植 (2)(2)水量平衡方程法水量平衡方程法 E=P-R-WE=P-R-W2.5 2.5 下渗下渗(infiltration)infiltration)一一下渗概念下渗概念 水分从土壤表面进入土壤内的运动过程。它是径流形成的重要环节。水分从土壤表面进入土壤内的运动过程。它是径流形成的重要环节。二二 下渗的物

29、理过程下渗的物理过程 在重力、分子吸引力和毛管力作用下，水分进入土壤的过程大致分为在重力、分子吸引力和毛管力作用下，水分进入土壤的过程大致分为三个阶段：三个阶段：1 1 渗润阶段渗润阶段 分子吸引力作用分子吸引力作用被土壤表面吸附被土壤表面吸附 2 2 渗漏阶段渗漏阶段 毛管力和重力作用毛管力和重力作用 3 3 渗透阶段渗透阶段 重力作用重力作用三三下渗量计算下渗量计算 四四 下渗量一般用下渗率描述。下渗率指单位时间内，单位面积内下渗量一般用下渗率描述。下渗率指单位时间内，单位面积内渗入土中的水量，单位渗入土中的水量，单位mm/hmm/h。下渗量可通过野外实验获得，也可以由下渗量可通过野外实验

30、获得，也可以由经验公式推求。经验公式推求。五五 目前，常使用目前，常使用HortonHorton公式和公式和PhiliphPhiliph公式。公式。1 1 HortonHorton公式公式 f ft t=f fc c+(f+(f0 0-f fc c)e)e-t-t式中，式中，f ft t为为t t时刻下渗率；时刻下渗率；f fc c为稳定下渗率；为稳定下渗率；f f0 0为初始下渗率；为初始下渗率；为衰退系为衰退系数。数。f fc c、f f0 0、由由实测资料获得。实测资料获得。2 2 PhiliphPhiliph公式公式 f ft t=f fc c+0.5st+0.5st-1/2-1/2式

31、中，式中，f ft t为为t t时刻下渗率；时刻下渗率；f fc c为稳定下渗率；为稳定下渗率；s s为土壤吸水系数。为土壤吸水系数。四四影响下渗的因素影响下渗的因素五五 1 1 土壤性质土壤性质 土壤粒径大小、土壤粒径大小、初始土壤含水量初始土壤含水量六六 2 2 降雨降雨 雨强、降雨时程雨强、降雨时程分布分布七七 3 3 植被植被 4 4 流域地形流域地形 5 5 人类活动人类活动2.5 2.5 径流径流(Runoff)Runoff)一一径流形成过程径流形成过程 1 1 径流的含义径流的含义 径流指由流域上的降水所形成的、沿着流域地面和地下向河川、湖泊、径流指由流域上的降水所形成的、沿着流

32、域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地流动的水流。按流动的路径可分为：地表径流水库、洼地流动的水流。按流动的路径可分为：地表径流(Surface Surface runoff)runoff)和地下径流和地下径流(Ground water)Ground water)。2 2 径流的形成过程径流的形成过程 (1)(1)概念概念 在流域中，从降水到达地面至水流汇集于流域出口断面的物理过程。在流域中，从降水到达地面至水流汇集于流域出口断面的物理过程。tPQttPtQt 径流形成分两个阶段：产流阶段和汇流阶段。如下图所示。径流形成分两个阶段：产流阶段和汇流阶段。如下图所示。R产流产流汇流汇流降雨过程降雨过

33、程净雨过程净雨过程流域出口断面流量过程流域出口断面流量过程图中，图中，R=P-PR=P-P损损。P P损损包括植包括植物截留、填洼、下渗、蒸物截留、填洼、下渗、蒸发等损失水量。发等损失水量。(2)(2)产流阶段产流阶段 由降雨形成净雨的过程。由降雨形成净雨的过程。产流过程产流过程 ：降雨扣除损失成为净雨的过程：降雨扣除损失成为净雨的过程 降雨降雨扣除损失后的雨量称为净雨，净雨和它形成的径流扣除损失后的雨量称为净雨，净雨和它形成的径流在数量上是相等的在数量上是相等的。但二者的过程却完全不同，净雨是径流的来源，而径流但二者的过程却完全不同，净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流的结果；净雨在降雨结束

34、时就停止了，而径流则是净雨汇流的结果；净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要延长很长时间。却要延长很长时间。地面净雨地面净雨地面径流地面径流 表层流净雨表层流净雨表层流或壤中流表层流或壤中流 地下地下净雨净雨地下径流地下径流地面径流地面径流总径流过程总径流过程 (3)(3)汇流阶段汇流阶段 净雨通过坡地、河网汇集到流域出口断面的过程，可细分为坡地汇流净雨通过坡地、河网汇集到流域出口断面的过程，可细分为坡地汇流和河网汇流。和河网汇流。a.a.坡地汇流坡地汇流 坡面漫流，流程历时较短，大雨时是构成河流流量的主要来源；坡面漫流，流程历时较短，大雨时是构成河流流量的主要来源；表层流径流，由土壤孔隙流入河

35、网，流程历时较坡面漫流长，对历表层流径流，由土壤孔隙流入河网，流程历时较坡面漫流长，对历时较长的暴雨，也是构成河流流量的主要来源。时较长的暴雨，也是构成河流流量的主要来源。坡地地下汇流，地下水补给河流，构成河流的基流。坡地地下汇流，地下水补给河流，构成河流的基流。b.b.河网汇流：河网汇流：从支流到干流，从上游到下游，到流域出口断面；从支流到干流，从上游到下游，到流域出口断面；河槽调蓄作用；河槽调蓄作用；降雨损失，进入河网的水量小于降雨量；降雨损失，进入河网的水量小于降雨量；汇流过程，径流过程比降雨过程变化缓慢。汇流过程，径流过程比降雨过程变化缓慢。蒸发蒸发E E降雨降雨P P地面径流地面径流

36、R R1 1总径流总径流R R植物截留、填洼和表层土壤储存植物截留、填洼和表层土壤储存土壤储存土壤储存浅层地下储存浅层地下储存深层地下储存深层地下储存深层地下径流深层地下径流R R4 4浅层地下径流浅层地下径流R R3 3壤中流壤中流R R2 2降雨径流形成过程框图降雨径流形成过程框图不透水面积上的径流不透水面积上的径流二二 影响径流的因素影响径流的因素 水量平衡方程：水量平衡方程：P-R-E=W R=P-E-WP-R-E=W R=P-E-W 1 1 气候因素气候因素 上式中，上式中，P P、E E属于气候因素。属于气候因素。R R随随P P增大而增大，随增大而增大，随E E增大而减少。增大而

37、减少。E E又又与气温、湿度有关。气候因素是影响径流的主要因子，属急变因素。与气温、湿度有关。气候因素是影响径流的主要因子，属急变因素。2 2 地理因素地理因素 地理因素包括地理位置、地形、植被、流域大小等。它们从不同角度地理因素包括地理位置、地形、植被、流域大小等。它们从不同角度影响径流。影响径流。3 3 人类活动因素人类活动因素 人类在流域上进行的各种活动，包括兴建水利工程、大面积灌溉、水人类在流域上进行的各种活动，包括兴建水利工程、大面积灌溉、水土保持措施、土地利用方式等。土保持措施、土地利用方式等。直接影响：引水工程（南水北调），修建水库直接影响：引水工程（南水北调），修建水库 间接影

38、响：植树造林，都市化间接影响：植树造林，都市化 城城镇镇化化产产生生的的水水文文效效应应三三 径流的定量表示径流的定量表示 1 1 流量流量Q Q 指单位时间内通过流域出口断面的水量，常用单位为指单位时间内通过流域出口断面的水量，常用单位为m m3 3/s/s。Q=AVQ=AV。流流量量Q Q随时间随时间t t的变化过程，称为流量过程线的变化过程，称为流量过程线Q Qt。Qt 获得的流量都是瞬时值。实际工作中，常需要时段平均流量，如日平均获得的流量都是瞬时值。实际工作中，常需要时段平均流量，如日平均流量、月平均流量、年平均流量。时段平均流量等于时段内流过的水量除以流量、月平均流量、年平均流量。

39、时段平均流量等于时段内流过的水量除以该时段的秒数。该时段的秒数。2 2 径流总量径流总量W W 指指一段时间内通过流域出口断面的总水量，单位为一段时间内通过流域出口断面的总水量，单位为m m3 3、万万m m3 3 、亿亿m m3 3 。计算公式为：计算公式为：t1t2TW时段时段T T内的平均流量内的平均流量 日径流总量、月径流总量、年径流总量通过上式都可以获得。日径流总量、月径流总量、年径流总量通过上式都可以获得。Qt 3 3 径流深径流深R R 把径流总量把径流总量W W平铺在流域面积平铺在流域面积F F上所得到的水深，称为径流深，单位上所得到的水深，称为径流深，单位mmmm。其关系式为

40、：其关系式为：R=W/(1000F)R=W/(1000F)式中，式中，W W的的单位为单位为m m3 3，F F的单位为的单位为kmkm2 2。可计算各种时间尺度可计算各种时间尺度(日、月、年日、月、年)的径流深。的径流深。4 4 径流模数径流模数M M 指指单位流域面积上所产生的流量，单位为单位流域面积上所产生的流量，单位为m m3 3/(s.km/(s.km2 2)。即：即：M=Q/FM=Q/F式式中各符号同前。中各符号同前。5 5 径流系数径流系数 指同一时段内的径流深指同一时段内的径流深R R与对应时段降雨量与对应时段降雨量P P之比值。即：之比值。即：=R/P =R/P 本本 章章

41、重重 点点 水循环、水量平衡水循环、水量平衡 河流、流域特征指标河流、流域特征指标 面平均降水量计算方法面平均降水量计算方法 蒸发种类及影响因素蒸发种类及影响因素 下渗的物理过程下渗的物理过程 径流形成过程、影响因素及其度量径流形成过程、影响因素及其度量作作 业业 1 1 某水文站多年平均流量某水文站多年平均流量Q Q0 0=830m=830m3 3/s/s。其控制其控制的流域面积的流域面积F=120000kmF=120000km2 2，多年平均流域面雨量多年平均流域面雨量P P0 0=770mm=770mm。试求该水文站控制流域的年平均径流试求该水文站控制流域的年平均径流总量、多年平均径流深、多年平均流量模数和多总量、多年平均径流深、多年平均流量模数和多年平均径流系数。年平均径流系数。2 2 P192-2P192-2 3 P192-3 3 P192-3