《工程水文学》考试大纲及知识点整理

'2012年水文学及水资源专业硕士研究生入学复试《工程水文学》考试大纲一、理解地球上的水量平衡原理。在水文循环过程中，对任意区域、任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量，这就是水量平衡原理。根据水量平衡原理，可列出水量平衡方程。对某一区域，有I−O=∆S式中：I、O——给定时段内输入、输出该区域的总水量；∆S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。二、水文现象有哪些基本规律和相应的研究方法？水文规律，基本上可分为成因规律和统计规律两类，相应地，水文计算方法则分为成因分析法和数理统计法。也有将水文规律分为三类的，即成因规律、统计规律和地区综合规律，相应地，水文计算方法则分为成因分析法、数理统计法和地区综合法。三、试述水文学的定义。工程水文学与水文学有何联系？主要包括哪两方面的内容？1.水文学的含义：是研究自然界各种水体的存在、循环和分布，物理与化学特性，以及水体对环境的影响和作用，包括对生物特别是对人类的影响。2.工程水文学的含义：是水文学的一个重要分支，为工程规划设计、施工建设、运行管理提供水文依据的一门科学。3.联系：工程水文学是水文学的一个重要分支，随着水利水电工程建设的大规模开展，为满足工程规划设计、施工和运行管理的迫切需要，水文工作者针对提出的问题，进行大量的、深入的试验研究，使水文学发展到工程水文学阶段。4.主要内容：水文计算、水利计算、水文预报（水文分析与计算及水文预报）。四、何谓年径流？它的表示方法和度量单位是什么？1.年径流：一年期间通过河流某一断面或流域出口断面的总水量。332.表示方法和度量单位：年径流可以用年径流总量W（m）、年平均流量Q（m/s）、年径流深R2（mm）及年径流模数M（mm/s·km）等表示。1 五、水文循环的重要环节有哪些？水文循环的内因和外因是什么？1.重要环节：蒸发、水汽输送、降水和径流。2.水循环的内因：水具有固、液、气三态互相转化的物理特性。3.水循环的外因：太阳辐射和地球的重力作用。六、简述水文测站的类型并说明水文测站布设的基本内容。1.类型：基本站和专用站。2.布设的基本内容：建站包括选择测验河段和布设观测断面。水文测站一般应布设基线、水准点和各种断面，即基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面及比降断面。（1）基本水尺断面上设立基本水尺，用来进行经常地水位观测。（2）测流断面应与基本水尺断面重合，且与断面平均流向垂直。若不能重合时，已不能相距过远。（3）浮标测流断面有上、中、下三个断面，一般中断面应与测流仪测流断面重合。上、下断面之间的间距不宜太短，其距离应为断面最大流速的50~80倍。（4）比降断面设立比降水尺，用来观测河流的水面比降和分析河床的糙率。七、什么是流域？流域的分水线是什么？简述流域的类型。1.流域的含义：汇集地面水和地下水的区域称为流域，也就是分水线包围的区域。2.流域的分水线：相邻流域的分界线，称为分水线。分水线有地面、地下之分。3.流域的类型：包括闭合流域和非闭合流域。当地面分水线与地下分水线相重合，称为闭合流域，否则为不闭合流域。八、径流的形成过程如何？影响径流的主要因素是哪三个？1.径流的含义：是指降水所形成的，沿着流域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。2.径流的形成过程：流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。径流形成过程是一个相当复杂的过程，为了便于分析，一般把它概括为产流过程和汇流过程两个阶段。2 （1）产流阶段。当降雨满足了植物截留、洼地蓄水和表层土壤储存后，后续降雨强度又超过下渗强度、其超过下渗强度的雨量，降到地面以后，开始沿地表坡面流动称为坡面漫流．是产流的开始。如果雨量继续增大，漫流的范围也就增大，形成全面漫流，这种超渗雨沿坡面流动注人河槽，称为坡面径流。地面漫流的过程，即为产流阶段。（2）汇流阶段。降雨产生的径流，汇集到附近河网后，又从上游流向下游，最后全部流经流域出口断面，叫做河网汇流，这种河网汇流过程,即为汇流阶段。3.影响因素：气象气候因素、下垫面因素和人类活动因素。九、河川水文情势的主要特点有哪些？流量、径流总量、径流深、径流模数、径流系数如何计算？1.主要特点：不重复性、地区性、周期性和模糊性。32.流量（Q）：单位时间内通过河流某一断面的水量，常用单位m/s。3333.径流量（W）：指时段T内通过河流某一断面的总水量，常用单位为m、万m、亿m等。有时33也用时段平均流量与时段的乘积为单位，如（m/s）·d、（m/s）·M等。t1W=Q（t）dt=Q∙Tt24.径流深（R）：是径流量平均分布在流域上的水深，常用单位为mm。323如计算时段长T（s），时段T内平均流量Q（m/s），流域面积为F（km），时段T内径流量W（m）和径流水深y（mm），则计算式为W=Q∙TQ∙TQ∙TWR=∙103==（mm）F∙1061000F1000F25.径流模数（M）：流域出口断面流量与流域面积之比值，常用单位为L/（s·km），计算式为1000QM=F6.径流系数（α）：某一时段的径流深y与相应时段内流域平均降雨深度P之比值称为径流系数。Rα=<1P十、累积降雨量和某时段平均降雨强度的计算方法。（1）累积降雨量：tPt=i(t)dt0（2）某时段平均降雨强度：3 ∆Pi=∆t十一、水文频率分析计算中常用的统计参数有哪几个？它们对频率曲线的影响如何？1.水文频率分析中，常用三个统计参数，即均值x、变差系数Cv和偏态系数Cs。（1）均值x，它为分布的中心，代表整个随机变量的水平。当Cv和Cs值固定时，由于x的不同，频率曲线的位置也就不同，x大的频率曲线位于x小的频率曲线之上。（2）变差系数Cv，用于衡量分布的相对离散程度，它是系列均方差与均值之比。当x和Cs值固定时，Cv值越大，频率曲线越陡；反之，Cv值越小，频率曲线越平缓。（3）偏态系数Cs，用于衡量系列在均值的两侧分布对称程度的参数。当x和Cv值固定时，Cs愈大，频率曲线的中部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈平缓；反之，Cs愈小，频率曲线的中部愈向右偏，且上段愈平缓，下段愈陡。十二、何谓相关分析？怎样进行水文相关分析？它在水文上解决哪些问题？1.相关分析：按数理统计方法建立依变量和自变量间近似关系或平均关系，称为相关分析。2.相关分析步骤：○1从成因上分析影响倚变量的主要因素，并结合实际选择相关变量；○2建立相关方程（或相关图）；○3检验相关的密切程度和可靠性；○4当相关密切及关系可靠时，其相关方程（或相关图）即可付诸使用。3.相关分析法一般用于插补或延展水文系列及建立水文预报方案。十三、为什么我国的年降水量从东南沿海向西北内陆递减？因为降水是水文循环过程中输送的水汽在适当的条件下形成的，而这些水汽主要来自海洋的蒸发，在向内陆的输送中，距离海洋愈近，水汽愈丰沛，形成降水的条件愈有利，所以降水丰沛；水汽输送途中，随着不断的降水，气流中的水汽不断减少，形成降水的条件愈来愈不利，使西北内陆的降水量也就逐渐减少。十四、简述暴雨资料充分时，由暴雨资料推求设计洪水的方法步骤。（1）基本假定：暴雨与洪水同频率。（2）方法步骤：○1暴雨选样；○2推求设计暴雨：用频率分析法求不同历时指定频率的设计雨量及暴雨过程；○3推求设计暴雨：设计暴雨扣除损失就是设计净雨；○4推求设计洪水：应用单位线法等对设计净雨进行汇流计算，即得流域出口断面的设计洪水过程。4 十五、毁林开荒为什么会加剧下游的洪水灾害？（1）毁林开荒使山区的植被受到破坏，暴雨时将会造成严重的水土流失，使下游河道淤塞，排水不畅；（2）裸露的坡地，下渗差，暴雨时产生地面径流大，汇流速度快，将使洪峰大大提高。十六、推求设计洪水过程线的同频率放大法和同倍比放大法有何异同点，简要说明它们的适用条件。（1）同倍比法有按洪峰倍比和按某一历时洪量的倍比之分，该方法简单，计算工作量小，但按峰放大和按量放大的结果不同，按峰放大，放大后的洪峰等于设计洪峰，但洪量就不一定等于设计洪量。同频率法能使放大后的过程线，洪峰等于设计洪峰，各历时洪量都等于相应的设计洪量，但计算工作量较大，如控制时段过多，放大后的洪水过程线变形较大。（2）同倍比放大法推求设计洪水过程一般只能使峰或某一控制时段的量符合设计要求。按峰放大时，适用于以峰为控制的水利工程，如桥涵、堤防工程等；按量放大时，适用于调节性能很好的大型水利工程。同频率放大法推求设计洪水过程线的最大特点是洪峰和各时段洪量均符合同一设计频率，该法适用于峰，量均起重要作用的水利工程。十七、水文资料的“三性审查”指的是哪三性审查？如何审查洪水资料的代表性？（1）水文资料的“三性审查”是指可靠性审查、一致性审查和代表性审查。（2）审查洪水资料的代表性，一般是与更长的参证系列进行比较。比较的方法是：从参证变量长系列资料中取出与设计变量系列同期的那部分资料，计算其统计参数，进行配线。若所得统计参数及频率曲线与该长系列的统计参数及频率曲线甚为接近，即认为这一时期参证站资料的代表性较高，从而可以断定设计变量在这一时期代表性也高。也可以用水文变化的周期性论证，即设计变量系列应包含几个大、中、小洪水交替年组。也可考察系列中有无特大洪水，系列是否足够长。十八、什么是特大洪水？为什么要对特大洪水进行处理？如何处理？（1）特大洪水：是指实测系列和调查到的历史洪水中，比一般洪水大得多的稀遇洪水。（2）因为特大洪水加入系列后，使之成为不连续的系列，因此在作经验频率计算和统计参数计算时要进行处理。（3）特大洪水处理主要是特大洪水加入洪水统计系列后，使之成为不连续样本，在此情况下一般采用独立样本法或统一样本法计算洪水的经验频率，经验频率确定后，则可用包含特大洪水的5 矩法公式或三点法计算统计参数，用适线法推求理论频率曲线及设计洪水。十九、人类活动对年径流有哪些方面的影响？其中间接影响如修建水利工程等措施的实质是什么？如何影响年径流及其变化？（1）有直接和间接两方面的影响，直接影响如跨流域调水，间接影响如植树造林，通过影响气候和下垫面而对径流产生影响。（2）修建水利工程等措施的实质是改变下垫面性质而影响年径流，它们将使蒸发增加，从而使年径流量减少；调蓄能力增加，从而使径流的年内、年际变化趋于平缓。二十、缺乏实测资料时，怎样推求设计年径流量？缺乏实测资料时，一般可采用水文比拟法或年径流量统计参数等值线图、分区图法求得均值、Cv、Cs，并确定线型，推求年径流理论频率曲线，再由设计频率查此曲线得设计年径流量。二一、洪水过程的三要素是什么？推求设计洪水过程线可用哪两种方法？（1）三要素：洪峰流量、洪水总量、洪水过程线。（2）两种方法：同频率放大法、同倍比放大法。二二、现行频率分析方法有哪些?适线法绘制理论累积频率曲线的方法如何?适线的基本原则是什么？（1）频率分析方法：矩法、极大似然法、概率权重矩法、极函数法以及适线法。（2）方法步骤：○1经过审核的实测水文资料，按变量由大到小的次序排列，以各变量的序号m，m代入P=×100%式中，计算其经验频率值P，并将（x，P）点绘在频率格纸上；○2以实测资料n−1为样本，用无偏估计值公式计算统计参数x、Cv、Cs，由于Cs抽样误差太大，一般当样本容量不够大时，常根据经验估计Cs值；○3选定线型，一般采用皮尔逊III型曲线，如配合不好，可改用其他线型；○4按计算的x、Cv及假定Cs的几个值，组成几组方案，分别查皮尔逊III型曲线的Φ值或Kp值表，并计算出各种频率对应的xp，最后以xp为纵坐标，以P为横坐标，将几条理论频率曲线点绘在有经验点据的图上。○5经分析比较，选一条与经验频率点配合较好的曲线作为计算成果。（3）基本原则：离差平方和最小准则、离差绝对值和最小准则、相对离差平方和最小准则。参考书籍：《工程水文学》，詹道江、叶守泽合编，2000出版，中国水利水电出版社。6'