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工程水文学课件第二章解析

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11水工概论-第二章解析

11水工概论-第二章解析

四、河川径流 径流是指河川中流动的水流量。 河川径流形成的过程是指自降水开始，到河水出海口断
面流出的整个过程。
一般要经历降水、蓄渗 (入渗)、产流和汇流几个阶段。
径流特点：循环性、不重复性和地区性等。
表示径流的特征值主要有: 1、径流量Q：单位时间内通过河流某一过水断面的水 体体积。 2、径流总量W：一定的时段T内通过河流某过水断面的 总水量，W=QT。 3、径流模数M：平均径流量在流域面积上的平均值， M=Q/F。 4、径流深度R：流域单位面积上的径流总量，R = W/F。 5、径流系数a，某时段内的径流深度与降水量之比a = R/P。
描述流域形状特征的主要几何形态指标有: 1、流域面积F：流域的封闭分水线内，区域在平面上的 投影面积。 2、流域长度L：流域的轴线长度。流域长度通常可用干 流长度代替。 3、流域平均宽度B：流域面积与流域长度的比值， B=F/L 4、流域形状系数KF：流域宽度与流域长度的比值， KF= B/L 影响河流水文特性的主要因素有:流域内的气象条 件 ，地形和地质条件 ，流域的形状特征 ，地理位置 ， 植被条件和湖泊分布，以及人类活动等。
自然界水循环示意图
水循环在地球上不间断地进行着，使存储于不同水域和空间的水量
在不断地变化中。但是，地球作为一个封闭系统，自然界中的水体 总量是一定的。水量平衡表现为，海洋与陆地的多年平均降水量之 和等于多年平均蒸发量之和。用下式表示:
式中: Zos 、Zoc分别为海洋、陆地的多年平均蒸发量;Xos, Xoc分 别为海洋、陆地的多年平均降水量;Yo为河川汇人海洋的多年平均 径流量，也就是水文大循环中，海洋与陆地之间的水交换量。
学来研究其变化规律，为工程设计提供依据。水文学
研究的重要方法之一是数理统计法。

工程水文学-第二章

工程水文学-第二章

河流是径流的通道，在水文循环过程中，河流是陆地 和海洋之间进行水量横向交换的路径之一。
13
2.2 河流与流域
河流的形成
– 地面径流：降落到地面的雨水，除下渗、蒸发等损失 外，在重力作用下沿着一定的方向和路径流动。 – 降水地面径流溪流河流
– 河谷：河流流径的谷地 – 河床(河槽)：河谷底部有水流的部分
11
河川径流
河川径流主要来源是大气降水 降水降雨和降雪 以降雨为来源的河川径流为降雨径流
以融雪为来源的河川径流为融雪径流
12
流域、河流、降水等关系
降水、下渗、蒸发是地球上水文循环中最活跃的因子， 也是径流形成的主要影响因素。 流域是降水的承受面，也是蒸发的逸出面，也是径流 形成的下垫面。 流域的最主要功能是将降水转化为径流，流域的基本 特征是形成径流量大小及其变化过程的重要影响因素。
河流的平面形态
– 山区河流：平面形态复杂，河岸陡峭曲折不齐，多急弯卡 口，宽窄相间，等深线变化大。 – 平原河流：微弯型、分叉型、蜿蜒型和散乱型，在凹岸， 水深较大，为深槽；凸岸则形成浅滩。两反向河湾之间直
段，水深较浅，为浅槽，深浅呈有规律的交替出现。
17
河流的基本特征-平面形态
18
河流横断面
38
对流层
0~1.5km为下层，又称摩擦层或扰动层，该层受地面 热辐射和扰动影响显著； 1.5~6km为中层，大气中云和降水大都产生在这一层；
6~8(18)km为上层，上层水汽含量很少，气温常在 0oC以下。
39
对流层的特点
1. 气温随高度增加而降低(0.65oC/100m) 2. 对流层主要从地面获得热能，使它具有强烈的上升 和下降的气流，即气流的对流运动，一般低纬度较 强，高纬度较弱；夏季强，冬季弱；1%的厚度集 中了3/4质量的大气及全部水汽。 3. 地表特性对对流层影响较大，湿度、温度等分布不 均匀。

《工程水文学》课件

《工程水文学》课件

洪水防治
模型可以通过建立模型来帮助预 测洪水，指导灾害防治。
水文参数与模型参数的确定方法
1
多元回归
多元回归可以确定水文模型的重要参数。
2
贝叶斯方法
贝叶斯方法可以提供参数不确定性和模型预测方差的质量检查。
3
遗传算法
遗传算法可以帮助确定模型的参数，同时通过遗传算法提高拟合程度。
地表水环境及其管理
1 从源头抓起
了解地表水污染的来源，采取措施来控制和减少污染源。
2 水资源保护
水资源保护来维持和保护地表水生态系统，提供生态系统服务，如水文调节和水质净化。
3 政策与法规
建立相应的政策和法规，以确保地表水生态和水质均得到保护和合理利用。
地面径流及其计算方法
1
径流成因
雨水降落在地表，由于地表条件和地形不同，径流也因此产生差异。
探索工程水文学
欢迎来到我的《工程水文学》课件！本课程将由浅入深地介绍地表水环境、 径流计算方法、概率分布函数及其应用、水文模型、参数估计等方面的知识。
水文学简介
水循环
地球上的水以各种形式出现，从 蒸发和降水到深入地下和地表径 流。
水文仪器
使用气象站，水位计和流量计等 仪器来测量和监测水资源。
洪水
洪水是水文学研究的一部分，涉 及对洪水发生原因和控制方法的 研究。
2
径流计算
确定径流的方法有很多，包括水量平衡法、单位线方法和机会雨量法。
3
流域面积
流域面积是计算径流的关键因素之一，其大小和形状常常对多种水文问题产生影 响。
概率分布函数及其应用
正态分布
正态分布常用于描述水文数据的波动，如每日降雨量、河流水位和流量。
伽马分布

工程水文学第二章课件

工程水文学第二章课件

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

工程水文学ppt精选课件

工程水文学ppt精选课件
2009年8月29日，长江三峡三期工程枢纽工程达到正常蓄水（175米水位）。 正常蓄水（175米水位）验收是三峡工程建设的重要里程碑，是三峡工程按照设 计规模全面建成的重要标志。
第一章 绪论 →1.3 水文现象的特点与水文学的研究方法
确定性规律 偶然性规律 区域性规律
成因法
随机现象 概率论和 数理统计
区域性方法
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第二章 水文基础知识
2.1 水循环与水量平衡 2.2 河流、流域与分水线 2.3 降水 2.4 蒸发与下渗 2.5 径流 2.6 径流的度量方法
2.1 水循环与水量平衡
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水文循环
l 定义：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心 引力的作用下，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
l —— 河段长度。
H —— 水面或河底落差。
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3、山区与平原河流的一般特性
l 山区河流 流经地势高峻、地形复杂的山区。 受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形成发育 不完全的“V”字和“U”字形。
l 平原河流 流经地势平坦的平原地区。 河谷多为发育完全的河漫滩形态。
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在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用， 往往形成各种淤积体。
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2.2 河流、流域与分水线
1、河流的形成和分段 河流——汇集地面径流和地下径流的水道 l 河水流经的谷地称为河谷。 l 河谷底部有水流的部分为河床。 l 脉络相通的大小河流所构成的系统为水系（或河系）。
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
4、流域分水线与流域面积 l 降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分隔而汇集到

水利水电工程概论课件-第2章

水利水电工程概论课件-第2章
17 .
第一节 水文学与水力学
萌芽时期（1400年以前） 奠基时期（1400～1900年） 应用水文学的形成时期（1900～1950年） 现代水文学时期（1950年后）
18 .
第一节 水文学与水力学
1 、 萌 芽 时 期 （ 1400 年 以 前 ） 这一时期中国的水文理论居于世 界领先地位，如公元前239年成 书的《吕氏春秋》最先提出水文 循环的概念；2000年前建成的都 江堰，至今仍在发挥巨大效益； 又 如 公 元 527 年 成 书 的 《 水 经 注》，是早于欧洲1000多年的水 文地理巨著。
14 .
第一节 水文学与水力学
2、施工阶段： 要修建一些临时性的建筑物，如围堰、导流渠 等。为了确定这些临时性建筑物的规模，需要掌握 施工期间的来水情况，因此也需要进行水文计算。 若施工期设计洪水估算偏大，会使施工临时建 筑物规模过大，造成浪费；若估算过小，会造成施 工建筑物的破坏，影响施工进度或造成巨大损失。 另外，还需要水文预报提供短期或中期（如一 个季度）天然来水情势。
15 .
第一节 水文学与水力学
3、运行管理阶段： 需要知道未来一定时期的来水情况，据此编制 水量调度方案。 汛期，有防洪任务的水库需要事先作出洪水预 报，以便在洪水来临之前腾出库容，拦蓄洪水。一 方面是水库本身安全度汛，另一方面，使下游免受 洪水灾害。汛期结束后，根据水文预报及时蓄水， 以保证灌溉、发电、航运等方面的改善生活的实践中特别是在与水旱灾害作斗争的过程中对经常遇到的各种水文现象进行探索在不断认识和积累经验的基础上吸取了其他基础学科的新思想新方法经历了一个由萌芽到成熟由定性到定量由经验到理论的历史发展过程逐渐形成了水文科学
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水利水电工程概论
固体冰川，即分布在两极地区和中、低纬度地区的

工程水文学第二章2

工程水文学第二章2

蒸发率／蒸发强度：指单位时间内的蒸发量。
水面蒸发的观测：
确定水面蒸发量通常有两种途径：
对水面蒸发进行实测；(器测法)
通过气象观测资料进行计算。(计算法) ⑴器测法（用蒸发器进行测定）
蒸发器类型有：
1 φ-20型，φ-80型
2 E -601型
3 大型蒸发池(A=20m2和A=100m2两种)。
折算系数法：
总蒸发量估算方法
① 水量平衡法：根据降水、径流、流域蓄水量变化等资 料估算总蒸发量。在资料充分而可靠的条件下，它是较好 的估算方法，常用来推求多年平均总蒸发量，有较高的精 度。 ② 模式计算法：根据土壤含水量的垂直分布，流域总蒸 发量的计算用一层模式、两层模式和三层模式。一层模式 把可蒸发层作为一个整体，并认为蒸发量同该层土壤含水 量成正比。
二 土壤水 （一）土壤水分存在的形式
土壤固体颗粒同水分子经常处于相互作用中， 作用于土壤水的主要的力有分子力、毛细管引力和
重力。它们决定了土壤水的存在形式和运动。土壤
水通常以下列几种形式存在于土壤中：
汽态水(Vapor)
汽态水：
存在于土壤空隙
中的水汽
吸着水(Hygroscopic water)
力（称蓄满）时，多余的雨水进入饱水带，成为
潜水和地下径流。
一.包气带和饱和带
包气带：指地面与地下潜水面之 间的土层，是包含有空气的水、 土三相系统，因此，称包气带。 这里的水分，水文上称土壤水， 水压力P小于大气压，为负压， P＜0。
饱和带：指地下潜水面下 边的土层，土粒间的孔隙 完全被水充满，故称饱和 带。这里的水在水文上称 为地下水，P≥0


三 下渗
（一)入渗的物理过程
入渗一般是指大气降水或灌溉水通过土壤表面进 入土壤从而改变土壤内水分状况的过程。 它是水在分子力、毛细管引力和重力的综合作用 下在土壤中发生的物理过程，是径流形成过程的 重要环节之一。下渗不仅直接决定地面径流量的 生成及大小，同时也影响土壤水和地下潜水的增 长，影响土壤中表层流、地下径流的生成和大小。
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流域形状系数 流域平均宽 度与流域长度的比值
f ＝ B / L
＝ F / L
2
流域平均高度H（m）与平均坡
度J 将流域划分成100以上的正 方格，定出每个方格交叉点上的
高程及坡度，这些格点的高程和
坡度的平均值为流域平均高度和 平均坡度。
流域的自然地理特征
流域的地理位置、气候、地形、
地质构造、土壤特性、植被、 湖泊及沼泽等情况，都是与流
域水文特性密切有关的自然地
理特征。
三、流域水量平衡
在一定时段内，进入某流域的水 量：降水量P、凝结量E1，地面径流量 RS1，地下径流量RG1，流域初始蓄水量 S 1。 流出此流域的水量：蒸发量E2， 地面径流量RS2，地下径流量RG2，时段末 蓄水量S2。
这一流域任意时段的通用 水量平衡方程
P +E1+RS1+RG1+S1= E2+RS2+RG2+S2
露点
水汽量不变，在气
压一定的条件下，气温下降，
空气达到饱和水汽压时的温度 称为露点温度。
饱和湿度 在一定温 度下空气中最大的水汽含 量称为饱和湿度。如果空 气中的水汽量达到了饱和 或过饱和，多余的水汽就 可能发生凝结。
如果地面有团湿热未饱和 空气，在某种外力作用下上升， 上升过程中温度下降，当降到 露点温度以下时，就会达到过 饱和而发生凝结，形成水滴。 一旦水滴不能被上升气流所顶 托时，在重力作用下降到地面 成为降水。
注入海洋的河流称为外流 河；流入内陆湖泊或消失于沙
漠中的河流，称为内流河或内 陆河，如新疆的塔里木河和青 海的格尔木河等。
2、河流特性
河流长度 L（km） 简称河长， 自河源沿河道至河口的长度，在地 形图上量出。
河源 河口
河流横断面 垂直于水 流方向的断面称为横断面， 简称断面。断面内通过水流 的部分称为过水断面，其面 积称为过水断面面积，单位 2 m。
地形雨 空气在迁移途 中，因受地形作用而被抬升， 动力冷却而成云致雨。降雨 特性随空气自身温湿特性， 运行速度以及地形特点而异。
锋面雨 具有均匀的温湿特 性，在气压场作用下向同方向移 动的大气团称为气团。气团形成 的条件首先需要有大范围的性质 比较均匀的下垫面，广阔的海洋、 冰雪覆盖的大陆成
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 水文循环 河流与流域 降水 下渗 蒸散发 径流
水文循环的概念
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。也称为水 循环。
第一节 水文循环
从海洋蒸发的水汽，被气流 输送到大陆而形成降水。其中一 部分以径流的形式从河流汇归海 洋；另一部分重新蒸发返回大气。 这种海陆间的水分交换过程，称 为大循环或外循环。
R PE
第三节 降水
一、降水成因 水汽压 空气中的水汽压力。 单位为hPa（百帕），用于度量 空气中水汽含量，水汽压值大 时，表示空气中水汽含量多。
饱和水汽压 在一定温度 下，空气中水汽压的最大值。
温度越高，空气中饱和水汽压 越大，反之则越小。
饱和差
在一定温度下，
饱和水汽压与空气中的实际水 汽压之差，称为饱和差。若实 际水汽压超过了饱和水汽压， 空气中多余的水汽就会发生凝 结。
流域面积F（km2） 在地形图 上定出流域分水线，然后量出它 所包围的面积。
流域面积
分水线
河流
河网密度 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,表示一个地区河网的 密集程度。

河网
l
i
i
F
流域长度L（km） 流域的轴长。
流域平均宽度B（km） 流域 面积与流域长度的比值
B ＝ F / L
水汽、上升运动和冷却 凝结是形成降水的三个因素。 在水汽条件具备时，水 汽冷却凝结的主要条件是空 气垂直上升运动。
二、降水分类
降水常按照使空气抬升的 原因分为对流性降水、地形性 降水、锋面性降水和气旋性降 水，习惯上把它们分别称为对 流雨、地形雨、锋面雨和气旋 雨。
对流雨 是因地表局 部受热而发生垂直上升运 动所形成。因上升速度较 快，形成的云多为垂直发 展的积状云，特点是雨强 大，雨面小，历时短。
河流断面
河流纵断面 河流中沿 水流方向各断面最大水深点 的连线称中泓线，沿中泓线 的断面称为河流的纵断面。 河流纵断面能反映河床的沿 程变化。
落差 河段两端的河底高
程差
h h1 h0
河道纵比降 单位河长的 落差。当河流纵断面近于直线 时
h J L
二、流域
河流某断面的集水区域称为 该断面的流域。 流域的周界称为分水线。 地面分水线闭合且与地下分水 线重合的流域称为闭合流域。 流域各条河流构成脉络相通的 系统称为水系，河系或河网。
一、河流
1、河流形成和分段
河谷底部有水流的部分称 为河床或河槽。 枯水期水流所占部分为基 本河床，或称主槽；洪水泛滥 所及部分为洪水河床，或称滩 地。
面向河流下游，左边的 河岸称为左岸，右边和河岸称 为右岸。 一条河流沿水流方向，自 高向低可分为河源、上游、中 游、下游和河口五段。
河源
河流的发
源地，多为泉水、溪 涧、冰川、湖泊或沼 泽等。
上游
紧接河源，
多处于深山峡谷，坡陡 流急，河谷下切强烈，
常有急滩瀑布。
中游
河段坡度
渐缓，河槽变宽，两 岸常有滩地，河床较 稳定。
下游
河流的最下
段，一般处于平原区，
河槽宽阔，淤积明显， 浅滩和河湾较多。
河口
河流注入海洋
或内陆湖泊的地段，因流 速骤减，泥沙大量淤积， 往往形成三角洲。
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，这种 局部的水文循环称为小循环或 内循环。
从海洋直接输送到内陆的 水汽，通过陆地循环，水汽逐 渐向内陆输送，在输送过程中 会沿途损耗，故内陆距海洋越 远，输送的水汽量越少，降水 量越小。
第二节 河流与流域
令E=E2-E1 代表净蒸发量， 则上式成为
P +RS1+RG1+S1= E +RS2+RG2+S2
对于闭合流域，RS1=0，RG1=0， 令R = RS2+RG2 ，ΔS =S2-S1 ，水量 平衡方程为
R = P - E -ΔS
对多年平均情况而言，ΔS 的多年平均值趋近于零，水量 平衡方程简化为