第二章--水循环及径流形成
工程水文学复习整理
工程水文学期末复习整理第一章 绪论1、水文现象的基本规律：周期性、随机性、地区性。
2、工程水文学的研究方法：成因分析法、数理统计法和地理综合法。
第二章 水循环与径流形成1、海洋向内陆输送水汽，内陆向海洋注入径流。
水量平衡方程： S O I ∆=-式中O I 、——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量，可正可负。
2、若河床切割较深，地面分水线与地下分水线相重合，这样的流域成为闭合流域。
由于地质构造原因，地面分水线与地下分水线并不完全一致，这种流域称为非闭合流域。
3、凋萎含水量（凋萎系数），植物根系无法从土壤中吸取水分，开始凋萎，此时土壤含水量称为凋萎含水量。
4、田间持水量，指土壤中能保持的最大毛管悬着水时的土壤含水量。
当土壤含水量超过这一限度时，多余的水分不能被土壤所保持，以自由重力水的形式向下渗透。
5、当土壤孔隙被下渗水充满，下渗趋于稳定，此时的下渗率称为稳定下渗率。
6、降雨损失包括：植物截留、填洼、入渗和蒸发。
7、径流的表示方法和度量单位（1）流量Q ，是指单位时间内通过河流某一断面的水量，单位为s m /3。
（2）径流总量W ，是指时段T 内通过某一断面的总水量，常用单位为3m ，万3m ，亿3m ，有时也用其时段平均流量与时段的乘积表示。
其单位为M s m ·)/(3或d s m ·)/(3。
（3）径流深R ，是指将径流总量平铺在整个流域面积上所得水层深度，单位为mm 。
FT Q F W R 10001000== （4）径流模数M ，是流域出口断面流量与流域面积F 的比值，单位为)·/(2km s L 。
FQ M 1000= （5）径流系数α，是指某一时段的径流深度R 与相应降雨深度P 的比值。
即P R /=α 因P R <，故1<α。
第三章 水文资料的观测、收集与处理1、日平均水位的计算将当日h 24~0内水位过程线所包围的面积，除以一日时间。
工程水文学 第一章
水文气象学
按圈层分布
地表水文学
地下水文学
按地球表面分布 按理论基础与应用
海洋水文学 陆地水文学
水文学原理 应用水文学
水文学原理研究水文循环、水流 运动及与之相关的溶质输移转化 机制理论。
工程水文学 农业水文学 土壤水文学
森林水文学
城市水文学
二、水文现象
地球上的水只要受太阳辐射和地心引力两种作用而 不停地运动，其表现形式为：降水、蒸发、下渗、径
工程水文学
主要内容
u 第一章 绪论 u 第二章 水文循环与径流的形成 u 第三章 水文信息采集与处理 u 第四章 流域产汇流计算 u 第五章 水文预报 u 第六章 水文统计 u 第七章 设计年径流 u 第八章 由流量资料推求设计洪水 u 第九章由暴雨资料推求设计洪水 u 第十章 可能最大降水/可能最大洪水 u 第十一章 河流泥沙分析计算
第一章 绪论
第一节 水文学 第二节 工程水文学的研究方法 第三节 水文学的发展
第一节 水文学
水，以其善下而润万物，以其三态之变 而求创新，以其生态而绵延，以其汇聚而 纳团结。
故，上善若水！
第一节 水文学
水文学（hydrology）是地球物理学和自然物理学的
分支学科。研究地球上水的性质、分布、循环、运动变 化规律及其与地球环境，人类社会之间相互关，在重力作用下沿着一定方向
和路径流动的水流。
祁连山河川径流
第二节 工程水文学的研究方法
工程水文学的主要内容为水文测验、水文分析计算 和水文预报，其中水文预测与水文预报已成为一门独立 的学科，因此水文分析计算是工程水文学的主要内容。
一、工程水文学在工程建设与管理中的作用
与陆地上的水返回大气的唯一途径。
工程水文学课后复习思考题参考答案
工程水文学课后复习思考题及答案第一章绪论1、什么是水资源？怎样理解水资源并非是取之不尽，用之不竭的？水资源是指地球上可供人类利用的淡水。
与煤、石油等矿产资源不同，水资源的数量具有可更新补充的特点，但随着城市和农业的发展，人口和用水量的急剧增长，人类对水资源需求量日益增长，而可利用的水资源是有限的，可更新补充的水资源并非取之不尽、用之不竭的，必须十分重视，珍惜利用。
2、中国的水资源有哪些特点？中国的水资源总量不算少，但人均水量低；地区上分布极不均匀；与耕地、人口分布不相匹配；年内、年际变化大。
3、实施水资源可持续利用发展战略有何意义？在水资源开发利用中，应当使预期得到的社会效益和环境效益，亦即正面效益与因开发利用所导致的不利于环境的副作用，亦即负面效益相平衡，并力求前者稍大于后者以利人类社会的不断完善和进步。
4、水资源与水文学有何关系？水文学是研究地球水圈的存在与运动的科学。
主要研究地球上水的形成、循环、时空分布、化学和物理性质以及水与环境的相互关系，为人类防治水旱灾害、合理开发利用和保护水资源、不断改善人类生存和发展的环境条件提供科学依据。
5、水文分析计算在水利工程建设和管理中的作用是什么？规划设计阶段水文学计算的主要任务是确定工程规模；施工阶段要修建一些临时性建筑，也需要进行水文计算；运用管理阶段，需知道未来一定时期的来水情况，据此编制水量调度方案。
6、水文分析计算经常采用哪些研究方法？根据是什么？成因分析法、数理统计法、地理综合法。
第二章水循环与径流形成1、何谓自然界的水循环？产生水循环的原因是什么？水圈中各种水体通过蒸发、水汽输送、凝结、降水、下渗、地面和地下径流的往复循环过程成为水循环，海陆间的水循环成为大循环，局部的水循环成为小循环。
产生水循环的内因是水在通常环境下气、液、固易于转化；外因是太阳辐射和重力作用。
2、何谓水量平衡原理？水量平衡方程中经常考虑的因素有哪些？根据物质不灭定律可知，在水循环过程中，对于任一区域，在任一时段内，进入的水量与输出的水量之差额必等于其蓄水量的变量，这就是水量平衡原理。
水循环及径流形成
是影响径流变化的重要因素，特别是在干旱地区，蒸 发量较大，对径流形成的影响更为显著。
下渗
是影响地下水补给和地表水形成的重要环节，也是影 响径流变化的重要因素。
03 水循环与径流的关系
水循环对径流的影响
1 2
降水
水循环中的降水环节是径流形成的主要来源，不 同地区、不同季节的降水量直接影响径流量的大 小。
水循环是地球上水圈中水的重要运动 方式，它使得地球表面的水不断得到 更新和循环利用，对地球的气候、生 态系统和人类生活等方面都有重要影 响。
水循环的组成
蒸发
01
指水分从地表、水面和植物叶面等处以水蒸气的形式释放到大
气中的过程。
降水
02
指大气中的水蒸气凝结成云，再以雨、雪、雾等方式降落到地
面的过程。
地形坡度
地形坡度越大，水流下泄的速度越快，径流形成的速度和量也越 大。
地形起伏
地形起伏越大，地表水流的路径越曲折，径流形成的速度和量也越 小。
地形形态
不同的地形形态对地表水流的汇集和散溢能力不同，从而影响径流 形成的速度和量。
土壤因素
01
土壤质地
土壤质地对地表水流的渗透性和保水能力有重要影响，从而影响径流形
蒸发
蒸发是水循环的重要环节，它影响着地表水和地 下水的补给，进而影响径流的形成。
3
土壤水
土壤水通过渗透作用补给地下水，进而影响地表 径流的形成。土壤水状况的变化对径流有重要影 响。
径流对水循环的贡献
输送地表水
径流将地表水输送到河流、湖泊等水体，维持水体 生态平衡。
补充地下水
地表径流通过渗透作用补给地下水，维持地下水位 ，为地下水提供补给。
物质迁移
第二章地球上的水循环
地球上的水分循环 和水量平衡
一、水分循环
（一）水分循环及其成因
地表水、地下水和生物有机体内的水，不断蒸发和蒸 腾，化为水汽，上升至空中，冷却凝结成水滴或冰晶， 在一定的条件下，以降水的形式落到地球表面。降落于 地表的水又重新产生蒸发、凝结、降水和径流等变化。 水的这种不断地蒸发、输送、凝结、降落的往复运动过 程称为水分循环。
水循环
陆地上地表水总量约360000km3，生物水量约2000km3。 陆地上的大气降水与冰雪融水消耗于蒸发、生物吸收和 渗透到地下，另有约36000km3通过径流返回海洋。陆地 上水体的自然更新一次的时间长短不一，河流约需10-20 天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，盐湖和内 海约需10-1000年。
1．大循环
从海洋表面蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，在适 当的条件下，以降水的形式降落到地面后，其中一部分蒸 发到空中，另一部分经过地表和地下径流又流到海洋，这 种海陆之间的水分交换过程，称为大循环，也称海陆间循 环。它是由许多小循环组成的复杂的水分循环过程。
2．小循环
小循环是指水仅在局部地区（海洋或陆地）内完成 的循环过程。小循环可分为海洋小循环和陆地小循环。 海洋小循环就是从海洋表面蒸发的水汽，在空中 凝结，以降水形式降落海洋上的循环过程。
水循环
全球水分循环中各主要贮水库的总水量以及各主要贮水库之间水 分交换通量，在地质历史时期曾发生过重大变化。如白垩纪中晚期 地球表面没有冰盖，没有冰雪的贮水。再如第四纪冰期鼎盛时期，
以距今18000年末次冰期鼎盛时期为例，当时的全球平均气温要比
现代低6-7℃，全球陆上冰体总量要比现代多约50.72×106km3， 世界海洋水位要比现代低约130m，海面蒸发量要比现代少约
水资源利用与保护习题答案
第一章绪论1.简述水资源的含义、分类、特征？含义：人类生产生活及生命生存，不可替代的自然资源和环境资源是在一定的经济技术条件下能够为社会直接利用或待利用，参与自然界水分循环影响国民经济的淡水。
分类：地表水和地下水资源；天然水资源和调节性水资源；消耗性和非消耗性水资源。
特征：资源的循环性、储量的有限性、时空分布的不均匀性、利害两重性、用途广泛性、不可替代性、水量的相互转化性。
3.简述中国水资源状况及开发利用存在问题？状况：人均占有量不足；时间、空间分布极不均匀；空间：耕地面积和水，河流分配。
时间：夏多冬少；水系：湖泊较多，多数分布在湿润区。
干旱、半干旱地区河流稀少。
开发利用存在问题：需水量不断增加，供需矛盾尖锐，南方水质型、北方水量型缺；污染继续发展，加剧水资源缺乏；用水浪费，利用率偏低；干旱、半干旱地区水资源过度开发，环境问题突出，地下水利用程度过高；管理水平有待提高，4、简述中国水资源面临的挑战？水旱灾害依然频繁并有加重趋势/农业用地减少农业用水短缺程度加剧/水土流失尚未得到有效控制，生态脆弱/污染负荷急剧增加，加重了水体污染第二章水循环及水资源形成3、简述全球水资源状况及开发利用趋势？状况：全球农业用水占第一位（69%），工业用水第二位（23%）可复原比例最高，居民用水第三位（8%）人均占有量不断提高；世界各地用水量差异极大，发达国家多为工业用水54%，发展中国家多为农业用水80%；近年来用水量发展中国家增加幅度达，发达国家趋于稳定。
开发利用趋势：农业用水量及农业用水中不可复原的水量最高/工业用水由于不可恢复水量最低，将提高工业用水技术、降低用水量定额、加大节水力度、大幅度提高用水重复利用率/水资源的开发将更为重视经济、环境与生态的良性协调发展。
5、简述地表水资源的类型与形成河流、湖泊、沼泽、冰川、永久积雪。
陆地上的水通过蒸发作用（江、河、湖、水库等蒸发）上升到大气中形成积云，然后以降水的形式降落到陆地表面形成径流。
河海大学-工程水文学-习题
河海大学-工程水文学-习题————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章绪论1－1 水资源的定义是什么。
1－2 工程水文学包含哪些研究内容。
1－3 工程水文学研究方法有哪些特点。
第二章水循环及径流形成2－1 水循环包括哪些要素，与水资源有什么关系。
2－2 如何量算流域面积、河流长度、河流纵比降。
2－3 某流域面积为793km2，多年平均流量Q＝26.4m3/s，流域内多年平均降水量为1980mm。
试求多年平均径流总量W（104m3），多年平均径流深R（mm），多年平均径流模数M（m3/s/km2）及多年平均径流系数α。
2－4 如在上题的流域上兴建一座水库，从而增加水面面积△F＝24km2，当地多年平均的水面蒸发量（蒸发皿读数）E皿＝1220mm。
蒸发皿折算系数采用0.83。
问建库后该流域的流量增加还是减少。
建库后多年平均流量为多少。
2－5 北方的河流上修建水库和南方的河流上建库对径流的影响哪一个大。
为什么。
2－6 写出任一时段的流域水量平衡方程式，说明各符号的意义不同时段（多年、年、一次雨）的流域水量平衡方程式中影响径流的主要因素为什么不同。
2－7 试述流速仪测流的操作步骤及适用条件2－8 试述实测流速推算断面流量的方法、步骤。
2－10 为什么要建立水位流量关系，如何延长水位流量关系。
第三章降雨径流分析3－1 写出计算流域（面）平均雨量的方法、公式及适用条件。
3－3 为什么一次降雨总量大于对应的径流深，而一次径流过程历时一般大于降雨历时。
3－4 什么叫蓄满产流。
判别蓄满产流与超渗产流主要依据是什么。
3－5 在我国南方湿润地区产流计算中采用什么扣损方案，其中参数（P、R、Pa、E m 、Im、K）如何确定及计算。
3－7 单位线有哪些假定，其实质是什么；据实际的雨洪资料分析，不同洪水分析出不同的单位线，说明什么问题。
第二章 地球上的水循环1
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
1
1 概述
1.1 水循环基本过程 1.2 水循环的类型与层次结构 1.3 水体的更替周期 1.4 水循环的作用与效应
2
1.1 水循环基本过程
水循环：指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下， 通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断发生 相态转换和周而复始运动的过程。
c.陆地水量平衡方程
(P外 P内) (E外 E内) R
如以 P陆 P外 P内 ； E陆 P外 E外代入上式，则有：
P陆 - E陆 R
各大洲水量收支
大洲
欧洲 亚洲 非洲 北美洲 南美洲 大洋洲 南极洲 全球陆地 内流区 外流区
面积 (×104km2)
1050 43475 3012 2420 1780
水汽分子的垂向扩散
垂
水
向 扩
汽
散
水平面
水
68
大气垂向对流运动
使蒸发 面水汽 不断送 入空中
水平面
水
上空的 干空气 下沉到 蒸发面
69
空气紊动扩散作用 影响蒸发面的蒸发速度
水平面
水平运动
涡
流
水
70
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
71
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
克服水分子的内聚力和土壤颗粒对水分子的吸附力 本质：土壤干化过程
36
第二章 地球上的水循环
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
39
2 水量平衡
2.1 概述 2.2 通用水量平衡方程式 2.3 全球水量平衡方程式
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RSI,RGI — surface and groundwater inflow into the boundary from outside
E — evaporation and transpiration
RSO,RGO — surface and groundwater outflow from the boundary △W — change of storage volume within the boundary
(2-3)
图中 E海——海洋蒸发；P 海——海洋降雨；R——径流
由式(2-2)、(2-3)得地球多年平均水量平衡方程：
E海 E陆 P海 P陆
EP
四 流域水量平衡
流域水量平衡方程为：
P RSI RGI E RSo RGo W n 0
(2-4)
Where P — precipitation
4 流域形状系数
K=B/LA 其中, B=F/LA为流域宽度。 5 流域自然地理特征
包括: (1)地理位置：经纬度表示，反映流域所处的气候。
(2) 气候特征：包括降水、蒸发、温度、湿度、气压、风等要素。 是河流形成和发展的主要因素，也是决定流域水文特征的重要因素。
(3)流域下垫面条件：包括地形、地貌、土壤、植被、湖泊等因 素。它们影响径流的变化规律。
(1)外因：太阳辐射、地心引力 (2)内因：水的气、液、固三态之间的转化 4 水循环要素
降水(P)、蒸发(E)、径流(R)
区域
全球海洋 全球陆地
全球
面积 (万km2）
36100 14900 51000
降水 458000 119000 577000
水量（km3）
径流 47000 47000
蒸发 505000 72000 577000
2.3 降水(Precipitation)
一 降水的成因及分类
1 成因
地面湿热气团因各种原因而上升，体积膨胀作功，消耗内能而 冷却。当温度降低到露点以下时，气团中的水汽开始凝结为水滴或 冰晶，形成云。云中的水滴或冰晶，继续吸附水汽凝结于其表面， 或由于互相碰撞而结合成大水滴或冰粒，当其重量达到不再能被上 升气流所顶托的时候，即形成降水。
多年平均情况：
E陆
P陆
P陆 E陆 R W陆
△W陆
R P陆 E陆
(2-2)
R
图中 E陆——陆地蒸发；P陆— —陆地降雨；R——径流
2 海洋水量平衡方程 R+P海-E海= △W海 多年平均情况：
R P海 E海 W海
R
E海
P海
△W海
R P海 E 海
3 地球水量平衡方程
第二章 水循环及径流形成
2.1 水循环及水量平衡 (The hydrologic cycle and water balance)
2.2 河流和流域(River and Basin) 2.3 降水(Precipitation) 2.4 蒸发(Evaporation) 2.5 下渗(Infiltration) 2.6 径流(Runoff)
二 水量平衡
1. 概念
任一区域给定时段内，输入水量与输出水量之差等于 该区域内的蓄水量变化。
2. 水量平衡方程
I – O = △W
(2-1)
I
式中，I——给定时段内输入水量；
O——给定时段内输出水量；
△W——给定时段内蓄水量变化。
△W
O
三 地球上的水量平衡 1 陆地水量平衡方程
P陆-(E陆+R)= △W陆
-6
(3)系统性降雨
二 降雨观测
降雨一般通过雨量器和自记雨量计两种方式进行观测的。随着科学技 术的发展，利用雷达探测和气象卫星云图来预估未来一定时期的降雨 量。
1 雨量器 一般采用人工定时(8时、20时)观测，雨季要增加观测次数。
2 自记雨量计 自动记录降雨量，不需人为干预。方便、快捷。有三种类型：称重式、 虹吸式和翻斗式。
3 河流横断面 如图2-2所示。
4 水系及水系形态 (1)水系
由干流、支流及流域内 水库、湖泊连成的一个庞大 系统，成为形状
混合形
图 2
|
3 水 系 示 意 图
4 河网密度
流域内干支流的总长度∑L和流域面积F之比：
D= ∑L/F
(km/km2)
5 河流弯曲系数 指河流实际长度与河流两端间的直线l之比值：
2.1 水循环及水量平衡
一 水循环
1 定义：地球上的水因蒸发成为水汽，经输送、上升，冷却、凝结， 并在适当条件下，再降落到地面，这种不断循环的过程，称为水循环。 如下图。
图2-1
2 分类 (1)大循环：海洋与陆地之间的水分交换。 (2)小循环：海洋与大气之间、陆地与大气之间水分交换。
3 水循环内外因
n — discrepancy term
E
P
地表分水线
RSI
地下分水线
RGI
△W
RGO
RSO
2.2 河流和流域
一 河流(River)
1 概念
一定地质和气候条件下形成的河槽与在其中的水流。河流可分为河源、
上游、中游、下游和河口五段。 2 河流长度（河长L）
自河源沿河道至河口的长度，称河长，以km计。
3 雷达探测
利用云、雨、雪等对雷达无线电波的反射现象来研究天气系统。 不同形状的雷达回波反映不同性质的天气系统。从而预测探测范围内 的降水量、强度及开始和终止时刻。
φ=L/l
二 流域（Basin）
1 概念
由分水线包围的汇集地表水和地下水的区域， 称为流域。可分闭合流域和非闭合流域两种。
地下分水线
l 地表分水线
章
流 域 示 意 图
2 流域面积
分水线所包围的面积，用F表示，单位：Km2。
3 流域长度LA 指流域几何中心长。以河口为圆心，画不同半径的若干圆弧与分水线 相交于两点。连两点成割线，取这些割线中点的连线长度，即为流域 长度。
2 分类
(1)对流雨 对流层的特点：1. 气温随高度的增加而降低；
2. 具有强烈的上升和下降的气流； 3. 受地表差异影响，对流层温度、湿度水平分布不均匀。 对流层又可分三部分：下层（地面-1.5km）；中层（1.5km-6km）； 上层（6km-对流层顶部）
(2)地形雨：水平运动的湿热气团受山脉、高原阻挡，气流被迫沿 迎风坡上升，因动力冷却形成的降雨。其特点是：a.迎风坡降雨多，背 风面降雨少；b.降雨量随高程增加而增加，到一定高度后，随高程增加 反而减少。