1、課 程 復(fù) 習(xí),第二章 水文循環(huán),1. 水文循環(huán)現(xiàn)象 （內(nèi)因、外因）,2. 水文循環(huán)的尺度,3. 水量平衡,第四章 降 水,1 降水要素及其時空變化表示方法,1 降水的定義： 大氣中的液態(tài)水滴或固態(tài)冰雪顆粒，在重力作用下，克服空氣阻力，從空中降落到地面的現(xiàn)象稱為降水。,Unit mm min, h, d mm/min mm/h km2,Definition 指一定時段內(nèi)降落在某一點或 某一面積上的總雨量 降雨從某時刻到另一時刻所經(jīng) 歷的時間稱為降雨歷時 單位時間內(nèi)的降雨量稱為降雨 強度 降雨籠罩范圍的水平投影面積 暴雨集中的較小的局部地區(qū),Rainfall Elements 降雨量(深) Ra

2、infall (depth) 降雨歷時 (Rainfall duration) 降雨強度 (Rainfall intensity) 降雨面積 (Rainfall area) 暴雨中心 (Storm center),降水基本要素,2 降雨的分類及影響降雨的因素,按降雨要素量級分,按降雨動力冷卻條件分,對流雨,地形雨,臺風(fēng)雨,氣旋雨,2 降雨分類,Wanilyfor水文07-版權(quán)所有,二、降雨分類,2、按降雨要素量級分類,(Classification by rainfall amount, intensity and processes),暴雨 (Storm) 日雨量=50mm Or 小時雨量=

3、16mm (大暴雨 and 特大暴雨),暴雨型淫雨 (Storm-pattern excessive rain) Example: 梅雨,對流作用,冷暖氣團交綏,強度大，歷時短，籠 罩面積不大 形成局部洪水,歷時較長、強度變化 劇烈，平均強度較大 大范圍洪澇災(zāi)害,要素 定義,形成原因,特點 危害,淫雨 (Excessive rain) 歷時很長，強度較小， 降雨時斷時續(xù)，且空氣 濕度較大的一種降雨,冷暖氣團交綏,范圍大 形成內(nèi)澇,3 區(qū)域（流域）平均降雨量計算方法,(Calculation method of average rainfall over an area) 基本原理(Fundam

4、ental principles) 算術(shù)平均法(Arithmetic mean method) 泰森多邊形法(Thiessen polygon method) 等雨量線法(Isohyetal method) 距離平方倒數(shù)法(Inverse distance-squared method),3 區(qū)域（流域）平均降雨量計算方法,泰森多邊形繪制方法： 1)將計算區(qū)域內(nèi)相鄰的雨量站相連，構(gòu)成若干個互不嵌套 的三角形，且盡量形成銳角三角形； 2)對每個三角形求出其外心位置(垂直平分線的交點)； 3)將相鄰兩個三角形的外心相連(相鄰：兩個三角形共用 一條邊)； 4)延長靠近邊界處的垂直平分線直到流域邊界(

5、分水線)； 5)擦掉中間過程中的輔助線及區(qū)域外的線； 6)量取每個多邊形的面積ai。,2、泰森(Thiessen)多邊形法(垂直平分法，加權(quán)平均法 ),3 土水勢（重點）,第五章 土壤水,1 與土壤“三相”有關(guān)的物理量（相互轉(zhuǎn)化關(guān)系）,2 土壤水的存在形態(tài)（作用力、類型、土壤水分常數(shù)）,5.1.3 土壤的“三相”關(guān)系 Three phases of soil system,與土壤“三相”有關(guān)的物理量：,a) 表示土壤中氣、液相比例的物理量：,孔隙度(Porosity)：,孔隙比(Void ratio)：,兩者關(guān)系：,5.1.3 土壤的“三相”關(guān)系 Three phases of soil sy

6、stem,與土壤“三相”有關(guān)的物理量：,b) 表示土壤中固體比例的物理量：,固體密度(Solid density)：,干容重(Dry bulk density)：,兩者關(guān)系：,5.1.3 土壤的“三相”關(guān)系 Three phases of soil system,與土壤“三相”有關(guān)的物理量：,c) 表示土壤中液相比例的物理量：,質(zhì)量含水率(Gravimetric water content)：,容積含水率(Volumetric water content)：,飽和度(Saturation coefficient):,三者關(guān)系：,5.1.3 土壤的“三相”關(guān)系 Three phases of s

7、oil system,與土壤“三相”有關(guān)的物理量：,d) 表示土壤中氣相比例的物理量：,充氣孔隙度(Aerated porosity or aeration porosity)：,5.2.1 土壤水的作用力 Forces governing soil water,分子力(Molecular force)：土壤顆粒表面的分子對水分子的吸引力稱為分子力。 毛管力(Capillary force)：土壤中的毛管現(xiàn)象引起的力稱為毛管力。 重力(Gravitational force)：土壤中水分受到的地心引力稱為重力。,5.2.2 土壤水分類 Soil water classification,毛管懸

8、著水,土 壤 水,毛管上升水,滲透重力水,支持重力水,毛管水,重力水,吸濕水,膜狀水,束縛水,自由水,最大吸濕水量 最大分子持水量 凋萎含水量 田間持水量 毛管斷裂含水量 飽和含水量,土壤水分常數(shù),5.2.3 土壤水常數(shù) Soil water constants,5.2.3 土壤水常數(shù) Soil water constants,最大分子 持 水 量,干燥,最 大 吸濕量,凋萎 系數(shù),毛管斷裂 含 水 量,田 間 持水量,飽 和 含水量,土壤水分常數(shù),作用力 (104Pa),98000,304,147,61.3,0.78,作用力 類型,分子力,毛管力,重力,土壤水 類型,吸濕水,膜狀水,毛管水,

9、重力水,束縛水,自由水,土壤水分常數(shù)的水文學(xué)意義 Hydrological significance of soil water constants, 0,5.2.3 土壤水常數(shù) Soil water constants,最大分子 持 水 量,干燥,最 大 吸濕量,凋萎 系數(shù),毛管斷裂 含 水 量,田 間 持水量,飽 和 含水量,土壤水分常數(shù),土壤水分常數(shù)的水文學(xué)意義 Hydrological significance of soil water constants,下滲,快,緩慢,穩(wěn)定,蒸散發(fā),少,隨增加而增加,蒸散發(fā)能力,稍大一些,徑流,無地下徑流,產(chǎn)生地下徑流,可能產(chǎn)生地表徑流,根據(jù)土壤

10、水分作用力的分類： 重力勢(Gravitational potential): 把一定數(shù)量的土壤水分舉起而克服重力所做的功。,靜水壓力勢(Pressure potential): 飽和土壤中的水分，因受到周圍水分對它的壓力作用所具有的勢能。,基模勢(Matric potential): 由分子力和毛管力引起的土水勢。,5.3.1 土水勢 Soil water potential,5.3.1 土水勢 Soil water potential,土壤水的運動方向總是從總勢大的地方指向總勢小的地方。當(dāng)土壤水總勢梯度不等于零時，土壤水就處于運動狀態(tài)；當(dāng)總勢梯度為零時，土壤水就處于靜止?fàn)顟B(tài)。,總勢(Tot

11、al potential)： 各種分勢的和勢。,飽和土壤,非飽和土壤,例題：有一“U”形土柱，一端浸泡在水槽中。水槽的水面保持不變，假定土柱無蒸發(fā)，土柱內(nèi)也無土壤水運動。試確定土柱中各點的基模勢。,5.3.1 土水勢 Soil water potential,第十章 地表水流,三種比降（附加、河床、摩阻）,1,洪水波的四種分類,2,大比降山區(qū)河床河流洪水運動特性,3,三種基本的槽蓄關(guān)系曲線,4,16,2-2 Classification of flood wave,運動方程的組成,2-2 Classification of flood wave,1976年，英國人Ponce對洪水波進行了分類

12、(classification of flood wave) 17,考察方程中各項的重要性，對方程進行簡化分類 表示不予考略 ， 表示是重要組成項。,18,2-2 Classification of flood wave,洪水波類型 運動波 擴散波 慣性波 動力波,適用范圍 山區(qū)性河流、坡面流 河流中下游，尤其中游 湖泊性水庫 平原水網(wǎng)區(qū)、感潮河段區(qū),2-3 Kinematic wave運動波的運動特征,運動波波速,運動波總是向下傳播，運動波沿特征線方向運動。,物理意義：,任一相位點的相應(yīng)流量不發(fā)生變化（沒有坦化變形）,狀況取決于Ck的值。 Ck 若是常數(shù)，不發(fā)生扭曲變形； 大多數(shù)情況下Ck隨

13、水深與流量而發(fā)生變化，在傳播過程 中存在扭曲變形。,坦化變形：,扭曲變形：,2-3 Kinematic wave,(1),特點：,(2),dQ dA,C =,C總是為正的，從上游向下游傳播,C v,運動波是無坦化變形的洪水波，可能發(fā)生扭曲變形。,(3),河段槽蓄原理和蓄槽方程,河段上下游兩個斷面間 在任一時刻的蓄水量W(t) 稱為槽蓄量。 槽蓄量與兩斷面的流量I(t) 、Q(t)之間存在的函數(shù)關(guān)系稱蓄泄關(guān)系 蓄泄關(guān)系的 解析形式稱為槽蓄方程， 幾何形式稱為槽蓄曲線。,如何求得槽蓄方程表達式， 是進行流量演算的關(guān)鍵,對固定河段，繪制上、下兩個斷面在洪水波 傳輸過程中的流量過程線 I（t） 與 Q

14、 （t） ， 利用兩個流量過程線求得不同時刻的蓄水量dW ， 然后繪制 Q 與 W = W0+ dW 的曲線， 得到下面三種基本形狀的蓄泄關(guān)系曲線， 直觀表述河段蓄水量與下斷面流量的關(guān)系。,蓄泄關(guān)系曲線的繪制,順時針蓄泄關(guān)系,河段在漲水流量增加過程中， 河段槽蓄量大于穩(wěn)定流時的槽蓄量。 河段在落水流量減小過程中， 河段槽蓄量小于穩(wěn)定流時的槽蓄量,逆時針蓄泄關(guān)系,河段在漲水流量增加過程中， 河段槽蓄量小于穩(wěn)定流時的槽蓄量。 河段在落水流量減小過程中， 河段槽蓄量大于穩(wěn)定流時的槽蓄量。,第十一章 洪水演算,洪水演進方法分類,1,特征河長的概念和特點,2,線性特征河長洪水演算,3,Part 1 In

15、troduction,演進方法分類,基于質(zhì)量守恒和動量守恒方程組或其簡化方程組，用數(shù)值法求解。由于電子計算機的發(fā)展，水力學(xué)法在洪水演進中日益廣泛地應(yīng)用。 根據(jù)對連續(xù)方程和運動方程中保留的項不同，水力學(xué)演進法又區(qū)分為完全動力波模型、 運動波模型和擴散模型。,水力學(xué)演進法分類：,應(yīng)用河段水量平衡方程和蓄泄關(guān)系代替圣維南方程組，根據(jù)河段水文資 料進行計算。這類方法應(yīng)用較廣泛，如特征河長法、經(jīng)驗相關(guān)法、馬斯京根法、滯后演進法和線性完全動力波模型等。,水文學(xué)演進法分類：,假設(shè)河段水面呈直線變化， 選擇一個河段，若河段中斷面的水位不變， 則不論比降如何變化， 上、中斷面之間河段的槽蓄變化量 恰好與 中、下斷面之間河段的槽蓄變化量 互為相反數(shù)， 則河段的槽蓄量在漲洪與退洪過程中均保持不變, 即有關(guān)系： 滿足這樣關(guān)系的河段的長度，稱特征河長。,特征河長概念,河段的槽蓄量在漲洪與退洪過程中均保持不變，槽蓄關(guān)系為單值對應(yīng)。 無論河段中有無洪水，固定的中斷面水位值， 對應(yīng)一個唯一的流量值，滿足單值一一對應(yīng)。 特征河長河段的長度與流量、水位、水面比降均呈單值對應(yīng)關(guān)系。,特征河長河段的特點,特征河長河段的特點,河段的槽蓄量在漲洪與退洪過程中均保持不變， 槽蓄關(guān)系為單值對應(yīng)。 無論河段中有無洪水，固定的中斷面水位值