水文学原理(第四章 降水)

势能作为一种功，等于作用在物体上的力和物体在力 的方向上移动距离的乘积。
Fx
两点之间的势能差可看作力和距离增量的乘积
- F
x
两点之间的势梯度相当于作用力，负号表示作用力方 向指向势能减少的方向。
标准参照状态： 在大气压下，与土壤同温度、具 有固定高度的一个假想纯自由水面的储水池。 土水势分析的关键点： 1）标准参照面的确定 2）正方向的确定
毛细现象：当水与毛管接触时， 由于管壁对水分子的吸附力大于 水分子之间的内聚力，在毛管中 形成凹形的弯月面，使液体表面 变大；因表面张力和收缩的作用， 迫使液面又趋向水平，管内液体 随着上升，以减少面积。这样， 直到表面张力向上的拉引力与毛 管内升高的液柱重量达到平衡时， 管内的液体停止上升，该现象为 毛细现象。
重力势（ψg） 指在其他条件不变的情况下，将单位数量的土壤水分 从某一点移到参考面处对土壤水所做的功。
g mgZ
以单位重量的水为研究对象，则重力势可直接用高 度Z表示。
g Z
压力势（ψp） 饱和土壤中任一深度处的水滴，因受到来自其上的水 压力的作用而具有的势能。
土壤水体积
p Vp 压力差

z
K

z
K( )
4、饱和水流的基本微分方程
当含水率达到饱和时， K K
0
t
代入非饱和土壤水流基本微分方程，变为

x
x

y
y

z
z
K

0
因毛管势为0，总势等于重力势，K为渗透系数，故有
土壤水运动主要指土壤水中液态水的流动。 土壤物理特性在空间各个方向上都相同时称为均质土壤，

1 P F
Pi f i
i 1
n
–条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密， 能结合地形变化绘制等雨量线时。
– 该方法能考虑流域地形的变化绘制等雨量线，比 较好地反映了降雨在流域上的变化，精度较高。 – 但是绘制等雨量线需要较多站点的资料，且每次 都要重绘，工作量大。
12
等雨量线法
当流域内雨量站分布较密时，可根据各雨量站同时 段观测的雨量绘制等雨量线图，然后用等雨量线图 推算流域平均降雨量。
– 流域平均降雨量 – 时~面~深关系曲线
– 点~面关系曲线
9
流域平均降雨量的计算
算术平均法
– 当流域内雨量站分布较均匀、地形起伏不大时， 可根据各站同时段观测的降雨量用算术平均法 推求。 – 公式
P1 P2 ... Pn 1 n P Pi n n i 1
10
平均降雨量的计算
再分配作用的前提
– 包气带中土壤为有孔介质，具有吸收、储存和输 送水分的功能，使得包气带对降雨起着调节和再 分配作用。这种作用与土壤性质、水分带的分布 特性、水分的变换及变化状况有密切关系。
再分配作用表现在两方面
– 包气带地面对降雨的再分配作用 – 包气带土层对下渗水量的再分配作用
– 指流域蓄水量的消退过程线。
用途
– 其一为分割流量过程线；其二为划分不同水源。
特点
– 一般来说某一流域的地下径流退水过程比较稳定。
作法
– 可以通过多次实测洪水过程的退水部分，绘在透明 纸上，然后沿时间轴平移，使它们尾部重合，最后 作光滑的下包线，就是流域地下水退水曲线。
25
退水曲线公式
4
径流形成的定性分析
5
分析内容

第四章
降 水(Precipitation)
Contents
降水要素及其时空变化表示方法
(Precipitation elements & Temporal and spatial variation)
H H U
降雨类型及其影响因素
(Types of rainfall and Affecting factors)
Δp(t ) i (t ) = Δt
p (t ) = ∑ i (t )Δt = ∑ Δp(t )
1
三、降雨时间变化的表示
H H U
3、时段降雨量柱状图(Rainfall histogram/Rainfall bar graph)
时段降雨量与相应时段之间的关系图称为时段降雨量柱状 图。
时间 13:40 14:40 15:40 16:40 17:40 18:40 19:40 1h时段雨量 (mm) 0 50.0 27.0 1.1 1.7 0.9 0
Example: 梅雨
对流作用 强度大，历时短，笼 罩面积不大 形成局部洪水
冷暖气团交绥
冷暖气团交绥 历时较长、强度变化 剧烈，平均强度较大 大范围洪涝灾害
范围大
形成内涝
三、影响降雨的因素(Affecting factors)
1. 地理位置的影响(Geographical locations)
H H U
120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0
降水量(mm)
累积降水量过程线
12 13 14 15 16 17 18 19 时间
三、降雨时间变化的表示
2、降雨强度过程线(Rainfall Intensity Process)

⽔⽂学原理第⼀章1. ⽔⽂循环现象：⽔在太阳能和⼤⽓运动的驱动下，不断地从⽔⾯、陆⾯和植物的茎叶⾯，通过蒸发或散发，以⽔汽的形式进⼊⼤⽓圈。

在适当的条件下，⼤⽓圈中的⽔汽可以凝结成⽔滴，⼩⽔滴合并成⼤⽔滴，当凝结的⽔滴⼤到能克服空⽓阻⼒时，就在地球引⼒的作⽤下，以降⽔的形式降落到地球表⾯。

我们把⽔的这种既⽆明确的“开端”，也⽆明确的“终了”的永⽆休⽌的循环运动过程称为⽔⽂循环。

2发⽣原因：内因：⽔在常温下能实现“三态”转化；外因：太阳辐射地⼼引⼒3影响⽔⽂循环的因素：⽓象因素:风向、温度、湿度等；⾃然地理条件：地形、地质、⼟壤、湿度等；⼈类活动：农业措施、⽔利措施等；地理位置4.科学意义：1.形成各种地貌，塑造地球表⾯；2众多物质循环中最重要的物质循环，地球上⽣命⽣⽣不息，能千秋万代延续下去；3.形成⼀切⽔⽂现象，调节⽓候；4提供巨⼤的⽔利资源，⽔资源和⽔能资源具有再⽣性。

第⼆章1.⽔量平衡原理：针对⼀定长度的时间段，针对某⼀空间尺度2全球⽔量平衡（陆地、海洋）3. 流域⽔量平衡4. ⽔⼟植被系统的⽔量平衡⽅程式第三章1. 流域⼭峰、⼭脊、鞍部的连接线称分⽔线流域: 地⾯分⽔线包围的区域地⾯分⽔线与地下分⽔线重合的流域称为闭合流域；地⾯分⽔线与地下分⽔线不重合的流域称为⾮闭合流域。

2.⽔系流域中⼤⼤⼩⼩河道交汇形成的树枝状或⽹状结构称为⽔系3.坡地: 流域中除⽔系以外的部分称为坡地4 Strahler分级(1)直接发源于河源的⼩河流为⼀级河流；(2)两条同级别的河流汇合⽽成的河流级别⽐原来⾼⼀级（ω*ω= ω+1 ）；(3)两条不同级别的河流汇合⽽成的河流的级别为两条河流中的较⾼（ω*n=n,n>ω）;(4)整个河⽹中所有河流的级别的最⼤值取为整个河⽹的级别，也称流域级别。

5霍顿三⼤定律河数定律何长定律⽐降定律6.地形地貌与洪⽔关系第四章1降⾬(⽔)基本要素降⾬量（深）：指⼀定时段内降落在某⼀点或某⼀⾯积上的总⾬量，⽤深度表⽰，以mm计。