第2章_01_03-蒸发模式

✓水汽压差
水汽压差：水面的饱和水汽压与水面上空一定高度的实 际水汽压之差。
水面的饱和水汽压 e ：
ln e 10.286T 2148.4909 T 35.85
蒸发量与水汽压差成正比。
流域蒸发
✓气温
气温主要控制空气湿度，间接影响水面蒸发。
✓风速
风速的大小，决定着紊动扩散的强弱。风速越大， 水面蒸发也越大。
两层蒸发模型可以表述为： 上层蒸发： EU = EP 下层蒸发： EL = EP ·WL/WLM 总蒸发： E = EU + EL
两层蒸发模型
WU+P≥EP时: EU = EP, EL = 0; WU+P < EP时: EU = WU + P ， EL = (EP － EU)×WL/WLM.
E = EU + EL
✓地形
地形高处风速大，高地蒸发量比盆地的大；地表坡向不 同，影响吸收辐射，蒸发量也不同。
3、植物蒸散发 植物蒸散发机理复杂，分析和计算较为困难。
二、流域蒸发能力的确定
流域蒸发能力 E p：充分供水条件下，流域蒸发量。
流域蒸发能力不能靠实测，只能估算。 流域蒸发能力估算方法：根据水面蒸发量估算 ；根据辐 射平衡值估算 ；根据经验公式估算 。 这里只讨论根据水面蒸发量估算流域蒸发能力。
日期 08-10 08-11 08-12
一层模型蒸发计算
P
EP
8.0
0.5
6.5
1.0
5.0
（单位:mm）
W
E
10.0
0.8
9.2
0.6
9.1
0.5
日期 P 08-10 08-11 0.5 08-12 1.0
两层模型蒸发计算
EP WU WL
8.0
10.0
6.5 0
9
5.0 0 8.3
（单位:mm）
一层模型蒸发计算 （单位:mm）
日期
P
EP
W
E
08-10
8.0
10.0
0.8
08-11
0.5
6.5
9.2
0.6
08-12
1.0
5.0
9.1
0.5
E = EP ·W / WM
Wt+1=Wt＋Pt－Rt－Et
一层蒸发模型的主要缺陷
缺陷：未考虑土壤水分垂直分布的情况
• 当久旱期间降小雨时会使计算的蒸发量偏小。因为此时 原土壤中含水量已很小，降小雨后，若由一层模型计算 蒸发量E，则E很小。但实际上这部分雨水主要分布于土 壤表层，很容易蒸发。
旱不雨（雨前Pa = 0）后一次降雨量较大资料（雨 后Pa = Wm ），则
Wm = P - R - E雨
Wt1 Wt Pt Et Rt
问题：
Байду номын сангаас
由于在很多情况下，按照上式推求土壤含水量时，会 遭遇到径流资料缺乏的问题。在实际中，常采用前期 影响雨量Pa来代替土壤含水量
（1）蒸发量计算
（2）前期影响雨量计算
• 同时，若植被良好，则还有相当部分雨水停滞于植物截 留。这种分布于表土和植物截留、填洼的水分，其蒸发 接近于蒸发能力，不能和原土壤中的水分一并计算。
• 于是，有必要将一层计算模式改为两层计算模式。
两层蒸发模型
基本假定：土壤含水容量WM分为上层WUM和下层WLM， 上层按流域蒸发能力蒸发，下层蒸发量与下层土壤含水量 成正比。蒸发先消耗上层土壤含水量再消耗下层，降雨先 补充上层再补充下层。
第2章 流域产流 2.1 水量平衡方程
水量平衡原理是水文学的基本原理。水量平衡法是分 析水文现象，建立水文要素之间定性或定量关系，了解其 时空变化规律等的主要方法之一。
•
根据水量平衡原理，可列出水量平衡方程。对某一区
域，有
•
I-O=△S
• 式中I、O——给定时段内输入、输出该区域的总水量；
• △S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。
降雨径流过程
降雨
流域产流
流域汇流
出流过程
流域产流是从降雨发生开始，到净雨出现的 阶段。
流域汇流是从净雨出现开始，到流域出口断 面流量过程形成的阶段。
一、产流计算的作用 1、小流域洪水预报。 2、区间降雨径流预报。 3、水文流域模型计算的需要。 4、水库防洪和兴利计算的需要。
第二节 产流机制分析
• 流域水量平衡方程
P – R – E = ΔW
• 无雨期土壤含水量消耗
Wt+1 = Wt－Et
• 一次降水的产流量
Rt = Pt － Et +Wt－Wt+1
第2章 流域产流
流域从降雨开始流域从降雨开始，到流域出口断面 流量过程的形成，是降雨形成径流的一个完整、不可 分割的物理过程。但为了分析、计算方便，人为地将 这个过程分为流域产流、流域汇流两个阶段。
3、产流机制分析的主要内容 影响产流过程的主要因素：气候、下垫面等。
✓气候 climate
降水、蒸发、气温、湿度、风速风向等。
✓下垫面 underlaying surface
地形、地质、土壤、植被等。
产流机制分析
三、气候、地理和下垫面特征分析
气候对产流影响较大。 气候干燥时，蒸发量大、土壤易缺水，容易出现超渗产
一、产流机制分析 1、产流机制 runoff yield mechanism 产流机制指流域产流的物理过程。 为分析和计算的需要，将流域产流过程概化为蓄满 产流、超渗产流两种最基本的产流模式。 2、产流机制的分析 根据流域产流所表现出来的特点（结果）以及影响产 流过程的因素（原因），分析一个具体流域所属的产流 模式。
流域蒸发量的计算
• 流域蒸发量决定了无雨期流域蓄水量的消耗量， 也影响降雨期的产流量。
• 流域蒸发量很难直接由观测资料确定，常通过数 学模型计算获得。
三、流域蒸发量推求 流域蒸发量计算方法有两类：水量平衡法；模式计
算法。 （一）水量平衡法
根据降水、径流、流域蓄水量变化等资料估算总蒸 发量。
在资料充分而可靠的条件下，推求多年平均总蒸发 量，精度较高。但随着计算时段的缩短，运用这种方法 ，要正确给定时段始末的流域蓄水量是有困难的。
流域蒸发
一般情况下，流域内水面占的比重不大，所以土壤蒸发是流域 蒸散发决定性部分。
• 流域水量平衡方程
P – R – E = ΔW
• 无雨期土壤含水量消耗
Wt+1 = Wt－Et
• 一次降水的产流量
Rt = Pt － Et +Wt－Wt+1
流域蒸发 一、蒸发的影响因素
1、影响水面蒸发的因素 主要是气象因素，如水汽压差、风速、气温等 。
（二）模式计算法 根据土壤含水量的垂直分布，流域蒸发量的计算方法
可根据情况选用一层、二层、三层模式。
土壤蒸发过程
土壤蒸发随土壤含水率θ的变化关系
E/EP =α·θ
E/EP = 1.0
E/EP = C
土壤含水量是表示包气带土壤湿润程度的物理量，土 壤保持水分的最大量称为田间持水量。
田间持水量与凋萎含水量的差值称流域蓄水容量（Wm ）。
影响土壤蒸发的因素
✓土壤结构
团粒结构的土壤，蒸发量小；非团粒结构的土壤，蒸发 量大。
✓土壤色泽
土壤色泽改变土壤表面反射率，从而影响蒸发。土壤 颜色愈深，蒸发量愈大。棕色土壤的蒸发量比白色的大 19％，黑色土壤的蒸发量比白色的大32％。
影响土壤蒸发的因素
✓土壤表面特征
土壤表面特征影响风的紊动作用。粗糙地面的蒸发量比 平滑地面的大。
6 12 18 0
t 6 12 h
地面径流为主
地面、地下径流兼有
两种典型的流量过程线
要正确识别一个流域某场降水的产流模式，通常需要 进行综合性分析。
多年平均降雨量 多年平均径流系数 流量过程的对称性 降雨对产流的影响 影响产流的因素 表层土质结构 缺水量 地下径流
蓄满产流 >1000mm >0.4 大 小 初始土湿、降水量 疏松、不易超渗 小、易蓄满 比例大
•
PE
• 例题：某水库1993年测得其入库年平均流量为 110m3/S，出库年平均流量为120 m3/S，区间 来水年平均流量为20 m3/S，总灌溉引水量为 108 m3，库区水面平均面积为100km2,测得年 降水量为1100mm，年水面蒸发量为1200mm；
（1）写出水库的水量平衡方程式；
（2）当年水库的蓄水量是增加还是减少？试求 出水库蓄量的变化量。
土壤含水量与前期降雨有密切关系，可以用参数 前期影响
雨量（Pa ）来反映。
一层蒸发模型
假定：流域蒸发量与土壤含水量成正比
E EP W WM
E EPW /WM
流域蓄水容量(WM): 选取久旱无雨后一次降雨量较大
且全流域产流的雨洪资料计算
【例】 某流域WM=100mm，试用一层模型计算表中各天的 蒸发量。
含水量W
【例】 某流域WUM=20mm， WLM=80mm，试用两层模型计 算表中各天的蒸发量。
日期 P
两层模型蒸发计算
（单位:mm）
EP WU WL EU EL E
08-10
8.0
10.0 0 1.0 1.0
08-11 0.5 6.5 0
9 0.5 0.7 1.2
08-12 1.0 5.0 0 8.3 1.0 0.4 1.4
（2）选择流域长时间干旱期作为起始日，相应的土壤含水 量为0或者较小值
（3）提前较长时间，eg：15-30天，假定一个土壤含水量 （如0.5Wm）作为初值，经过演算，误差会减小到允许 的程度
在实际工作中，Wm 可看作流域十分干旱情况
下降雨产流过程的最大损失量。