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1、2020 5 25 1 水文学与水文地质学 演讲人李冬桂 2020 5 25 2 第一部分水文学 2020 5 25 3 2020 5 25 4 通过本章节的介绍 主要了解有关的水文概念 对水文学的学习有个粗略的认识 重点 2020 5 25 5 1 水文现象 1 1水文现象及水分循环 地球上的水在太阳的辐射和地心引力的作用下 所发生的降水 蒸发 渗流和径流现象统称为水文现象 水文的四大表现形式 2020 5 25 7 2 蒸发 水上升为水汽的五种形式 2020 5 25 8 3 渗流 2020 5 25 9 4 径流 2 本水文学研究的主要对象 2020 5 25 10 3 水分循环 202
2、0 5 25 11 4 水分循环图示 图1 1水文循环示意图 2020 5 25 12 1 2水文学的研究领域及发展 水文学是研究地球上各种水体的形成 运动变化规律以及地理分布的科学 1 水文学概念 2020 5 25 13 1 按研究水体可分为 2 分类 2020 5 25 14 2 据所采用的实验方法可分为 2020 5 25 15 3 据研究内容可分为 2020 5 25 16 4 据应用分类 研究流域规划 水文计算 水文预报 2020 5 25 17 5 随着科技发展 又有 2020 5 25 18 水文学是与给排水工程密切相关的一门学科 主要研究从降水到径流入海这一段中地面径流的规律
3、 测量方法及在工程中的应用 1 3水文学与给排水工程的关系 2020 5 25 19 1 4水文现象的特性 2020 5 25 20 1 5水文学的研究方法 2020 5 25 21 2020 5 25 22 重点 2020 5 25 23 一 干流 支流和水系 2 河流与流域 一般取长度 流量最大的河 2020 5 25 24 2 支流 流入干流的河流 直接注入干流的河流 注入一级支流的河流 2020 5 25 25 河流的干流及全部支流所构成的脉络相通的河流系统 称为河系或水系 3 水系 常用干流名称来命名 2020 5 25 26 二 河长及弯曲系数 表示河流平面形状弯曲程度的参数 20
4、20 5 25 27 三 河槽的基本特征 一般可以用下面几个参数来表示 1 河流的平面形态 图2 1 2020 5 25 28 图2 1河流等深线图 2020 5 25 29 黄河花园口游荡型河段 长江下荆江蜿蜒型河段 顺直型河段 长江南京附近八卦洲分汊型河段 2020 5 25 30 1 横断面 与水流方向正交的断面 1 基本河槽 枯水期水流通过的部分 2 洪水河槽 洪水期被洪水淹没的部分 有单式断面和复式断面 2 河流横断面 主槽或枯水河槽 河漫滩或河滩 2020 5 25 31 图2 3河流横断面图示 2020 5 25 32 沿河流深泓线的剖面 3 河流的纵剖面 可明显的表示出河底纵坡
5、和落差分布 2020 5 25 33 是单位河长的落差 河段两端的河底高程差 4 河流的比降 即河流的坡度 河流长度 沿溪线测量的长度 可在适当比例的地图上量得 2020 5 25 34 计算 如果一条河流各段比降不同 一般可用分段计算法 求得平均比降 2020 5 25 35 1 纵比降计算式 6 31式 p186 2020 5 25 36 2 横比降 指水面的横向比降 1 产生横比降的原因 2020 5 25 37 地球自转偏力作用 地球由西向东自转 其自转偏力将造成自北向南流动的河流右岸受冲刷 自南向北流动的河流左岸受冲刷 2020 5 25 38 弯段横比降及水内环流现象 a 弯段河道
6、螺旋流b 重力与离心力作用c 断面单环流现象d 断面冲淤现象e 平面河流呈蜿蜒曲折平面形态 2020 5 25 39 直段横比降及水内环流现象 a c b a 直段河道螺旋流 原因是横向与垂线流速不均匀 b 退水时河道螺旋流 退水时 河中水位下降快 两岸退水慢 水流一面向下游流动 一面向河道集中 且呈两螺旋流 横断面呈凹形水面 c 涨水时河道螺旋流 涨水时 河中央上涨较快 断面呈中高岸低的 水拱 形 且呈两螺旋流 2020 5 25 40 2 造成的后果 在过水断面上形成一封闭的环流 与纵向水流结合形成漩涡流 从而将冲刷凹岸 淤积凸岸 影响取水口位置的选择 2020 5 25 41 四 河流的
7、分段 2020 5 25 42 1 河源 河流的发源地 即开始具有地面水流的地方 2020 5 25 43 2 上游 紧接河源上端 奔流于深山峡谷中的一段河流 2020 5 25 44 3 中游 上游以下的一段河流 2020 5 25 45 4 下游 河流的最下一段 2020 5 25 46 5 河口 河流的终点 河流注入海洋 湖泊或其它河流的地方 2020 5 25 47 五 分水线及流域 1 有关概念 2020 5 25 48 闭合流域 地面分水线与地下分水线所重合的流域 非闭合流域 地面分水线与地下分水线不重合的流域 流域面积 流域分水线所包围的面积 2020 5 25 49 闭合流域
8、非闭合流域 2020 5 25 50 2 流域的基本特征 主要指流域的几何特征 自然地理特征及人类活动的影响 决定着每一区域河流形成过程的具体环境 并影响径流的变化规律 2020 5 25 51 1 流域的几何特征 主要指流域面积的大小和分布情况 2020 5 25 52 地理位置 地形 植被 土壤 湖泊率 地质构造 2 自然地理特征 3 人类活动 2020 5 25 53 2 2河川径流及表示方法 一 河川径流的基本概念 1 径流 降落在地表上的雨水沿着一定的路径流动的水流 径流是水循环中的一个重要环节 降落到地面上的水除了下渗和蒸发等损失外 其余水流均以径流的形式注入河流 2020 5 2
9、5 54 2 河川径流 降落到地面上的水 由地面和地下汇集到河系并沿河槽流动的水流 统称河川径流 2020 5 25 55 1 流量Q 单位时间通过某河流过流断面的水量 单位 m3 s 二 河川径流的表示方法 河川径流的几个特征值 2 径流总量W 一段时间内通过某河流过流断面的总水量 单位 m3 计算式 W QT 2020 5 25 56 4 径流深度R 将计算时段内的径流总量均匀的分布于测站以上的整个流域面积上 所得到的平均水层厚度 3 径流模数M 单位流域面积上平均产生的流量 2020 5 25 57 5 径流系数 同一时段内 流域上径流深度与降水量之比 P 同一时段内的降水量 以上五个特
10、征值之间的关系可以互相推出 2020 5 25 58 2 3河川径流形成过程及影响径流的因素 一 河川径流形成过程及其特征时期 1 径流的形成 为了研究方便 通常可以将径流的形成分为四个阶段 2020 5 25 59 指植物截留 下渗 填洼 及蒸发 即 1 降水过程 2 蓄渗过程 3 坡地漫流 4 河槽集流 能简述 2020 5 25 60 2020 5 25 61 2020 5 25 62 2 河流水源的来源 如 青海 新疆 2020 5 25 63 二 影响径流的主要因素 1 各种自然地理因素对其的影响 1 气候因素 对径流影响最大 若降水强度大 历时短 则径流量大 是影响径流量的决定性因
11、素 降水 2020 5 25 64 蒸发 如果蒸发强度大 雨前土壤含水量小 则降水损失大 径流量小 2020 5 25 65 图2 9 平均年径流量 平均年蒸发量 2020 5 25 66 2 流域地理位置 将直接影响降水量的多少 3 流域地形特征 地势陡峭 汇流时间短 则径流量大 2020 5 25 67 流域面积小 径流相对剧烈流域面积大 径流相对平缓 4 流域形状和面积 狭长形的径流量小宽短形的径流量大 2020 5 25 68 5 流域的植物被覆 由于植物被覆截留降水 从而将会延缓坡地漫流的速度 增加渗流 减少蒸发 影响下渗 地下水对河流的补给 流域地表的冲刷等 6 土壤及地质构造 2
12、020 5 25 69 可以通过蓄水作用 调节径流变化 特别是蒸发影响径流量的大小 7 湖泊和沼泽 2020 5 25 70 2 人类活动的影响 如水利化措施 可以改变流域内自然地理面貌 增强内陆水分循环 影响径流的形成和变化过程 3 城市化进程的影响 2020 5 25 71 三 地下径流 固体径流与溶解质径流 2020 5 25 72 3 溶解质径流 河流中所携带的粒径小于10 5mm的微粒物质 溶解质的各种主要成分都有专门的计算式和测定方法 2020 5 25 73 2 4流域的水量平衡 流域的水量平衡方程式是水文分析计算的有力工具 用以反映流域中各水文要素 降水 蒸发 径流等 之间的数
13、量变化关系 1 平衡方程 假设有一闭合流域如图所示 2020 5 25 74 其中 2020 5 25 75 即 2 以上平衡方程式还可以写作多年平均值的形式 2020 5 25 76 流域多年平均蒸发量 流域多年平均降水量 流域多年平均径流量 2020 5 25 77 或者写作 2020 5 25 78 2 5水文资料的观测方法与收集 水文测验 对各项水文要素 降水 径流 蒸发 水位 泥沙 流量等 的观测 2020 5 25 79 1 水位 水面相对于某一水基准面的高程 一 水位观测 水基准面 现统一规定用青岛验潮站黄海平均海平面为标准 2020 5 25 80 2 测验方法 一般用于水位变
14、化频繁 人工直接观测不便的河段 2020 5 25 81 2020 5 25 82 悬锤式水尺1 刻度尺2 索尾上的记号3 软索4 滑轮5 横梁6 重锤 2020 5 25 83 图2 13直立式水尺分段设立示意图 2020 5 25 84 自记水位计 2020 5 25 85 零点高程 水尺上的刻度起点与某一基准面的垂直距离 3 水位计算 水位 水尺零点高程 水尺读数 2020 5 25 86 须测定过流断面面积与断面平均流速 二 流量测算 1 过流断面面积的测定 据此绘制过流断面图并计算面积 2020 5 25 87 2 流速的测定 2020 5 25 88 2020 5 25 89 1
15、流速仪的主要构造 1 流速仪法 2 工作原理 流水冲击旋转器使其旋转 据流速仪所指示的转速计算流速 2020 5 25 90 方法 在测流断面上 布置数条垂线 每条垂线上布置若干测点 用流速仪测出各点的流速 最终求得整条垂线上的平均流速 并进而求得部分断面的平均流速 2020 5 25 91 注意 测速垂线及测点的布设原则和数量应视实际的测流断面 据有关规范而定 垂线上测点的布设方法一般有 2020 5 25 92 2 浮标法 凡是能浮于水面上的物体 均可做成浮标 2020 5 25 93 深水浮标 深水浮标用于测某水深点处的流速 它由上部小浮标 指示标 和下部大浮标 深水部分 其间用细绳连成
16、一体 见图 上浮标做成流线形 以减少水流阻力 露出水面部分体积宜小 以减少空气阻力 下浮标为十字形以利接近流速浮移 上下浮标所连细绳长度应使下浮标位居测速点的深度 据上浮标漂浮速度计算下浮标速度 水面浮标 深水浮标 2020 5 25 94 1 河床质泥沙 三 泥沙测算 1 泥沙的分类 据河流泥沙的运动状态 2020 5 25 95 2 悬移质泥沙 悬沙 粒径较小 其沉降速度小于水流垂直方向的脉动速度 可悬于水中 随水下移 其较粗的部分颗粒可与推移质交换 3 推移质 底沙 沿着河底滚动 滑动 或跃动 并经常与河床质发生交换 2020 5 25 96 2 悬移质输沙率Qs 单位时间内通过测流断面的悬移质泥沙重量 1 计算式 2020 5 25 97 2 含沙量CS的测算 2020 5 25 98 3 计算 由点含量 垂线平均含沙量 部分断面的平均含沙量 2020 5 25 99 横式沙洋采集器 悬移质泥沙 1 储水筒 2 筒盖 3 弹簧 4 撑爪 5 铁锤 6 钢索 2020 5 25 100 3 推移质输沙率 单位时间内通过测流断面的推移质泥沙重量 2020 5 25 101 1 外壳
