水文学原理与应用

水文学的学科范畴和应用领域
水文学是研究地表水和地下水在大气圈、陆地圈和水圈之间循环运动规律的学科。

它涉及到水文地质、水文化学、水文地理学等多个学科领域，是一个综合性的学科。

水文学的研究范畴包括水文循环、水文过程、水文特征等内容，应用领域涵盖了水资源管理、气候变化、自然灾害预测等方面。

水文学的学科范畴主要包括水文循环、水文过程和水文特征。

水文循环是指大气圈、陆地圈和水圈之间水的循环运动，包括蒸发、降水、地表径流、地下径流等过程。

水文过程研究的是水在地表和地下的运动规律，包括渗流、透水、蒸散发等过程。

水文特征是指不同地区、不同时间段水文数据的统计特征，包括降水量、径流量、蒸散发量等指标。

水文学的应用领域主要包括水资源管理、气候变化、自然灾害预测等方面。

水资源管理是水文学最重要的应用领域之一，通过水文模型和水文数据分析，可以合理利用和保护水资源。

气候变化对水文过程产生重要影响，水文学可以帮助预测未来的气候变化对水资源的影响。

自然灾害预测是水文学的另一个重要应用领域，通过水文数据和水文模型，可以预测洪涝、干旱等自然灾害的发生。

总的来说，水文学是一个重要的学科，它不仅是研究水资源的科学基础，也是应对气候变化和自然灾害的重要手段。

通过水文学的研究，可以更好地认识和利用水资源，保护水资源，应对气候变化和
自然灾害，实现可持续发展。

希望未来水文学能够不断发展，为人类社会的发展和环境保护做出更大的贡献。

第六章流域产汇流分析本章要点本章的主要内容包括如下部分：1）介绍流域产流的机制，重点讨论蓄满产流与超渗产流；2）介绍流域产流计算的基本原理和方法；3）介绍流域汇流的基本概念和计算方法。

6.1 概述径流是自然水文循环过程中非常重要的一个环节，径流的产生和发展过程是水文学研究的重要内容。

河道任何一点的径流过程可以通过流量曲线的变化反映，而任意一点的径流过程都是流域上游径流过程综合之后得到的结果，是对整个流域降雨、融雪和其他水量输入的响应。

因此径流产生和发展过程并不是局部空间的水文现象，而是应该在流域尺度下进行研究。

径流的产生和形成是流域尺度上的综合问题，需要综合考虑其他水文过程，如降雨、入渗、饱和及非饱和土壤中的水流运动等。

尽管对这些水文过程单独加以研究已经有了相对成熟的方法，但是如何把这些理论加以综合得到解释流域产流机理的理论尚未取得令人满意的结果，其中一个很重要的原因是流域空间中的变异性太大，各个流域在很多方面都具有差异性。

研究径流的产生和发展过程，人为的可以把整个过程概化为产流阶段和汇流阶段两个阶段。

产流（流域蓄渗）指降雨经植物（树冠）截留、下渗和填洼等过程，形成地表和地下径流的过程。

产生的径流可以分为3种形式：地表径流（坡面流 Overland flow）、壤中流（Interflow / unsaturated flow）和地下径流（Groundwater flow）。

汇流则是指降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出口断面汇集的过程。

汇流又可以分为山坡汇流和河网汇流两个阶段。

整个径流的产生和发展的过程可以用下图6-1示意：图6-1：径流产生及过程示意图本章主要研究的内容是地表径流的产流机理和汇流原理。

6.2 流域产流机理流域产流过程实质上就是流域中各种径流成分的生成过程，其实质就是水分经过流域下垫面（包括地面和包气带）作用之后对降水的再分配的过程。

因此不同的下垫面条件对应不同的流域产流机制（Streamflow Generation Mechanisms ），从而进一步影响到整个流域径流发展的过程也不相同。

《水文学原理及应用》-I教学计划教材：《流域水文学》讲义，杨大文主编。

（教师免费提供）讲义：《工程水文学》第三版，武汉大学叶守泽、河海大学詹道江合编。

（自备）英文参考书：Hydrology（节选）。

（复印发给有兴趣的同学）考核方式：课堂练习及课后作业（15％）、期中测验（20％）、期末考试（65％）教学安排：备注：（1）10月20日教学参观由吕华芳老师负责联系和落实参观地点、杨汉波带队；（2）第二周课后，许凯统计各班需要水文学英文书节选复印材料的名单；（3）第八周课后，由许凯落实第九周的期中测验时间和地点并通知选课同学。

《水文学原理及应用》-II教学计划课程简介：在水力学、水文学原理与应用（1）的基础上，进一步学习水在土壤及地下含水层的运动规律，形成关于陆地水循环完整知识体系，奠定水资源可持续利用专业基础。

本课程主要讲授水在土壤（非饱和含水层）、地下（饱和含水层）的赋存型式、循环特点和运动规律，地表地下水转化及地下水分析计算和评价方法，介绍地下水与地表水资源联合利用与保护的方法，学习地下水数值计算模型。

教学日历：第1讲：绪论（2月27日）1.1 地表水文与地下水文1.2 自然界的水分布及其循环与均衡1.3 地下水水文学的研究对象及发展历程1.4 国内外地下水开发利用及其保护概况第2讲：地下水的赋存及转化（3月05日）2.1 土壤水与地下水的赋存及形态2.2 地下水形成的地质环境2.3 地下水资源及其调控概念第3讲：土壤水的能态与运动（3月12日）3.1 土壤水的能态3.2 土水势3.3 土壤水吸力及水份特征曲线第4讲：土壤水份运动基本方程（3月19日）4.1 孔隙介质流体运动的达西定律4.2 土壤水运动基本方程4.3 土壤中溶质运移的基本方程4.4 土壤中热流运动的基本方程第5讲：土壤水份运动实验（3月26）5.1 土壤水份运动实验介绍5.2 土壤水份特征曲线实验（课外、必做）分组进行，每组5～6人，2周内完成5.3 土壤水份运动实验（课外、选做）根据学生兴趣爱好，选择不超过3组15人，自己设计实验方案，由助教与实验室人员具体组织实施，解释土壤水份运动的问题。

水文学教案：了解水文学在水循环中的应用导语：水是人类生命和发展的重要资源，而水循环则是水资源利用的基础。

水文学是研究水文过程和水文循环规律的一门学科。

了解水文学在水循环中的应用，可以帮助我们更好地利用和保护水资源。

一、教学目标1.了解水文学的基本概念和研究内容；2.掌握水文循环的基本原理和流程；3.理解水文学在水资源利用和保护中的重要作用；4.学会利用水文学知识解决水资源管理和环境保护问题。

二、教学内容1.水文学的定义和发展历程2.水文学的研究内容和方法3.水文循环的基本原理和流程4.水文学在水资源利用和保护中的应用5.水文学解决水资源管理和环境保护问题的案例分析三、教学步骤第一步：导入引导学回答问题：水是人类生命和发展的重要资源，你们知道什么是水文学吗？水文学有哪些研究内容和方法？第二：讲授水文学的基本概念和发展历程1.解释水文学的概念和研究对象2.讲述水文学的发展历程和重要里程碑第三步：介绍水文循环的基本原理和流程1.解释水文循环的概念和基本原理2.分析水文循环的流程和特点第四步：探究水文学在水资源利用和保护中的应用1.介绍水文学在水资源利用和保护中的重要作用2.分析水文学在水资源管理和环境保护中的应用案例第五步：案例分析教学1.选取一个具体的案例，例如某个城市的水资源管理和保护问题2.运用水文学知识和方法，对这个问题进行分析和研究，提出解决方案第六步：总结回顾1.重申本节课的主要内容和教学目标2.给出一些思考题，引导学生进一步思考水资源管理和环境保护问题四、教学重点和难点教学重点：水文循环原理和流程，水文学在水资源利用和保护中的应用。

教学难点：运用水文学知识解决实际问题。

五、教学方法本节课采用讲授理论知识、案例分析和互动讨论的教学方法，通过具体案例的分析和研究，帮助学生更好地理解和应用水文学知识。

六、教学评价通过思考问题、讲述理论知识和案例分析，可以测评学生对水文学教学内容的掌握程度和实际应用能力。

水文学原理•名词解释1、水文大循环和小循环：水文循环:地球上的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗及径流等环节，进行的周而复始的地理位置和物理形态的变换的运动过程。

水的三态转化特性是水文循环的内因，太阳辐射和重力作用是外因或动力。

1）水文大循环是发生于全球海洋与陆地之间的水分子交换过程。

由海洋上蒸发的水汽，被汽流带到大陆上空，遇冷凝结而形成降水.降水至地面后,一部分蒸发直接返回空中,其余部分都经地面和地下注入海洋。

2）水文小循环是指陆地上的水分经蒸发、凝结作用又降落到陆地上，或海洋面蒸发的水汽在空中凝结后，又以降水形式降落在海洋中。

前者可称为内陆小循环，后者称海洋小循环。

2、水量平衡：是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之差必等于该时段区域（或水体)内蓄水的变化量，即水在循环过程中,总体上水量是平衡的。

3、流域蒸发能力：是指充分供水条件下的流域日均总蒸发量。

4、田间持水量：土壤中所能保持的分子水和毛管悬着水的最大量5、凋萎系数：植物无法从土壤中吸收水而开始凋萎枯死时的土壤含水量6、水系: 在河流运动过程中，逐渐由小溪、小河集成大河，这样便构成脉胳相通的河流系统。

7、流域形状系数：是流域分水线的实际长度与流域同面积园的周长之比，R=A/L2R:形状系数, A：流域面积（km2）；L:流域长度(km)R值小，流域呈长形,流域水流变化缓和；反之，则水流变化剧烈.8、径流模数: 指流域出口断面流量与流域面积的比值。

M＝Q/F ，m3/s·km29、水质：水体质量的简称。

水分子H2O，化学成分复杂，水中有80多种化学元素.水中有8大离子：K+、Na+、Ca+、Mg+、Cl—、SO42—、HCO3—、CO32-10、最小值定律：植物生长取决于外界给它的所需养分中数量最少的一种.11、输沙率:单位时间内通过断面的泥沙含量.Q s=QP ,Q s－悬沙输沙率(kg/s）；Q－流量（m3/s）；P－断面平均含沙量（kg/m3）12、流域蓄水容量曲线:如果把全流域按蓄水容量大小划分成许多小块，然后把蓄水容量由小到大进行排列，并和其相应的面积（%)绘在一张图上，纵坐标是蓄水容量Wm’,横坐标是小于或等于蓄水容量Wm的各小块面积之和F0占全流域面积F的百分数（F0/F）、点绘的Wm’~F0/F关系曲线，称流域蓄水容量曲线。

流体的水文学和水力学水是地球上最重要的资源之一，对于我们生活和经济发展都具有重要的意义。

而要深入了解水的行为和性质，就需要借助于水文学和水力学这两个学科。

本文将介绍流体的水文学和水力学的基本概念、原理和应用。

一、水文学水文学是研究地表水和地下水的起源、分布、循环和动态特性的学科。

它主要关注的是水的入渗、蓄水、径流等方面的问题。

水文学的研究对象包括降水、河川、湖泊、地下水等，通过观测和实验，可以获取水文数据，揭示水的分布规律和动态变化。

在水文学中，常用的研究方法包括水文观测、水文分析和水文模型等。

水文观测是通过监测水文要素（如雨量、河流流量等）的变化，获取水文数据，并进行分析和研究。

水文分析则是基于观测数据，通过统计学和数学方法，揭示水文过程的规律和特征。

而水文模型则是通过建立数学模型，模拟水文过程，预测水文变化和水灾风险等。

水文学在实际应用中具有广泛的意义。

它可以用于水资源管理、水环境保护、水灾预测等方面。

通过水文学的研究，可以合理利用水资源，提高水的利用效率，减少水灾的危害。

二、水力学水力学是研究流体运动规律和力学性质的学科。

它主要关注的是液体（包括水）在管道、河流等流动过程中的运动和变化。

水力学的研究对象包括流体的流速、流量、压力等，通过观测、实验和数学模型等方法，可以揭示水的流动规律和力学特性。

在水力学中，常用的研究方法包括实验方法和数值模拟方法。

实验方法是通过建立实验设备、观测和测量，模拟并研究水的流动过程。

而数值模拟方法则是借助计算机和数学模型，对水的流动进行模拟和计算。

水力学的应用非常广泛。

它可以用于水力工程的设计与施工、水资源的合理利用、水环境的保护与治理等方面。

通过水力学的研究，可以优化水利工程的设计，提高水的利用效率，保护水环境，促进水资源的可持续发展。

总结：水文学和水力学是研究水的行为和性质的两个重要学科。

水文学主要研究地表水和地下水的起源、分布和循环规律，而水力学则主要研究液体在流动过程中的运动规律和力学特性。

《水文学原理及应用》教学大纲【课程简介】《水文学原理与应用》课程的授课对象主要是水利水电工程学科的本科生，其中《水文学原理与应用》(I)在大三的上学期开设，《水文学原理与应用》(II)在大三的下学期开设，《工程水文设计》在大四的上学期开设。

课程内容设置面向水文学与水资源、水利水电工程、土木工程、环境科学与工程及城市生态与人居环境等相关专业的本科学生，从水文循环出发，对水文学原理、水文分析和水文设计进行系统讲解，突出基本理论、结合生产实践、体现水文科学的发展前沿。

新世纪我国水利水电事业的不断发展，尤其是水资源开发利用和管理水平的不断提高，对合格水利工作者的要求也不断提高。

《水文学原理与应用》课程的目标是：要求学生掌握流域水文循环的基本原理、流域水文计算和工程水文设计的基本方法、以及能够应用所学知识进行实际的工程水文设计和计算；掌握有关土壤水和地下水循环的基本知识及分析方法，并应用于水资源规划和管理。

【课程主要内容】《水文学原理与应用》课程的重点是：系统介绍流域水文循环过程原理、水文分析计算方法及工程水文设计。

课程的难点在于：如何使原理、方法和应用有机结合，体现知识体系逻辑性和系统性，让学生更好地理解和掌握。

解决办法：加强对水文循环过程中的现象和原理的讲解，提高学生对客观自然界的认知能力。

在介绍水文学基本原理时，十分注意从原理到方法的自然过渡，注重科学与生产实践的结合。

《水文学原理与应用》（I）中主要从降水、蒸发、下渗、产流和汇流等过程来介绍流域中的水文现象及水文过程中的原理；从探讨流域水文过程的规律性，来讲解流域产汇流的分析及计算方法；从水文现象的随机性及其统计规律出发来讲解工程水文设计方法。

《水文学原理与应用》（II）中则着重介绍降雨下渗以后的土壤水分运动和地下水运动的现象和原理，将地表水和地下水相联系，全面反映出流域中的水循环过程。

通过认识土壤－作物－大气连续体中的水分运动规律，介绍农田水资源管理中的基本原理；通过认识土壤水和地下水的相互作用，介绍地下水资源管理中的基本原理。