水文学(第一、二章).ppt

'水文学内容：绪论河流与径流水文统计基本原理与方法设计洪水流量与水位计算桥涵孔径设计桥下河床冲刷计算 第一章绪论1.1水文学研究内容1、定义水文学是研究自然界中各种水体（江河、湖泊、海洋、冰川等）形成、分布、变化、运动、相互转化和与环境相互作用的一门科学2、研究内容水文测验和资料整编与发布水文实验研究水文分析与计算水文预报水文地理河流的冲刷与泥沙淤泥计算其他 1.2水文现象基本规律及其研究方法1、水文现象基本规律（1）确定性规律（2）随机性规律（3）地区性规律2、基本研究方法（1）成因分析法（2）数理统计法（3）地区综合法1.3水文科学的发展 第二章河流与径流2.1河流与流域一、河流（一）河流的形成与分段定义：接纳地面径流和地下径流的天然泄水通道。河谷、河槽或河床。上游、下游、左岸、右岸。分段：沿水流方向，自高向低可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。 （二）河流的基本特征1.河流的长度自河源沿主河道至河口的距离称为河长（km）。2.河流的断面：横断面中泓线纵断面 3.河道纵比降：任意河段两端（水面或水底）的高差△h称为落差，单位河长的落差称为河道纵比降。水面比降、河底比降 二、流域（一）流域定义：供给河流地面和地下径流的集水区域，即分水线所包围的区域分水线（分水岭）闭合流域。、非闭合流域 （二）流域基本特征流域面积（F，km2）河网密度（∑L/F，km/km2）流域长度（L）和平均宽度（M）流域形状系数（M/L）（扇状流域、羽状流域）流域平均高度和平均坡度流域自然地理特征（位置、气候、下垫面） 2.2径流及其形成过程2.2.1、水文循环与水量平衡（一）自然界的水文循环定义：地球上以液态、固态和气态的形式分布于海洋、陆地、大气和生物机体中的水体构成了地球上的水圈。水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程，称为水文循环。水文循环的范围贯穿整个水圈，向上延伸到10km左右，下至地表以下平均1km深处。 水文循环的4各主要环节：蒸发、降水、下渗和径流大循环：海陆之间的水分交换过程，又称为外循环。小循环：海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降落到陆地上，又称为内循环。前者称为海洋小循环，后者称为陆地小循环。水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。正是由于自然界的水文循环，才形成永无终止千变万化的水文现象。水文循环也是水资源具有再生性的原因。 （二）地球上的水量平衡水量平衡原理：在水文循环过程中，对任一区域、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。水量平衡方程：I、O——给定时段内输入、输出该地区的总水量△S——时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。 若以地球的整个大陆作为研究范围，其水量平衡方程为：若以海洋为研究对象，其水量平衡方程为：△Sc——大陆在研究时段内蓄水量的变化量△So——海洋在研究时段内蓄水量的变化量对多年平均情况，△Sc、△So趋于零。所以：全球多年平均降水量等于多年平均蒸发量，为1130mm合并得：或 2.2.2水文观测与水文资料的收集一、降水形式：雨、雪、霰、雹、露、霜等特征要素：降水量（mm)降水历时(min，h，d)降水强度(mm/h，mm/d)降水面积(km2)暴雨中心 与降水有关的气象因素降水发生在大气中的对流层，对流层是地球大气中最底的一层。对流层的特点：1.气温随高度的增加而降低2.具有强烈的上升和下降的气流3.受地表差异影响，对流层温度、湿度水平分布不均匀。对流层又可分三部分：下层（地面-1.5km）中层（1.5km-6km）上层（6km-对流层顶部） 地形雨 锋面雨 气旋雨（1）温带气旋雨 （2）热带气旋雨 降水量观测（一）器测法1.雨量器分辨率0.1mm。两段制观测，即每日8时及20时各观测一次。雨季增加观测段次。每日8时至次日8时降水量为当日降水量。 2.自计式（1）虹吸式分辨率：0.1mm降雨强度适用范围：0.01～4.0mm/min （2）翻斗式分辨率：0.1mm降雨强度适用范围：4.0mm/min以内（3）称重式记录降水时全部降水的重量。优点在于能够记录雪、冰雹及雨雪混合降水。 （二）雷达探测气象雷达是利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象来发现目标的。有效范围：40～200km。（三）气象卫星云图极轨卫星地球静止卫星：可见光云图红外云图 影响我国降水（暴雨）的主要天气系统高空槽锋面气旋低涡切变线静止锋锋区与降雨副热带高压热带风暴（台风） 降雨的时程变化描述方法降雨强度过程曲线：以雨强为纵坐标，时间为横坐标而点绘出的一次降雨的时段平均降雨强度过程线。累计降雨过程曲线：降雨强度过程曲线随时间积分而得出的曲线。 流域平均降雨量的计算方法1.算术平均法：条件：流域内雨量站分布较均匀、地形起伏变化不大 2.垂直平分法（泰森多边形法）条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站在计算流域平均雨量中的作用。假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。 3.等雨量线法条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密，能结合地形变化绘制等雨量线时。该方法能考虑流域地形的变化绘制等雨量线，比较好地反映了降雨在流域上的变化，精度较高。但是绘制等雨量线需要较多站点的资料，且每次都要重绘，工作量大。 二、蒸发蒸发是水文循环的重要环节。对径流形成来说，蒸发则是一种损失。蒸发：水由液态或固态转化为气态的过程；散发或蒸腾：被植物根系吸收的水分，经由植物的茎叶散逸到大气的过程。水面蒸发土壤蒸发流域蒸发植物蒸散发 蒸发率：单位时间内的蒸发量充分供水、不充分供水两种情况可能最大蒸发率或蒸发能力（EM)：在充分供水的条件下，某一蒸发面的蒸发量，即同一气象条件下可能达到的最大蒸发率。 水面蒸发的观测1.器测法：水文部门普遍采用E601蒸发器。每日8时观测一次，得日蒸发量；月蒸发量年蒸发量折算系数：K=E池/E器 2.间接计算法利用气象水文观测资料间接推算蒸发量：水汽输送法、热量平衡法、彭曼法、水量平衡法、经验公式法等。彭曼水面蒸发公式： 土壤蒸发（一）土壤蒸发过程三个阶段：第一阶段：土壤充分湿润，供水充足E接近最大蒸发能力EM；第二阶段：土壤水分减少，W