水文水资源基础

大气凝结核： 指飘浮在大气中的尘粒，其直 径约10-3~10μm。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。
（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
1）对流雨：
• 锋线：
锋面与地面交线称为地面锋线 ，也简称为 锋。
冷气团
锋面
暖气团 锋线
地面
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：
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
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 1/100~1/300，暖湿气团上升缓慢）； ➢ 云和降雨区面积较大。
第一讲 水文水资源基础
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
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。
1.1 水文循环： （1）地球上水的存在形式：
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。
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(0.1～50公里)，降雨历时较 短（几十分钟），形成阵性降水，常称阵雨。
汽态、液态、固态
（2）存在位置：
空气中、地表、地下、生物体内
• 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。
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。
2）地形雨
地形雨发生的条件：
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。
山脉
地形雨形成示意图
地形雨的特点：
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。
（1） 降水的各种形态：
①雨
从云中降落下来的液态水滴,其直径一般为0.5 ～6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。
②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。
③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2～5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。
④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2～50毫米。
（2） 降水的成因：
① 大气中存在水分，即水汽；
② 降温，降至露点温度以下，或空气冷却
③ 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。
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。
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。
① 直接影响气候变化： ② 改变地表形态： ③ 造成再生资源： ④ 负面影响：干旱，洪涝灾害
（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。
非闭合流域/闭合流域：
★ 非闭合流域：
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。
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。
• 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。
水循环示意图
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
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
海洋上空
大陆上空
降 水 海 洋 蒸 发
海洋
气流输运
大循环：
蒸
降
发
小循环：
水
返
回
大
地面径流
气
汇入 河川
陆面 地下
地下径流
பைடு நூலகம்
水文循环的意义：
❖ 按湿度特征的差异可分为：干气团和湿 气团；
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。
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。
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。
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）;