水文水资源基础PPT(共138页).ppt

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1,第一讲水文水资源基础,2,主要内容一、水文循环与水量平衡二、降雨、蒸发三、入渗、土壤水、地下水四、河川径流,3,一、水文循环及水量平衡,水文学：

研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。

与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。

4,1.1水文循环：

（1）地球上水的存在形式：

汽态、液态、固态

（2）存在位置：

空气中、地表、地下、生物体内,5,水文循环的概念：

地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。

水分这种往返循环、不断转移交替的现象称为水文循环或水循环。

6,水循环示意图,7,水循环的外因：

太阳辐射能和地球引力的存在,水循环的内因：

水物理三态（气、液、固）之间的相互转化,8,自然界水循环据其规模及涉及的地域可分为：

大循环/小循环,降水,蒸发返回大气,地面径流,海洋蒸发,降水,气流输运,汇入河川,9,水文循环的意义：

直接影响气候变化：

改变地表形态：

造成再生资源：

负面影响：

干旱，洪涝灾害,10,

（2）河流流域的水量平衡,河流流域的定义：

河流某断面以上，汇集地表水和地下水的区域（称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上的流域。

由分水线包围的集水区域。

11,非闭合流域/闭合流域：

非闭合流域：

若地面分水线与地下分水线在位置上不完全重合，即地面和地下集水区不相重合常称这种流域为非闭合流域。

闭合流域：

若流域的地面水和地下水分水线在位置上重合，即地面和地下集水区相重合，则称这种流域为闭合流域。

12,二、降水与蒸发,2.1降水：

是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。

降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。

13,

（1）降水的各种形态：

雨,从云中降落下来的液态水滴,其直径一般为0.56毫米。

小雨滴呈球形，直径在1毫米以上的雨滴呈扁球形，雨滴越大，形状越扁平。

雪,由较大的冰晶（即雪晶）组成。

雪晶一般大于0.3毫米，其基本形状为六角形。

14,霰又称雪珠或软雹，是白色不透明的圆锥形或球形的颗粒状固态降水。

直径约25毫米，下降时常呈阵性，触及硬地时常反跳。

它是由各自冻结的小云滴组合在一起而成的，密度小而松脆易碎。

雹又称冰雹或雹块，从对流云中产生的球状、锥状、椭球状或形状不规则的坚硬固态降水，直径约250毫米。

15,

（2）降水的成因：

大气中存在水分，即水汽；降温，降至露点温度以下，或空气冷却大气中存在吸水性的微粒（凝结核）露点：

空气中水汽达到饱和时的温度。

当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必要条件。

大气凝结核：

指飘浮在大气中的尘粒，其直径约10-310m。

大气凝结核由固态物质、溶液滴或两者的混合物组成，其化学成分很复杂，最常见的是氯、氮、碳、镁、钠、钙等化合物。

16,（3）降雨的分类及其特性,按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种类型：

对流雨地形雨锋面雨气旋雨,17,1）对流雨：

对流雨（亦称对流性降水）发生的条件：

地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云浓积云积雨云），形成降雨。

18,对流雨发生的特点：

对流雨是在大气不稳定的条件下产生的，多发生在夏季酷热的午后；,其水平尺度很小（0.150公里），降雨历时较短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。

降水强度的变化很大。

对流性降水常伴有雷暴（伴有闪电和雷声），称为雷阵雨。

19,2）地形雨,暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。

地形雨发生的条件：

20,因气流（空气）的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而不同。

地形作用一般使山的迎风面的降水量大，而背风面降水量减少。

地形雨的特点：

21,3）锋面雨:

由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。

气团：

物理属性（物理属性主要是温度、湿度、大气静力稳定度等物理量）在水平方向差异很小的空气质点群体。

其水平范围可达几百万平方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。

22,气团的分类：

按气团的热力性质不同,可划分为：

冷气团（比其所经下垫面冷）和暖气团（比其所经下垫面暖）;按湿度特征的差异可分为：

干气团和湿气团；,23,按其静力稳定度的区别可分为稳定气团和不稳定气团；按气团的发源地的不同常分为极地气团和热带气团两大类，再按发源地带的海陆差别，这些气团还可划分为一些亚类。

24,在北半球的主要气团有：

北冰洋气团：

形成于北极的北冰洋，空气极寒且干燥。

极地气团：

形成于除北极的北冰洋以外的中、高纬度地区，比较寒冷，其中形成于大陆上的有极地大陆气团、西伯利亚气团；形成于海洋上的有极地海洋气团。

25,赤道气团：

形成于赤道海洋上，既热又很潮湿，有时难以将它和热带海洋气团相区别。

热带气团：

形成于热带、副热带的暖气团。

其中形成于大陆上的，称为热带大陆气团；形成于海洋上的称为热带海洋气团。

26,锋面：

温度或密度差异很大的两个气团相遇，接触区形成一过渡带，简称锋面。

锋面是倾斜的，坡度很小，一般约为1/100，冷气团在下，暖气团在上。

锋面的铅直厚度约1公里，水平宽度在近地面约数十公里，其高度可达400公里以上（延伸到对流层顶），锋的水平范围可延伸数百公里甚至数千公里。

27,锋线：

锋面与地面交线称为地面锋线，也简称为锋。

28,暖锋雨,暖锋：

冷暖气团相遇时，暖气团较强起主导作用，暖气团推动锋面向冷气团一侧移动。

暖锋雨示意图,水文气象学将锋面二侧冷暖气团移动方向的不同，所形成的锋面雨分成以下几种类型：

29,暖锋雨的特点：

雨区位于锋线前方；降雨强度较小（锋面坡度小，介于1/1001/300，暖湿气团上升缓慢）；云和降雨区面积较大。

30,冷锋雨:

冷暖气团相遇时，冷气团较强起主导作用，冷气团推动锋面向暖气团一侧移动。

根据冷锋推移速度的不同，又分为慢行冷锋和急行冷锋两种：

31,缓行冷锋：

云和雨区分布及降雨强度与暖锋雨相仿；雨区位于锋线后方。

缓行冷锋雨特点：

冷锋运移速度较慢,缓行冷锋雨示意图,32,急行冷锋：

冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升运动，锋面坡度较陡，介于1/401/80（41820）。

降雨在锋线附近，降雨强度大历时短、雨区窄,急行冷锋雨特点：

急行冷锋雨示意图,33,准静止锋:

当冷暖锋面势均力敌，则锋面在一定地区来回摆动，称为准静止锋。

或指移动很缓慢呈准静止状态的锋。

准静止锋雨示意图,34,准静止锋雨的特点：

降雨持续时间较长,降雨强度比较小,雨区比暖锋雨更广,如江淮一带6、7月的常出现的阴雨天气即为典型的准静止锋雨。

35,锢囚锋：

当有三种冷暖性质不同的气团（如暖气团、较冷气团、更冷气团）相遇时，便会产生两个锋面，此两锋面相遇并逐渐合并起来，原来暖气团被迫抬离地面，锢囚在高空，这样形成的锋称作锢囚锋。

36,4）气旋雨,气旋：

北（南）半球，由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋转的大型涡旋。

在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。

小气旋水平尺度为几百公里，大的可达三四千公里，气旋中，天气常发生剧烈的变化，是人们最关心和最早研究的天气系统。

37,气旋区气流运动特点：

在低气压中心区，气流从四周向中心辐合，垂直方向上运动是上升的，即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结降水现象。

可出现大范围降雨和大风的天气现象，称为气旋雨,38,气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气旋和温带气旋,热带气旋,发生在热带海洋上强烈的气旋性涡旋，即所谓的台风。

风的水平尺度约几百公里至上千公里，铅直尺度可从地面直达平流层低层，是一种深厚的天气系统。

台风中心气压很低，一般在990870百帕（1hpa=1dyn/cm2）之间，中心附近地面最大风速一般为3050米/秒，有时可超过80米/秒。

39,98长江流域大洪水起因：

与发生在1997.51998.5上世纪最强的厄尔尼诺现象有关;,冷暖空气频繁交绥于长江流域，造成二度梅雨（6.117.3和7.1631）,1998年长江流域降雨天气图,40,热带气旋的危害：

强风引起的巨大海浪，可对海洋船舶造成很大破坏；当台风移近海岸时，狂风可引起大范围巨大的海潮（风暴潮）。

台风中心经过的地区常有大暴雨或特大暴雨，日雨量可高达1000毫米以上，造成大范围洪涝。

它是重要天气系统之一，一些河流特大洪水均与热带气旋有关。

1983年9月6日第9号台风的彩色增强显示卫星云图,41,按热带气旋地面中心附近风速大小，可分为：

（按中国气象部门规定分类）,42,温带气旋雨（锋面气旋）,锋面气旋是由锋面的波动产生的，多发生于温带的极地气团和热带气团的交界面之上，这种波动也称气旋波。

温带地区的降水大部分同锋面气旋有关，气旋活动的频次、强弱对人类最密集的温带地区的经济和社会活动有重要的影响，因此它是最受重视的天气系统之一。

43,温带气旋的特点：

温带气旋主要出现在中、高纬度地区。

温带气旋范围大，风区长，在海上形成大风、降水和雷暴等危险天气和巨浪，在冬季有时也能引导冷空气南下，形成寒潮天气。

44,影响中国近海的温带气旋（主要发生在两个地区）：

从中国长江中下游到日本南部海上，命名为江淮气旋和东海气旋,从蒙古中部到中国东北的大兴安岭东侧，命名为蒙古气旋和黄河气旋,45,（4）降雨的观测按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种：

1）暴雨（50mm/24h）,暴雨：

50100大暴雨：

100200特大暴雨：

200,2）大雨：

2550mm/24h3）中雨：

1025mm/24h4）小雨：

10mm/24h,46,20cm雨量器现场图,1、雨量器,承雨器；漏斗；储水瓶；雨量杯,观测降雨量的常用仪器有：

雨量器自记雨量计,47,2、自记雨量计：

虹吸式/翻斗式,虹吸式自计雨量计图,虹吸式自计雨量计构造图,48,（5）降雨的特性分析,由于雨量观测站观测到的降雨量仅代表其周围小范围内的降水量，故称为点降水量。

点降水量：

49,点降雨特性可用以下几个特征值描述:

降雨量为一定时段内降落到地面上的总雨量（mm）,降雨历时一次降雨所经历的时间（天或小时）；,降雨强度为单位时间内的降雨量（mm/min或mm/h）；,50,降雨面积指降雨笼罩的水平面上的面积，其反映雨区的大小；,降雨中心指降雨面积上降雨量最为集中且范围较小的局部地（区）点。

51,降雨量在时间上的变化特性的图形表示：

降雨量过程线：

降雨量过程线/降雨强度过程线,52,累积降雨过程线,53,降水强度-历时曲线：

说明：

根据一场降雨的降雨强度过程线，统计其不同历时内最大平均降雨强度，以其为纵坐标，以历时为横坐标，由大至小绘成的变化曲线。

它的变化规律是雨强与历时长短成反比。

54,流域降雨量的计算,面平均降水量,实际生产上水文工作多以流域作为研究对象，面降雨量多指流域平均雨量，通常称为面平均雨量。

一般由已知的各点雨量来推求面雨量。

55,（6）中国降雨特性,我国多年平均年降水量：

648mm全球陆面平均降水量：

800mm亚洲：

740mm,56,按年降水量多少划分为五个降水量带：

57,2.55204080120160200300（cm）,十分湿润带1600-2000,湿润带,半湿润带,半干旱带,干旱带200,200-400,400-800,800-1200,1200-1600,58,降水量的年内变化,全年降水主要在夏半年，由于季风的进退影响，导致雨季的迟早及历时的长短在地区上有所不同。

长江以南：

雨季在36月或47月,华北与东北地区：

雨季为69月（大部分集中在7、8两个月）,西南地区：

雨季在510月（114月为旱季）,新疆西部地区：

终年降水量不大，但四季较均匀,59,中国降水量的多年变化特点,我国年降水量年际变化很大，且有连续多年雨量偏多