水文学与水文地质学复习PPT

1《水文学与水文地质学》总复习第一章绪论第二章水文学基本知识第三章水文统计基本原理与方法第四章河川径流情势特征值分析与计算第五章小流域暴雨洪峰流量的计算第八章地下水基本知识第十章地下水的渗流运动21、水文学的含义水文学是研究自然界中各种水体的形成、分布、循环和环境相互作用规律的一门科学。2、水文循环的概念存在于地球上各种水体中的水，以蒸发、降水、入渗和径流方式进行的往复交替的运动过程，称为水文循环或水循环。分类：大循环（Longcycle）海陆之间的水文循环小循环（Shortcycle）海洋或陆地的局部水文循环※陆地小循环第一章绪论33、水文现象的基本规律水文现象受上界面气象要素、下垫面因素和人类活动的影响。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4、水量平衡原理在自然界水循环过程中，任意区域在一定时段内，输入水量与输出水量之差等于该区域的蓄水变化量。水量平衡方程、径流系数（α=R/P）。4、工程水文学的基本研究方法根据水文现象的基本规律，按不同的条件和要求，工程水文学的研究方法通常分为三类：成因分析法、数理统计法和地理综合法。实际工作中，这三种方法相辅相成、互为补充。4第二章水文学基本知识1、河流与流域（1）河流河流分为河源、上游、中游、下游及河口五段。河流的基本特征：河流长度、河流断面（横断面、纵断面、中泓线）、河道纵比降的计算。（2）流域流域：汇集地表和地下径流的区域。闭合流域：地面分水线和地下分水线相重合的流域。非闭合流域：地面与地下分水线不重合的流域。流域的基本特征：流域面积、流域长度和平均坡度、流域自然地理特征等（地理位置、气候特征和下垫面条件）。%10012LHHI52、降水与下渗（1）降水的定义是指大气中的水分以各种形式降落到地面。（2）降水的三要素常用降水量、降水历时、降水强度、降水面积和暴雨中心等来描述降水特征。降水量：一定时段内降落在某处或某面积上的总水量(mm).降水历时：降水所经历的时间。(annual,month,day,hour,min)。降水强度单位时间内的降水量(mm/min，mm/h).6（3）降水的特征表示方法降水累积曲线降水过程线等雨量线（4）流域平均降水量雨量站观测的降雨量只代表那一点的降雨，而形成河川径流的则是整个流域上的降雨量，对此，可用流域平均雨量（或称面雨量）来反映。主要有算术平均法、等雨量线法、泰森多边形法7（5）下渗下渗是指地面上的雨水从地表渗入土壤的运动过程。充分供水条件下的下渗率为下渗能力。对于比较干燥的土壤，充分供水条件下，下渗的物理过程可分为三个阶段，它们依次为渗润阶段—渗漏阶段--渗透阶段下渗曲线确切地说，应称下渗能力曲线，指地面充分供水条件下下渗率随时间的变化过程线。83、河川径流径流形成过程：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。径流形成过程径流形成过程可概括为：降雨过程→扣除损失→净雨过程→流域汇流→流量过程，其中降雨转化为净雨的过程称为产流过程；净雨转化为河川流量的过程称为汇流过程。径流形成过程产流过程汇流过程坡地汇流河网汇流9降雨损失量包括雨期蒸发、植物截留、填洼和补充土壤缺水的下渗量。径流常用流量、径流量、径流深、流量模数、径流系数来表示。（计算）（1）流量Q单位时间通过河流某过水断面的水量，单位为m3/s、L/s。（2）径流总量指一定时段内通过河流某一过水断面的总水量。常用单位为m3，万m3，亿m3等。（3）径流深Y将计算时段内的径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以mm为单位。（4）径流模数M(L/s/km2）流域出口断面流量与流域面积的比值WQT1000WYFFQM1000（5）径流系数α某一时段的径流深度与相应的降雨量的比值α=Y/P104、水文测量与信息采集（1）水位河流某时刻在某断面的自由水面相对于某一基面的高程。目前全国统一基面：黄海基面水位=水尺零点高程+水尺读数水位观测设备：水尺、自记水位计日平均水位计算方法：算术平均法：一日内水位变化平缓，或起伏大但等时距观测面积包围法：一日内水位变幅大，观测次数多但观测时距不等（2）流量流量测量包括过水断面测量、流速测量和流量计算三部分。流速测量有一点、两点、三点（0.2H、0.6H、0.8H）或五点法。11(3)水文流量关系曲线的延长测站测流时，因施测条件限制或其他原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。（1）根据水位面积、水位流速关系外延（2）根据水力学公式外延（3）水位流量关系曲线的延长一般要求高水部分不应超过当年实测流量所占水位变幅的30%，低水部分延长不应超过10%。12一、概率论及数理统计基本知识水文现象的特性：必然性和偶然性。偶然现象的规律称为统计规律。水文统计的基本方法和内容：（1）根据已有的资料（样本），进行频率计算，推求指定频率的水文特征值；（2）研究水文现象之间的统计关系，应用这种关系延长、插补水文特征值和作水文预报；二、累积频率可理解为等量或超量值的累积频数(m)与总观测次数(n)之比。需要知道大于或者等于某一特征值的频率是多少，指的就是累积频率。工程上习惯将累积频率简称为频率。第3章水文统计基本原理和方法(%))(nmxXPi√重现期表示方法：①实测水文系列(洪峰流量、洪水位、暴雨)由最大值组成时，设计频率标准50%，有PT1)(1)(iixXPxXT或：例如，某洪峰流量的频率为1%，那么此洪峰流量的重现期是100年，则称平均100年出现一次大于或等于该洪峰流量的事件，或称为百年一遇。所谓百年一遇，不可以认为恰好每隔100年一定会遇上一次，而是指相当长的时间里平均100年出现一次。三、重现期指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次（多少年一遇）。重现期是平均若干年出现一次，而不是固定的周期。②实测水文系列由最小值组成时（研究枯水流量、枯水位，发电，灌溉），设计频率标准50%，有PT11)(11)(1)(iiixXPxXPxXT或：例如，某枯水位频率为p=95%，那么此枯水位的重现期T=20年。则称平均20年中有一年的水位低于该枯水位，或称为二十年一遇。√可靠性：鉴定资料的可靠程度。√一致性：是指同一系列的水文资料属于同一成因、同一类型的。√代表性：是指现有n年实测资料组成的特定样本系列和总体的接近程度。四、水文资料审查的要求：16五、随机变量的统计参数随机变量统计规律的数字特征，称为随机变量的统计参数。水文计算中常用的样本统计参数有均值、均方差、变差系数和偏态系数。（1）均值：表示系列的分布中心，代表随机变量系列的平均水平。或式中称为模比系数。（2）均方差：反映系列中各变量集中或离散的程度。均方差越大，系列越分散，数值变化越大。niinxnnxxxx121111121niinknnkkkkxxkii211niixxn样17（3）变差系数：衡量系列的相对离散程度。（4）偏态系数：衡量系列不对称程度。2111niivkCxn样333333133(3)iiisvxxxxknCnnC样Cs对密度曲线的影响要求：计算公式，理解各统计参数的意义。18六、经验（累积）频率曲线和理论频率曲线水文分析计算中使用的概率分布曲线俗称水文频率曲线，习惯上把由实测资料（样本）绘制的频率曲线称为经验频率曲线，而把由数学方程式所表示的频率曲线称为理论频率曲线。（1）经验频率计算公式维泊尔公式：式中：p为经验频率；m为序号；n为系列的总项数。（2）理论（累积）频率曲线皮尔逊III型曲线比较符合水文随机变量的分布，我国基本上都是采用该理论线型。(%)1nmP绘制理论频率曲线步骤：①已知Cs，查表，得P=0.01,0.1,1,…99.9%Φp=…,…,…,…,…②已知、Cv值，代入（或）；③以Xp(或Kp)为纵坐标，以P(%)为横坐标，绘出一条与三个统计参数相符的理论曲线；在曲线上求出设计频率对应的设计值。（要求会查表计算）)1(pvpCxxxpvppCxxK120七、频率曲线参数估计方法由样本估计总体参数的方法主要有矩法、三点法、权函数法等。矩法：采用无偏估计。由样本系列无偏估计计算出来的统计参数与总体更接近些。抽样误差：用样本统计参数代替总体统计参数引起的误差。样本容量大，对总体的代表性就好，其抽样误差就小niixnx1112nxxi112nkCiv3331visCnkC21八、水文频率计算适线法1、统计参数对频率曲线的影响2、目估适线法以经验频率点据为基础，给它们选配一条符合较好的理论频率曲线，并以此来估计水文要素总体的统计规律。目估配线法的作法与步骤3、优化适线法在一定的适线准则（即目标函数）下，求解与经验点据拟合最优的频率曲线的统计参数的方法。22九、相关分析1、相关的种类及在水文上的应用完全相关（函数关系）：两变量x与y之间，每给定一个x值，就有一个完全确定的y值与之对应。零相关（没有关系）：两变量之间毫无联系。相关关系：两个变量的关系界于完全相关和零相关之间。两变量相关关系称为简相关；三个或以上变量相关关系称为复相关。相关形式有直线相关和非直线相关。2、简单直线相关通过最小二乘进行估计，得回归方程和相关系数为xxryyxyniynixniyxniiniiniiiiiiiKKKKyyxxyyxxr121211212111113、曲线相关水文上常采用幂函数、指数函数两种曲线，基本作法是将其转换为直线，再进行直线回归分析。23一、年径流及其特性一年内通过河流某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。1、径流的年际变化和年内变化径流过程的不重复径流的年际变化：丰水年、平水年和枯水年。径流的年内变化：丰水期（或洪水期）和枯水期，或汛期与非汛期。2、设计年径流量：设计（频率）标准下的年径流量。第4章河川径流情势特征值分析与计算二、设计年径流量的推求（1）据长期观测资料(目估)适线法；（2）资料不足相关分析法+适线法；（3）缺乏资料水文比拟法参数等值线图法3、年径流分析计算的目的和内容目的：推求不同保证率的年径流量及其分配过程。内容：搜集和审查资料；年径流量的频率分析计算；提供设计年径流的时程分配；对分析成果进行合理性检查25三、有较长资料时设计年径流频率分析计算年径流系列长度不小于30年。1、“三性”审查可靠性：检查原始水位资料，水位流量关系曲线及上、下游站和区间径流量的水量平衡。一致性：年径流系列都应是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面上获得的。代表性：样本对年径流总体的接近程度。分析方法：周期性分析（包含丰、平、枯，且丰、枯水段大致对称分布）；与更长系列参证变量进行比较。2、设计年、月径流量系列的选取和频率分析采用P-Ⅲ型频率分布曲线，估算均值（）、变差系数（Cv）和偏态系数（Cs）三个参数。3、实际代表年年、月径流量系列的选取选出一个实际干旱年作为代表，用其年径流分配过程与该年的用水过程相配合而进行调节计算。x26四、短缺资料时设计年径流频率分析计算径流实测资料30年，或完全没有径流实测资料。1、有较短年径流系列时寻求有较长观测系列的参证变量，通过相关关系，将设计断面年径流系列适当地加以延长至规范要求的长度。（1）参证变量的选择条件（P87）最常采用的参证变量有：设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降水量。（2）年径流系列的展延2、缺乏实测径流资料时（1）参数等值线图法，如利用年径流深等值线图及Cv等值线图。（2）经验公式法（3）水文比拟法：移置（经过修正）水文相似区内相似流域的实测水文特征。27五、设计年径流的时程分配（1）流量（水位）过程线（2）流量（水位）历时曲线根据实测径