研究生入学考试试题水文学复习整理.docx

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研究生入学考试试题水文学复习整理

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绪论

一、水文学定义：

研究地球表面水体的形成、演化、分布和运动规律，及其与自然环境和人类社会的关系以及相互关系的学科

二、研究对象：

广义上：

地球表面的所有水体

狭义上：

地球上的淡水资源，即陆地表面的各种水体和地下水

三、水文学的分支学科

1、按应用范围分：

工程水文学、农业水文学、城市水文学、环境水文学、生态水文学

2、按研究方法分：

水文统计法、随机水文法、地理水文学、实验水文学、同位素水文学

3、按研究内容分：

区域水文学（特殊地区的水文规律：

流域、河口、山地、平原、黄土等）

部门水文学（水循环的各个环节：

蒸发、降水、径流等）、

应用水文学（工程水文、城市水文、森林水文等）

4、按研究目的和方法分：

水文测验，水文预报，水文与水利计算

5、按研究水体：

大气水文学，地表水文学（海洋、陆地水文学），地下水文学

陆地水文学包括河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学，河口水文学

三、水文现象的基本特点

1、成因上的自然性和认为性

2、时程上的周期性和偶然性

3、地域上的相似性和差异性

4、运动的同在性和独立性

四、水文学的研究方法

1、成因分析法（以水文观测和实验数据资料为基础）

2、数理统计法

3、地理综合法（多用于无资料区）

五、研究方向：

地理方向、物理方向、工程方向

第一章地球上的水循环与水量平衡

一、水资源的概念：

广义：

指世界上的一切水体，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、土壤水、地下水以及大气中的水分

狭义：

指在一定时期内，能被人类直接或间接开发利用的那部分动态水体。

主要包括河流、湖泊、地下水和土壤水等淡水资源

二、我国主要的水资源问题：

1、总量多，人均少

2、水资源分布不均（空间和时间）

3、水环境污染严重

4、水资源利用率低，浪费严重

5、生态环境问题

三、水循环的定义与类型

㈠水循环的定义

是指地球上各种形态的水，在太阳的辐射、地球引力等的作用下，通过水分蒸发、水汽输送、凝结降落、水分下渗、地表和地下径流五个环节，不断发生的周而复始的运动过程

㈡水循环过程：

在太阳辐射的作用下，各种形态的水不断地从水面、陆面、植物表面蒸发，化为水汽升至空中，被气流输送到其他地区或停留在原地上空，在适当的条件下凝结成云，在重力作用下形成降水，落至地面，部分形成地表径流，部分下渗形成地下径流，部分蒸发重新回到空中，各种径流最终汇入海洋，从而形成一个完整的循环过程，开始下一个新的循环过程

（三）水循环的类型（大循环，小循环）

1、大循环：

又称外循环、全球水分循环，是指发生于海洋和陆地之间的水循环

基本特点：

海、陆之间有着水分的交换，水循环的四个环节齐全，构成一个完整的循环圈

2、小循环：

又称内循环，局部水分循环，是指发生于海洋内部或陆地内部的水循环

基本特点：

海陆之间无水分交换，水分交换仅发生在海洋或陆地内部；水循环的五个环节不一定齐全，水分的垂向运动和水平运动可同时存在，也可缺少水平运动

小循环分为海洋小循环和陆地小循环，陆地小循环包括内流区小循环和外流区小循环

1、海洋小循环：

海洋水分只与天空垂向交换，即降水和蒸发

2、陆地小循环：

①内流区小循环：

在内流区，仅有地表和空中之间的纵向水分交换，即降雨和蒸发

②外流区小循环：

在外流区，既有地表和空中之间的纵向水分交换（降雨和蒸发），还有多余的水分以径流的形式流入海洋，必然有等量的水分以水汽输送的形式移向外流区（横向交换）

（四）水循环内因：

水在常温下可进行气、液、固态之间的转化，不发生化学反应

水循环外因：

太阳辐射和地球引力（重力）

（五）水循环的作用和意义

1、影响气候状况

2、形成江河、湖泊、沼泽等水体及各种地貌

3、形成巨大的水资源

4、形成一切水文现象

四、水量平衡的概念

是指任意区域在任意时段内，其收入水量与支出水量的差额，必然等于需水量额变化量

五、水量平衡方程

掌握水量平衡方程、海洋、陆地以及全球多年平均水量平衡方程的推导

六、通用水量平衡方程

三、全球水量平衡方程

第二章水循环的基本环节

植物蒸发

陆面蒸发

一、蒸发分类（根据蒸发面不同）土壤蒸发

流域蒸散发

水面蒸发

二、水面蒸发的确定

（1）器测法：

应用仪器直接测量蒸发量。

英国哈雷于1687年首先应用蒸发器，测定水面蒸发

（2）

理论模型法：

根据水面蒸发的物理机制建立理论公式进行计

分析计算算法

（3）经验公式：

根据现有的资料，利用数理统计方法建立经验公式

（2）理论模型法①热量平衡法（基于能量守恒）

掌握每种方法考虑的因素和缺点，公式不需要掌握

②水汽输送动力学法（基于扩散理论）

③综合法或混合法（彭曼公式）

④水量平衡法

（3）经验公式法（道尔顿定律）

三、水面蒸发的影响因素

1、气象因素：

太阳辐射、水面温度、湿度、风速、气压、饱和水汽压差

（1）太阳辐射

太阳辐射是水分汽化的主要能量条件，太阳辐射越强烈，蒸发量越大。

一般，干旱地区蒸发大于湿润地区。

（2）水面温度

水温升高，水分子运动加快，因而易于逸出水面而跃入空气中。

蒸发量随水温的增加而增加。

（3）饱和水汽压差

饱和水汽压差：

水面温度的饱和水汽压（e0s）与水面以上z高度处实际水汽压（ez）之差。

（4）湿度

相同温度下，空气湿度小（饱和水汽压差大）时蒸发量大。

（5）气压

气压会抑制水分子逸出水面，蒸发量随气压的增高而降低；同时，气压高，空气湿度就会降低，又有利于水面蒸发。

（6）气温

气温高有利于蒸发，一般蒸发量随气温呈指数变化。

（7）风速

风能加强对流扩散作用，带走水面上空的水汽，有利于增加水面水分子的逸出量。

一般来说，风速越大，水面蒸发就越大（图2-2）。

2、水体因素：

水面大小和形状、水深、水质

（1）水质

当水中溶解有化学物质时，水面蒸发量一般会减少。

如，含有盐类的水溶液常常在水面上形成一层薄膜，起着抑制蒸发的作用；深色水体蒸发大于浅色水体。

（2）水深

对于浅水，气温对蒸发的影响显著。

夏季气温高，蒸发量大，冬季则相反；对于深水，深水水体储藏热能较多，对水温起到一定的调节作用，故蒸发量在时间上变化比浅水缓慢。

（3）水面的大小和形状

水面面积大，其上空水汽不易很快被风吹散，不利于蒸发；水面形状通过风向影响蒸发。

风向与水面延伸方向垂直，蒸发大；与水面延伸方向平行，蒸发小。

五、土壤蒸发

1、土壤蒸发过程

土壤蒸发大体可分为3个阶段:

第Ⅰ阶段——定常蒸发率阶段：

土壤含水量大于田间持水量，土壤中的水分通过毛管作用源源不断供给蒸发，土壤蒸发量处于稳定阶段，蒸发量的大小接近相同气象条件下的水面蒸发量，主要受气象条件影响。

第Ⅱ阶段——蒸发率下降阶段：

当低于田间持水量时，毛管的连续状态受到破坏，通过毛管上升到土壤表面的水分逐渐减少，蒸发量也减少，直至毛管断裂含水量。

蒸发主要受土壤含水量影响。

第Ⅲ阶段——蒸发率微弱阶段：

随着蒸发的进一步进行，土壤含水量更低，当低于毛管断裂含水量时，上升的毛管水达不到地表，土壤表面形成干化的硬壳。

这一阶段，蒸发在较深的土层中进行，蒸发以水汽分子扩散的形式为主，蒸发率极低。

补充定义：

土壤含水量：

质量含水量、体积含水量

毛管悬着水：

当地面获得降雨或灌溉后，凭借毛管作用而保持在靠近地面的土壤中的水分称为毛管悬着水

土壤田间持水量：

土壤中毛管悬着水达到最到大时的土壤含水量叫土壤田间持水量。

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量称为毛管断裂含水量。

2、影响土壤蒸发的因素

气象因素：

太阳辐射、气温、湿度、风、气压等

水的状况：

土壤含水率、地下水位

土壤的状况：

土壤孔隙性、土壤颜色、土壤温度梯度

六、植物散发（蒸腾）过程（简单了解即可）

1、过程：

植物的根系从土壤中吸收水后，经由根、茎和叶脉输送到叶面，并为叶肉细胞所吸收，其中除一小部分留在植物体内外，90％以上的水分通过叶片的气孔汽化而向大气散逸。

3、植物散发量确定

单点实测法：

器测法、坑测法、棵枝称重法

分析计算法：

水量平衡法、林冠散发模型法

七、降水的基本要素

1、降水量：

是指一定时段内降落在某一面积的总水量，通常用降水深度表示，以毫米计

2、降水历时：

指一次降水过程自始至终所经历的时间，以分、小时、日、月、年计

3、降水强度：

指单位时间内的降水量

4、降水面积：

即降水所笼罩的面积

八、降水的分类：

按降水的强度（单位时间降雨量）分类

分类24小时降水量

小雨＜10mm

中雨10-24.9mm

大雨25-49.9mm

暴雨＞50mm

大暴雨100-200mm

特大暴雨＞200mm

九、降水特征的表示方法

水文学中，常用一些直方图或曲线来反映降雨在空间、时间上的分布和变化特征

降水量过程线

降雨强度过程线

降水累积曲线

等雨量线

降水特征综合曲线

1、降水过程线：

以时段降水量为纵坐标，时段顺序为横坐标绘制而成的柱状图或曲线即为降水过程线，一般以直方图来表示

2、雨强过程线：

以时间为横坐标，降雨强度为纵坐标绘制成的直方图

3、降水累计曲线：

以时间为横坐标，以降水开始至各个时刻的累计降水量为纵坐标绘制成的曲线

十、降水量的确定

1、点降水量的确定

雨量器、雨量计；雷达探测；气象卫星云图

2、区域降水量的计算方法及各自优缺点（看自己的作业）

①算术多边形法

计算方法：

以区域内各雨量站同时段降水量的平均算术值，作为该区的平均降水量

优点：

简单易行，适用于流域内地形起伏不大，雨量站稠密且分布均匀的地区

适用条件：

区域流域面积不大，地形起伏较小，降水分布均匀，测站较多且分布均匀，常采用算术平均法

②泰森多边形法

计算步骤：

A将相邻雨量站用直线连接成三角形

B三角形各边做垂直平分线，交于三角形的重心，这样就形成了以各测站为中心的多边形

C假设每个测站的控制面积为该多边形的面积

缺点：

把各雨量站所控制的面积在不同降雨过程中都视为固定不变

适用条件：

流域内雨量站分布不均匀，且有的站偏于一角

③等雨量线法

计算方法：

A绘制等雨量线

B量得相邻等雨量线的面积ai，除以区域总面积A，得到权重系数

C相邻等雨量线间的平均雨深乘以相应的权重系数，即得权雨量

D权雨量相加，即得区域平均降水量

优点：

考虑了地形变化对降水的影响，精度较高

缺点：

对雨量站的数量和代表性有较高的要求，在实际应用上受到一定限制

使用条件：

适用于地形变化大，区域内有足够的测站，能够根据降水资料结合地形变化绘出等雨量线

④客观运行法（网格点法）

计算方法：

将流域分割成许多网格，这样就形成了许多格点，对每个格点采用邻近气象站的雨量资料确定其降水量值，取所有格点降水量的算术平均值，即为该流域的平均降水量

十一、降水的影响因素（简单了解）

地理位置、地形、气旋和台风路径、森林、水体、人类活动

十二、土壤水

1、包气带：

指地面与地下潜水面之间的土层，是包含有空气、水、土三相系统。

包气带中的水称为土壤水。

2、饱水带（饱和带）：

指地下潜水面下边的土层，土粒间的孔隙完全被水充满，故称饱水带。

饱水带中的水称为地下水。

十三、土壤水分的存在形式

土壤水按受不同作用力（分子力、毛管力和重力）作用的情况，可分为以下4种形式：

1、吸湿水：

被干燥土粒表面分子引力强烈吸附的水，其不能流动，也不能为植物利用。

2、薄膜水：

被土壤颗粒表面吸附的水在颗粒外形成的水膜，这部分水可从薄膜厚的地方缓慢地流到薄膜较薄的地方。

3、毛管水：

孔隙中被毛管所吸收的水分，不能再重力