工程水文学可能最大降水培训课件

3.1.1 水文测站
在流域内一定地点(或断面)按统一标准对所需要的水文要素作系统观 测以获取信息并进行处理为即时观测信息，这些指定的地点称为水文测站
水文测站所观测的项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰 凌、水质、地下水位等。只观测上述项目中的一项或少数几项的测站,则按 其主要观测项目而分别称为水位站、流量站(也称水文站)、雨量站、蒸发站 等。
适合的水深(m) <1.5
1.5 ~ 2.0
三点
0.2、0.6、0.8h
五点
水面、0.2、0.6、0.8h、 河底
2.0 ~ 3.0 >3.0
(二)断面测量 断面测量工作包括水道断面测量和大断面测量两种，水道断面是指自
由水面线与河床线之间的范围，大断面为历年最高洪水位以上0.5～1.0m的 水面线与岸线、河床线之间的范围。
3.1.4 收集水文信息的基本途径
收集水文信息的基本途径可分为：
---- 驻测： 在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的观测称驻测。 这是我国收集水文信息的最基本方式，但存在着用人多、站点不足、效益低 等缺点。 ---- 巡测： 观测人员以巡回流动的方式定期或不定期地对一地区或流域内 各观测点进行流量等水文要素的观测。 ---- 间测: 中小河流水文站有10年以上资料分析证明其历年水位流量关系稳 定，或其变化在允许误差范围内，对其中一要素(如流量)停测一时期再施测 的测停相间的测验方式。 ---- 水文调查： 为弥补水文基本站网定位观测的不足或其他特定目的,采用 勘测、调查、考证等手段进行收集水文信息的工作。
断面流量计算示意图
2 部分面积计算
中间部分面积按梯形面积公式计算：
Wi

1 2 (Hi-1

《 水文预报原理与方法》
多媒体课件
水 扬州大学水利与能源动力工程学院 学 大 州 2016.10 扬
利
学
院
《水文预报原理与方法》主要内容
《水文预报原理与方法》主要介绍河道洪水波形成与
传播的基本概念，河段洪水预报的基本原理与方法，降雨 径流预报的基本原理与方法。
扬
州
大
学
水
利
学
院
根据研究任务的不同，水文学可以分为以下几门学科：
扬
州
大
学
水
利
学
院
第一章
1、水文预报的任务和内容；
绪论
2、水文预报的作用；
在绪论中主要介绍以下几个方面的内容： 3、我国的水文情报预报工作及预报技术的发展；
一、水文预报的任务和内容 水文预报——是对自然界各种水体未来的水文现象及其变化进 行预报。它的任务就是分析研究水文现象的演变规律和水文预报技 术、预报方法，从而迅速地、准确地提供水文现象的定量或定性预 报。所以水文预报的内容是相当广泛的。 水文预报——就是根据已知的信息对未来一定时期内的水文状态 作出定性或定量的预测。 按水体在地球上所处空间位置的不同水文预报可分为： 海洋水文预报 陆地水文预报
文工作者就注意学习国外的经验，并结合我国的具体情况加以研究 和利用，经过多年实践，对于一些常用方法，如相应水位（流量） 法、流量演算法、单位线法，都从物理成因依据上作了深入的探 讨，并作出适合我国水文特点的改进。多年来，在对从国外引进的
水文流域模型进行研究的同时，提出了符合我国特点的流域水文模
型，并通过实践不断加以改进和完善--------新安江模型。
（9）相应流量（传播流量）：由水力学可知，洪水波的每一个位相都相应于一定的流量，

Q
Qt
Qt+△t 0
Qt t
Qt
e
t Kg
t
t +△t
t
地下水时段退水方程
第十五页，编辑于星期六：二点 五十分。
确定Kg的方法
方法1：根据地下水退水曲线上每隔△t
的流量值Q（t）、Q（t+△t），可算出
Kg
t ln Q(t) ln Q(t t)
取若干计算值的平均值作为流域的Kg。
第十六页，编辑于星期六：二点 五十分。
N
地表径流
B
A
地下径流
地表径流停止点
地下径流分割示意图
第二十一页，编辑于星期六：二点 五十分。
三、土壤含水量
土壤含水量是表示包气带土壤湿润程度的物 理量，土壤保持水分的最大量称为田间持水量。
田间持水量与凋萎含水量的差值称流域蓄水容 量（Wm ）。土壤含水量与前期降雨有密切关系，
可以用参数 前期影响雨量（Pa ）来反映。
已知 Pa = 58mm P ΣP ΣR R 50 50 18 18 30 80 38 20 25 105 63 25 25 130 88 25
18 38 63 88
R(mm)
第三十七页，编辑于星期六：二点 五十分。
3、简化的降雨径流相关图
降雨径流
关系也可采用
简化形式，以
Pe+Pa为纵坐标 ，R 为横坐标
第四十一页，编辑于星期六：二点 五十分。
A+Pe
R = Pe + W0 - Wm
△W =PWe m-W0
Wm
A
W0 0
R= Pe – △W流=域Pe蓄–(水W容m –量W曲0 ) 线
第四十二页，编辑于星期六：二点 五十分。

已知下游断面的水位-流量关系曲线（Q=f(Z下)）、上游断面的水位-面积曲线 （A上=f(Z上)）、收缩断面的水位-面积关系曲线（Ac=f(Z下)），用试错法建立壅水 后围堰上游的水位流量关系曲线，步骤如下：
（1）分级定流量值，查Q=f(Z下)曲线得相应的Z下值。 （2）由Z下值查Ac=f(Z下)曲线得相应的Ac值。 （3）由Q和Ac值计算vc和acvc2/2g值。 （4）假定上游壅水高度ΔZ’，按Z上+ ΔZ’值查A上=f(Z上)曲线，得相应的A上值。
某时刻上游站的水位（流量）预报一定时间后下游站的水位（流量）。 河道相应水位（流量）预报的基本关系式：
某上下游站同位相水位示意图
2、河段洪水预报
2）洪峰水位（流量）预报 对于区间来水比例不大、河槽稳定的河段，若 没有回水顶托等外界因素影响，那么在上、下游站 相应水位（流量）过程线上，可以找到相应的特征 点：峰、谷、涨落洪段的反曲点等，利用这些相应 特征点的水位（流量）即可制作预报曲线图（如下 图所示）。
水利部水文局水文情报预报中心
二、短期洪水预报
短期洪水预报包括降雨径流预报、河段洪水预报以及考虑实时修正的实时洪水 预报。
降雨径流预报是指按降雨径流形成过程的原理，利用流域内的降雨资料预报出 流域出口断面的洪水过程。
河段洪水预报是指以河槽洪水波运动理论为基础，由河道上游断面的水位、流 量过程预报下游断面的水位和流量过程。
三、施工洪水预报
2、分期围堰明渠截流期水位、流量预报
（1）龙口上、下游水位和流速极限预报 龙口过水断面的水流要素一般都按水力学中的宽顶堰计算，并分为自由出流
和淹没出流两种情况。相关计算公式可参阅水力学有关书籍。 （2）初蓄期的水库水位与出流量预报 围堰合龙后，工程进入初蓄期，边施工边蓄水，坝前蓄水陡增，水位上升。

“山水之乐”的具体化。3．第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4．作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，
美。目标导学七：探索文本虚词，把握文言现象虚词“而”的用法用法
文本举例表并列
1.蔚然而深秀者；2.溪深而鱼肥；3.泉香而酒洌；4.起坐而喧哗者表递进
1.而年又最高；2.得之心而寓之酒也表承接
1.渐闻水声潺潺，而泻出于两峰之间者；2.
若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝；3.野芳发而幽香，佳木秀而繁阴；4.水落而石出者；5.临溪而渔；6.太守归而宾客从也；7.人知从太守游而乐表修饰
描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5．第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字
当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1．学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。2．以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3．教师选择疑难句或值得 翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一 股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬 日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见《我的积累本》。目标导学四：解读文段，把握文本内容1．赏析第一段，说说本文是如何引

交通信号控制
南水北调
中
东
线
线
交通信号控制
交通信号控制
１．什么叫降水？
从大气中降落的雨、雪、冰雹等, 统称为降水． 注意：降水不等于降雨．它还包括 雪、冰雹等．
交通信号控制
２．降水的等级有哪些？（根据 单位时间内降水量的多少而 划分）
小雨、中雨、大雨、暴雨
给我们的什么样的感觉？
交通信号控制
小雨 大雨
中雨 暴雨
交通信号控制
小雨：雨滴下降清晰可见，地面全湿， 但无积水或积水形成很慢。
中雨：雨滴下降连续成线，雨滴四溅， 能听到雨声，地面积水形成较快。
大雨：雨滴下降模糊成片，四溅很高， 雨声激烈，地面形成积水很快。
暴雨：倾盆大雨，雨声猛烈，说话时 声音受雨声的影响而听不清，积水形成特 别快，下水道往往来不及排泄，常有外溢 现象。
１．什么叫降水？
从大气中降落的雨、雪、冰雹等，统称为 降水．
２．降水对人类的生产和生活有哪些影响？
降水与农业、工业、地形、河流、国防、交通、 以 及人们的生活都有着密切的关系。
３．请根据自己已有的体验来说说对各等级降雨情况 及给予人的感觉．
小雨、中雨、大雨、暴雨
４．降水量的测量
交通信号控制
二.降水的季节变化(时间上)
长期干旱的一个直接后果是荒漠化．
看书５４页活动题１．
交通信号控制
４．降水量的测量： 看书５４页阅读材料．
交通信号控制
降雨等级 小雨 中雨 大雨 暴雨
24小时降水量（毫米） 0.1~9.9
10.0~24.9 25.0~49.9 50.0以上
课后动手操作，看是否是在这之间？
交通信号控制
一.降水与生活

2、无资料情况下设计雨量时程分配的推求 ? 借用邻近暴雨特性相似流域的典型暴雨过程； ? 或引用典型概化雨型（一般以百分比表示）。
【例7—1】某流域已求得p=1％的最大1日， 3日设计面雨量P1,p=250mm ，P3,p=460mm 。 流域所在地区的概化雨型如表7—1中的分 配百分比，试求设计暴雨的时程分配。
P=1%设计暴雨时程分配计算表
日程
X1,p占百分比（%）
100
100
X3,p- X1,p占百分比（%）
45
55
100
各日时段数（△t=6h） 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 12
各时段占雨量百分比（%） 15 20 44 21 9.3 17.5 54 19.2 15 20 44 21 300
Pp ? Kp P
（二）暴雨点面关系 1、定点定面关系 ? 一年多次法选样; ? 绘制点~面平均雨量的相关图。
定点定面相关图
P0
PF
α =PF/P0
2、动点动面关系
α
? ? P面
P0
F（km 2）
某地区暴雨中心点面关系曲线示意图
α
αi Fi
7d
3d 1d
F（km 2）
以暴雨历时为参数的暴雨点面关系示意图
由暴雨资料推求设计洪水包含3个主要环节： 设计暴雨计算
产流计算
汇流计算
输入 暴雨 资料
设计 暴雨
设计暴雨
计算
流域 产流
设计净雨
计算
流域
汇流 计算
输出
设计 洪水
本章的主要内容
（1） 推求设计暴雨 （2）推求设计净雨 （3）推求设计洪水过程线
§7－2 设计暴雨的推求

i1
则多年的水量平衡方程为：
X0Y0Z0UnU0 n
第一章 绪论 → (1) 水文循环
工程水文学
45
5/6
在多年平均的情况下，流域蓄水量的变化项 (Un-U0)/n甚小，可以忽略不计，则闭合流域的 最后的多年平均水量方程为：
X0Y0Z0
对于一个闭合流域，多年（长期）的平均降水量同多年 的平均径流量和蒸发量的关系处于一个平衡状态，这种 水量实质上是质量守恒原理的一种表现形式，水量平衡 方程可广泛应用于任何隔离水体，在水文分析计算中是 个有力工具。
产流过程
降水过程
流域蓄渗过程
汇流过程
坡面漫流过程
河槽集流过程
工程水文学
第二章 河川水文基础知识 → (2) 径流形成过程及其主要影响因素
59
1/2
工程水文学
60
工程水文学
61
b）影响径流的主要因素
气象气候因素
降水
蒸发
下垫面因素 地形
人类活动
土壤和地质
农业措施 林牧业措施
水利措施
植被和湖沼
流域形状 和面积
56
2/4
2）流域特征 几何特征
自然地理特征
工程水文学
第二章 河川水文基础知识 → (1) 河流与流域 → b）流域
57
3/4
几何特征 主要指流域面积和流域形状
自然地理特征 主要是流域的地理位置和地形
工程水文学
第二章 河川水文基础知识 → (1) 河流与流域 → b）流域
58
4/4
a）径流形成过程
1/10
一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度， 水情变化等特点，分为：
河源
上游

降雨等进行预测。
• 2.3.4、流域平均雨深的计算 • 算术平均法：当流域内雨量站分布较均匀，地形起伏变化 不大时，可用算术平均法求得流域上的平均降水量：
p1 p 2 Pn 1 n
P1……Pn — 各雨量站同时期内的降水量，mm;
2.3.2我国降水的时空分布
降水量的年内、年际变化 降水量的年内分配很不均匀，主要集中在春夏季，例如长江以南
地区，3～6月或4～7月雨量约占全年的50～60%；华北、东北地区，
6～9月雨量约占全年的70～80%。 降水量的年际变化很大，并有连续枯水年组和丰水年组的交替。 年降水量越小的地方往往年际间变化越大。 降水量的年内分配很不均匀，主要集中在春夏季，例如长江以南
• 2.3.3 降水量的观测 为了掌握各地降水的变化，水文气象部门设立了大 量的雨量站 、气象站 、水文站观测降水，每年汇总。 整编、刊印或存入水文数据库，供各部门应用。降水观
测有多种方法：
（1）雨量器 ：是最简单的测雨器，分时段人工观测。
（2）自记雨量计 ：随时间连续记录承雨器收集的累积降
水量。
在地形图上绘出流域的分水线，用求积仪量出分水线包围
的面积，即流域面积，以Km2计。
2、流域长度basin length
从流域出口到流域最远点的流域轴线长度，km计。 3、流域形状系数 流域的平均宽度B和流域长度LA之比。即：K=B/LA
2.2.3、流域的主要特征 （三）流域自然地理特征
★ 地理位置：处的经纬度
第二章 水循环及径流形成
• §2.1 水循环及水量平衡
• §2.2
河流与流域
• §2.3 降水 • §2.4 蒸发 • §2.5 下渗 • §2.6 径流及径流形成过程

图4-12
4.2 人工降水
4.2.3 降水井（井点或管井）数量计算
1.降水井（井点或管井）数量
表4-6 喷射井点的设计参数
2.过滤器长度
4.2 人工降水
（1）真空井点和喷射井点的过滤器 长度，不宜小于含水层厚度的1/3。
（2）管井的过滤器长度宜与含水层 厚度一致。
4.2 人工降水
4.2.2 基坑涌水量计算
1.均质含水层潜水完 整井基坑涌水量计算
（1）基坑远离地面水源时，如图4-8（a）所示，计算公式为
（2）基坑近河岸时，如图4-8（b）所示，计算公式为
（3）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间时，如图48（c）所示，计算公式为
（4）当基坑靠近隔水边界时，如图4-8（d）所示，计算公式为
（2）基坑近河岸时，如图4-10（b）所示，计算公式为
（3）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间时， 如图4-10（c）所示，计算公式为
4.2 人工降水
4.均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算（见图4-11）
图4-11 均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算简图
4.2 人工降水
5.
4-12）
4.1 基坑明排水
4.1.1 明沟、集水井的排水布置
1.普通明沟排水法
1）基本构造 根据地下水量、基坑平面形状及水泵的抽水能力，每隔30～40 m 设置一个集水井。集水井的截面尺寸一般为0.6 m×0.6 m～0.8 m×0.8 m，其深度随着挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.8～ 1.0 m，井壁可用竹笼、砖圈、木枋或钢筋笼等做简易加固。当基坑 挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2 m，并铺设0.3 m厚的碎石滤 水层，以免由于抽水时间较长而将泥沙抽出，并防止井底的土被搅动。 一般基坑排水沟的深度为0.3～0.6 m，底宽应不小于0.3 m，排水沟 的边坡为1.1～1.5 m，沟底设有0.2%～0.5%的纵坡，其深度随着挖土 的加深而加深，并保持水流的畅通。基坑四周的排水沟及集水井必须 设置在基础范围以外，且在地下水流的上游。

②降雨量累积曲线
该曲线上任意一点的坡度即 是该时刻的瞬间雨强，而某一时 段的平均坡度就是该时段内的平 均雨强。
③ 降水强度~历时曲线： (Rainfall intensity-duration curve)
降雨强度过程线
时间（h）
说明： 根据一 场降雨过程的记 录统计其不同历 时内最大平均降 雨强度，以其为 纵坐标，以历时 为横坐标，由大 至小绘成的变化 曲线。它的变化 规律是雨强与历 时长短成反比。
PP 1f1P 2f2 F ...P nfni n1P i F fi
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。
P
1 F
n i1
Pi
fi
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。
一般由已知的各点雨量来推求面雨量。
根据稳定下渗率fc和产流面积比α，可将各时段净雨划分为地面净雨hs和地下净雨hg两部分。
【应例用】 S曲已线知求：不时同段时Δt段0=的6h单的位A单线位的线实例：
E
D
F
G
深层地下径流（基流）
t(h)
第一节 降雨径流要素的分析计算
（一）次洪水过程分割 次洪水过程分割的目的是把几次暴雨所形成的，混 在一起的径流过程线独立分割出来。 此类分割常用退水曲线进行。 洪水的退水流量来自流域蓄水的消退。
（二）地面地下径流的分割
1、水平线分割法: 适用情况：对地下径流小，洪水历时短的流域
ac——地面地下径流分割线
第一节 降雨径流要素的分析计算
2、斜线分割法