水文学原理2012复习.ppt

'实验所有实验报告考试前上交 水文学原理复习2012年12月 课程考核平时成绩（上课出勤、作业）15%实验成绩（实验过程与报告）15%期末成绩（闭卷）70%考试时间1月 考试题型名词解释（以课件定义最佳）20~25分填空25~30分判断10题10分计算与推导（2~3题）15~20分简述或论述（3~5题）20~30分 历年成绩情况 卷面所反映的学习情况80～100分，已掌握水文学原理课程基本概念，能对相关的计算过程融会贯通；70～79分，在基本概念和计算的掌握熟练程度方面欠缺一些，知识点掌握不牢靠。69～60，对基本概念的理解和计算方面仍需下较大功夫补缺，60分以下没有达到课程大纲的要求。 名词解释、简答、论述属于主观题主观题是指只有题干，答案需要你自己写出来的那些试题，个人答题时可以发挥，例如简答题或论述题，一般是根据要点给分。主观题是让考生自己答题，以表达对试题的理解。试题题型有简答题、论述题、应用题、作文题等。主观题也称自由应答型试题。此类试题对于考查考生的语言表达能力、思维创新能力等方面有独到的功能，但评分容易受到评卷人的主观因素影响。 主观题主观题没有标准答案，只能从中心思想和答题基本原则等方面来判断给分。主观题就是个人答题时可以发挥，例如简答题或论述题，一般根据要点给分。客观题一般有唯一的标准答案，只能根据这一唯一标准判断给分。客观题是答案是给定的，要求从中选择正确答案，答题者没有选择的余地。 客观题：选择、判断客观题是答案是给定的，要求从中选择正确答案，答题者没有选择的余地。客观题是指题目不仅有题干，而且已经将答案列出,由你做出选择的题目,如单选题、多选题，判断题其实也是。客观题是让考生从事先拟定的答案中辨认出正确答案。题型有判断题、选择题等。客观题也称固定应答型试题，以客观题为主体的试卷有足够的覆盖面，阅卷、评分完全避免阅卷人的主观因素的干扰，还可以通过机器阅卷，提高阅卷效率。 授课方法课件似乎把教材讲厚了，但基本上没有超过，只不过围绕主线讲得更细点，把相关内容捎带。复习时，围绕课程逻辑主线可把教材变薄以教材内容为核心，参考其它来源内容重点讲解概念及区别，重点分析水循环过程涉及的环节，课前介绍讲述内容，课堂详细展开课后强调每章节必须掌握的知识点 复习方法总结概念总结现象、过程、状态、机制、假设明确公式的来源：前提假设、前因后果、推导总结计算过程：针对计算（反复强调的）总结关键知识点：针对简述论述（强调的） 复习提示：课件为主、教材为辅掌握重要的概念、定义掌握重要的过程描述、现象描述掌握重要的假设、公式掌握重要的计算强调的简述、论述 抓住环节基本概念——名词解释掌握现象、状态、过程、机制的描述——前提是什么、假设是什么、——公式推导过程、结论是什么——填空、判断、简述、论述计算过程——原理、分几个步骤、哪些公式、图示 水文学原理第一章绪论第二章河流与流域第三四章降水与降水截留第五章土壤水第六章下渗第七章蒸发第八章产流机制第九章流域产流计算第十章河道洪水演算第十一章流域汇流 必须牢记的水循环过程示意图蒸发蒸散发蒸散发t降水截留洼蓄下渗地表径流壤中流地下水流深层地下水河道汇流流量历时曲线 水文学原理章节间的逻辑与目的某某某时刻水电站、出山口等控制断面流量的一部分某时刻的降雨量？课程章节安排围绕这个问号涉及的中间过程有关 流域径流形成过程的分解：两大环节流域内净雨量（不同径流成分）的时空过程流域出口控制断面的流量过程流域内降雨量的时空过程汇流过程产流过程水量平衡计算（Rg~t,Rs~t）线性系统建模（Qg~t,Qs~t,Q~t）非线性系统建模Q=f（P,Qt1，……Qtn） 第一章绪论作业与复习水循环概念及其动力大循环及两种小循环概念水文现象的四种基本特性水量平衡原理的概念与内涵用通用水量平衡方程描述任意考察对象在任一时段内的水量平衡方程，并用文字说明方程中各要素的意义 基本概念水文学水循环及水循环现象（或水文现象）水循环过程的环节水量平衡原理水体更替周期水循环的动力（内外因） 基本分析水文现象的特点及其原因某些特点在水文分析计算中的用途大陆尺度上中国水循环的水汽来源途径 水循环地球上各种形态的水，在太阳辐射与重力的作用下，不断发生相态转换和周而复始的运动过程。液态与固态水体通过蒸发，水汽输送，凝结形成降水，下渗进土壤，在地表与地下形成不同成分径流的过程。其中液态水可通过河网汇集，地下含水层流动而汇入湖泊、河道、海洋；固态降水融化成冰雪融水汇流进入河网或转化成雪盖、冰川冰的形式长久保存在高寒地带。 水文现象特点一是确定性：趋势变化与周期变化二是随机性：水文现象的随机波动三是相似性四是特殊性流域水文过程＝周期性基本状态＋随机干扰波动＋流域个性 相似性同一地区的不同流域，地形、地貌、气候、植被、土壤基本一致，则这些流域的水文现象与规律在一定程度上具有相似性特殊性（例如冰川流域与森林流域）不同的流域处于不同的气候带，具有不同的地形、地貌、植被、土壤，则各自具有其独特的水文规律与现象。 水量平衡：水文学最重要的基本原理依据物质不灭定律可知，任一区域，在任一时段内，其收入的水量与支出的水量之差等于该区域的蓄水量变化量，即水量收支平衡。这就是水量平衡原理。 水量平衡方程通用水量平衡、闭合流域、全球尺度水量平衡方程土壤水流连续方程（也是水量平衡方程）包气带水量平衡方程，地表水量平衡方程河段通用水量平衡方程多个特征河长河段串联后的平衡方程（线性时不变系统）蓄满产流模式的水量平衡方程线性水库的水量平衡方程 第二章要求掌握流域及水系的基本特征掌握径流的定义及表示方法掌握径流情势变化（年内变化与年际变化）掌握净雨定义概述径流形成过程掌握典型降水径流流量过程线的径流成分构成了解影响流域径流形成的因素 第二章河流与流域径流定义及其类型径流表示方法：流量、径流量、径流深、径流模数、径流系数净雨的定义（形成）及其含义概述径流形成过程（产流过程与汇流过程的概念）典型流量过程线的径流成分来源分析及过程分析河川径流情势概念反映径流年内分配特征的两个指标及其意义反映径流年际变化的两个指标及其意义 概念——举例径流指降水所形成的，沿着流域地面和地下向河道、湖泊、水库、洼地流动的水体。流量是单位时间内通过某过水断面的水的体积，单位是m3/s径流量是在一定时段内通过河流某一横断面的总水量,单位为m3净雨是降雨到达地表后，总降雨量扣除地表植被截留、添洼、下渗和蒸发损失后，用于产生地表径流与地下径流的那部分雨量，也称为产流量。净雨是流域径流的来源，而径流是流域净雨汇集的结果。 如何理解河川径流情势的概念指河川径流的时程变化特征，包括径流的年内变化、年际变化、洪水特征、枯水特征、水温、冰清等。例如径流的年内变化用12个月的径流量统计值：径流年内分配不均匀系数C表征。公式？数值意义？用年径流变差系数与年际极值比来表示径流在多年期间的变化特性，即年际变化。公式？数值意义？ 2、月、旬、季的径流量占全年径流量的百分比1、径流年内分配不均匀系数C值越大，表明年内各月径流量相差悬殊，径流年内分配越不均匀Qi是某个月份的径流量是12个月的月平均径流量径流的年内变化：径流的年内分配情况如何 径流的年际变化指年径流量的年际变化幅度和多年变化过程这两个方面通常用年径流变差系数与年际极值比来表示。径流的年际变化：年径流变差系数年际极值比n为观测年数，Ki为第i年的年径流变率,即第i年年径流量与正常年径流量的比值反映径流在多年期间的变化特性 第三四章降水与降水截留降水类型要素（量、历时、强度）、降雨损失、次降水量降雨特性曲线，降水量观测计算面平均降水量的四种方法及其优缺点降水资料插补方法降水资料的合理性分析途经降水截留的概念最大降水截留容量影响降水截留量的因素 降水资料的合理性分析途经用等雨量线图来审查个别站雨量资料从降水类型、性质、地形来分析利用相邻站的雨量、雨强、历时做对比分析利用双累计曲线分析技术，对测站的不一致性进行判别和校正 双累积曲线法 降水截留降水截留是植物枝叶与树干或枯枝落叶、苔藓等地被物拦阻降水直接落到地表的过程。降水最大截留容量：陆面植被对降水的最大截留量。在未达到最大降水截留容量前，降水截留量呈指数函数形式的递增规律增加。达到最大截留容量后，可假设后续的降水没有被植物截留。降水损失是指总降水因集水区内的截留、入渗、洼蓄、蒸发与蒸腾作用而减少的降水量。总降水量扣除降水损失，称为超量雨量（excellrainfall）。穿透降水是没有被植物枝叶或地被物拦截而直接穿过林冠孔隙，到达地表的那部分降水。树干茎流：降水过程中顺着植物叶片、小枝向树木主茎秆汇集的降水，称为树干茎流（不是径流） 第五章土壤水必须掌握土壤水分常数的基本概念必须掌握土壤水受力分析，赋存形式、类型、毛细现象机理为何引入土水势概念，土水势的构成、土水势为何为负值土壤水流连续方程饱和土壤水运动描述与不饱和土壤水运动描述非饱和土壤水流的基本微分方程非饱和土壤水分扩散方程（理查兹方程）土壤水分扩散系数 必须掌握的内容土壤孔隙类型土壤基质概念土壤水受力分析不同受力形式下的土壤水类型土水势及其构成、基质势概念土壤毛管水受力分析，毛细现象原因、毛管水高度土壤水连续方程土壤水分特征曲线及其含义 不饱和土壤水与饱和土壤水的区别赋存在土壤毛细空隙中的水分受到那些力的作用分子吸附力：土壤颗粒表面附近的液态水受到土颗粒静电场的作用而受到的力，即粘附力，在水文学里称为分子吸附力。 土壤颗粒对水分的分子吸附力重力渗透压力粘滞力大气压力外力内力水分子之间内聚力三种力产生毛细力表面张力土壤水受到的内力与外力 束缚水（结合水）吸湿水（强结合水）薄膜水（弱结合水）毛管水重力水 毛管水高度 必须掌握毛管悬着水田间持水量 基质势=毛管势+吸附势溶质势（渗透式）重力势压力势土壤总水势 基于纯水的水势概念理解土壤水为什么进入根系？纯水水势为零，则溶液的水势小于零，呈负值。水分子与溶质发生水合作用，消耗了一部分能量。因此，任何物质溶解于水，就会降低水势。溶液越浓，水势越低。纯水的水势高，纯水可进入植物体内，同样植物因为其水势低，土壤水势高而进入植物根系，对植物来说是根系吸收了土壤中的高势水 2、饱和土壤水运动方程（达西定律）3、非饱和土壤水运动方程（不饱和土壤水力渗透系数）4、非饱和土壤水基本微分方程（土壤水分扩散）1、土壤单元体水流连续方程（水量平衡方程）可忽略水密度的变化 第六章基本概念下渗曲线（下渗能力曲线）下渗累计曲线稳定下渗速率fc剩余下渗率初始下渗速率下渗（入渗）下渗率（下渗强度）下渗能力（下渗容量）和初始含水量的关系 第六章下渗下渗的物理过程下渗要素及其定义，对应的含水量和水分受力下渗过程的三个阶段下渗过程中土壤水的垂向分布规律下渗结束后，土壤剖面内水分的再分布过程下渗理论和下渗公式推导霍顿下渗公式推导Green-Ampt公式的假设阿列克谢夫下渗率公式推导 下渗、下渗率、下渗能力（下渗容量）指降水或灌溉水从地表进入土壤内部的过程。下渗快慢以下渗率表示。单位时间内，渗入单位面积土壤中的水量，用字母f表示，又称下渗强度。常用单位mm/min或mm/hr下渗下渗率下渗能力土壤在充分供水条件下的下渗率，用字母fp表示，又称下渗容量。 干燥土壤饱和进程中下渗三阶段——受力差异下渗过程中，土壤水不断趋向饱和的进程中，土壤水分的受力状况在三个阶段不同，使得土壤水渗透速率在这三个阶段差异比较大渗润阶段渗透阶段渗漏阶段统称为渗漏阶段 湿润带饱和带湿润锋面含水量饱和含水量点田间持水量均质干燥土壤下渗进程中水分分布过渡带水分传递带 湿润锋面或下渗锋面概念：干燥土壤下渗进程中，土壤剖面内水分含量分布可大致划分为四个带，湿润带与其下端干燥土壤的分界线就是湿润锋面。出现的前提假设或应用环境（Green-Ampt）含水量突变 霍顿下渗公式对上面的公式积分得到霍顿下渗率公式：对霍顿下渗率公式积分，可导出累积下渗量公式。β是常数，称作霍顿下渗曲线的递减参数，β值根据实测资料作图推求。 Green–Ampt土壤水下渗理论下渗锋面（湿润锋面）地面hp地面水层水面不饱和层θ0Z不饱和层θ0饱和层θs推导下渗公式有四个假设 Green–Ampt土壤水下渗的四个假定及公示推导湿润锋面以上的土壤水是饱和的，湿润锋面以下土层是干土层，湿润锋面上下处的含水量是突变的，在数值上不连续。下渗水首先满足上部土壤饱和，湿润锋面向下不断推进，饱和层厚度增加。湿润锋面处的不饱和土壤的土水势（基质势）是常数。下渗水流属于饱和土壤水运动，可用达西公式描述。1234 天然均匀降雨强度条件下的下渗：思路：曲边三角形DBE面积等于曲边三角形CDF的面积tt0tpDOCABEF求t0和tpif0fc