水文整理

第一章绪论1、水文学是一门研究水在自然界中运行变化规律的科学。2、几个水文概念：降水、蒸发、入渗、径流(precipitation,evaporation,infiltration,runoff)上述四个现象统称为水文现象，又成为水文要素。3、水文学又有“工程耳目”之称4、广义的水文学可分为：水文气象学、水文地质学和地表水文学三大类。5、地表水文学包括海洋水文学和陆地水文学（包括湖泊水文学、沼泽水文学、河川水文学冰川水文学）6、水文现象在时间变化上既具有周期性（重现性）又具有随机性7、形成周期变化（重现）的原因主要是地球公转及自转，地球和月球的相对运动，以及太阳黑子的周期性运动所导致的昼夜、四季交替的影响所致8、水文现象在地区分布上既存在相似性，又存在特殊性9、自然界的水文循环含义：地球上的水在太阳辐射作用下，不断地蒸发成水汽进入大气，随气流输送到各地；输送中，遇到适当的条件，凝结成云，重力作用下降落到地面，即降水；降水直接地、或以径流的形式补给地球上的海洋、河流、湖泊、土壤、地下和生态水等，如此永不停止的循环运动，称为水文循环。分类：（1）大循环发生在海洋与陆地之间的水文循环，是形成陆降水、径流的主要形式(2)小循环仅仅发生在海洋或陆地上的水文循环与水资源的关系水文循环供给陆地源源不断的降水、径流，某一区域多年平均的年降水量或年径流量，即该地区的水资源量，因此水文循环的变化将引起水资源的变化.10、水文循环的影响因素1.气候2.下垫面水文循环所处的自然地理环境，称为下垫面。如地形、地貌、土壤、地质构造、岩层性质、植被情况、河系等等，都对水文水文循环起着不可忽视的影响。3.人类的活动11地球上的水量平衡：水文循环过程中，对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量，这就是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。依此，可得任一地区、任一时段的水量平衡方程.1.对于某一时段Δt:就全球的整个大陆，其方程为:Pc-R-Ec=ΔSc（2-1）就全球的海洋，其方程为:Po+R-Eo=ΔSo（2-2）对于全球，显然为式（2-1）、（2-2）相加，即:Pc+Po-(Ec+Eo)=ΔSc+ΔSo（2-3）2.对于多年平均:由于每年的ΔS有正、有负，多年平均趋于零，故有：大陆：Pc-R=Ec海洋：Po+R=Eo全球：Pc+Po=Ec+Eo即全球多年平均的蒸发量等于多年平均的降水量第二章河流概论1、河流定义：汇集地面径流及地下径流的水道河流的分段：河源、上游、中游、下游、河口河系：干流、支流及湖泊组成的河流系统称为水系，又称为河网。2、河流基本特征：河长、河流弯曲系数、纵横断面及纵横比降等1）河长：自河源沿干流到流域出口的河流溪线长度。2）河流的弯曲系数：河源至河口的河长与两地间的直线长度之比。3）河流的横断面及横比降：a.河流的横断面：垂直于水流方向的断面（过水断面）b.河流横比降：河流沿横断面方向的水面坡度。产生横比降的原因：①弯段离心力的作用②流速分布不均匀的影响③地球自转偏力的影响尼罗河6650KM（世界之最）亚马逊河6437KM长江6300KM4）河流的纵断面及纵比降：a.河流的纵断面：沿河流中泓线的剖面（水面、河底线）b.河流的纵比降：包括水面比降和河底比降某一河段河底高程自上游向下游变化，纵断面如下图，其平均河道坡度(比降)I按下式计算：I=[(h0+h1)l1+(h1+h2)l2+…+(hn-1+hn)ln-2h0L]/L23.流域及其分类流域：河口断面以上的集水区域。地面分水线包围区域为地面集水区，地下分水线包围区域为地下集水区。闭合流域：在垂直方向地面、地下分水线重合，地面集水区上降水形成的径流正好由流域出口断面流出，一般的大中流域均属此类。非闭合流域：地面、地下分水线不重合的流域，如岩溶地区的河流和一些很小的流域。4、流域基本特征（1）几何特征：流域面积F：在地形图上绘出流域的分水线，分水线包围的面积，即流域面积，以km²计。河网密度D：流域内河流干支流总长度与流域面积的比值称为河网密度，以km/km2计。流域长度Lf：从流域出口到流域最远点的流域中线长度，km计平均宽度B:B=F/Lf流域形状系数:K=B/Lf流域平均高程与平均坡度：将流域地形图划分为100个以上正方格，依次定出每个方格交叉上的高程以及与等高线正交方向的坡度，取其平均值。2）自然地理特征：地理位置：以流域所处的经纬度来表示，它反映流域所处的气候带，说明流域距离海洋的远近，反映水文循环的强弱。气候：包括降水、蒸发、气温、气压、湿度、风等，是决定流域水文特征的重要因素。流域下垫面条件：下垫面指流域的地形、地质构造、土壤和岩石性质、植被、湖泊、沼泽等情况5、河川径流的形成过程（四个阶段）径流是指湖泊、水库、洼地等流动的水流。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。1.降水阶段：降水：包括雨、雪、雹、露、霜等从空中降落到地表的水，其中主要是雨、雪，尤其降雨，因此也常把降水混称为降雨。降水的特征常用几个基本要素来表示，如降水量、降水历时、降水强度、降水面积及暴雨中心等。降水量一般按日雨量大小分为7级：（单位mm）微雨（0.1）、小雨（0.1-10）、中雨（10-25）、大雨（25-50）、暴雨（50-100）、大暴雨（100-200）、特大暴雨（200）。降水是径流、蒸发及入渗等一切地表水的来源。降水量及其时空分布，将影响径流量等的时空分布特性。降水三要素由实测求得。2.流域蓄渗阶段降水开始时，并不会立即形成径流，而是先经植物叶面截留、地面蓄洼、流域蒸发及土壤下渗，此称为流域的蓄渗阶段。扣除流域蓄渗后的降水量称为净雨量或超渗雨量，此即坡面漫流的径流量；而入渗的水量除了消耗于土壤的蒸发外，其余部分则以地下径流的形式缓慢的补给河流，称为河川径流的一部分。3.坡面漫流阶段净雨沿地表坡面的流动，称为坡面漫流。坡面漫流最后将汇入河沟，汇流的速度与地面坡度、植被情况及地质地貌有关。因此，封山育林、水土保持、合理开发不但是保护水资源的治本措施，而且可以消减汇流速度，延滞坡面径流汇集过程，预防洪涝灾害4.河槽集流阶段坡面径流经支流汇入干流最后到达流域出口断面或河口的集流过程，称为河槽集流阶段。沿河槽流动的水流称为河川径流。径流系数=Y/X其中：X—一场降水量Y—出口断面的径流量径流系数实际上就是降水形成径流量的折减系数6、河流中的水位、流量、泥沙及冰情等变化情势，统称为水文情势。其中，水位、流量的变化情势常用水位过程线及流量过程线来表示。1.水位、流量情势的类型：雨源类：这类河流的水量补给主要来自降雨，其年内的径流量变化与降水过程一致。（秦岭淮河以南）雨雪类：这类河流的水量主要来自降雨和降雪，其径流量变化是：3-4月和6-9月是汛期。（东北华北）雪源类：这类河流的水量补给主要来自融雪，每年4-5月气温上升积雪融化，河中流量增大，6-7月份达到最高峰，以后气温下降流量随之减少（西北）2.泥沙情势河流的泥沙主要来自流域表面，当降水或融雪形成坡面径流时，地表泥沙就被带入河中。河流夹带泥沙量与流域特性及地面径流量有关。因此，洪水期河水中含沙量大，枯水期无地面径流，含沙量最少3.冰凌情势气候寒冷地区的河流，冬季情况的特点主要是冰凌现象，其冬季可分为三个特征阶段：冻结、封冻、解冻7、河川径流的影响因素气候流域下垫面人类活动8、地下径流的分割方法沿坡面漫流的水流，称为地面径流渗入土壤沿地下汇入河中的水流，称为地下径流河川径流（地面径流、地下径流）地下径流的特点是：径流量的时程变化比较稳定地下径流的分割方法：水平直线分割法和斜线分割法五、河川径流量的表示方法1、流量Q单位时间内通过河流某一断面的水量称为流量，以m³/s计。可由水文年鉴刊布的流量资料绘制如图的流量过程线Q～t流量分为瞬时流量和时段平均流量。2.径流总量W指一定历时内流过某一断面的径流体积，以m3、亿m3计，按下式计算:3.径流模数M（径流率）单位流域面积上的流量，以m3/(s.km2)或L/(s.km2)计:M=Q/F或M=1000Q/F4.径流深R为将径流总量W平铺在流域面积F上的水深:R=W/F5.径流系数α表示降雨形成的径流量与降雨量之比:α=R/P且α≦1§2-3固体径流一、悬移质与推移质定义：固体径流、悬移质、推移质。研究固体径流的意义二、泥沙的主要特性1.几何特性泥沙的几何特性用粒径表示平均粒径、级配粒径2.泥沙的重力特性泥沙的重力特性用重度表示。即单位体积内所含泥沙的重量，单位为3.泥沙水力特性1）沉速——泥沙在静水中的均匀下沉速度。2）起动流速——水中泥沙由静止状态转入运动时的水流临界平均速度。3）止动流速——运动泥沙停止时的临界流速三、泥沙的运动形式推移质运动推移质沿河床的运动，称为推移质运动。分为：滑动、滚动、跳跃运动悬移质运动一般来说，粗颗粒泥沙易成推移质，细颗粒泥沙易成为悬移质。但是，推移质与悬移质之分取决与流速。对于同一粒径的泥沙，在流速较小时为推移质，在流速较大时为悬移质。推移质和悬移质在物理上有着本质的不同（1）运动规律不同：推移质运动取决于泥沙在床面附近的受力情况；而悬移质运动既与其在床面附近受力情况有关，又与水流对其悬浮作用有关。（2）能量来源不同：推移质运动直接将水流的能量转化为推移质颗粒的动能，形成对水流的阻力；维持悬移质运动的能量来自于水流的紊动动能，紊动动能是水流势能转化为热能过程中的一种过渡形式，是水流已经消耗了的能量的一部分。悬移质通过影响水流的紊动性质来影响水流的时均流速，对水流能量损失的影响是间接的。含沙量、挟沙力、输沙量是分析固体径流和河床演变的基本参数四、含沙量、挟沙力、输沙量1.含沙量S：单位浑水体积中所含泥沙的重量（含沙浓度）2.挟沙力Sm：河流处于不冲不淤状态时，一定水流与泥沙条件下，单位体积水流所能夹带泥沙的最大数量。3.输沙率Qs：单位时间内通过过水断面的泥沙重量。分为悬移质输沙率计算和推移质输沙计算§2-4河床演变河床形态的变化，称为河床演变是水流冲蚀和泥沙运动共同作用的结果河床演变：纵向演变和横向演变第三章水文资料的收集与整理方法1、水位、流量、降水量、入渗量及蒸发量等，都是水文计算的基本依据，统称为水文资料。对这些水文资料的测量，称为水文测验§3-1水位观测水位：指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以m计。水位与高程数值一样，要有一个基面作为起点，水文测验中采用的基面有下列4种：绝对基面：将某一海滨地点平均海水面的高程定为0.000m，作为水准基面。我国曾沿用过大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面，现在统一规定的基面为青岛黄海基面。假定基面：这是在水文测站附近没有国家水准点或在一时还不具备接测条件的情况下暂时假定的一个水准基面。测站基面：某些水文测站专用的一种假定基面，一般选择在河床最低点或历年最低水位以下0.5～1.0m处的水平面作为零点来计算水位高度。冻结基面：将测站第一次使用的基面冻结下来作为永久固定基面的一种基面，也属水文测站专用的另一种假定基面。使用冻结基面可保持测站水位资料的历史连续性。全河上下游或相邻测站应尽可能采用一致的固定基面。使用水位资料时一定要查清其基面。观测水位的设备和方法一)观测水位的设备水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类。1.水尺按水尺的构造形式不同可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式4种。其中应用最广泛的是直立式水尺。观测时记录水尺读数，水位按下式计算：水位=水尺零点高程+水尺读数式中，水尺零点高程是指水尺板上刻度起点的高程，可以预先测量出来2.自记水位计自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来，不遗漏任何突然的变化和转折，有的还能将所观测的数据以数字或图像的形式远传室内，使水位观测工作趋于自动化和远传化（二）水位的观测水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。基本水尺的观测是分段定时观测。当水位变化缓慢时(日变幅在0.12m以内)，每日8时和20时各观测一