水文确定性理论51.pptVIP

第三章水文确定性理论 ;降水与蒸散发;3.1 降水与蒸散发;3.1.1.1 降水的特征;降水量强度分级;3.1.1.2 降水的形成;3.1.1.3 降水的分类;3．对流雨 当地面受热，接近地面的空气气温增高，密度变小，于是发生对流，如果空气潮湿，上升的气流便会产生大雨或伴有雷电称为对流雨。 ;3.1.1.4 降水的观测;3.1.1.5 降雨的统计模型;3.1.2 蒸散发;3.1.2.1 蒸散发的物理过程;（2）土壤蒸发的物理过程;土壤蒸发过程示意图 ;（3）植物的散发过程;3.1.2.2 蒸散发的观测与估算;（2）土壤蒸发的观测与估算;（3）植物蒸散发的观测与估算;3.1.2.3 流域蒸散发的计算;（1）潜在蒸散发的计算;2、潜在蒸散发的计算;（2）实际蒸散发的估算;1、水量平衡法;2、水热平衡法;3、互补相关法（Complementary Relationship）;蒸散发互补相关关系理论的意义在于： ;4、遥感（RS）法;（3.1.28）; （3）数值模型。经验方法和物理模型都是用瞬时的遥感资料来估算蒸散发，再按一定的比例关系转换成日蒸散发量，而数值模型则能够连续模拟能量通量过程的时间变化，并用遥感资料及时更新。与经验方法和物理模型相比，数值模型的优点是：首先，它考虑了土壤－植被－大气间能量传输的物理特性；其次，借助内部和边界条件，可以模拟能量通量变化的连续过程。;3.2 下渗与土壤水运动原理; 下渗状况一般用下渗率和下渗能力来定量描述。下渗率（亦称下渗强度）是指单位时间渗入单位面积土壤的水量（mm.min-1 或mm.h-1）。下渗能力是指在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率。 ;下渗曲线和下渗累计曲线 ; 根据Bodman和Colman的实验，在积水条件下（保持5mm水深），下渗水在土体中的垂向分布，大致可划分为4个带： ;3.2.1.2 下渗的测定;3.2.1.3 影响下渗的因素;3.2.1.4 下渗的模拟计算; 下渗能力的计算方法大致可以分为三类：物理的、近似理论的和经验的。比较实用的是基于简化概念的，经验模型和近似理论的模型。; ②霍顿（Horton，1940）公式。反映了下渗强度随时间递减，并最终趋于稳定下渗。Horton模型公式只适用于有效降雨强度大于稳定下渗率的情况，其中的三个参数必须根据实测资料来率定。; ③霍尔坦（Holtan，1961）公式。Holtan认为土壤蓄水量、与地面相通的孔隙以及根茎作用是影响入渗能力的主要因素，并给出修正后的公式（Holtan和Lopez，1971）。; （2）近似理论模型。最常用的有Green-Ampt模型和Philip模型，此类模型计算结果相差不大，难点在于参数估计。;其积分形式为：; Green-Ampt模型下渗与实际下渗过程的比较 ; Mein和Larson（1973）发展了Green-Ampt模型，将其应用于降雨入渗的模拟。在地面发生积水之前的降雨强度R等于入渗率f，累积入渗量Fp等于发生积水时刻tp之前的全部降雨量，稳定降雨下渗率为：;其积分形式如下：; ② 菲利普（Philip，1957）公式。是建立在包气带中水动力平衡和质量守恒原理（非饱和下渗理论）基础上，考虑均质土壤、起始含水量均匀分布及充分供水等条件下，将Richards方程经过代换和微分展开，取展开公式的前两项求得。; 上式中的参数可由下渗实验资料回归分析确定，也可根据土壤资料估计，参数S可以用Youngs公式近似确定：;3.2.2 土壤水;（2）土壤水特性; ②土壤水分特征曲线。是土壤水吸力（或土壤水的基质势）与土壤含水量（率）的关系曲线，也称毛细管压力与饱和度的关系曲线。它表示土壤水的能量和数量之间的关系，是研究土壤水的保持和运动的重要特征曲线。; ④滞后现象。表现为减湿和吸湿两个不同的曲线，这是由于在吸湿过程中空气被禁锢在部分孔隙中造成的。在实际应用上，滞后现象往往被忽略。;3.2.1.2 土壤水特性的测定; （2）土壤水分特征曲线的测定。即测定一系列土壤含水量及其对应的基质势。测定方法根据测定土壤水基质势（或吸力）的方法来进行分类：①负压计法。即用负压计测定土壤吸力，用称重法测定相应含水量；②沙性漏斗法；③压力仪法；④稳定土壤含水率剖面法。;3.2.1.3 土壤水的运动原理与模型;（1）饱和土壤水运动——Darcy定律;对稳定流上式微分可得一维水流Darcy定律： ;（2）非饱和土壤水——Buckingham-Darcy方程;（3）二相流;（4）Richards方程; 若假定是h的单值函数，可以得到 ，并得到 ; 在降雨或灌溉之后的水分再分配和向下排水期间，根