水分循环及径流形成.ppt
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1、第一章第一章 水分循环及径流形成水分循环及径流形成绪论内容提问绪论内容提问1、水文现象有哪三种基本特点?、水文现象有哪三种基本特点?答:确定性(必然性)、随机性(偶然性)、地区性。答:确定性(必然性)、随机性(偶然性)、地区性。2、根据水文现象的基本特点,水文学的研究方法分为那、根据水文现象的基本特点,水文学的研究方法分为那三类?三类?答:成因分析法、数理统计法、地区综合法答:成因分析法、数理统计法、地区综合法第一章第一章 水分循环及径流形成水分循环及径流形成第一节第一节 水分循环水分循环第二节第二节 河流与流域河流与流域第三节第三节 降降 水水第四节第四节 蒸发下渗蒸发下渗第五节第五节 径径
2、 流流第六节第六节 流域水量平衡流域水量平衡教学内容:教学内容:一、自然界水文循环。一、自然界水文循环。二、流域与河系。二、流域与河系。三、降水、蒸发与入渗。三、降水、蒸发与入渗。四、河川径流的形成与水量平衡。四、河川径流的形成与水量平衡。教学要求:教学要求:从水循环的角度出发,了解降水、蒸发、入渗及自从水循环的角度出发,了解降水、蒸发、入渗及自然地理因素对河川径流的影响。初步建立水量平衡观然地理因素对河川径流的影响。初步建立水量平衡观念,掌握流域主要特征值的概念和计算,掌握径流常念,掌握流域主要特征值的概念和计算,掌握径流常用单位用单位。第一章第一章 水分循环及径流形成水分循环及径流形成第一
3、章第一章 水分循环及径流形成水分循环及径流形成 第一节第一节 水分循环水分循环第一节第一节 水分循环水分循环教学内容:教学内容:一、水循环的概念一、水循环的概念二、水循环的原因二、水循环的原因三、水循环的基本类型三、水循环的基本类型教学要求:教学要求:掌握水循环的概念、形成的内因和外因以及掌握水循环的概念、形成的内因和外因以及水循环的基本类型。水循环的基本类型。一、水循环的概念一、水循环的概念 地球表面的各种水体,在太阳的辐射作用下、从海地球表面的各种水体,在太阳的辐射作用下、从海洋和陆地表面蒸发上到空中、并随空气流动。在一定洋和陆地表面蒸发上到空中、并随空气流动。在一定条件下,冷却凝结形成降
4、水又回到地面条件下,冷却凝结形成降水又回到地面 ,降水的一降水的一 部分经地面、地下形成径流并通过河流回海洋;部分经地面、地下形成径流并通过河流回海洋;一一 部分又重新蒸发到空中,继续上述过程部分又重新蒸发到空中,继续上述过程 。这种水分这种水分不断交替转移的现象称为水分循环,也叫水文循环,不断交替转移的现象称为水分循环,也叫水文循环,简称水循环。简称水循环。动画演示:动画演示:水循环水循环 第一节第一节 水分循环水分循环二、水循环的原因二、水循环的原因 1 1 内因:水的物理性质,即内因:水的物理性质,即“三态三态”转化;转化;2 2 外因:太阳辐射和地球引力作用。外因:太阳辐射和地球引力作
5、用。三、水循环的基本类型三、水循环的基本类型 通常按水循环的不同途径与规模,将全球的水循环区通常按水循环的不同途径与规模,将全球的水循环区分为大循环与小循环。分为大循环与小循环。1 1 大循环:大循环是指海洋与陆地之间的水分交换大循环:大循环是指海洋与陆地之间的水分交换过程,由于广及全球,故名大循环,又称外循环。过程,由于广及全球,故名大循环,又称外循环。2 2 小循环:小循环是指海洋或陆地上的局部水分交小循环:小循环是指海洋或陆地上的局部水分交换过程。换过程。第一节第一节 水分循环水分循环第一章第一章 水分循环及径流形成水分循环及径流形成第二节第二节 河流与流域河流与流域上节内容提问上节内容
6、提问1 1、什么叫水文循环?、什么叫水文循环?答:水分不断交替转移的现象称为水文循环。答:水分不断交替转移的现象称为水文循环。2 2、影响水文循环的内因和外因分别是什么?、影响水文循环的内因和外因分别是什么?答:内因:水的物理性质,即答:内因:水的物理性质,即“三态三态”转化;转化;外因:太阳辐射和地球引力作用。外因:太阳辐射和地球引力作用。3 3、什么叫大循环、小循环?、什么叫大循环、小循环?答:大循环是指海洋与陆地之间的水分交换过程;小循环答:大循环是指海洋与陆地之间的水分交换过程;小循环是指海洋或陆地上的局部水分交换过程。是指海洋或陆地上的局部水分交换过程。第二节第二节 河流与流域河流与
7、流域教学内容:教学内容:一、河流及其特征一、河流及其特征二、流域及其特征二、流域及其特征教学要求:教学要求:掌握有关河流和流域的概念及其特征。掌握有关河流和流域的概念及其特征。一、河流及其特征一、河流及其特征(一一)河流河流 河流:河流:自然界中脉络相通的排泄降水径流的天然输水通自然界中脉络相通的排泄降水径流的天然输水通道道,其中分为各级支流及干流。其中分为各级支流及干流。河流分段:河流分段:河源、上游、中游、下游、河口河源、上游、中游、下游、河口 根据干支流的分布的几何形态,根据干支流的分布的几何形态,河系河系可分为:可分为:1 1、扇形水系:河流的干支流分布形状似扇形,、扇形水系:河流的干
8、支流分布形状似扇形,如海河;如海河;2 2、羽形水系:河流的干支流由上而下沿途左、羽形水系:河流的干支流由上而下沿途左右汇入多条支流,好比羽毛形状。如红水河;右汇入多条支流,好比羽毛形状。如红水河;3 3、平形水系:河流的干流在某一河岸平行接、平形水系:河流的干流在某一河岸平行接纳几条支流。如淮河;纳几条支流。如淮河;4 4、混合水系:一般大江大河多为以上二至三、混合水系:一般大江大河多为以上二至三种水系组成混合排列。种水系组成混合排列。第二节第二节 河流与流域河流与流域(二二)河流的特征河流的特征1.1.河流的纵横断面河流的纵横断面河流横断面:分河流横断面:分单式断面和复式断面单式断面和复式
9、断面2.2.河流长度河流长度河长:一条河流,自河口到河源沿河长:一条河流,自河口到河源沿中泓线中泓线量计的平面曲线量计的平面曲线长度。长度。3 3河道纵比降河道纵比降河流河流纵断面示意图纵断面示意图 河流各个横断面最深点的连线第二节第二节 河流与流域河流与流域河道纵比降:单位河长的河道纵比降:单位河长的河床落差河床落差。比降可按下式计算:式中式中 J 河段的总比降;河段的总比降;Z上上、Z下下 河段上、下断面河底高程;河段上、下断面河底高程;河段的长度。河段的长度。河段两端的河段两端的河底高程之河底高程之差差(1-1)河道的平均纵比降可按下式计算:式中式中 河段自下而上沿程各转折点的河底高程,
10、河段自下而上沿程各转折点的河底高程,相邻两转折点之间的距离,相邻两转折点之间的距离,L 河段总长度。河段总长度。二、流域及其特征二、流域及其特征(一一)流域、分水线流域、分水线流域流域:河流某一断面以上的集水区域称为河流在该断面:河流某一断面以上的集水区域称为河流在该断面的流域。的流域。闭合流域闭合流域:地面分水线与地下分水线完全重合的流域。:地面分水线与地下分水线完全重合的流域。一般大中流域均可看成闭和流域。一般大中流域均可看成闭和流域。非闭合流域非闭合流域:地面、地下分水线不重合的流域。如岩溶:地面、地下分水线不重合的流域。如岩溶地区的河流和一些很小的流域。地区的河流和一些很小的流域。分水
11、线分水线:相邻两流域的界限线称为分水线:相邻两流域的界限线称为分水线 。点击查看流域图、分水线及流域面积示意图点击查看流域图、分水线及流域面积示意图 (二二)流域特征流域特征第二节第二节 河流与流域河流与流域1.1.流域几何特征流域几何特征1 1)流域面积流域面积流域面积是指河流某一断面以上流域面积是指河流某一断面以上,由地面分水线所包围的不由地面分水线所包围的不规则图形的面积。规则图形的面积。2)2)流域长度流域长度流域长度是指流域几何中心铀的长度。流域长度是指流域几何中心铀的长度。3)3)流域平均宽度流域平均宽度流域平均宽度流域平均宽度B B指流域面积指流域面积F F与流域长度与流域长度L
12、 Lf f的比值:的比值:4 4)流域形状系数流域形状系数流域形状系数为流域的平均宽度流域形状系数为流域的平均宽度 B B 与长度与长度 L Lf f 的比值,以的比值,以 K Kf f 表示表示第二节第二节 河流与流域河流与流域2 2、流域的自然地理特征、流域的自然地理特征(1)(1)地理位置地理位置 主要指流域所处的经纬度以及距离海洋主要指流域所处的经纬度以及距离海洋的远近。一般是低纬度和近海地区雨水多,高纬度地区的远近。一般是低纬度和近海地区雨水多,高纬度地区和内陆地区降水少。和内陆地区降水少。(2)(2)气候气候 流域的气候条件包括降水、蒸发、温度、湿流域的气候条件包括降水、蒸发、温度
13、、湿度和风等。其中降水与蒸发对径流影响最大。度和风等。其中降水与蒸发对径流影响最大。(3)(3)地形地形 流域地形可分高山、丘陵、高原、盆地、平流域地形可分高山、丘陵、高原、盆地、平原等。原等。第二节第二节 河流与流域河流与流域(4)(4)地质与土壤特性地质与土壤特性流域的地质构造(如地层的褶皱、断流域的地质构造(如地层的褶皱、断层等),岩石和土壤的类型以及水理性(如透水性和给水性)层等),岩石和土壤的类型以及水理性(如透水性和给水性)、对下渗水量及河流的泥沙都有影响。、对下渗水量及河流的泥沙都有影响。(5)(5)植被覆盖植被覆盖 流域的植被增加了地面糙率,加大了下渗水流域的植被增加了地面糙率
14、,加大了下渗水量,延长了地面径流的汇流时间,减缓了洪水。另外能减少量,延长了地面径流的汇流时间,减缓了洪水。另外能减少水土流失,改善生态环境。植被的覆盖程度一般用植被面积水土流失,改善生态环境。植被的覆盖程度一般用植被面积占流域面积的百分比,即植被率表示。占流域面积的百分比,即植被率表示。(6)(6)湖泊、沼泽、塘库湖泊、沼泽、塘库 流域内的大面积水体对径流起调节流域内的大面积水体对径流起调节作用,湖泊(或沼泽)率是指湖泊(或沼泽)面积占流域面作用,湖泊(或沼泽)率是指湖泊(或沼泽)面积占流域面积的百分比表示。积的百分比表示。第二节第二节 河流与流域河流与流域第一章第一章 水分循环及径流形成水
15、分循环及径流形成 第三节第三节 降水降水上节内容提问上节内容提问1 1、什么叫河长?、什么叫河长?答:一条河流,自河口到河源沿中泓线量计的平面曲线长度。答:一条河流,自河口到河源沿中泓线量计的平面曲线长度。2 2、什么叫闭合流域?、什么叫闭合流域?答:地面分水线与地下分水线完全重合的流域。答:地面分水线与地下分水线完全重合的流域。3 3、什么叫河道纵比降?、什么叫河道纵比降?答:单位河长的河床落差。答:单位河长的河床落差。4 4、气候条件中哪两个对径流作用最大?、气候条件中哪两个对径流作用最大?答:降水和蒸发。答:降水和蒸发。第三节第三节 降水降水教学内容:教学内容:一、降雨的成因与分类一、降
16、雨的成因与分类二、点降雨特性及其分析方法二、点降雨特性及其分析方法三、面雨量概念与计算方法三、面雨量概念与计算方法教学要求:教学要求:了解降雨的成因及分类,有关降雨的概念和分析方法;掌了解降雨的成因及分类,有关降雨的概念和分析方法;掌握面雨量的计算方法,并重点掌握泰森多边形法。握面雨量的计算方法,并重点掌握泰森多边形法。降水降水:空气中的水汽以液态或固态形式从大气到达地面的:空气中的水汽以液态或固态形式从大气到达地面的各种水分的总称。各种水分的总称。气团气团:水平方向物理性质比较均匀的大块空气。:水平方向物理性质比较均匀的大块空气。一、降雨的成因与分类一、降雨的成因与分类 暖湿空气暖湿空气 抬
17、升冷却抬升冷却 凝结为大量的云滴凝结为大量的云滴 降落成降落成雨雨 两个两个基本条件基本条件:空气中要有一定量的水汽空气中要有一定量的水汽;空气要有动力空气要有动力上升冷却。上升冷却。分类分类:按空气上升冷却的原因,降雨可分为以下四种类按空气上升冷却的原因,降雨可分为以下四种类型:一、锋面雨型:一、锋面雨 二、地形雨二、地形雨 三、对流雨三、对流雨 四、台四、台风雨风雨第三节第三节 降水降水 (一)锋面雨(一)锋面雨(1 1)冷锋雨)冷锋雨特点:降雨面积小、强度大、历时短。特点:降雨面积小、强度大、历时短。动画演示:动画演示:冷锋雨的形成冷锋雨的形成(2 2)暖锋雨)暖锋雨特点:降雨面积大、强
18、度小、历时长特点:降雨面积大、强度小、历时长 。动画演示:动画演示:暖锋雨的形成暖锋雨的形成(二二)地形雨地形雨动画演示:动画演示:地形雨的形成地形雨的形成第三节第三节 降水降水(三)对流雨(三)对流雨夏季地面受热,温度升高,近地面气层的空气受热膨胀上夏季地面受热,温度升高,近地面气层的空气受热膨胀上升,上层冷空气在周围下沉予以补充,引起上、下对流。升,上层冷空气在周围下沉予以补充,引起上、下对流。上升的湿热气流冷却而凝结致雨,称为对流雨。对流雨一上升的湿热气流冷却而凝结致雨,称为对流雨。对流雨一般强度大、范围小、历时短,并常伴有雷电,又称雷阵雨。般强度大、范围小、历时短,并常伴有雷电,又称雷
19、阵雨。(四)台风雨(四)台风雨 台风雨是由热带海洋上的风暴带到大陆上来的狂风暴台风雨是由热带海洋上的风暴带到大陆上来的狂风暴雨。在赤道附近洋面上某些地方,由于温度高、湿度大,雨。在赤道附近洋面上某些地方,由于温度高、湿度大,常形成剧烈的空气旋涡并向副热带或温带移动,它所经之常形成剧烈的空气旋涡并向副热带或温带移动,它所经之处,多大风暴雨,这是一种灾害性天气。我国七、八、九处,多大风暴雨,这是一种灾害性天气。我国七、八、九月份,台风活动非常频繁。月份,台风活动非常频繁。第三节第三节 降水降水我国气象部门按我国气象部门按1h1h或或24h24h的降雨量将降雨分为小雨、中的降雨量将降雨分为小雨、中雨
20、、大雨和暴雨雨、大雨和暴雨4 4级。级。小雨小雨:1h1h的雨量的雨量2.5mm2.5mm或或24h24h的雨量的雨量10mm 10mm 中雨中雨:1h 1h的雨量为的雨量为2.62.6 8.0mm8.0mm或或24h24h的雨量为的雨量为10.024.9mm10.024.9mm。大雨大雨:1h 1h的雨量的雨量8.18.1 15.9mm15.9mm或或24h24h的雨量为的雨量为25.025.0 49.9mm49.9mm。暴雨暴雨:1h 1h的雨量的雨量16mm16mm或或24h24h的雨量的雨量50mm50mm。第三节第三节 降水降水二、点降雨特性及其分析方法二、点降雨特性及其分析方法点降
21、雨量点降雨量:一个雨量观测站承雨器一个雨量观测站承雨器(口径为口径为20 cm)20 cm)所在地点的降雨。所在地点的降雨。(一一)点降雨特性点降雨特性1.1.降雨量降雨量降雨量是指一定时段内降落在单位水平面积上的雨水深度,单位用降雨量是指一定时段内降落在单位水平面积上的雨水深度,单位用mmmm表示。表示。2.2.降雨历时降雨历时降雨历时是指降雨历时是指场降雨从开始到结束所经历的叫间,常以小时为单位。场降雨从开始到结束所经历的叫间,常以小时为单位。3 3降雨强度降雨强度是指单位时间内的降水量是指单位时间内的降水量 ,单位用,单位用 mm mmmin min 或或 mm mmh h 表示。表示。
22、4.4.降雨面积降雨面积 是指降雨所笼罩的水平面积,单位用以是指降雨所笼罩的水平面积,单位用以 km km2 2表示。表示。5.5.降雨中心降雨中心 是指一次笼罩面积上降雨量最为集中且范围较小的局部地点是指一次笼罩面积上降雨量最为集中且范围较小的局部地点。第三节第三节 降水降水(二)降雨资料的图示法降雨资料的图示法 1.时段降雨量过程线2.降雨量累积曲线 动画演示动画演示:降雨量线的绘制降雨量线的绘制3.等雨量线图 三、面雨量概念与计算方法三、面雨量概念与计算方法(一)面雨量概念(一)面雨量概念面雨量面雨量:一定区域面积上的平均雨量。:一定区域面积上的平均雨量。第三节第三节 降水降水(二二)流
23、域面平均雨量的计算方法流域面平均雨量的计算方法1.1.算术平均法算术平均法 当流域内地形变化不大当流域内地形变化不大,雨量站数目较多、分布较均匀时雨量站数目较多、分布较均匀时式中式中H HF F 流域平均降雨量,流域平均降雨量,mm;mm;H Hi i流域内各雨量站雨量(流域内各雨量站雨量(i=1,2,i=1,2,,n),mm;n),mm;nn雨量站数目。雨量站数目。2.2.泰森多边形法(垂直平分线法)泰森多边形法(垂直平分线法)当流域地形起伏大,雨量站分布不均匀时多用此法。先在流域平当流域地形起伏大,雨量站分布不均匀时多用此法。先在流域平面图上将就近的各相邻雨量站用直线连接,构成若干个三角形
24、。然后作三面图上将就近的各相邻雨量站用直线连接,构成若干个三角形。然后作三角形各边的垂直平分线。这些垂直平分线将流域划分成若干个部分面积,角形各边的垂直平分线。这些垂直平分线将流域划分成若干个部分面积,每块面积内正好有一个雨量站。每块面积内正好有一个雨量站。动画演示动画演示:泰森多边形法泰森多边形法 (1-8)第三节第三节 降水降水3.3.等雨量线法等雨量线法 如果降雨在地区上或流域上分布很不均匀,地形起伏大,则宜如果降雨在地区上或流域上分布很不均匀,地形起伏大,则宜用等雨量线法计算面雨量。用等雨量线法计算面雨量。动画演示动画演示:等雨量线法等雨量线法4.4.降雨点面关系法降雨点面关系法当流域
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