水文学复习笔记

'第一章复习参考题一、名词解释水资源:广义：世界上一切水体；狭义：仅仅指在一定时期内，能被人类直接或间接开发利用的那一部分动态水体。水循环：是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水气输送、凝结降水、下渗及径流等环节，不断的发生相态转换和周而复始运动的过程。径流的特征值：流量：流量Q指单位时间内通过某一断面的水量，常用单位为立方米/秒；径流总量：径流总量W是指T时间段内通过某一断面的总水量，常用单位为立方米；径流深度：径流深度R是指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以毫米为单位；径流模数：径流模数M是流域出口断面流量与流域面积F之比；径流系数：径流系数a是某一时段的径流深度R与相应的降水深度P之比，a<1。蓄满产流：降雨在补足包气带中的水分亏缺之后，所余的水量全部形成地表径流和地下径流，即蓄满产流。超渗产流：当降雨强度超过下渗率时，未渗入土壤的水分便形成地表径流，即超渗产流。河岸调节作用：当河网水位上升至高于其两岸地下水位，且河水与两岸地下水之间有水力联系时，一部分河水补给地下水，增加两岸的地下蓄水量;当河网水位低于地下水位时，一部分地下水补给河水，这种调节称为河岸调节。二、简答题1、水资源的特性1.水资源的循环再生性与其有限性；.2,时空分布的不均匀性；3,利用的广泛性和不可替代性；4利与害的两重性2、水循环的发生机理第一，水循环服从于质量守恒定律；第二，太阳辐射与重力作用，是水循环的基本动力；第三，水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩石圈及生物圈。第四，全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开放系统。3、水循环的实质水循环就是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水气输送、凝结降水、下渗及径流等环节，不断的发生相态转换和周而复始运动的过程。4、蓄满产流与超渗产流的区别蓄满产流：降雨在补足包气带中的水分亏缺之后，所余的水量全部形成地表径流和地下径流，即蓄满产流。蓄满产流的发生条件是：P>Wm—W0蓄满产流能否发生于降雨强度无关，与降雨量有关。超渗产流：当降雨强度超过下渗率时，未渗入土壤的水分便形成地表径流，即超渗产流。发生条件：超渗产流能否发生与降雨强度有关，即降雨强度大于下渗率时即可，与降雨量无关。一般来说，在湿润地区，以蓄满产流为主；在干旱地区，以超渗产流为主。 5、影响径流形成的因素气候因素：包括降水、蒸发、气温、风、湿度等流域下垫面因素：包括地理位置、地貌特征、地形特征、地质条件、植被特征等人类活动的影响：主要是通过改变下垫面条件从而直接或间接影响了径流的过程、径流的数量、质量的变化。三、论述题1、你的家乡所在地或你熟悉的地区有哪些水资源问题？你认为应采取哪些措施解决2、试述水循环的作用与效应1水循环与地球圈层构造：在地球表层系统中，水圈处于主导地位，水圈中的水通过周流不息的循环运动，积极参与了圈层之间的界面活动，并深入4大圈层内部，将它们耦合在一起。2水循环与全球气候:首先，水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者；其次，水循环通过对地表太阳辐射能的重新再分配，使不同经纬度热量收支不平衡得到缓解；再次，水循环的强弱及路径，还会直接影响到各地的天气过程，甚至可以决定地区的气候基本特征。3水循环与地貌形态及地壳运动：4水循环与生态平衡5水循环与水资源开发利用3、河川径流是怎样形成的？1降雨时形成径流的前提条件2流域蓄渗过程降雨初期，大部分降水并不立即产生径流，而消耗于植被截留、下渗、填洼与蒸发。在降雨过程中，当降雨强度小于下渗能力时，雨水将全部深入土壤中；当降雨强度大于下渗能力时，超出下渗强度的降雨，形成地面积水，蓄积于地面洼地，称为填洼。随着降雨继续进行，满足填洼后的水开始产生地面径流。流域上继续不断降雨，渗入土壤的水使包气带含水量不断增加，土层中的水达到饱和后，在一定条件下，部分水沿坡地土层侧向流动，形成壤中径流；下渗水流达到地下水面后，以地下水的形式沿坡地土层汇入河槽，形成地下径流。因此，流域上的降水，经过蓄渗过程产生了地面径流，壤中径流和地下径流。3坡地汇流过程超渗雨水在坡面上呈片流，细沟流运动的现象，成坡面漫流。满足填洼后的降水开始产生大量的地面径流，它沿坡面流动进入正式的漫流阶段。坡面漫流在蓄渗容易得到满足的地方先进行，然后其范围不断扩大，地面径流经过坡面漫流而注入河网。壤中流及地下径流在有空介质中运动。4河网汇流过程各种径流成分经过坡地汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程，即河网汇流过程，这一过程自坡地汇流注入河网开始，直至将最后汇入河网的降水输送到出口断面为止。经过河岸调节和河槽调节过程，使出口断面的流量过程变缓，汇流历时延长，降低出口断面一下发生洪水的可能性。第二章复习思考题一、名词解释河流:地表示沿天然沟谷槽低运动形成的水体。水系:在一定的集水区域内，大大小小的河流构成脉络相通的系统。 流域：由分水线包围的区域称为流域。比降：单位河长的落差，通常以小数或千分数表示。含沙量：每立方米水中所含泥沙的重量，单位是千克每立方米。输沙量：一定时段内通过一定过水断面的泥沙含量。艾里定律：河床上移动的推移质的质量与水流速速的六次方成正比。矿化度：天然水体中各种元素的离子、分子与化合物的总量称为矿化度。正常年径流量：用多年径流量的平均值代替正常年径流量。洪水：大量降水或积雪在短时间内汇入河槽，形成特大的径流，成为洪水。枯水：苦水是河流断面上较小流量的总称。湖泊：湖泊是陆地表面具有一定规模的天然洼地的蓄水体系，是湖盆、湖水以及水中物质组合而成的自然综合体。水库的特征水位：死水位：水库在设计过程中有一个设计最低水位，它是根据发电最小水头和灌溉最低水位而确定的，同时也考虑到泥沙的淤积情况；正常高水位：为了满足发电、灌溉等需要而设计的库容，成为兴利库容，兴利库容所对应的水位称正常高水位；设计洪水位：在水库正常运行情况下，当发生设计洪水时，水库允许达到的最高水位，称为设计洪水位或最高洪水位；校核洪水位：当发生特大洪水时，水库允许达到的最高水位。汛前限制水位：相应于防空的那部分库容的水位称为汛前限制水位。沼泽：沼泽是地表土壤层水过饱和地段。二、简答题1、为什么说河流是地表水循环的主干？河流虽然槽蓄量最小，但河水是地表唯一的畅流液态水，它的水循环动力机制既受到热力因素影响又受重力作用所控制，其交替更新的周期最短，水循环的活力最强，因此它在地表水循环过程中起着上接大气水，下通地下水，最后联结海水的主干作用，它是地表水循环亚系统中的主干子系统。2、河流有哪几种补给形式？各有何特点？一、雨水补给最重要，多发生在夏、秋。补给特点：不连续性和集中性。流量过程线：锯齿状。二、季节性积雪融水补给多在春季发生(北方).补给特点：连续性和时间性。过量过程线：双峰(春、夏)三、冰雪融水补给高山地区永久积雪或冰川，在干旱、半干旱山区，多发在夏季。特点：单位面积出水率高，与太阳辐射、气候的变化一致。流量过程线：单峰(夏)。四、湖泊、沼泽水补给起调节作用，流量过程平缓五、地下水补给是河流水量可靠而经常的来源，浅层受季节变化影响大，深层受季节变化影响小 3、天然水体的矿化作用包括哪几种？溶滤作用，吸附性阳离子交替作用，氧化作用，还原作用，蒸发浓缩作用，混合作用。4、影响河流年径流量CV的因素有哪些？年径流量：年径流量大，CV值小。补给来源：以高山冰雪融水或地下水补给为主的河流，年径流CV值小，以雨水补给为主的河流cv值大，尤其是雨水变率打地区，CV值更大流域面积：流域面积小的河流，CV值大于流域面积大的河流。5、计算正常年径流量时参证站的选择原则是什么？1参政变量与研究变量在成因上是相联系的2参政变量的系列比研究变量的系列要长3参政变量与研究变量必须具有一定的同步系列，以建立相关关系。6、什么是湖泊的演化？湖泊有其发生、发展与消亡的过程，湖泊一旦形成，由于自然环境的变迁，人类活动的影响，湖盆形态、湖水性质、湖中生物等均在不断地发生变化。湖泊由深变浅，由大变小，湖岸由弯曲变为平直，湖底由凹凸变为平坦，就会深水植物逐渐演化为浅水植物，沿岸的植物逐渐向湖心发展。由于泥沙不断充填，水中生物的死亡和堆积，最后湖泊会转化为沼泽。干燥区湖泊由于盐分不断积累，淡水湖转化成咸水湖。盐度较小的湖泊其生物大致与淡水湖相同，盐度较大的湖泊，淡水生物很难生存。当水量继续蒸发减少，咸水湖可以变干，转化为盐沼，至此湖泊全部消亡。7、什么是水库的调节作用？运用水库蓄容径流的能力来抬高水位，集中落差，并对入库径流在时程上，地区上，按各用水部门的需要，重新分配过程，称水库调节。8、水库的异重流有什么作用？减少泥沙堆积，延长水库寿命。9、径流向海产生哪些汇集效应？1径流补给对近岸海区的冲淡效应2泥沙向海输入，陆地不断延伸3陆地元素不断向大海迁移第三章复习思考题 一、名词解释上层滞水:是存在于包气带中局部隔水层之上的重力水。潜水:是埋藏在地表下第一个稳定隔水层上具有自由表面的重力水。承压水:充满两个隔水层之间的水称承压水。泉：泉是地下水的天然露头，是含水层或含水通道出露地表发生地下水涌出之现象。通常山区及山前地带泉水出露较多。二、简答题1、地下水流系统与地表水流系统有何区别？地表水系统地下水系统•空间分布•平面•立体•流线组合•简单、有规律•复杂、不稳定•流动方向•下降•上升、下降并存•集水区域•以分水岭为界•受岩性、地质构造控制 3、过量开采地下水能带来哪些后果？应采取什么措施解决？由过度抽取引起的损耗问题•损耗问题最主要的表现就是地下水位的持续下降。地下水位的下降又进一步带来了地面沉降、地面塌陷、桥梁等交通受损、海水倒灌入侵等各种问题。4、绘制潜水等水位线图有何用途？1确定潜水流向垂直于等水位线，并从高水位指向低水位的方向，即为潜水的流向。2确定浅水面的水力坡度沿水流方向取任意两点的水位差，除以两点间投影在平面上的垂 直距离。3查取地下水的埋藏深度，推断含水层的岩性与厚度变化，确定潜水与地表水的互补关系，以及研究和布设饮水、排水工程的位置等。三、论述题包气带水、潜水与承压水有何区别？包气带水潜水承压水1、埋藏条件浅较浅深2、隔水层局部第一个稳定隔水层上下两个隔水层3、水量小大大4、补给来源大气降水、地表水大气降水、地表水大气降水、地表水、潜水5、补给区与分布区一致一致不一致6、排泄蒸发、散流蒸发、补给地表水、承压水蒸发、补给潜水、泉7、动态变化季节变化明显季节变化明显稳定、季节变化不明显8、污染易污染易污染不易污染9、开采易易不易一、名词解释1、水文学：研究地球上各种水体的一门科学。（P1）2、闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合时，称为闭合流域。（P14）3、河川径流：净雨汇集到河流后，在重力作用下沿河床流动的水流称为河川径流（P17）4、水文现象：自然界中水的运动变化和存在状态的现象（P1）5、流域汇流：降雨扣除损失后的净雨量，从流域坡面汇入河网，再由河网向流域出口断面汇集的过程，称为流域汇流。（P19）6、毛细现象：当水与毛管接触时，在管壁对液体分子的吸附力与液体表面张力和收缩的双重作用下，使表面张力向上的拉引力与毛管内升高的液体重量达到平衡，管内的液体停止上升的现象（P52）7、田间持水量：指土壤中所能保持的最大毛管悬着水量（P51）8、土水势：在标准大气压下，从水池中把单位质量的纯水从基准面上等温可逆地移动到土壤某一吸水点，使之成为土壤水时必须做的功（P53）9、水文特征曲线滞后：即湿化过程的含水率随基质势的变化落后于干化过程，这种现象称为土壤水力特性滞后现象（P54）10、渗透系数K：表示土壤透水性的数量指标，其数值等于水力坡度为1时的渗透速度（P56）11、径流模数：流域出口断面流量与流域面积之比称为径流模数（P23)12、水动力弥散系数：水分扩散系数是单位时间内，通过单位长度土体的水量，表征土壤中水分的扩散能力，在数量上等于单位含水量梯度下，通过单位土壤断面面积上的土壤水量。13、下渗能力：充分供水条件下的下渗率称为下渗能力（P64）14、饱和带土壤缺水量：指包气带蓄水容量与包气带初始蓄水量的差值（P103）15、产流过程：降雨经过植物截留、填洼、下渗等损失后转化为净雨的过程 二、简述题1、什么是水文循环，分为哪几类？答：水文循环是指地球上或某一区域内，在太阳辐射和重力作用下，水分通过蒸发、水汽输送、降水、入渗、径流等过程不断变化、迁移的过程。1)大循环：大区域（领域）内的循环，也称外循环。海洋云，大气陆地海洋2)小循环：小区域（领域）内的循环，也称内循环。海洋云，大气陆地海洋云，大气海洋2、简述整个水文循环过程答：地球上的各种水体，在太阳辐射的作用下，不断地因蒸发而变成为水汽进入大气，再由气流的水平输送和上升凝结形成降水，落到地面或海洋。落到地面的雨水，一部分蒸发返回大气，另一部分以地面径流和地下径流的形式注入海洋。3、简述流域平均降水量的计算方法及使用条件答：流域内平均降雨量的计算方法有（1）算术平均法（）多适用于面积不大，地形起伏不大，站点较多且布设较均匀的流域。（2）泰森多边形法（）适用于降雨分布不均，站点较少，面积不大的流域。（3）等雨量线法（）适用于面积大、站点密的流域。（4）距离平方倒数法，适用于站点多，且已知附近点的雨量值。4、什么是植物截留；其影响条件是什么？答：植物截留是指降雨被植物枝叶拦截并滞留在植物枝叶上的现象。其影响条件可分为两大类，第一是植物本身的生理特性，如树种、树龄、林冠厚度，茂密度等；第二，气象因素，如降水强度、蒸发、气温、季节、风等。5、写出闭合流域的水量平衡方程，并指出式中含义答：，式中P为流域内降水量；E为流域内的净水分蒸发量；为由河流径流量的变化量；为由地下流径流量的变化量；Y为用水量；为流域内时段末的蓄水量；为流域内时段初的蓄水量。6、什么是填洼，其影响因素是什么？答：填洼是指流域内坡面上流动的水流向坡上的洼地汇集并积蓄于洼地的现象。其影响因素有流域的坑洼体积及地貌条件、土壤入渗状况、降水量、降水强度和降水历时等降水特性。7、为何不饱和土壤的土水势是负值？答：不饱和土壤中的水分受到各种力的束缚，与自由的纯水相比，其运动难度比较大。但自由的纯水可以进入不饱和土壤，说明自由水的势能比不饱和土壤水的势能大，所以不饱和土壤水就小于零，是负值。 8、简述土水势构成和物理意义答：土水势是由基质势、溶质势、压力势和重力势构成。物理意义是在标准大气压下，从水池中把单位质量的纯水从基准面上等温地和可逆地移动到土壤某一吸水点，使之成为土壤水时必须做的功。9、试述达西定律的形式及各项物理意义答：，Q为通过与渗流方向垂直的横断面A的渗流量；K为反映土壤透水特性的比例系数，称为渗透系数；为流经距离L的水头损失；10、简述土壤物理常用指标方法答：土壤比重，；土壤容重d，d=;土壤孔隙比e，e=;孔隙率，=11、简述下渗的概念及物理过程下渗：指降落到地面上的雨水从地面渗入土壤内的现象物理过程：（1）渗润阶段。下渗的水分主要受分子力和毛管力的作用，被土壤颗粒吸收而成吸湿水和薄膜水。（2）渗漏阶段。下渗水分主要在毛管力、重力作用下沿土壤孔隙向下作不稳定流动，并逐渐填充土壤孔隙直至饱和。（3）渗透阶段。土壤孔隙充满水而饱和，水分在重力作用下呈稳定流动。(P62)12、一次降雨过程中，下渗是否总按下渗能力进行？为什么？答：下渗不是总按下渗能力进行。因为：（1）当降雨强度≧下渗强度时，满足充分供水的条件，各时刻均按下渗能力下渗。（2）当降雨强度≦下渗强度时，下渗率取决于降雨强度，下渗过程与降雨过程完全相同。（3）当稳定下渗能力＜降雨强度＜下渗强度时，这种情况开始时的雨强小于下渗能力，全部降雨渗入土壤，随着下渗水量增加，土壤含水量也增加，下渗率随之递减，到某时刻，雨强大于下渗能力，此时将按下渗能力下渗。（P65）13、下渗曲线与累积下渗曲线有何联系？符合这种关系的参数还有那些？答：下渗曲线表示下渗能力随时间的变化过程线；累积下渗曲线表示累积下渗量随时间的增长曲线。累积下渗曲线任一点切线的斜率即为该时刻的下渗率（P64）14、简要说明影响径流的主要因素有哪些？为什么久晴不雨河川径仍不息？答：1.流域的气象条件2.流域的地理位置3.流域的地形特性4.流域形状和面积5.流域的植被6流域内的土壤及地质构造7.湖泊和沼泽8.水利化措施。河川径流是流域降雨通过产流、汇流过程形成的，汇流包括地面汇流和地下汇流，地面汇流受外界条件影响变化很快，当久晴不雨时，运动极其缓慢的地下汇流会补充地面水，使河川仍径流不息15简述蒸发的类型和影响蒸发的控制条件？答：蒸发的类型有水面蒸发、土壤蒸发、植物散发、流域蒸散发等。影响蒸发的控制条件有：（1）供水条件：蒸发面上储存的水量多少；（2）能量条件：蒸发面上水分子获得能量的多少（3）动力条件：蒸发面上空水汽输送的速度如何。简述各类山坡流域产流机制及主要特点？ 17、什么是流域蓄水容量面积分配曲线？流域下渗容量面积分配曲线？各有什么特征？答：流域蓄水容量面积分配曲线：流域内蓄水容量小于等于给定值W′m的面积f/F与蓄水容量值W′m的关系曲线。特点:(1)上包线：全流域干燥时，W0=0(2)下包线：流域含水量达田间持水量时，W0=Wm流域下渗能力面积分配曲线：流域下渗能力下雨等于给定值fn的面积f/F与下渗能力fn的关系曲线计算题类型1.求QWR(1)流量Q：单位时间内流经河流某一水断面的水量。m3/s(2)径流总量W：一段时间内通过河流过水断面的总水量，m3（W=Qt）(3)径流模数M：单位流域面积上平均产生的流量，L/s•km2（M=1000Q/F）(4)径流深度R：它是径流总量W折算成全流域的平均水深，单位为mm，常用来与降水量作比较(R=W/1000F=QT/1000F)(5)径流系数α：径流深度R与降水量X之比(α=R/P)某水文站流域面积F=54500ｋｍ２。多年平均降雨量P=1650ｍｍ，多年平均流量Q=1680ｍ３/ｓ。求该流域径流参数。解：（1）多年平均径流量：W=QT=1680*365*86400=530亿ｍ３（2）多年平均径流深：R=W/1000F=530*108/1000*54500=972ｍｍ（3）多年平均径流模数：M=1000Q/F=1000*1680/554500=30.8L/（ｓｋｍ２）（4）多年平均径流系数：α=R/P=972/1650=0.592径流分类径流是指降雨及冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。径流有不同的类型，按水流来源可有降雨径流和融水径流；按流动方式可分地表径流和地下径流，地表径流又分坡面流和河槽流。此外，还有水流中含有固体物质（泥沙）形成的固体径流，水流中含有化学溶解物质构成的离子径流（见化学径流）等 答：暴雨洪水的形成过程与径流形成过程是一样的，现用图（2分）说明如下：在这次降雨过程中，在t1时刻，降雨开始，当降雨强度逐渐增加，土壤由于雨水不断下渗，其下渗率逐渐降低，到t′3时，降雨强度恰等于当时当地的下渗率。（1分）从强度方面看，地面该开始产生径流。但由于此时尚未满足土壤的总吸水量，因此实际产生径流的时刻不是t′3而是稍后的时刻t3。（1分）此后，在流域面积上普遍开始产生径流，其水量不断增加，逐渐汇入河网，同时，主河槽不断汇集各地之径流及沿途补充之降雨，并且水量由于沿途下渗与蒸发不断损失，最后流经出口断面，形成图6.3b地面(洪水)径流过程。（1分）在这次降雨趋于停止时，降雨强度逐渐减小到稳渗率的程度，地面径流逐渐消失，此即净雨终止的时刻t2。由t′3到t2的时间段又称为产流历时。（1分）但河槽集流过程并未停止，它包括雨水由坡面汇入河网，直到全部流经出口断面时为止的整个过程，它的延续时间最长，比净雨历时和坡地漫流历时都要长得多，一直到t4时刻为止，由这次暴雨产生的洪水过程才算终止。由t2到t4这段时间称为流域最大汇流时间，以τ表示，即流域最远点A的净雨流到出口断面B所花费的时间(图6.3b、c)。（1分）某流域AB上发生一场暴雨，已知=3小时，=3小时，各时段净雨深为=20mm，=25mm，=10mm，=1.5km2，=3.0km2，=2.0km2。用等流时线原理计算流域出口B点的流量，绘出洪水过程线，并指出洪峰流量及发生时间。解：由条件分析，1小时（1分）（1分）（1分）（1分）（1分）（1分）由计算结果和洪水过程线图知，洪峰流量发生在第3时段末，Qm=36.14m3/s。 '