【正文】 交換將以薄膜水和水汽的形式進(jìn)行。 器測法計(jì)算公式： PqRGGE ????? )()( 21式中， G1， G2分別前后土壤干重； P為降落在土壤蒸發(fā)器上的降雨量； R為徑流； q為引流量。根據(jù)水量平衡原理，測定出一塊樣地或流域的整片植物群落生長期始末的土壤含水量、土壤蒸發(fā)量、降雨量、徑流量和滲漏量，再用水量平衡方程即可推算出植物生長期的散發(fā)量。（方程在第七節(jié)講） (1) E=E水 +E陸 +E植 (2) 水量平衡方程法 E=PR△ W 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 第五節(jié) 土壤水、下滲與地下水 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 一、土壤水 土壤水的形態(tài) 土壤水按其形態(tài)不同可分為氣態(tài)水、吸著水、毛管水和重力水等。薄膜水吸附于吸濕水的外部，能沿土粒表面進(jìn)行數(shù)度極小的移動。 （ 4）重力水：土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很易排出，這種水分稱為重力水。因此，分析下滲的物理過程和規(guī)律，對認(rèn)識徑流形成的物理機(jī)制有重要的意義 。表面張力的合力指向無水方，使水迅速入滲。在整個下滲過程中，下滲是在三種力同時作用下進(jìn)行的，開始時三種力同時作用，入滲速率最大；隨著土壤濕度增大，前兩種力（分子力、毛管力）逐漸減小或消失，水分主要在重力作用下運(yùn)動，入滲速率就趨于一個穩(wěn)定值 fc。 f0、 fc、 β與土壤性質(zhì)有關(guān)，需根據(jù)實(shí)測資料或?qū)嶒?yàn)資料分析確定。 ctct fefff ??? ? ?)( 02022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) （三）影響下滲的因素 下滲是一個較復(fù)雜的過程，受多方面因素的影響，主要有土壤性質(zhì)、降水、植被、地表、人類活動影響。在相同土壤水分時，下滲率隨雨強(qiáng)增大而增大，尤其對有草皮覆蓋的情況則更為明顯。這是因?yàn)橹脖蛔柚沽说孛鎻搅?，延續(xù)了下滲時間，且枯枝落葉及根系的腐爛使土壤更易透水。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) （四）下滲與雨強(qiáng)的關(guān)系：雨強(qiáng) i指降水強(qiáng)度， ft表示某一時刻的下滲能力。它是大氣降水或地表水在下滲途中，遇到局部不透水層的阻擋后，在其上聚積而成的地下水。 徑流為流域表面的降水由地面與地下匯入河川，并流出流域出口斷面的水流過程。 徑流過程可劃分為產(chǎn)流、匯流兩個階段。 t P Q t 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) t P t Q t 徑流形成分兩個階段：產(chǎn)流階段和匯流階段。 下滲到淺層地下水面后，以地下水滲流補(bǔ)充河流，形成淺層地下徑流 Y3。 P損 包括植物截留、填洼、下滲、蒸發(fā)等損失水量。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 坡面匯流由坡面漫流、壤中徑流匯流和地下徑流匯流組成。因此，在坡面匯流過程中，不同徑流成分的流速和流程必然有較大差異。來自坡地的水流，首先匯入附近的小河或溪溝，在匯入較大的支流，最后匯集至流域出口斷面，形成了流域出口段面的流量過程線。事實(shí)上，在流域各處產(chǎn)生的徑流，在向出口斷面匯集的過程中，降雨、下滲、蒸發(fā)等現(xiàn)象的全部或一部分，常常是同時發(fā)生的。氣候因素是影響徑流的主要因子，屬急變因素。 直接影響：引水工程（南水北調(diào)），修建水庫；間接影響：植樹造林，都市化 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 三 徑流的定量表示 1 流量 —— Q 指單位時間內(nèi)通過流域出口斷面的水量，常用單位為 m3/s。 計(jì)算公式為： TQ)tt(Qdt)t(QW 122t1t ???? ?t1 t2 T W Q—— 時段 T內(nèi)的平均流量 日徑流總量、月徑流總量、年徑流總量通過上式都可以獲得。 4 徑流模數(shù) —— M 指單位流域。 其關(guān)系式為： R=W/(1000F) 式中， W的單位為 m3， F的單位為 km2。流量 Q隨時間 t的變化過程，稱為流量過程線 Q~t。 它們從不同角度影響徑流。 R隨 P增大而增大，隨 E增大而減少。簡單地說，把徑流過程中從降雨中扣除各項(xiàng)損失稱為產(chǎn)流過程，把坡面漫流及河網(wǎng)匯流稱為匯流過程。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) b. 河網(wǎng)匯流： 從支流到干流，從上游到下游，到流域出口斷面。壤中徑流和地下徑流分別開始于相對不透水層和地下水面以上土壤含水量達(dá)到田間持水量之時。 坡面漫流，流程歷時較短，河流流量的主要來源； 表層流徑流，由土壤孔隙流入河網(wǎng)，流程歷時較坡面漫流長，對歷時較長的暴雨，也是構(gòu)成河流流量的主要來源。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 產(chǎn)流階段 由降雨 P形成凈雨 R的過程。 R 產(chǎn)流 匯流 降雨過程 凈雨過程 流域出口斷面流量過程 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 產(chǎn)流：降水從上而下，以 x表示；有些降水先遇植物枝葉，被截流，其量記為 Is；在滿足 Is以后，多余水量仍到達(dá)地面，如降雨強(qiáng)度小于地面下滲能力，雨水將全部滲入土中，如降雨強(qiáng)度大于下滲能力，下滲按下滲能力進(jìn)行，多余的水將沿地面從高向低流動；中途遇坑洼地，將填平后再向低處流動，直達(dá)河流，形成地表徑流 Y1。我國大多數(shù)河流，在夏、秋季節(jié)主要是地表水補(bǔ)給，且以雨水補(bǔ)給為主，而在冬季則主要是地下水補(bǔ)給。降水的形式不同，徑流形成過程也不同。這個自由表面就是潛水面。但天然狀態(tài)下的降雨復(fù)雜且多變，實(shí)際降雨強(qiáng)度并不一定大于下滲能力，可能有如下三種情況： 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 1 大降雨強(qiáng)度情況： i＞ fpfc，此時充分供水，下滲按下滲能力進(jìn)行并處于下滲最大值； 2 降雨強(qiáng)度較小而穩(wěn)定的情況： i≤fc，下滲率取決于降雨強(qiáng)度， f=i，降雨全部滲入土壤，土壤水分達(dá)不到飽和； 3 降雨強(qiáng)度介于 fp與 fc之間： fc i≤fp，開始時達(dá)不到飽和，f= i，全部降水滲入土壤，待某一時刻表土層飽和后，此飽和層逐漸加深并開始過渡到地面積水。例如，同一雨強(qiáng)下，坡度越大，下滲率越小。另外，降雨時程分布，連續(xù)或間歇降水都會影響下滲。初始土壤含水率對下滲有影響，干燥土壤吸水力強(qiáng)，下滲率大，濕潤土壤下滲率就小。在天然降雨條件下，在降雨初期，一般降雨強(qiáng)度是小于下滲能力的，因此在降雨初期，實(shí)際的下滲強(qiáng)度等于降雨強(qiáng)度。通過做實(shí)驗(yàn)可以得到下滲的數(shù)學(xué)公式。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 滲透階段（重力）：毛管力消失后，只剩下重力起作用，重力穩(wěn)定向下，一直起作用，可使下滲穩(wěn)定進(jìn)行。隨著入滲的繼續(xù)，薄膜厚度增大，分子力迅速衰減到消失。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 膜狀水 膜狀水 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 二、下滲 下滲是指降落到地面上的雨水從地表滲入土壤內(nèi)的運(yùn)動過程。分為上升毛管水和懸著毛管水。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) （ 2）吸著水：包括吸濕水和薄膜水。由于各項(xiàng)的蒸發(fā)量的測定困難，一般都是用流域水量平衡方程來估算。美國做過少量農(nóng)作物實(shí)驗(yàn)，我國自 80年代末也有一些研究單位開始從事這方面的研究。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) I. 第一階段：土壤充分濕潤，供水充足， E接近最大蒸發(fā)能力 EM； II 第二階段：土壤水分減少， WW田 ， 供水條件變差， E逐漸減??； E=W/W田 EM III 第三階段： WW斷 ，水分運(yùn)動十分緩慢，蒸發(fā)率很小。 ? 毛管斷裂含水量：毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)開始斷裂時的含水量。當(dāng)土壤含水量減至毛管斷裂含水量（毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)開始斷裂時的含水量），毛管水完全不能到達(dá)地表后，進(jìn)入第三階段。田間持水量是劃分土壤持水量與向下滲透水量的重要依據(jù)，對水文學(xué)有重要意義。 由于蒸發(fā)耗水，土壤含水量不斷減少，當(dāng)土壤含水量降到田間持水量以下時，土壤中毛細(xì)管的連續(xù)狀態(tài)將逐漸被破壞，從土層內(nèi)部由毛細(xì)管作用上升到土壤表面的水分也將逐漸減少，這時進(jìn)入第二階段。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 二、土壤蒸發(fā)： 土壤蒸發(fā)是土壤中所含水分以水汽的形式逸入大氣的現(xiàn)象，土壤蒸發(fā)過程是土壤失去水分或干化過程。也就是說帶有系統(tǒng)誤差（偏大），要乘上修正系數(shù)（通過對比觀測資料率定） ? 間接計(jì)算： 間接計(jì)算法是利用氣象或水文觀測資料間接推算蒸發(fā)量，方法有：水汽輸送法、熱量平銜法、彭曼法、水量平衡法、經(jīng)驗(yàn)公式等等。確定水面蒸發(fā)量的大小，通常有兩種途徑：器測法和間接計(jì)算法。 流域蒸發(fā)包括三個方面：水面蒸發(fā)；土壤蒸發(fā)；植物散發(fā)。 比較：精度高，工作量大，需要的資料多，適用范圍小。 適用條件：①雨量站分布不太均勻；②地形起伏較大時 包含假定：流域內(nèi)任何一點(diǎn)的降雨量，都可用和它距離最近的雨量站代表。 ??????? ni in xnn xxxx 121 1...x2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 泰森多邊形法：如圖所示。這就涉及到由各站點(diǎn)的點(diǎn)雨量推求流域平均降雨量即面雨量的問題。一般為指數(shù)衰減曲線，面積愈大，平均雨深愈小。它可以反映該場降雨的核心部分的雨強(qiáng)變化特性。以平均雨強(qiáng)為縱坐標(biāo)，歷時為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪而成。當(dāng)時段取得很小并趨于零， 1線變?yōu)楣饣€，即為瞬時雨強(qiáng) i過程線，如圖中 2線所示。 降雨中心 （降雨量最大的局部地區(qū)） 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室 2022年 7月 工程水文學(xué)精品課程建設(shè) 降雨資料圖示法： 用圖示的方法將降雨特性中的幾個或全部表征出來。指與洪水過程相應(yīng)的一次降雨過程的總量，它可以指某個雨量站的降雨量，若對一個流域而言，則指流域的面平均雨量。 2022年教改項(xiàng)目 水文學(xué)及水資源教研室