第三章 (1)水循环要素.ppt

1、第三章 水循环要素,第一节 降 水第二节 蒸发散第三节 下 渗第四节 径 流,本章重点：降水及其特征；径流形成及其影响因素,第一节 降水及其特征,一、降水的成因 二、降水的分类三、影响降水的因素四、降水的基本要素和表示方法五、区域平均降水计算,第一节 降水及其特征,一、降水的成因,大气中的水汽以液态或固态的形式到达地面，称为降水。其主要形式有降雨和降雪，以及雹、露、霜、霰等。降水是水循环的主要环节之一，是地球上各种水体的直接或间接补给来源，因此，降水是水文学研究的主要内容之一。,第一节 降水及其特征,一、降水的成因,大气中的水分是从海洋河流、湖泊、河流等各种水体及土壤、植物蒸发而来的。在一定温

2、度条件下，大气中水汽含量有一最大值，空气中最大的水汽含量称为饱和湿度。,饱和湿度与气温成正比，气温越低，饱和湿度即空气中可容纳的水汽量越少。（1）空气水汽含量过饱和湿度时，水汽开始凝结成水，如果发生在地面，则形成霜和露；（2）发生在高空则形成云，随着云层中的水珠、冰晶含量增加，上升的气流悬浮力不能再抵消水珠、冰晶的重量时，云层中的水珠、冰晶在重力作用下降到地面形成降水。,第一节 降水及其特征,一、降水的成因,空气中的水汽为何能够达到饱和？,原因之一：是地面水体源源不断地蒸发，使空气中的水汽地绝对含量增加。,原因之二：是含有水汽的气团在上升和移动过程中温度降低，从而使空气中可容纳的水汽含量饱和湿

3、度减少，原先非饱和地气团随着气温的降低逐渐变为饱和。,第一节 降水及其特征,二、降水的类型,第一节 降水及其特征,二、降水的类型,1.按降水性质分：,连续性降水降水时间较长、强度变化小、降水面积较大 阵性降水时间短、强度大、降水范围小、分布不均 毛毛状降水降水强度很小、落在水面无波纹、落在地面无湿斑,连续性降水、阵性降水、毛毛状降水,第一节 降水及其特征,二、降水的类型,2.按降水强度分：,小雨、中雨、大雨、暴雨、特大暴雨， 小雪、中雪、大雪,第一节 降水及其特征,二、降水的类型,2.按降水强度分：,根据降雨情况判断,小雨：雨滴下降清晰可辨，地面全湿，洼地积水慢，屋上雨声微弱。中雨：雨滴下降连

4、续成线，雨滴四溅，洼地积水较快，屋上沙沙雨声。大雨：雨滴下降模糊成片，落地四溅较高，洼地积水很快，雨声哗哗作响。暴雨：雨猛如倾盆，雨声震耳，积水特快，江河涨水。,我国气象部门规定，不论下雨时间的长短，例如“零星小雨”指有的地方下，有的地方不下；“间断小雨”指断断续续的下；“阵雨”指时下时停，时大时小。凡日雨量大于或等于0.1mm就算一个降水日。,第一节 降水及其特征,二、降水的类型,3.按降水形态分：,雨、雪、霰、雹 霰是一种白色的不透明的细小颗粒，落地后会反跳，常见于降雪之前。,气旋雨、对流雨、地形雨、台风雨,4.按降水成因分：,第一节 降水及其特征,三、影响降水的因素,1. 地理位置的影响

5、,研究影响降水的因素对掌握降水特性、判断资料的合理性、分析不同地区河流径流的情势及洪水特点都具有重要意义。影响降水因素主要有：地理位置、气旋、台风的途径、地形、森林和水面。,（1）一般情况下，东南沿海地区降水充沛，而西北内陆地区降水缺乏。降雨量的多寡取决于空气中水气含量的高低，空气中水汽含量的高低取决于气温和离海洋的远近。如青岛的年降水量为646mm，而兰州只有325mm。当气温较高时，地面海水体的蒸发强烈，空气中水汽含量相对较高，因此，降水较多。一般而言，赤道的降水较其他地区多。,第一节 降水及其特征,三、影响降水的因素,1. 地理位置的影响,（2）我国的降水大部分由气旋和台风形成，因此气旋

6、和台风的路径是影响降水的主要因子之一。如，在春夏之际气旋主要在我国长江流域和淮河流域一带常形成持续的连绵的阴雨天气，即梅雨季节。而进入7、8月后北移进入华北、西北地区，从而使广大的华北和西北地区进入雨季。台风对东南沿海地区的降水影响很大，是这一地区雨季的主要降水形式，有些台风还能深入内地，减弱后变成低气压，国给内地带来较大的降水。,第一节 降水及其特征,三、影响降水的因素,2. 地形因素,当空气中水蒸汽含量一定时，山脉的坡度越陡，抬升作用越强，增加的降水越多。地形增加降水的作用有一定的限度，并不是能够无限度的增加，当空气中的水蒸汽含量降低到某一值时，随地形的抬升，降水不会再增加。,地形因素中的

7、山脉对降水影响很大，由于山脉使气流抬升，气流在抬升过程中因冷却而使部分水蒸汽凝结形成降水，从而使迎风坡的降水增加。,第一节 降水及其特征,三、影响降水的因素,3. 森 林,（1）森林对降水的影响是人们争论一个焦点。已经普遍得到认可的是森林能够增加水平降水。 由于森林有着较大的蒸发作用，增加了林区的空气湿度，因此，林内很容易出现露、霜、雾、等水平降水。,（2）森林通过其强大的蒸发作用增加了林区的空气湿度，蒸发出来的水蒸汽加入了内陆的水分循环，从而促进了内陆水分的小循环。对增加其它地区空气中的水汽含量起到了积极作用，因此，森林虽然不能直接增加林区的降水，但可提高水分的循环次数，为内陆其他地区输送更

8、多的水蒸汽。,第一节 降水及其特征,三、影响降水的因素,4. 水 面,如湖泊、大型水库等等，由于水面蒸发量大，对促进水分的内陆循环有积极作用，但是水面上很容易形成逆温，从而不利于水汽的上升，因此不易形成降水。,第一节 降水及其特征,四、降水的基本要素和表示方法,降水的基本要素就是描述降水的一些基本指标，主要有降水量、降水历时和降水时间、降水强度、降水面积。,第一节 降水及其特征,四、降水的基本要素和表示方法,是指在一定时间内降落在某一面积上的水量，一般用深度（mm）表示 ，也可以用体积（m3）。常用的降水量有次降水量、日降水量、月降水量、年降水量、最大降水量、最小降水量等。,（一）降水的基本要

9、素,1. 降水量,次降水量是指某次降水开始到结束时连续一次降水的总量。日（月/年）降水量是指一日（一月/一年）中的降水总量。最大(小)降水量是指一次、一日、或一月、或一年中降水的最大（小）量。,第一节 降水及其特征,四、降水的基本要素和表示方法,降水历时是指一场降水自始至终所经历的时间。一般以小时、分表示。降水时间是指对应于某一降水而言，其时间长短通常是人为划定的，在此时段内并非意味着连续降水。,（一）降水的基本要素,2. 降水历时与降水时间,降水历时内降水一定连续；在于降水时间内，降水并不一定连续。,降水历时与降水时间的主要区别？,第一节 降水及其特征,四、降水的基本要素和表示方法,是指单位

10、时间内的降水量，单位为mm/min；mm/h。,（一）降水的基本要素,3. 降水强度（雨强）,是指某次降水所笼罩的水平面积，以km2计。,4. 降水面积,第一节 降水及其特征,四、降水的基本要素和表示方法,为了充分反映降水的空间分布与时间变化规律，常用降水过程线、降水累计曲线、等降水量线、降水特性综合曲线表示降水的特性。,（二）降水特征的表示方法,第一节 降水及其特征,四、降水的基本要素和表示方法,（1）降水过程线：以一定时段为单位所表示的降水量在时间上的变化过程，可用曲线或直线图表示。以时间为横坐标，降水量为纵坐标绘制成的降水量随时间的变化曲线。它是分析流域产流、汇流与洪水的最基本资料。,（

11、二）降水特征的表示方法,（2）降水累计曲线：是以降水时间为横坐标，纵坐标表示自降水开始到各时刻降水量的累积值。它是一条递增曲线或折线。在累计曲线上可以明确的表达到某事某刻为止的降水量。累计曲线上任一点的斜率就是该时刻的降水强度。 如果将相邻雨量站的同一次降水的累积曲线绘在一起，可用来分析降水的空间与时程的变化特征。,第一节 降水及其特征,（2）等降水量线（等雨量线）：在一个较大的区域内，常用等降水量线表现区域内降水的分布情况。所谓等降水量线是区域内降水量相等地各点连成的曲线，它反映区域内降水的分布变化规律，在等降水量线图上可以查出各地的降水量和降水面积，但无法确定降水历时和降水强度。,第一节

12、降水及其特征,第一节 降水及其特征,降水特性综合曲线是反映降水特性的一些曲线，主要包括：（1）降水强度历时曲线；（2）平均雨深面积曲线；（3）雨深面积历时曲线。,（二）降水特征的表示方法,（1）降水强度历时曲线是反映降水强度随降水历时的变化曲线，一般情况下降水强度与降水历时成反比，常用的经验公式为 it=s/tn 式中，s 为暴雨雨力，是降水历时为1小时的降水强度。n为暴雨衰减系数，一般为0.50.7。,第一节 降水及其特征,（2）平均雨深面积曲线，是反映降水量与降水面积的关系曲线，一般情况下降水面积越大，平均降水量（雨深）越小。,（3）雨深面积历时曲线，是以雨深、降水面积、降水历时为参数绘制

13、成的曲线，一般情况下，当面积一定时历时越长，平均雨深越大；历时一定时，面积越大，平均雨深越小。,第一节 降水及其特征,五、流域平均降水量的计算,第一节 降水及其特征,(3) 流域平均降水量计算方法：算术平均法、加权平均法、泰森多边形法、等雨量线法等。(4)面积较大的流域，多用泰森多边形法；小流域常用加权平均法；在平地上可用算术平均法和等雨量线法。,(1)通常雨量站所观测的降水记录，只代表该地小范围的降水情况，称点降水量。(2)实际工作中常需要大面积以至全区域的降水量值，即面降水量。,1. 算术平均法,以所研究区域内各雨量站同时期的降水量相加，再除以站数（n）后得出的算术平均值作为该区域的平均降

14、水量（P），即： 式中 P1，P2，Pn 为各测站点同期降水量（mm） P 流域平均降水量（mm） n 测站数,第一节 降水及其特征,优点：简单易行，适合于地形起伏不大，雨量站网稠密且分布较均匀的地区。,第一节 降水及其特征,2. 加权平均法,在对流域情况如面积、地类、坡度、坡向、海拔等进行勘察基础上，选择有代表性的地点作为降水观测点，每个测点都代表一定面积的区域，把每个测点控制的面积作为各测点降水量的权重，按下式计算流域平均降水量： 式中： P流域平均降水量（mm） F流域面积（hm2或km2） f1 ,f2. fn每个测点控制的面积（hm2或km2） P1 ,P2. Pn每个测点观测的降水

15、量,3. 泰森多边形法（垂直平分法）,如果流域内的观测点分布不均匀，且有的站偏于一角，此时采用泰森多边形法计算平均降水量较算术平均法更为合理。,第一节 降水及其特征,3. 泰森多边形法（垂直平分法）,步骤如下： （1）在地图上将相邻雨量站用直线两两相连，构成许多三角形（包括邻近流域的测站），形成三角形网 （2）对每个三角形各边作垂直平分线，用这些垂直平分线构成以每个测站为核心的多边形。 （3）假定每个雨量站的控制面积即为此多边形面积（流域边界内）。,第一节 降水及其特征,第一节 降水及其特征,泰森多边形法计算流域平均降水量P公式：式中：f1 ,f2. fn各测站控制面积，即流域边界内各多边形面

16、积（km2） P1 ,P2. Pn为各观测站同期降水量； F流域总面积（hm2或km2）； P流域平均降水量（mm）,3. 泰森多边形法（垂直平分法）,特点：应用广泛，适用于雨量站分布不均匀的地区。缺点是把各雨量站所控制的面积在不同的降水过程中都视作固定不变，与实际不符。某一测站出现漏测时，则必须重新计算各测站的权重系数，才能计算出全流域的平均降水量。,4. 等雨量线法,等雨量线是计算区域平均雨量较完善的方法。具体步骤：（1）绘制降雨量等值线图；（2）用求积仪或其他方法测算出相邻等雨量线间的面积fi；（3）以各相邻等雨量线间的雨深平均值Pi乘以相应的面积fi，得出该面积上的降水量；,第一节 降

17、水及其特征,（4）将各相邻等雨量间面积上降水量相加，再除以全面积即得出区域平均降水量P 式中 ：f1,f2.fn各相邻等雨量线间的面积（hm2; km2 ） P1 ,P2.Pn为各相邻等雨量间的雨深平均值（mm） F流域总面积（hm2或km2） P流域平均降水量(mm),4. 等雨量线法,第一节 降水及其特征,优点：此法适用于面积较大，地形变化显著而有足够数量雨量站的地区。,第二节 蒸发散,一、水面蒸发二、土壤蒸发三、植物蒸发散,蒸发是水循环的重要环节之一，在研究一定地区的水量平衡、热量平衡、水资源估算中有着重要作用。常见的蒸发有土壤蒸发、植物蒸发、水面蒸发。 蒸发面是水面的称为水面蒸发；蒸发

18、面是土壤表面的称为土壤蒸发；蒸发面是植物体的称蒸腾。,定义：（1）水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。（2）蒸发量（E） 是指从蒸发面跃出的水量和返回蒸发面的水量差值，称为有效蒸发量。（3）蒸发率：单位时间内从蒸发面蒸发的水量，通常以mmd，或mma计。,一、水面蒸发,第二节 蒸发散,第二节 蒸发散,2、影响水面蒸发的因素,一、水面蒸发,影响水面蒸发的因素有两类： （1）是气象条件，如太阳辐射、饱和水汽压、风、温度、湿度等， （2）是水体自身条件，如水质、水深、水面面积、蒸发水面情况等。,太阳辐射,第二节 蒸发散,影响水面蒸发的因素,在自然状态下太阳辐射是水面蒸发的主要热源，是影响蒸发的主要因素

19、。太阳辐射强的地区，水面蒸发量大。在同一地区因太阳辐射在一天内不同时刻、一年中的不同季节、以及随天气状况而变化，因此，水面蒸发在一天中的不同时刻、不同季节也不同。,第二节 蒸发散,饱和水汽压差指水面温度的饱和水汽压与水面上空一定高度的实际水汽压之差。它反映着水汽湿度梯度。饱和水汽压差越大，蒸发量越大；但当上层水汽压增高后，水汽分子密度加大，上下层水汽压之差减小，从而使水分子的扩散动力减少，蒸发速度也随之降低。,饱和水汽压差,影响水面蒸发的因素,风能加强气流的乱流交换作用，使水面上蒸发出的水分子不断被移走，蒸发面上空始终保持一定的水汽压差，从而保证蒸发的持续进行。一般情况下，风速越大，水面的蒸发

20、速率越高。在一定温度下，风速增加到某一数值时，蒸发两将不再增加，达到最大值。,风,影响水面蒸发的因素,第二节 蒸发散,气温决定空气中所能容纳水汽含量的能力和水汽分子扩散的速度。气温高时，蒸发面上的饱和水汽压比较大，空气中能够容纳较多的水汽分子，从而易于蒸发；反之则较小。水温反映了水分子运动能量的大小，水温高时水分子运动能量大，逸出水面的水分多，蒸发强。当风速等其他因素变化不大时，蒸发量随气温的变化一般呈指数关系。,气温,影响水面蒸发的因素,第二节 蒸发散,水质,水质对蒸发有较大的影响，水中的溶解质会减少蒸发。例如含盐度每增加1，蒸发会减少1。混浊度（含沙量）会影响反射率，因而影响热量平衡和水温

21、，间接影响蒸发。由于废水的颜色不同，吸收太阳辐射的热量也下一样。一般深色污水往往大于清水蒸发量1520。,影响水面蒸发的因素,第二节 蒸发散,蒸发面情况,（1）蒸发表面是水分子在汽化时必须经过的通道，若表面积大，则蒸发面大，蒸发作用进行得快。（2）水体的深浅对蒸发也有一定的影响，浅水水温变化较快，与水温关系密切，对蒸发的影响比较显著；深水水体则因水面受冷热影响时会产生对流作用，使整个水体的水温变化缓慢。（3）蒸发表面如有杂物覆盖，从而使水体表面接受的太阳辐射减少，不利于蒸发。,影响水面蒸发的因素,第二节 蒸发散,二、土壤蒸发,土壤蒸发是指发生在土壤孔隙中的水的蒸发现象。 根据土壤供水条件的差别

22、以及蒸发率的变化，可将土壤蒸发过程划分为三个阶段：稳定蒸发阶段 、蒸发速率下降阶段 、蒸发速率微弱阶段,第二节 蒸发散,1、稳定蒸发阶段,土壤含水量达到田间持水量以上或达到饱和，土壤十分湿润，土壤毛管孔隙全部被水充满，并有重力水存在，土壤中的毛细管全部沟沟通，在毛管作用下，土壤中的水分不断快速向表层运动，水分供给十分充足，水分在地表汽化、扩散，土壤的蒸发量大而且稳定。在此阶段蒸发量的大小仅仅取决于气象条件的好坏。,第二节 蒸发散,2、蒸发速率下降阶段,随着第一阶段不断进行，土壤中的水分含量进一步降低，当土壤含水量降低到上临界土壤含水量（其值与田间持水量接近）时，毛管水的连续状态遭到破坏，毛细管

23、的传导作用下降，向表层输送水分的能力降低，蒸发速率随着表层土壤含水量的变小而变小。此时，蒸发速率与土壤含水量有关，而气象因素对它的影响逐渐减小。,第二节 蒸发散,3、蒸发速率微弱阶段,当土壤含水量降低至毛细管断裂含水量（相当于凋萎含水量）以下时，土壤蒸发进入第三阶段，毛管水不再以连续状态存在，毛管的传导作用停止，土壤水分只能以薄膜水和气态水的形式向表层移动，土壤内部的水分通过汽化，并经土壤孔隙向大气运行，蒸发主要以水汽扩散输送，运动式缓慢，土壤的蒸发强度很小，且比较稳定。该阶段的蒸发受气象因素和土壤水分含量的影响都很小。实际蒸发量只取决于下层土壤的含水量和与地下水的联系状况。,第二节 蒸发散,

24、影响土壤蒸发的因素,1、气象因素：包括温度、湿度、风速等； 气象因素对土壤蒸发的影响作用与对水面蒸发的作用相同。2、土壤本身的特性：如土壤含水量、地下水的埋藏深度、土壤质地、土壤颜色、土壤表面状况等。,第二节 蒸发散,（1）土壤含水量,土壤含水量是决定土壤蒸发供水能力的关键因素。土壤含水量大于田间持水量时，土壤的供水能力最大，相应的土壤的蒸发能力也大，基本上能够达到自由水面的蒸发速度。当土壤含水量降低到田间持水量以下，凋萎含水量以上时，土壤蒸发随土壤含水量的逐步降低而减小。当土壤含水量降低到凋萎含水量以下时，土壤的蒸发速度已经很小，达到一个比较稳定的水平。,第二节 蒸发散,影响土壤蒸发的因素,

25、（2）地下水位,地下水位通过影响土壤的含水量分布来影响土壤蒸发的。如果地下水埋藏较浅，在毛细管的作用下地下水能过源源不断地上升到上层土壤，从而使土壤蒸发持续稳定的进行，土壤蒸发量大。如果地下水埋藏较深，在毛细管作用下地下水无法达到上层土壤，即土壤供水能力相对较弱，不但土壤蒸发量小，而且土壤蒸发的变幅也大。,第二节 蒸发散,影响土壤蒸发的因素,（3）土壤质地和结构,土壤质地和结构决定了土壤孔隙的多少和土壤孔隙的分布特性，从而影响土壤的持水能力和输水能力。质地较轻的土壤（沙壤）和团聚作用强的土壤（团聚体多），因毛细管多数被割断，毛细管的作用被破坏，水分不易上升，土壤蒸发较小。因此，经常锄地能减少土

26、壤的蒸发。相反，土壤颗粒较细，团聚体较少的土壤（如粘土）毛细管作用旺盛，土壤蒸发强烈。,第二节 蒸发散,影响土壤蒸发的因素,（4）土壤颜色,土壤颜色主要影响土壤表面的反射率，即影响土壤表面吸收太阳辐射的量。如果土壤的颜色黯淡，吸收的太阳辐射多，土壤表面温度高，土壤蒸发量大。,第二节 蒸发散,影响土壤蒸发的因素,（5）土壤表面特征,主要通过对风速、地表吸收的太阳辐射、地面温度等因素的影响而对土壤蒸发产生影响。地表有植物覆盖的土壤蒸发要小于裸露地；粗糙地表的蒸发量要大于平滑地面；坡向不同，地表吸收的太阳辐射不同，地表温度不同，阳坡土壤蒸发明显大于阴坡。,第二节 蒸发散,影响土壤蒸发的因素,（6）土

27、壤蒸发能力,土壤蒸发能力指在特定气象条件下，充分供水时土壤的蒸发量。土壤蒸发能力也称土壤可能最大蒸发量或潜在蒸发量。当土壤含水量达到田间持水量以上时，土壤供水充分，蒸发量达到了蒸发能力。当土壤含水量低于田间持水量时，土壤蒸发量总是小于蒸发能力。可见土壤的蒸发能力只与气象条件有关，而与土壤含水量无关。,第二节 蒸发散,影响土壤蒸发的因素,土壤蒸发取决于两个条件：一、是土壤蒸发能力，二、是土壤的供水条件。 土壤蒸发量的大小决定于以上两个条件中较小的一个，并且大体上接近于较小值。,第二节 蒸发散,影响土壤蒸发的因素,三、植物散发,1、概念： 植物散发是指植物在生长期内，水分从叶面和枝干进入大气的过程

28、。包括两部分：（1）通过植物体表面的蒸发，这部分蒸发量较小；（2）通过气孔的水气扩散，其量较大。植物的散发比水面蒸发和土壤蒸发复杂，它与土壤环境、植物生理和大气环境之间存在密切关系。,第二节 蒸发散,（1）植物根的细胞液浓度与土壤水的浓度有一差值，即渗透压，该渗透压促使土壤水分通过根膜进入根细胞内。（2）水分进入根内以后在蒸腾拉力和根压的共同作用下水分通过根、茎、枝、叶柄、叶脉到达页面，然后通过开放的气孔逸出后进入大气，这就是蒸腾。（3）在进行蒸腾的同时，植物体内的水分可以直接通过其表面进行蒸发。,2、植物蒸发散的物理过程,第二节 蒸发散,植物的蒸发散是水分通过土壤植物大气系统的一种连续运动变

29、化过程。受植物生理作用的调节，还受气候因素的影响和土壤供水能力的限制。 （1）植物生理调节：主要指植物的种类和植物生长阶段在生理上的差别，不同的植物其叶片的大小、质地、特别是气孔的分布、数目及形状有很大的差别。气孔大、数目多的植物蒸发散量大，如针叶树的蒸发散较阔叶树小，深根植物的蒸发散较浅根植物均匀。同一树种在不同的生长阶段蒸发散量也不一样，春天的蒸发散较冬天大。,3、影响植物蒸发散的因素,第二节 蒸发散,（2）影响植物蒸发散的气候因素：与水面蒸发和土壤蒸发的相同，主要是温度、湿度、日照和风速。尤其重要的是温度和光照。 植物的蒸发散随温度的升高而加强。当气温达到40以上时，植物的气孔失去调节功

30、能而全部打开，散发大量的水分。在同样的气温下，春季的蒸发散要比秋季大。植物蒸发散随光照时间和光照强度的增强而增大。蒸发散主要发生在白天，白天的蒸发散量大约占90，蒸发散强度中午最大，夜间最小,第二节 蒸发散,影响植物蒸发散的因素,（3）土壤水分：是植物蒸发散的主要水源，但蒸发散与土壤水分的关系受植物生理技能的制约。当土壤含水量高于毛管断裂含水量时，植物的蒸发散随土壤含水量的变化幅度较小；当土壤含水量降低到凋萎含水量以下时，植物将不能从土壤中吸取水分以维持正常的生理活动而逐渐枯萎，蒸发散也随之停止；当土壤含水量在毛管断裂含水量与凋萎含水量之间时，蒸发散随土壤含水量的减少而减少。,第二节 蒸发散,

31、影响植物蒸发散的因素,下渗概念,下渗又称入渗，是指水分通过土壤表面垂直向下进入土壤和地下的运动过程。是将地表水、地下水、土壤水联系起来的纽带，是径流形成过程、水分循环的重要环节。 下渗水量是径流形成过程中降雨损失的主要组成部分，有必要认识下渗的物理现象和下渗水量的变化规律。,第三节 下 渗,第三节 下 渗,1. 下渗的物理过程 2. 下渗过程中土壤含水量的分布 3. 下渗要素4. 影响下渗的因素 5. 下渗的公式,下渗,一、下渗的物理过程,水分的下渗是在重力、分子力和毛管力的综合作用下进行的，其下渗过程就是这三种力的平衡过程，整个下渗过程按照作用力的组合变化和运动特征，划分为三个阶段： 1、渗

32、润阶段； 2、渗漏阶段； 3、渗透阶段。,第三节 下 渗,1、渗润阶段：降水初期，土壤相对较为干燥，落在干燥土面上的雨水，首先受到土粒的分子力作用，在分子力作用下下渗的水分被土粒吸附形成吸湿水，进而形成薄膜水，当土壤含水量达到分子力所能维持的最大量时，下渗进入下一阶段。,第三节 下 渗,2、渗漏阶段：土壤中薄膜水得到满足后，影响下渗的作用由分子力转化为毛管力和重力。在毛管力和重力的共同作用下，使下渗水分在土壤孔隙中作不稳定运动，并逐步充填毛管孔隙、非毛管孔隙，使表层土含水达到饱和。当土壤表层的非毛管孔隙被充满水后，下渗进入第三阶段。,一、下渗的物理过程,3、渗透阶段：在土壤孔隙被水分充满，达到

33、饱和状态后，水分主要在重力作用下继续向深层运动，下渗的速度基本达到稳定。水分在重力作用下向下运行，称为渗透。,第三节 下 渗,一、下渗的物理过程,二、下渗过程中土壤含水量的垂直分布,包德曼（Bodman）和考尔曼（Colman）实验发现，下渗水在土体中的垂向分布，大致可划分为4个带：(1)饱和带、(2)过渡带、(3)水分传递带、(4)湿润带。下图反映了下渗水的垂向运动特征。,第三节 下 渗,（1）饱和带,饱和带位于土壤表层。在持续供水条件下，土壤含水量处于饱和状态，但无论下渗强度有多大，土壤浸润深度怎样增大，饱和带的厚度不超过1.5cm。,第三节 下 渗,（2）过渡带,在饱和带之下，土壤含水量

34、随深度的增加急剧减少，形成一个水的过渡带。过渡带的厚度不大，一般在5cm左右。,（3）水分传递带,过渡带下方为水分传递带，其特点是土壤含水量沿垂线均匀分布。在数值上大致为饱和含水量的6080，带内水分的传递运行主要靠重力作用，在均质土中，带内水分下渗率接近于一个常值。,第三节 下 渗,（4）湿润带,水分传递带之下，是一个含水量随深度迅速递减的水分带，称湿润带。湿润带的末端称为湿润锋面，锋面两边土壤含水量突变，此锋面是上部湿土与下层干土之间的界面。 当地表停止供水和地表积水消耗了以后，水分入渗过程结束，但土壤剖面中的水分在水势作用下仍继续向下运动。,第三节 下 渗,三、下渗要素,第三节 下 渗,

35、下渗率又称下渗强度，是指单位面积上单位时间内渗入土壤中的水量，常用mmmin；mm/h。,1. 下渗率（f）,2. 下渗能力（fp）,又称下渗容量，是指在充分供水条件下的下渗率,第三节 下 渗,3. 稳定下渗率（fc）,简称“稳渗”。通常在下渗最初阶段，下渗率具有较大的数值，称为初渗（f0），其后随着下渗作用的不断进行，土壤含水量的增加，下渗率逐步递减，递减的速率也是先快后慢。当下渗锋面推进到一定深度后，下渗率趋于稳定的常值。此时的下渗率称为“稳定下渗率”。,四、影响下渗的因素,影响下渗因素有四个方面： 土壤特性、降水特性、流域植被和地形条件、人类活动。,第三节 下 渗,（1）土壤特性的影响,

36、土壤特性对下渗的影响，主要决定于土壤的透水性能及土壤的前期含水量。一般来说土壤颗粒愈粗，孔隙直径愈大，其透水能愈好，土壤的下渗能力亦愈大。土壤的前期含水量越高，下渗量将越少，下渗速度也越慢。,（2）降水特性的影响,包括降水强度、历时、降水过程及降水的空间分布。降水强度直接影响土壤下渗强度及下渗水量，在降水强度小于下渗率的条件下，降水全部渗人土壤。在相同土壤水分条件下，下渗率随雨强增大而增大。尤其是在草被覆盖条件下情况更明显。降水的时程分布对下渗也有一定的影响，如在相同条件下，连续性降水的下渗量要小于间歇性下渗量。,第三节 下 渗,四、影响下渗的因素,（3）流域植被、地形条件的影响,植被及地面上

37、枯枝落叶具有滞水作用，增加了下渗时间，从而减少了地表径流，增大了下渗量，另外，植物根系改良土壤的作用使土壤孔隙状况明显改善，从而增加了下渗速度和下渗量。当地面起伏较大，地形比较破碎时，水流在坡面的漫流速度慢，汇流时间长，下渗量大。在相同的条件下，地面坡度大、漫流速度快，历时短，下渗量就小。,第三节 下 渗,四、影响下渗的因素,（4）人类活动的影响,各种坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水的滞留时间，从而增大下渗量。反之砍伐森林、过度放牧、不合理的耕作，则加剧水土流失，从而减少下渗量。在地下水资源不足的地区采用人工回灌，则是有计划、有目的的增加下渗水量。在低洼易涝地区，开挖排水沟渠则是有计划有

38、目的控制下渗，控制地下水的活动。研究水的入渗规律，正是为了有计划、有目的控制入渗过程，使之朝向人们所期望的方向发展。,第三节 下 渗,四、影响下渗的因素,1菲利浦下渗公式,第三节 下 渗,式中： 下渗容量，mm/h t 下渗时间，h s 吸着力 稳定下渗率，mm/h,五、下 渗公 式,2霍顿下渗公式（R.E.Horton）,第三节 下 渗,式中： 下渗容量，mm/h 稳定下渗率，mm/h t 下渗时间，h 下渗开始时（t=0)下渗率mm/h e 自然对数底 a 参数，与土壤、植被性质有关,径流是水循环的基本环节，又是水量平衡的基本要素，它是自然地理环境中最活跃的因素。从狭义的水资源角度来说，在

39、当前的技术经济条件下，径流则是可资长期开发利用的水资源。河川径流的运动变化，又直接影响着防洪、灌溉、航运和发电等工程设施。因而径流是人们最关心的水文现象。,第四节 径 流,1、径流的含义及组成 2、径流的形成过程3、径流的表示方法 4、径流的影响因素,一、径流的涵义及其组成,径流：指沿地表或地下运动汇人河网向流域出口断面汇集的水流。沿地表运动地表径流；沿地下岩土空隙运动地下径流。（1）根据降水的类型：划分为降雨径流和融雪径流。（2）降雨形成的径流为降雨径流；冰雪水融化形成的径流为融雪水径流。我国的河流以降雨径流为主，融雪水径流只是在西部高山和高纬度地区地局部地区或河流的局部地段发生。,第四节

40、径 流,1. 径流的涵义及类型,第四节 径 流,2. 径流组成,根据径流运动的场所可以把径流划分为地表径流、壤中流、地下径流，即径流由地表径流、壤中流、地下径流三部分组成。,二、径流的表示方法,常用的径流表示方法和度量单位有以下几种：流量、 径流总量、径流深、径流模数、径流系数。,第四节 径 流,1. 流量（Q）,流量是指单位时间通过某一断面的水量，单位为 m3/s 。通过该断面的流量随时间的变化过程，可用流量过程线表示。常用的流量还有日平均流量、月平均流量、年平均流量、最大流量、最小流量等。,2. 径流总量（w）,径流总量表示时段T内通过河流某一断面的总水量，单位为m3或亿m3。在流量过程线

41、上时段T内流量过程线以下的面积，即为时段T的径流总量。有时也用其时段平均流量与时段的乘积表示：,第四节 径 流,式中：WT时段内的径流总量，m3 T时段内的平均流量，m3/s T 历时为T（s）,3. 径流深（R）,径流深是指若将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层厚度，单位为mm。计算公式为：,第四节 径 流,式中： R径流深（mm) Q时段T内的平均流量（m3/s）F流域面积（km2 ）,4. 径流模数（M）,径流模数是指流域出口断面流量与流域面积的比值，即单位时间单位面积上产生的水量。,第四节 径 流,式中：M径流模数，L/(skm2) Q 流于出口端面流量，m3/s F 流域面积，

42、km2,5. 径流系数（）,径流系数是指同一时段内径流深与降雨深的比值。01）或偏枯(K1)的程度。,第四节 径 流,三、径流形成过程,径流形成过程根据各个阶段的特点，把径流形成划分为三个过程：1、流域蓄渗过程；2、坡面汇流过程；3、河网汇流过程。,第四节 径 流,1流域蓄渗过程,降雨开始时，除一少部分降落在河床上的雨水直接进入河流形成径流外，大部分降水并不立刻产生径流，而是首先要消耗于植物截留、枯枝落叶吸收、下渗、填洼与蒸发。,第四节 径 流,（1）植物截留,第四节 径 流,植物截留是指降雨过程中植物枝叶拦蓄降水的现象。植物截留量与降水量、降水强度、风、植被类型、郁闭度、枝叶的干燥程度等有关

43、。一般情况下，降水量越大，植物截留量越大；降水强度越强，截留量越小；风越大，截留量越小；不同的植被有着不同的截留量，叶表面积越大，截留量越大，尤其是叶片表面的状况对截留量有很大影响；郁闭度越高，整个林分的截留量越大。,（2）枯枝落叶吸收,第四节 径 流,枯枝落叶层吸收雨水能力取决于枯枝落叶的特性和含水量大小，一般情况下，枯枝落叶层越干，吸收的雨水量越大。,（3）土壤下渗、填洼与蒸发,第四节 径 流,超渗产流：当降雨强度大于土壤的入渗强度时多余的雨水便在地表形成地表径流（超渗雨），这种产流方式称为超渗产流。蓄满产流：如果降雨强度小于下渗强度，下渗过程持续进行，当土壤中所有孔隙都被雨水充满后，多余

44、的水分在地表形成径流，这种产流方式称为蓄满产流。,填洼产流：出现产流的地方雨水在流动过程中首先要填满流路上的洼坑，称为填洼。这些洼坑积蓄的水量，称为填洼量。山区流域一次暴雨洪水中，填洼量所占比重不大，10mm左右，最终耗于蒸发及入渗，实际计算中往往忽略。在平原或坡度平缓的地面，填洼量较大，可达100mm，影响到坡面产流过程和径流总量，不容忽视。,第四节 径 流,壤中流：降雨过程中渗入土壤的水分不断增加，当某一界面以上的土壤达到饱和时，在该界面上就会有水分沿土层界面侧向流动，形成壤中流。,地下径流：当降雨继续进行，下渗水分到达地下水面后，以地下水的形式沿坡地土层汇入河槽，形成地下径流。在流域蓄渗

45、过程中产生三种径流形式地表径流、壤中径流和地下径流，因此，蓄渗过程也是流域的产流过程。 在流域蓄渗过程中降雨必须满足四种损失植物截留损失、枯枝落叶吸收损失、下渗损失、填洼损失，因此，流域的蓄渗过程也叫损失过程。,2坡面汇流过程,第四节 径 流,坡面漫流：扣除植物截留、入渗、填洼后的降雨在坡面上以片状流、细沟流的形式沿坡面向溪沟流动的现象为坡面漫流。,在漫流过程中，坡面水流一方面继续接受降雨的直接补给而增加地表径流，另一方面又在运行中不断地消耗于下渗和蒸发，使地表径流减少。地表径流的产流过程与坡面汇流过程是相互交织在一起的，前者是后者发生的必要条件，后者是前者的继续和发展。,第四节 径 流,壤中流形成机制：也同样具有沿坡地土层的汇流过程。它们都是在有孔介质中的水流运动。壤中流主要发生在近地面透水性较弱的上层中，它是在临时饱和带内的非毛管孔隙中侧向运动的水流，它的运动服从达西定律。壤中流与地表径流有时可以相互转化，例如，在坡地上部渗人士中流动的壤中流，可能在坡面下部以地表径流的形式汇入河川。部分地表径流在流动过程中也可能会渗入地下变成壤中流。,2坡面汇流过程,第四节 径 流,2坡面汇流过程,