第2章水文学基本知识 表2】降雨强度分级 等级 12h降水量/mm 24h降水敏/mm 小雨 0.2-5.0 <10 中雨 5=15 10-25 大雨 15-30 25-50 30-70 50-100 大是雨 70.140 100-200 符大暴用 >140 2200 观测降雨量的仪器有雨量器（图2-7）和自记雨量计（图2-8）两类。使用 雨量器测降雨量一般采用定时分段观测制，即把一天24h分成若干个时段，以北 京标准时间8时作为日分界点。用雨量器收集到的降雨量在室内用特制的量杯量 定。自记雨量计有各种形式，它们能连续自动地在专用的自记雨量计记录纸上记 录降雨过程，据此记录整理出降雨的起止时间、雨量大小和雨强的变化过程，是 推求暴雨强度公式的重要原始资料。降雪量用溶化后的雪水深度表示。 承雨器 器口 及雨 自记钟 记 雨量前 虹吸管、 铺水有 储水瓶 图2-7雨量器示意图 图2-8虹吸式自记雨量计结构示意图 2.降水特征的表示方法 依据降水观测资料，可以整理出常用的降水过程线、降水累积曲线和等雨量 线来反映降水的空间分布与时间变化规律。 (1)降水累积曲线表示自降水开始到某时刻：为止的这一时段内的总降水 量（图2-9），即纵坐标表示累积降水量h,横坐标表示历时：，该曲线上每个时 段的平均坡度是各时段内的平均降雨强度，则 I=△h/△ (2-6)
●水文学与水文地质学 当△t+0,可得瞬时雨强i,即 i=dh/dt (2-7) (2)降水过程线以一定时间段为横坐标，以各时段平均雨量为纵坐标，所 绘制的线图即为降水过程线，它表示降水量随时间的变化过程。一般用直方图表 示（图2-9）。 (3)等雨量线等雨量线也称之为降雨量等值线，它综合反映了一定时段内 降水量的空间分布。即在地形图上将各雨量站相同起讫时间内的时段雨量标注在 相应的地理位置上，根据直线内插原理并考虑地形对降雨的影响，勾绘出的等值 线，如图210所示。 60.1 140 120 雨量累积过程线 时段平均降雨过程线 30 20 10 时间小 图2-9某雨量站一次降雨过程 图2-10等雨量线图 3.流域平均降水量 在地理及其各种影响因素对复杂的气候条件作用下，一次降雨笼罩的范围内 各点雨量、强度和持续时间是不同的，即表现出降水的不均匀性。而雨量站所观 测的降水记录，仅代表该站小范围的降水情况，称之为点雨量。实际工程设计通 常需要掌握一个流域或地区在一定时段内的平均降水量，即面雨量。依据国内各 地逐年实际降水量的观测资料，已经绘制出我国多年平均最大日雨量等值线图和 多年平均年降水量等值线图等。 计算流域平均降水量的方法有距离反比加权平均法、修正距离平方反比法 梯度距离平方反比法、降雨一高程线性回归法和地理统计法等多种，可查阅相关 书籍；常用的方法有算术平均法、等雨量线法和泰森多边形法等3种。 (1)算术平均法将所研究的流域内各雨量站同时期的降水量：相加，再 除以站数，得出的算术平均值为该流域的平均降水量h。即
第2章水文学基本知识● 万_h1+h2+…+h::1之h (2-8) n 此法计算简单，适合于地形起伏不大、雨量站稠密并分布较为均匀的流域。 (2)等雨量线法如图2-10所示，用求积仪量出流域面积F和各相邻等雨 量线之间的面积f,再根据相邻等雨量线的数值，按下式计算流域平均降水量 h。即 =2(色2 2 (2-9) 此法考虑地形的变化绘制等雨量线，计 算精度较高。但要有足够数量的雨量站且代 表性好，故在实际应用中受到一定限制。 (3)泰森多边形法泰森多边形法又称 最近距离法，是降雨空间插值和计算流域面 雨量时最常用的方法，如图2.11所示。此法 是将相邻雨量站用直线连接而形成若干个三 角形，而后对各连线作垂直平分线，连接这 些垂线的交点，得到若干个多边形，各个多 边形内均各有一个雨量站，则以该多边形面 图21】泰森多边形法示意图 积：作为该雨量站所控制的面积。于是，某时段的流域平均降水量，按下式加 权求得 万.h,+t+fh=之fh, f1+f2+…+fn (2-10) 式中，F为全流域面积；h1,h2,…,hn为各多边形内雨量站的该时段降水量 n为雨量站站数。 此法适用于雨量站分布不均匀的流域。其缺点是将各雨量站所控制的面积在 不同的降水过程中视为固定不变，而实际降水情况不是这样的。 2.2.2下渗 下渗是指水从地表渗人土壤和地下水的运动过程。对于产生地面径流来讲， 下渗是一次降雨的主要损失量，而对于地下水和需水植物来讲，则是一种补给水 源。 降水最初阶段，受土粒的分子力作用，首先水被土粒吸附成薄膜水，然后在 水的表面张力作用下形成毛细水，继而在重力作用下部分下渗水可到达地下水面 (详见8.1.2节)。下渗量的大小一般用下渗率或称为下渗强度()表示，即单 位时间内下渗的水量，常用单位mm/h。供水充分情况下的下渗率被称为下渗力
解水文学与水文地质学 或下渗容量。图212所示为地面沙土的下渗能力曲线（亦称为下渗曲线）。这是 一条∫由大变小的过程线，初期下渗率∫。与土质和土壤初始含水量有关；随着 下渗量不断增加，下渗完全靠重力作用而发生时，∫逐步呈现先快后慢的递减趋 势，最后趋于一个相对稳定的数值，此时的下渗率称之为稳渗率（了），该值的 大小仅与土质有关。下渗曲线随时间增加而衰减的规律常用R.E.霍顿经验公式 表示 f=fe+(fo-f)e“ (2-11) 式中，∫为t时刻的下渗能力；a为递减系数；其他符号同前。 150 下渗量果积曲线 0 下渗曲线 50 0 1234 860 时间价 图2.12下渗曲线与下渗量累积曲线 当供水不充分时，下渗率将小于下渗能力。实际一次降雨过程中，往往会出 现降雨强度小于、大于或等于下渗能力的各种下渗情况，只有当降雨强度超过或 等于同时刻的下渗能力时，水分才按下渗能力曲线所示的规律下渗。 表示下渗量在降雨过程中变化的另一种曲线叫做下渗量累积曲线。该曲线表 示自降雨开始至某一时刻t为止的时段内总下渗量(mm),它随时间而递增。 下渗曲线和下渗量累积曲线二者之间存在着积分与微分的关系，即：时段内的下 渗曲线下面所包围的面积表示该时段内的下渗量，而下渗量累积曲线上的任一点 的切线斜率表示该时刻的下遂率 观测∫的方法有注水型和人工降雨等方法，其中注水型方法采用同心环下 渗仪测定∫值，就是把两个同心而无底的钢环打人地面约10cm,同时在内环和 内外环之间加水，内外环的水深相等且保持不变，加水的速率代表该处的下渗 率。内环为测量的下渗面积，而两环之间加水是为防止内环下渗的水分向旁侧渗 透。根据不同时刻观测到的下渗率，即可绘制下渗曲线。 尽管通过实验可测定出和厂。值，但是流域各处的下渗率随着土壤、植被 和地质条件等的不同有着较大的差异，为反映实际情况，常常用实测的降雨径流 资料来反推平均下渗率
第2章水文学基本知识测 2.3河川径流 河川径流是流域自然地理环境中最为活跃的因素，是水循环过程中一个重要 的环节，是水量平衡的基本要素。了解和认识河川径流形成机理，对于供水工 程、环境保护以及防洪、航运、发电等工程设施都是十分必要的。 2.3.1河川径流及其表示方法 1.河川径流 流域上的降水，由地面和地下汇人河网，并沿着河槽流动的水流称为河川径 流。我国河流以降雨径流为主，融雪径流只是在西部高山及高纬度地区河流的局 部地段发生，故这里仅介绍前者。 在河川径流中，来自地面部分的称为地面径流，来自地下部分的称为地下径 流（亦称为基流，详见第2篇），水流中夹带的泥沙（包括河水靠其所具有的动 能挟带着呈悬浮态的悬移质泥沙和沿河底滚动的推移质泥沙)）称为固体径流或泥 沙径流，水流中携带的粒径小于10-5mm的微粒物质称为溶解质径流。 河流中的泥沙和溶解质对水质和区域生态环境有影响，其中泥沙的冲淤变化 不仅制约着河道变迁，而且对取水构筑物、桥涵工程、水电工程及港口建设等亦 有影响，例如给水工程设计中要考虑取水构筑物进水口因泥沙产生的淤积问题 河流的泥沙大部分来自流域内被侵蚀的岩石风化物和土壤。由于岩石组成和气候 的差异，泥沙组成与性质常有较大差异。不同地区其数量在10/(km2·a)至 10000/(km2,a)之间变化。根据有关研究，我国黄河的最大含沙量为42% 其支流的含沙量高达78%。泥沙对水质的重要性主要表现为：无论是悬浮于河 水中的泥沙，还是沉积于河底的泥沙，与水介质和生物体介质一样，都是水生态 系统的基本结构单元；泥沙颗粒所含矿物质是某些水生生物的食物来源。泥沙对 水质的影响主要表现为：泥沙同时制约着水体混浊度和透明度这两项重要的水质 参数；泥沙颗粒的巨大比表面积和可能含有大量活性官能团，是水体中溶解质的 主要载体，决定着溶解质在水环境中的迁移、转化、归宿和生物效应。例如河流 中的重金属，在沉淀、吸附、表面络合、分配等多种物理化学机理作用下，易于 由水相转入颗粒物相。使河流中的重金属主要以颗粒状态存在。通常河流悬浮颗 粒物中的重金属含量比水中的要高3~4个数量级及以上。因此，评价河流水环 境质量时，不能忽视对水体中泥沙物质的研究。 2.河川径流量的表示方法 (1)流量流量(Q)是指单位时间内通过河流某一过水断面的水量，常用 单位为m/s。流量可分为瞬时流量、日平均流量、月平均流量、年平均流量和