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工程水文学
《工程水文学》考试范围参照书目
第 2 章流域径流形成过程；河流与流域；降水、下渗、蒸发散、径流观点。
第 3 章水文信息收集与办理；测站与站网；降水观察、水位观察、流量测试泥
沙测试及计算；
第 4 章流域产流与汇流计算；流域降雨径流因素计算；蓄满产流计算；流域汇
流计算；河流汇流计算。
第 5 章水文预告；短期洪水预告；水文预告精度评定
第 6 章水文频次计算；有关剖析
第 7 章设计年径流剖析及径流随机模拟；拥有长久实测径流资料时设计年径流计算；拥有短期实测径流资料时设计年径流计算；缺少实测径流资料时设计年径流计算；设计枯水径流量剖析计算
第 8 章由流量资料推求设计洪水。
洪水资料的剖析办理；设计洪峰流量及洪量
的推求；设计洪水过程线的制定；设计洪水的地域构成；
第 9 章由暴雨资料推求设计洪水。
设计面暴雨量；设计暴雨时空分派的计算；
可能最大降水计算；由设计暴雨推求设计洪水；小流域设计洪水的计算。
参照书目：《工程水文学》（第四版）主编：詹道江、徐朝阳、陈元芳，中国水利水电第一版社， 2010
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《工程水文学》复习提纲一、流域径流形成过程（1）基本的水文学原理，如水文循环、区域与流域水量平衡、流域径流的形成过程。
（2）河流、流域、降水、下渗、蒸散发、径流等概念的认识和理解，理解并掌握相关物理量的计算方法和过程。
二、水文信息采集与处理（1）水位、流量、泥沙、水质等各种水文信息要素的观测；水文的调查方法；以及水文数据的处理方法和技术。
三、流域产流与汇流计算（1）流域产汇流计算基本资料的整理与分析，掌握流域降雨径流相关要素的计算。
（2）前期流域蓄水量及前期影响雨量的计算；初损后损法计算地面净雨过程。
（3）考核对单位线、瞬时单位线、时段单位线的理解；单位线法推求流域出口洪水过程，瞬时单位线法推求流域出口洪水过程；综合单位线法计算流域出口洪水过程。
四、水文预报（1）水文预报的原理、常用的预报方法以及对预报成果误差的修正方法。
五、水文统计（1）随机变量的概率分布和随机变量的统计参数,皮尔逊III型、经验频率曲线参数的初估方法，掌握矩法公式在水文随机变量推算中的应用；水文频率计算的适线法。
（2）相关系数、回归系数。
六、设计年径流分析（1）年径流和年输沙量的资料审查；年径流量的频率分析计算；年径流量的相关分析及插补延长。
（2）设计年径流量的推求、设计年径流的年内分配；具有长期实测径流资料时、具有短期实测径流资料时、缺乏实测径流资料时三种情况下设计年径流分析的方法和计算。
七、由流量资料推求设计洪水（1）洪峰、洪量样本系列的选样，资料的可靠性、一致性、代表性审查；特大洪水的处理。
（2）设计洪水等相关概念的理解，典型洪水的选择及放大方法，掌握设计洪峰流量、洪量和洪水过程线的推求方法。
八、由暴雨资料推求设计洪水（1）点雨量、面雨量、时段雨量等概念的认识和理解。
（2）暴雨资料的选样；不同资料情况下设计暴雨的计算。
（3）掌握由暴雨资料推求设计洪水的方法和步骤，推求设计洪水过程线。
工程水文学之流域产汇流计算●降雨径流要素计算●流域降雨分析●单站降雨特性分析●降雨强度过程线●降雨强度～历时曲线●降雨量累计曲线●流域降雨特性分析●流域平均降雨量●算术平均法●垂直平分法/泰森多边形法●等雨量线法●时～面～深关系曲线●点～面关系曲线●径流量计算●径流过程线分析●流量过程的分割●非本次降雨的径流分割●水源的划分将本次降雨形成的地面、地下径流分割开●水平直线分割●斜直线分割●目估法●标准退水曲线法●径流量计算●流域的土壤含水量间接表示●前期影响雨量●前期影响雨量Pa的计算公式●流域的蓄水量●流域最大蓄水量WM和消退系数K●流域产流分析●包气带对降雨的再分配作用●包气带地面对降雨的再分配作用●包气带土层对下渗水量的再分配作用●产流机制●蓄满产流●超渗产流●产流面积的变化●蓄满产流情况下产流面积的变化●超渗产流情况下产流面积的变化●降雨径流关系●产流计算●降雨径流相关法●蓄满产流的产流量计算●概述●蓄满产流的产流量计算●产流量计算公式●流域蓄水量计算●一层模型●二层模型●三层模型●产流过程（净雨过程）计算●地面地下径流（净雨）的划分●超渗产流的产流量计算●概述●下渗曲线法●超渗产流的产流量计算●应用fp~t和fp～W关系推求产流量●图解法●初损后损法●初损量I0的确定●平均后损率f的确定●产流量计算●流域汇流计算●流域出口断面流量的组成●单位线法●单位线的基本概念●倍比假定●叠加假定●单位线的推求●分析法●最小二乘法●单位线的时段转换●单位线的应用●单位线存在的问题及处理方法●洪水大小的影响●暴雨中心位置的影响●基本步骤●选择资料●确定单位时段●求地面径流过程●求地面净雨过程●由已知的地面净雨过程和地面径流过程推求单位线●瞬时单位线法●S曲线●等流时线法●地貌瞬时单位线法●地下径流汇流计算●线性水库法。
第四章流域产流与汇流计算第一节概述根据第二章的论述,由降雨形成流域出口断面径流的过程是非常复杂的，为了进行定量阐述,将这一过程概化为产流和汇流两个阶段进行讨论。
实际上，在流域降雨径流形成过程中，产流和汇流过程几乎是同时发生的，在这里提到的所谓产流阶段和汇流阶段，并不是时间顺序含义上的前后两个阶段，仅仅是对流域径流形成过程的概化，以便根据产流和汇流的特性,采用不同的原理和方法分别进行计算。
产流阶段是指降雨经植物截留、填洼、下渗的损失过程.降雨扣除这些损失后，剩余的部分称为净雨，净雨在数量上等于它所形成的径流量，净雨量的计算称为产流计算。
由流域降雨量推求径流量,必须具备流域产流方案。
产流方案是对流域降雨径流之间关系的定量描述,可以是数学方程也可以是图表形式。
产流方案的制定需充分利用实测的流域降雨、蒸发和径流资料，根据流域的产流模式,分析建立流域降雨径流之间的定量关系。
汇流阶段是指净雨沿地面和地下汇入河网,并经河网汇集形成流域出口断面流量的过程。
由净雨推求流域出口断面流量过程称为汇流计算。
流域汇流过程又可以分为两个阶段，由净雨经地面或地下汇入河网的过程称为坡面汇流;进入河网的水流自上游向下游运动，经流域出口断面流出的过程称为河网汇流.由净雨推求流域出口流量过程，必须具备流域汇流方案。
流域汇流方案是根据流域净雨计算流域出口断面流量过程，应根据流域雨量、流量及下垫面特征等资料条件及计算要求制定。
就径流的来源而论，流域出口断面的流量过程是由地面径流、壤中流、浅层地下径流和深层地下径流组成的，这四类径流的汇流特性是有差别的.在常规的汇流计算中，为了计算简便，常将径流概化为直接径流和地下径流两种水源。
地面径流和壤中流在坡面汇流过程中经常相互交换,且相对于河网汇流，坡面汇流速度较快，几乎是直接进入河网，故可以合并考虑，称为直接径流，但在很多情况仍称为地面径流。
浅层地下径流和深层地下径流合称为地下径流，其特点是坡面汇流速度较慢,常持续数十天乃至数年之久.目前，在一些描述降雨径流的流域水文模型中,为了更确切地反映流域径流形成的过程，采用了三水源或四水源进行模拟计算。
问答题1.在进行流域产汇流分析计算时，为什么还要将总净雨过程分为地面、地下净雨过程?简述蓄满产流模型法如何划分地面、地下净雨?2 .目前常用分割基流的方法有哪几种，简述其优缺点？答：有斜线分割法及水平分割法等。
水平分割法简单认为洪水期间地下径流消退，与其补充是相等：斜线分割则认为洪水期间地下径流补充量大于地下径流消退量，对于大多数流域来说，这种认识较符合实际。
3.何为前期影响雨量？简述其计算方法与步骤？答：前期影响雨量Pa是反映本次降雨之前流域土壤干湿程度的一种指标，因此对本次降雨的产流量将产生重要影响。
Pa一般按下式计算：且其计算步骤如下：⑴确定流域蓄水容量Wm；⑵由蒸发资料和Wm确定土壤含水量消退系数Kt；⑶由降雨P、Wm和Kt按上式计算。
4.简述流域土壤前期影响雨量折减系数的确定方法和步骤？答：⑴根据实测雨量资料确定流域的蓄水容量Wm；⑵根据蒸发资料计算流域多年平均的月平均日蒸散发能力Em；⑶以折减系数公式K=1-Em/Wm计算各月的K；⑷通过产流计算方案进一步优选。
5.土壤前期影响雨量Pa 的计算方法有哪几种，其原理和步骤？答：⑴用公式逐日计算，式中P a, t+1、Pa ,t分别第t+1天、第t天的前期影响雨量；Pt为第t天的降雨量；Wm为流域蓄水容量，K为折减系数。
⑵按公式：Pa，t+1=P a +Pt –Rt - E t逐日计算，式中Rt为Pt产生的径流量，Et为第t天的流域蒸散发量。
6.何谓超渗产流，何谓蓄满产流，它们的主要区别是什么？答：不管当地的土壤含水量是否达田间持水量，只要降雨强度超过下渗强度就产生地表径流，称此为超渗产流。
蓄满产流则是指一次降雨过程中，仅当包气带的含水量达田间持水量后才产流，且以后的有效降雨全部变为径流。
可见这两种产流模式的主要区别在于，蓄满产流以包气带的含水量达到田间持水量（即蓄满）作为产流的控制条件，而超渗产流则以降雨强度大过于当地的下渗能力作为产流的控制条件，而不管蓄满与否。
第三章流域产流与汇流计算
第一节概述 (2)
第二节降雨径流要素计算 (3)
第三节流域产流分析 (9)
第四节产流计算 (11)
第五节流域汇流计算 (22)
小结 (30)
课前学习指导
本章要求
（1）掌握实测降雨径流要素的分析计算方法；
（2）掌握蓄满产流和超渗产流的基本概念，及其产流面积变化过程的分析方法；
（3）了解影响流域产流量的因素，掌握蓄满产流和超渗产流的产流量计算方法；
（4）了解流域汇流的物理过程，掌握流域汇流计算方法。
课时安排
共需7个课内学时，10个课外学时
课前思考
如何由单站降雨量推求流域平均降雨量？
为什么要对实测流量过程线的不同水源成分进行划分？
降雨是怎么变成径流的？有哪些基本的产流方式？
哪些因素影响流域径流的形成？如何计算一场降雨所产生的径流量？
汇流计算的目的是什么？常用的汇流计算方法有哪些？
什么是单位线？如何推求单位线？如何进行单位线的时段转换？
学习重点
掌握流域产流计算和汇流计算的方法。
难点
将水文循环中蒸发、下渗、产流、汇流等过程联系起来，结合水量平衡原理实现产汇流过程的逐时段连续演算。
知识点
单站降雨特性分析
流域降雨特性分析
实测径流量计算
前期影响雨量
包气带对降水的再分配
蓄满产流和超渗产流
产流面积及其变化过程
降雨径流关系
蓄满产流的产流量计算
蒸散发计算
超渗产流的产流量计算
流域汇流过程、流域汇流时间、流域调蓄作用
单位线的基本概念、单位线的推求、单位线的时段转换
瞬时单位线的基本概念
地下径流汇流
第一节概述
内容提要
1、由降雨过程推求径流过程的基本内容与流程
2、流域产汇流计算的基本方法与思路
学习要求
掌握由降雨过程推求径流过程的主要环节与基本思路
1、流域产汇流计算基本内容与流程
由流域降雨推求流域出口的流量过程，大体上分为两个步骤：
a、产流计算：降雨扣除植物截留、蒸发、下渗、填洼等各种损失之后，剩下的部分称为净雨，在数量上等于它所形成的径流深。
在我国常称净雨量为产流量，降雨转化为净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称为产流计算。
b、汇流计算：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后经河网汇流形成流域出口的流量过程，关于流域汇流过程的计算称为汇流计算。
计算流程如图3-1所示：
图3-1 产汇流计算流程简图
2 、流域产汇流计算的基本方法与思路
流域产汇流计算的方法很多，本课程主要介绍目前使用比较普遍和比较成熟的计算原理及其计算方法。
产流计算的方法因产流方式不同而异，分别阐述蓄满产流方式和超渗产流方式的产流计算方法；汇流计算方法重点阐述时段单位线法和瞬时单位线法。
无论产流计算还是汇流计算，基本思路都是：先从实际降雨径流资料出发，分析产流或汇流的规律；然后，用于设计条件时，则可由设计暴雨推求设计洪水，用于预报时，则由实际暴雨预报洪水。
第二节降雨径流要素计算
内容提要
流域产汇流计算一般需要先对实测暴雨、径流和蒸发等资料做一定的整理分析，以便在定量上研究它们之间的因果关系和规律。
本节介绍这些要素的分析计算方法。
学习要求
掌握一次实测降雨洪水过程的面平均雨量、总径流深、地面径流深、地下径流深和前期影响雨量的计算方法。
一、流域降雨分析
降雨资料是产流计算的输入。
降雨包括降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨过程、降雨分布、笼罩面积及暴雨中心位置等。
1 、单站降雨特性分析
降雨强度过程线：降雨强度随时间的变化过程线。
降雨量累积曲线：自降雨开始起至各时刻降雨量的累积值随时间的变化过程线。
图 3-3 降雨量累积曲线
降雨强度～历时曲线：某场降雨最大平均雨强与历时的关系曲线。
图 3-4 降雨强度历时曲线
2 、流域降雨特性分析
a.流域平均降雨量的计算方法
算术平均法：适用于面积不大，地形起伏不大，站点较多且布设较均匀的流域。
计算简便。
泰森多边形法：适用于降雨分布不均，站点较少，面积不大的流域。
在确定各站的权重后也很简便，且精度较好。
缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与实际情况不完全一致。
等雨量线法：适用于面积大、站点密的流域。
理论上较完善，但每次降雨都必须绘制等雨量线，并计算权重，工作量大。
泰森多边形作图步骤及计算公式
①连三角形
②作三角形各边的垂直平分线
③以交点连线及与流域边界相交的垂直平分线构成单元面积
④量出各单元面积，总面积ΣA=（A1+A2+A3+A4+A5+A6）
由此可得出各单元面积的权重
ωi=A i/ΣA
并进一步得到流域平均雨量=ωi P i
图 3-6 等雨量线法示意图
总面积ΣA=（A1+A2+A3+A4+A5+A6）
各子块权重ωi= A i/ΣA = Σωi P i
b.时～面～深曲线
在某种历时的等雨量线图上，最大平均雨深与面积的关系曲线称为面积～深度曲线。
对一场降雨分不同历时作面积～深度曲线，并绘于同一图上，称为时间～面积～深度曲线。
二、径流量计算
1 、流量过程的分割
观测到的次洪流量过程包括：本次洪水形成的地面径流、壤中流、地下径流，前期洪水尚未退尽的水量及非本次降雨补给的深层地下径流，如果该次洪水尚未退完又遇降雨时，还会有后期洪水混入。
如图 3-7所示：
图 3-7 实测流量过程示意图（曲线下方数字为洪号）
流量过程的分割有两项工作：一是将非本次降雨形成的径流分割出去，求出本次洪水的径流总量。
二是由于不同水源的水流运动规律不同，所以还需将本次洪水径流总量划分为不同的水源，包括地面径流、壤中流和地下径流。
一般将地面径流和壤中流合并为直接径流，通常仍称为地面径流，所以最终将径流总量划分成地面径流和地下径流。
流量过程分割的依据是地下水退水曲线。
a、地下水退水曲线的推求
绘制流域地下水退水曲线的具体步骤如下：
●以相同的比例尺，在方格纸上绘出各场洪水的退水流量过程线；
●用一张透明纸描绘出最低的退水过程线；
●将此曲线移到另一场洪水的次低的退水段，在保持时间坐标重合的条件下左右移动
透明纸，使方格纸上的退水过程线在后部与透明纸上的退水过程线相重合，并把它也描绘在透明纸上；
如此逐一描绘各场洪水的退水流量过程线，最后作光滑下包线，就构成Qg～t线。
描述地下水退水规律的方程：
（3-1）
式中：Q t——t 时刻流量；
Q0——t=0 时的流量；
K g——地下水退水参数，具有时间因次。
确定Kg的方法：
（1）在Q g～t 曲线上每隔Δt摘取一个流量值，任意两个相邻的流量按式（3-2）即可算出K g，取平均值作为该流域的K g。
由可知：数，所以若绘出lnQt～t图，则所定直线的斜率 = -1/K g，从而定出K g。
b. 次洪划分
当洪水的起涨流量小于后继洪水的起涨流量时，用流域退水曲线将退水过程延长到与起涨流量相等。
如图3-9所示，图中阴影部分面积为该次洪水的径流总量。
图 3-9 次洪径流深计算示意图
用矩形法求面积，则次洪径流量R0的计算公式为：
c . 水源划分
不同径流成分（直接径流和地下径流）的汇流速度不同，划分水源便于对它们分别进行汇流计算。
最常用的是斜线分割法。
首先在退水曲线上找到直接径流的终止点；将起涨点A与直接径流终止点B直线相连，AB线以上为直接径流W s，以下为地下径流W g，其地面径流深R s、地下径流深R g只要分别除以流域面积F即可得到。
直接径流终止点B点的确定方法：
（1）将绘在透明纸上的标准退水曲线蒙在要分割的洪水过程线的退水段上（注意比例尺的一致），使横轴重合，然后左右移动，当透明纸上的标准退水曲线与洪水退水段的尾部吻合后，则两线前方的分叉点B 就是地面径流终止点。
（2）用经验公式确定洪峰出现时刻到直接径流终止点的时距N（日数），也可以定出B点。
N值与流域面积、下垫面产流汇流特性以及降雨分布等有关。
三、前期影响雨量。
