工程水文學(xué)緒論第1頁/共53頁課時安排第一章緒論（2學(xué)時）第二章河川徑流的形成（4學(xué)時）第三章水文信息采集與處理（6學(xué)時）第四章水文統(tǒng)計基本知識（2學(xué)時）第五章年徑流及洪、枯水（8學(xué)時）第六章小流域設(shè)計洪峰流量的計算（8學(xué)時）總復(fù)習(xí)（2學(xué)時）第2頁/共53頁第一章緒論內(nèi)容：1.1水文學(xué)及其研究內(nèi)容1.2水文學(xué)發(fā)展史1.3工程水文學(xué)在給排水工程中的作用1.4水文現(xiàn)象的特性及研究方法重點：水文現(xiàn)象的表現(xiàn)形式水文循環(huán)的定義和分類水文現(xiàn)象的研究方法第3頁/共53頁水資源儲量淡水海洋水湖泊咸水和地下咸水冰川地下淡水其他淡水1.74%0.76%湖泊淡水96.53%0.03%0.94%0.94%2.53%土壤水大氣水沼澤水河水生物水0.001%最活躍，地球可更新淡水資源的主要來源第4頁/共53頁水通過降水、下滲、徑流、蒸發(fā)等水文現(xiàn)象在大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈所構(gòu)成的地球系統(tǒng)中周而復(fù)始地運動，維持了地球上多種多樣的生命形態(tài)第5頁/共53頁但自然或人為的一些原因，使得全球范圍內(nèi)出現(xiàn)了許多水問題，這些水問題給人類甚至整個地球生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展帶來了極大威脅第6頁/共53頁水多水少第7頁/共53頁水是載體和溶劑水污染第8頁/共53頁流動的水具有能量第9頁/共53頁§1.1

水文學(xué)及其研究內(nèi)容一水文學(xué)定義研究自然界水的存在、分布、運動和循環(huán)變化規(guī)律，水的物理、化學(xué)性質(zhì)，以及水圈與大氣圈、巖石圈、生物圈的相互關(guān)系

作為水利學(xué)科的重要組成部分，主要研究水資源的形成、分布、開發(fā)利用和保護，水旱災(zāi)害的形成、預(yù)測預(yù)報、防治，以及水利工程和其他有關(guān)工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理中的水文水利計算技術(shù)第10頁/共53頁二相關(guān)概念

水體：以一定方式存在于某一環(huán)境中的，具有一定特征和變化規(guī)律的水

水文循環(huán)：地球上各種水體中的水，在太陽輻射與地心引力的作用下，以蒸發(fā)、降水、下滲和徑流方式進行的往復(fù)循環(huán)的運動過程水文現(xiàn)象：水在運動變化過程中表現(xiàn)出來的物理現(xiàn)象，如蒸發(fā)、降水、河流和湖泊中的水位漲落、冰情變化、冰川進退、地下水的運動和水質(zhì)變化等第11頁/共53頁自然界的各種水體冰川第12頁/共53頁湖泊第13頁/共53頁大氣第14頁/共53頁沼澤第15頁/共53頁沼澤第16頁/共53頁地下水貴州安順地下暗河第17頁/共53頁河流長江第18頁/共53頁河流黃河入?？诘?9頁/共53頁水文循環(huán)示意圖水汽水汽湖泊海洋蒸發(fā)降水水汽輸送水汽輸送降水植物散發(fā)蒸發(fā)下滲地面徑流地下徑流陸地土壤蒸發(fā)第20頁/共53頁水分循環(huán)的分類1大循環(huán)：海洋與陸地間的水分交換過程小循環(huán)：海洋與大氣之間，或陸地與大氣之間的水分交換過程第21頁/共53頁地球上的水文循環(huán)是由一系列大小循環(huán)組合而成的一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)是最活躍的物質(zhì)循環(huán)之一，其運動規(guī)律建立在水量平衡的基礎(chǔ)上，是質(zhì)量守恒在水文循環(huán)中的特殊表達方式第22頁/共53頁三水文學(xué)的分支學(xué)科

按基礎(chǔ)理論與應(yīng)用分：水文學(xué)原理和應(yīng)用水文學(xué)；水文學(xué)原理：闡明各種水文現(xiàn)象、水文過程形成的原因和機理應(yīng)用水文學(xué)按應(yīng)用范圍分為：工程、農(nóng)業(yè)、森林、城市、環(huán)境、生態(tài)水文學(xué)等；

工程水文學(xué)：研究水文學(xué)原理應(yīng)用于工程實踐的方法，為給排水工程或其他有關(guān)工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行管理提供水文依據(jù)。主要包括水文計算、水文預(yù)報和水利計算等內(nèi)容第23頁/共53頁按研究對象分：河流、湖泊、冰川、河口、沼澤、海洋、地下水水文學(xué)等；

河流水文學(xué)：研究河流水文現(xiàn)象基本規(guī)律及河流水資源利用

地下水水文學(xué)：研究地下水水文現(xiàn)象基本規(guī)律及地下水資源開發(fā)利用第24頁/共53頁§1.2

水文學(xué)發(fā)展史經(jīng)歷了由萌芽到成熟、定性到定量、經(jīng)驗到理論的發(fā)展過程萌芽時期(公元1400年以前)

這一時期中國的水文知識居于世界領(lǐng)先地位，如公元前256年建成的都江堰，至今仍在發(fā)揮巨大作用，其中就體現(xiàn)著成功的水文知識；又如公元6世紀(jì)北魏酈道元所著《水經(jīng)注》，是早于歐洲1000多年的水文地理巨著

第25頁/共53頁奠基時期(公元1400～1900年)

該時期，西歐的產(chǎn)業(yè)革命促進了水利事業(yè)的發(fā)展，在水文觀測方面，發(fā)明制造了雨量器、蒸發(fā)器、流速儀等，系統(tǒng)的水文測驗為水文定量計算及預(yù)報奠定了堅實的基礎(chǔ)第26頁/共53頁興起階段（20世紀(jì)初至50年代）進入20世紀(jì)，大規(guī)模的水利水電建設(shè)蓬勃發(fā)展，需要科學(xué)的水文計算和水文預(yù)報，使應(yīng)用水文學(xué)迅速發(fā)展起來①美國1900年J.A.塞登提出著名的塞登定律；②1924年H.A.福斯特建立了P-Ⅲ水文頻率曲線計算方法；③1932年L.R.K.謝爾曼提出單位線法；④1935年G.T.麥卡錫建立了馬斯京根河道洪水演算法……

這一時期我國的水文學(xué)發(fā)展比較落后第27頁/共53頁現(xiàn)代水文學(xué)時期（1950年以后）

隨著計算機、遙感、遙測等高新技術(shù)的應(yīng)用，水文學(xué)發(fā)展進入了一個新時代，流域數(shù)學(xué)模型、水資源學(xué)、水環(huán)境學(xué)、隨機水文學(xué)相繼形成流域數(shù)學(xué)模型：如SPAC模型(土壤-植物-大氣系統(tǒng)中水文現(xiàn)象的基本規(guī)律，為農(nóng)業(yè)用水、節(jié)水和灌溉提供科學(xué)依據(jù))，另如趙人俊的新安江模型和陜北模型(分別是濕潤區(qū)和干旱區(qū)的產(chǎn)流機制)第28頁/共53頁§1.3

工程水文學(xué)在給排水工程中的作用

工程水文學(xué)的主要內(nèi)容是水文分析與計算的基本理論和方法，能夠為給水排水工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工和運營管理提供正確的水文資料和分析結(jié)果第29頁/共53頁給水工程：需要了解供水的水源及水資源量地面水為水源：需考慮水量的變化及其取用的條件。當(dāng)水量充沛時，需要了解水位、泥沙、冰凌等變化情況；當(dāng)水量不足時，就必須修建蓄水工程，進行蓄豐補枯，進行水量的引取、蓄放與調(diào)節(jié)，需要對徑流的年際年內(nèi)變化等水文情況進行分析第30頁/共53頁排水工程：雨水的排除、污水排泄的設(shè)計計算、排泄口位置的選擇、洪水防御的設(shè)計等，都需要預(yù)先求得暴雨和洪水的大小和變化情況第31頁/共53頁工程在規(guī)劃設(shè)計期間，對河流洪水量的估算直接關(guān)系到工程規(guī)模和投資的大??；在施工期間，施工期設(shè)計洪水的估算關(guān)系到工程的安全性和經(jīng)濟性；運行管理期間，根據(jù)水文預(yù)報進行徑流調(diào)節(jié)，充分利用水庫的調(diào)節(jié)功能，攔蓄洪水變害為利，確保工程的本身的安全性和下游人民的生命與財產(chǎn)安全第32頁/共53頁規(guī)劃、設(shè)計階段——為確定工程規(guī)模提供水文依據(jù)

例如在設(shè)計直接從河流中取水的工程時若洪水位估算偏高，則使工程規(guī)模偏大；洪水位估算偏低，則易使取水工程遭淹沒破壞；河流枯水位估算過高，易使取水工程在枯水期取不到足夠水量；河流枯水位估算過低，不僅會使取水工程底面標(biāo)高偏低，增加建設(shè)投資，并惡化取水水質(zhì)，而且可能使得設(shè)計的工程規(guī)模偏小，使天然水資源得不到充分利用第33頁/共53頁施工階段

大型取水工程施工工期較長，為確定施工用臨時性水工建筑物的尺寸，需了解施工期間的來水情況洪水位估算偏高，會使施工建筑物規(guī)模過大，造成浪費；洪水位估算偏低，則易使施工建筑物遭受破壞，影響施工進度并造成巨大損失第34頁/共53頁運營管理階段需經(jīng)常掌握來水來沙情況，以便最優(yōu)調(diào)度給水工程，向用戶提供足量的合格用水；在工程運營期間，有時還須不斷復(fù)核和修正設(shè)計階段的水文分析計算成果，必要時對工程進行擴改建第35頁/共53頁第36頁/共53頁滯洪區(qū)（分洪區(qū)）閘門閘門Qq第37頁/共53頁第38頁/共53頁城市給水排水工程排水工程：需建設(shè)排水建筑物，如：街道兩側(cè)的排水溝或排水管道；排水泵站或排澇站等城市區(qū)域暴雨可能產(chǎn)生內(nèi)澇2006年7月韶關(guān)鐵路成為河道水中熄火的車輛2006年7月韶關(guān)體育館陷入汪洋第39頁/共53頁§1.4

水文現(xiàn)象的特性及研究方法

蒸發(fā)、降水、地下徑流、地面徑流統(tǒng)稱水文現(xiàn)象一水文現(xiàn)象的特性在時間變化上既有確定性又有隨機性在地區(qū)分布上既有相似性又有特殊性第40頁/共53頁

1水文現(xiàn)象的確定性規(guī)律

河流：洪水期、枯水期周期性交替冰雪補給河流：流量日周期變化流域：暴雨洪水具有因果關(guān)系

水文現(xiàn)象具有客觀發(fā)生的原因和具體形成的條件，存在確定性規(guī)律，稱為成因規(guī)律第41頁/共53頁

2水文現(xiàn)象的隨機性規(guī)律

河流：每年洪水的次數(shù)、大小、發(fā)生時間流域：暴雨都會形成洪水，但相同暴雨量所形成的洪水的大小不相同我國沿海地區(qū)：每年登陸臺風(fēng)的次數(shù)、強度和路徑不同

通過大量觀測資料分析，隨機性具有一定的規(guī)律，稱為統(tǒng)計規(guī)律第42頁/共53頁

3水文現(xiàn)象的地區(qū)性規(guī)律

水文現(xiàn)象除受氣候因素影響，呈現(xiàn)出與氣候帶一致的地帶性分布規(guī)律外，還受流域地理位置、自然地理條件的影響，因而水文現(xiàn)象的地區(qū)性規(guī)律包括：地區(qū)分布的相似性和特殊性【例1.1】我國多年平均降雨量自東南向西北遞減，所以，河川多年平均徑流量也呈現(xiàn)出自東南向西北遞減的漸變規(guī)律第43頁/共53頁相似性地理位置相近的不同流域：氣候因素、流域的自然地理條件相似，在這些因素綜合影響下的水文現(xiàn)象在一定范圍內(nèi)就具有相似性，呈現(xiàn)一定的地區(qū)分布規(guī)律【例1.2】濕潤地區(qū)的河流，水量充沛，徑流變化過程相似，汛期和枯水期相近【例1.3】干旱地區(qū)河流，水量小，年內(nèi)分配不均勻第44頁/共53頁特殊性

地理位置不同的流域或流域內(nèi)自然地理條件（下墊面條件）差異較大的流域，水文現(xiàn)象就顯示出不同的規(guī)律性，這就是特殊性【例1.4】閩江流域的面積是黃河流域的1/14，但河川徑流量比黃河流域還大【例1.5】福建省山區(qū)流域和沿海流域，洪水運動的規(guī)律不同【例1.6】流域植被條件和地質(zhì)條件不同的流域，其洪枯水特點不同第45頁/共53頁小結(jié)由水文現(xiàn)象具有時間變化上的隨機性和地區(qū)分布上的特殊性，因此需要對不同流域的各種水文要素進行長期觀測，通過積累資料，進行統(tǒng)計，分析其變化規(guī)律；由水文現(xiàn)象具有地區(qū)上的相似性，可有目的選擇代表性流域進行觀測，并將其成果移用于相似地區(qū)第46頁/共53頁二水文現(xiàn)象的研究方法成因分析法確定性隨機性地區(qū)性數(shù)理統(tǒng)計法地理綜合法第47頁/共53頁1、成因分析法

通過對實測資料或?qū)嶒炠Y料進行分析，從水文過程的形成機理上建立某一水文要素與其影響因素之間的確定性定量關(guān)系但由于影響水文現(xiàn)象的因素極其復(fù)雜，這種方法目前尚不能完全用數(shù)學(xué)物理方法來描述，通常用數(shù)學(xué)模型或物理模型來模擬第48頁/共53頁2、數(shù)理統(tǒng)計法（水文統(tǒng)計法）

根據(jù)水文現(xiàn)象的隨機性，以概率論為基礎(chǔ)，運用數(shù)理統(tǒng)計的方法，推求水文要素的統(tǒng)計規(guī)律，從而求出工程設(shè)計所需的設(shè)計水文特征值其次，可以通過對兩個或多個水文要素進行相關(guān)分析，建立它們之間的統(tǒng)計關(guān)系，從而利用已知的水文要素推求未知的水文要素第49頁/共53頁3、地區(qū)綜