【正文】 2022年教改項目 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)間接法之經(jīng)驗公式法 常用的經(jīng)驗公式為： E=f(u)(esez) 式中， E為天然水面蒸發(fā)量； u為水面上某高處風(fēng)速； es為水面溫度下的飽和水汽壓； ez為距水面上 z處的水汽壓， (esez)為飽和汽壓差； 函數(shù) f，不同地區(qū)，形式不一樣。土壤是一種有孔介質(zhì)，具有吸收、保持和輸送水分的能力．因此，土壤蒸發(fā)還受到土壤水分運動的影響。一般分為三個階段： ? 第一階段：當(dāng)土壤含水量在田間持水量（田間一定深度土層中所能保持的最大毛管懸著水量）以上時，接近水面蒸發(fā)速度，氣象條件是主要影響因素。 2022年教改項目 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) 第二階段：當(dāng)含水量在田持至毛管水?dāng)嗔央A段，蒸發(fā)速度與含水量成正比，土壤濕度成為主要影響因素。當(dāng)土壤含水量超過這一限度時，多余的水分不能被土壤所保持，將以自由重力水的形式向下滲透。 在這一階段內(nèi)，隨土壤含水量的減少．供水條件越來越差，土壤蒸發(fā)量也就越來越小。土壤蒸發(fā)率與土壤含水量 W大體成正比。 2022年教改項目 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) ? 第三階段：含水量降至毛管斷裂含水量之下，蒸發(fā)很緩慢。在這種情況下，不論是氣象因素還是土壤含水量對土壤蒸發(fā)均不起明顯作用。當(dāng)土壤含水量大于此值時，懸著水就能向土壤水分的消失點或消失面 (被植物吸收或蒸發(fā) )運行。 ? 觀測較困難，可采用“稱重法”，一般站點無資料。 2022年教改項目 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）土壤蒸發(fā)的影響因子 氣象因素：氣溫，風(fēng)速，飽和水汽壓差 (esez) 土壤因素：土壤含水量，土壤特性，植被，地形 2）土壤蒸發(fā)量觀測 土壤蒸發(fā)量常用方法有器測法、水量平衡法和經(jīng)驗公式法等。 2022年教改項目 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、植物散發(fā)：在植物生長期，植物根系吸收水分，再從葉面和枝干散發(fā)出去的過程，是一種生物物理過程，比水面蒸發(fā)及土壤蒸發(fā)更為復(fù)雜，它與土壤環(huán)境、植物的生理結(jié)構(gòu)以及大氣狀況有密切的關(guān)系，很難觀測。 需要進行估算，如用水量平衡法。 2022年教改項目 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、流域總蒸發(fā)估算 流域總蒸發(fā) (流域蒸散發(fā) )包括水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物截留蒸發(fā)及植物散發(fā)。利用流域多年平均情況下的水量平衡方程和實測的降水量、徑流量資料，進行反推。（重力、毛管力、固體顆粒的吸力、表面張力） （ 1）氣態(tài)水：存在于土壤孔隙中的水汽，有利于微生物的活動，對植物根系有利，但數(shù)量較少，在計算中被忽略。吸濕水被緊束于土粒表面，不能在重力和毛管力的作用下移動。 （ 3）毛管水是在毛管力作用下土壤中所能保持的那部分水分。上升毛管水是指地下水沿著土壤毛細(xì)管上升的部分，懸著毛管水來自降雨或灌水，在不受地下水補給時，上層土壤由于毛管作用下所能保持的地面滲入的水分。 2022年教改項目 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) 幾個重要的含水量 飽和含水量（最大持水量） 田間持水量： 凋萎系數(shù)： 為保證旱作物豐產(chǎn)和水資源的高效利用，一般要求土壤含水量在 _________和 __________之間。下滲不僅直接決定地面徑流量的大小，同時也影響土壤水分的增長，以及表層流與地下徑流的形成。 （一）下滲過程 （在三個力作用下進行：分子力、毛管力、重力） 按水分所受的力和運動特征，下滲可分為三個階段 2022年教改項目 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) 滲潤階段（分子力）：下滲開始時，土壤干燥，分子力很強，可達(dá) 10000個大氣壓，土壤分子力很快把水吸附在土粒周圍，形成薄膜水。（引力與距離平方成反比） 滲漏階段（毛管力）：入滲水分填充了土粒間的空隙，空隙連通，形成毛管，水沿管壁運動，構(gòu)成彎曲面，在表面張力作用下產(chǎn)生毛管力。當(dāng)水逐漸填滿毛管后，毛管力消失。（ fc） 圖 下滲曲線和下滲累積曲線 2022年教改項目 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) ? 下滲曲線是一條遞減曲線。通過實驗可以證明這種入滲速率隨入滲歷時增大而遞減的規(guī)律，最簡單的下滲實驗是同心環(huán)實驗。 2022年教改項目 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） 經(jīng)驗公式（霍頓公式） 其中，下滲率 f，表示在單位時間內(nèi)，單位面積上滲入土中的水量（ mm/h） ft： t時刻的下滲率， f0：初始下滲率， e：自然對數(shù)的底，β：遞減指數(shù)。 下滲曲線是充分供水條件下的某地面點上的下滲曲線。當(dāng)土壤含水量增加至一定值時，降雨強度才會超過下滲率，這時就會形成徑流。 土壤：土壤粒徑愈大，孔隙愈大，穩(wěn)定下滲率 fc愈大。 降雨：若雨強小于下滲能力時，降雨全部滲入土壤，若雨強大于下滲能力時，則產(chǎn)生超滲產(chǎn)流，形成地面徑流。對于赤裸的土壤，雨強增大，雨滴也增大，增大的雨滴以較大能量撞碰并濺起地表土粒，土粒隨下滲水流充塞土壤孔隙，從而使下滲率減小。 2022年教改項目 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) 植被：有植被地區(qū)的下滲一般大于裸地。 流域地形：坡度的大小，坡面的向陽、背陽，地形的起伏等都對下滲有一定影響。 人類活動：植樹造林，開挖水平溝及魚鱗坑，修梯田，平整土地等農(nóng)、林措施，以及灌排水等水利措施使流域滯水及蓄水能力增加，因而影響到下滲。 在天然情況下，滿足土壤下滲能力的必要條件是任一時刻的降雨強度 i要大于或等于該時刻的下滲能力 ft，即 i＞ ft，這時的下滲過程線就是下滲能力曲線。 2022年教改項目 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、地下水類型 ? 存在于包氣帶中的地下水 ? 結(jié)合水（分吸濕水、薄膜水） ? 毛管水（分毛管懸著水與毛管上升水） ? 重力水（分上層滯水與滲透重力水） ? 存在于飽和帶中的地下水 ? 潛水 具有自由水面 ? 承壓水（分自流水與非自流水） ? 成規(guī)?？梢岳玫闹饕校荷蠈訙?、潛水、承壓水 2022年教改項目 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）上層滯水 (perched water) 上層滯水是存在于包氣帶中局部隔水層上的重力水（下圖）。 2022年教改項目 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）潛水（ phreatic water） ? 潛水是埋藏在地表下第一個穩(wěn)定隔水層上具有自由表面的重力水。 2022年教改項目 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) 第六節(jié) 徑流 一、徑流形成過程 從降水到達(dá)地面至水流從流域出口斷面流出的過程即為河川徑流形成過程。河川徑流的來源是大氣降水。降雨徑流多見，融雪徑流一般為局部。 2022年教改項目 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) 深層地下徑流與流域降水關(guān)系不大，穩(wěn)定，形成“基流”。 河川徑流一般有四部分組成 : Y1 +Y2 +Y3 +Y4 匯流階段：匯流分為①坡面匯流；②河流匯流 2022年教改項目 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) 概念 在流域中，從降水到達(dá)地面至水流匯集于流域出口斷面的物理過程。如下圖所示。 下滲水量分析：土壤表層疏松，下滲速度快；下層密實，下滲速度慢，當(dāng)表層土壤飽和后，自然會在兩層土壤界面形成積水，從高處向低處滲流，直到河流，形成壤中流 Y2。 深層地下水在不透水層以下，比較穩(wěn)定地補充河流，形成深層地下徑流 Y4。即 R=PP損 。 2022年教改項目 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) (3) 匯流階段 凈雨通過坡地、河網(wǎng)匯集到流域出口斷面的過程，可細(xì)分為坡地匯流和河網(wǎng)匯流。 坡地地下匯流，地下水補給河流，構(gòu)成河流的基流。坡面漫流開始于地面產(chǎn)生積水時，并隨地面徑流的增加而發(fā)展。坡面漫流屬于明渠水流，而壤中徑流和地下徑流的匯流則是不同土深度的滲流現(xiàn)象。 對流域上發(fā)生的一次具體洪水而言，并不一定同時存在坡面漫流、壤中徑流匯流和地下徑流匯流，而是他們的某種可能組合。 2022年教改項目 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) 河網(wǎng)匯流：降雨形成的徑流，經(jīng)過坡地匯流即注入河網(wǎng)，開始河網(wǎng)匯流過程。 匯流形成過程并不截然分為產(chǎn)流、匯流階段，我們僅是為了研究的方便而加以區(qū)分。這樣加以區(qū)分僅是為了簡化分析計算工作。 2022年教改項目 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 、 影響徑流的因素 水量平衡方程： PRE=ΔW R=P EΔW 1 氣候因素 上式中， P、 E屬于氣候因素。 E又 與氣溫、濕度有關(guān)。 2 地理因素（下墊面因素） 地理因素包括地理位置、地形、植被、湖泊和沼澤率、流域大小等。 3 人類活動因素 人類在流域上進行的各種活動，包括興建水利工程、大面積灌溉、水 土保持措施、土地利用方式等。 Q=AV。 Q~t W 2022年教改項目 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 徑流總量 —— W 指一段時間內(nèi)通過流域出口斷面的總水量，單位為 m萬 m3 、億 m3 。 Q t 2022年教改項目 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) 3 徑流深 —— R 把徑流總量 W平鋪在流域面積 F上所得到的水深，稱為徑流深，單位 mm?？捎嬎愀鞣N時間尺度 (日、月、年 )