水文学原理必背知识点打印版

'绪论一、水文学简史英文Hydrology，来源于拉丁语，“水的知识”。经历了四个发展时期：1.萌芽期（公元1600年之前）2.奠基时期（公元1600-1900年）3.实践时期（1900-1950年）4.现代化时期（1950年-）一、水文现象的基本特点1.时程变化上的周期性与随机性2.空间变化上的相似性与特殊性二、水文现象的研究方法·成因分析法以质量守恒、能量(动量)守恒等定理为基础，揭示水文现象运动变化的机理、规律。·数理统计法水文现象具有随机性，从而以概率理论为基础，研究水文现象特征值的统计规律。·地理综合法水文现象具有地区性，从而通过建立地区经验公式、绘制各种特征值等值线图，揭示水文特征值的地区规律。 水文循环·水文循环的原因（外因、内因）·水的不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程··大循环和小循环大循环：海洋→大气→大陆→海洋（纵向+横向）小循环：海洋→大气→海洋（海洋小循环）大陆→大气→大陆（内陆小循环）·水文循环的规律1)海洋的蒸发量多于降水量；2)大陆的降水量多于蒸发量；3)大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡；4)大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。水文循环的作用和意义1、调节气候；2、塑造了地球表面；3、形成了巨大的水利资源；4、形成一切水文现象。 水资源问题Ø原因1)水资源量时空分布不均匀；2)水资源分布与人口、耕地分布不相适应；3)水环境污染；4)水资源浪费。Ø对策1)时间和空间上的合理调配；2)积极开展水污染防治；3)节约用水。9 流域和水系分水线：使雨水分别汇集到两条不同的河流，起着分水作用的地形，是流域的边界线。流域：汇集地面水和地下水由分水线所包围的区域。河网密度流域单元面积内干支流长度流域的地形起伏特征1.河流的落差和比降2.流域平均坡度3.流域面积～高程曲线流域自然地理及下垫面情况1.流域地理位置2.流域的土壤岩石性质和地质构造3.流域植被率4.流域湖泊率、沼泽率 降水水分以各种形式从大气到达地面统称降水。包括雨、雪、露、霜、冰雹等。降雨的类型一、按降雨的成因分类1.气旋雨——随着气旋或低压过境而产生的雨。2.对流雨地面受热升温，下层空气膨胀上升和上层空气形成对流运动。下层暖湿空气上升到高空遇冷凝结形成降雨。多发生在夏季午后，强度大、面积小、历时短。3.地形雨暖湿气团在运动过程中遇山岭障碍时，在沿山坡上升过程中逐渐变冷凝结成雨。地形雨多在迎风坡上。4.台风雨由热带海洋上的风暴带到大陆的雨。灾害性天气，常发生在浙、闽、粤、台湾等沿海省份。二按降雨强度及过程特征分类1.暴雨——历时短、强度大、笼罩面积不大。气象方面规定：日降雨量>50mm——暴雨；日降雨量>100mm——大暴雨；日降雨量>200mm——特大暴雨。主要影响小流域洪水。2.暴雨型霪雨——历时较长、强度变化大。影响区域洪水。3.霪雨——历时很长、强度小、笼罩面积大。影响大流域洪水。 冷锋雨：冷暖气团相遇时，冷燥气团楔入到暖湿气团之下，使暖湿气团上升冷却而产生降雨。根据移动速度可分为缓行冷锋和急型冷锋。1)缓行冷锋的降水与暖锋相似；2)急行冷锋移动较快，坡度较大，约为1:70，故降水范围小、雨强大、历时短。气团——物理属性水平分布比较均匀的大范围空气团。峰面——两种性质不同的气团之间狭窄而倾斜的过渡带。峰在空间是倾斜的，且向冷空气一侧倾斜。暖锋雨：冷暖气团相遇时，暖湿气团推动锋面向冷气团一侧移动。峰后暖空气一方面向冷空气方向推进，同时又沿锋面缓慢上升，在上升过程中冷却而产生降雨。因暖锋坡度很小，一般为1:150，故暖锋雨降雨面积大、雨强小、历时长。降水要素降水量、降水历时和时间、降水强度、降水面积常用的区域(或流域)平均降水量计算方法有：1.算术平均法适用于面积不大，地形起伏不大，站点较多且布设较均匀的流域。计算简便。2.泰森多边形法适用于降雨分布不均，站点较少，面积不大的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度较好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与实际情况不完全一致。3.等雨量线法适用于面积大、站点密的流域。理论上较完善，但每次降雨都必须绘制等雨量线，并计算权重，工作量大。4距离平方倒数法 土壤水一、土壤水分作用力·分子力土壤颗粒表面的分子和离子对水分的吸力。·毛管力在未充满水的毛管孔隙中，因存在液体弯月面的表面张力，形成毛管力，作用于土壤水。·重力二、土壤水分的存在形式·吸湿水土粒分子从空气中吸附的水分。约几个分子厚度，为紧束缚水，与水文现象关系不大。·薄膜水吸湿水外面，土粒剩余分子力所吸持的水分。为受束缚水。·毛管水a)支持毛管水——地下水面以上受毛管力支持而存在于土壤孔隙中的水分。b)毛管悬着水——受毛管力支持而悬吊于土壤孔隙中的水分。·重力水土壤中在重力作用下能自由移动的水分。a)渗透自由重力水超过田间持水量的渗入水分。b)支持重力水自由重力支持毛管水——受地下水支持而存在于毛管孔隙之中的连续水体，能传递静水压力。 相对不透水层支持重力水——由于土层中存在相对不透水层，渗透水因交界面临时饱和而产生的能在重力作用下流动的水分。三、土壤水分常数·最大吸湿量—饱和空气中，土壤能吸附的最大水汽量。·最大分子持水量——土粒分子力所结合的最大水分量。·凋萎含水量——植物无法从土壤中吸收水分，开始永久凋萎时的土壤含水率。·毛管断裂含水量——毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水率。·田间持水量——土壤中保持最大毛管悬着水时的土壤含水率。·饱和含水量——土壤中所有孔隙都充满水时的土壤含水率。土水势的构成1)基模势——在未饱和土壤中，由于分子力和毛管力的作用而使土壤水具有的势，称为基模势。基模势为负值。2)压力势——在饱和或出现地面积水的土壤中，自由水面下的土壤水由于静水压力的作用而具有的势，称为压力势。压力势为正值。3)重力势——由于重力作用而使土壤水具有的势，称为重力势。重力势的值与参照基面有关。 下渗下渗的物理过程根据水分所受作用力及运动特征，干燥土壤在充分供水条件下的下渗分三阶段：·渗润阶段：主要受分子力作用，入渗水成为薄膜水，当土壤含水量达到最大分子持水量时结束。·渗漏阶段：主要受毛管力、重力作用，入渗水主要成为毛管水，当土壤含水量达到饱和含水量时结束。·渗透阶段：受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗出。饱和下渗理论基本假定1.半无限土柱，初始土壤含水量分布均匀。2.地面积水深hp；3.下渗锋面以上是饱和的，q=qS，K=KS；4.下渗锋面以下为初始土壤含水量，吸力hS。非饱和下渗理论1.忽略重力；2.供水充分、表面无积水；3.均质半无限土柱，初始土壤含水量分布均匀。 下渗的影响因素影响因素总的可归纳为供水和下渗能力两个方面·下渗能力方面(1)土壤的机械物理性质，水分物理性质；(2)下垫面条件、地形地貌；(3)人类活动。·供水方面(1)降水性质。 蒸发与散发土壤蒸发过程q>q田，E=Em整个土层水分输送通畅，供水充分，按蒸发能力蒸发，蒸发量大而稳定。q断qa，E=Em（注:qafp，rs=i–fp 二、壤中流(Rss)的产流机制条件：(1)要有界面，存在相对不透水层，如上层A和下层B，且下层比上层透水性差；(2)要有供水，即渗入上层的雨水(下渗率fA)；(3)要上层供水大于下层下渗，即fA>fB,i>fB；(4)要在界面产生临时饱和带，并有侧向排水条件。rss=fA–fB三、饱和地面径流(Rsat)的产流机制条件：(1)表层土壤具有较强透水性，i<fB,i>fB；(5)侧向排水条件较差，界面上产生的临时饱和带不断上升达到地面。rsat=i-(rss+fB)四、地下径流(Rg)的产流机制条件：(1)要有供水f；(2)包气带薄，地下水位高；在地下水面以上、包气带下边界上存在支持毛管水带；(3)整个包气带土壤含水量达到田间持水量。 五、回归流(Rr)的产流机制条件：(1)壤中流发育；(2)土壤饱和带露出地面；(3)要具备有利于壤中流流出的坡度及地形。常见产流模式·Rs型——超渗产流型特点：(1)产流量R取决于i和fp，R=S(i–fp)i;(2)雨止时土壤含水量仍未达到田间持水量Wm；(3)径流成分单一。·Rsat+Rss+Rg型——蓄满产流型特点：(1)产流时土壤含水量已达到田间持水量Wm；(2)产流量R取决于降雨量P和初始土壤含水量W0，R=R(P,W0)=P-(Wm-W0)(3)径流成分复杂。 流域产流流域产流特征通常可从以下几方面进行分析：·分析流域的气候及下垫面特征ü长年气候干燥的流域，常以超渗模式产流；ü长年气候湿润的流域，常以蓄满模式产流。ü若下垫面土壤颗粒细小、结构密实、植被差，地下水埋深大，则常以超渗方式产流；ü若下垫面土壤颗粒较粗、结构疏松、植被好，地下水位高，则常以蓄满方式产流；我国长江以南的绝大部分地区，属典型的蓄满产流区；西北干旱地区的一些内陆河流，属典型的超渗产流区；其余地区属于混合产流区。分析流域出口的流量过程形状ü蓄满产流径流量中壤中流和地下径流的比例较大，表现为出口断面洪水过程线矮胖，退水历时长，洪水过程线明显不对称；ü超渗产流径流量中几乎没有地下径流，表现为出口断面洪水过程线尖瘦，退水历时短，洪水过程线较为对称。·分析影响次洪产流量的因素ü蓄满产流径流量多少与流域初始土湿和降雨量有关；ü超渗产流径流量多少与流域初始土湿和降雨强度有关。 流域汇流一、流域汇流过程流域汇流过程——降落在流域上的降水质点，从流域各处向流域出口断面汇集的过程。包括坡地汇流与河网汇流两个阶段。坡地汇流过程包括：地表汇流、壤中汇流、地下汇流。地表水流：阻力小，流速大，流程短，汇流时间短壤中水流：阻力比地表大，流速比地表慢地二、流域汇流时间流域汇流时间——降落在流域上的降水质点汇集到流域出口断面所经历的时间。等于坡地汇流时间+河网汇流时间。下水流：阻力大，流速小，汇流时间长'