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1、第一部分 水文水资源一、 水文循环和水量平衡基本知识1.水文学：研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。2.水文循环概念：地球上的水在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水和径流等方式进行的周而复始的运动过程。3.水文循环分类:按水文循环的规模与过程,可分为大循环和小循环。大循环：海洋和陆地之间的水分循环 小循环：海洋内或者陆地内的水分循环（1）水循环的外因：太阳辐射能和地球引力的存在（2）水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互转化4.水文循环： （1）地球上水的存在形式： 汽态、液态、固态 （2）存在位
2、置：空气中、地表、地下、生物体内5.水文循环的意义：（1）直接影响气候变化（2）改变地表形态（3）造成再生资源（4）负面影响：干旱，洪涝灾害6.水量平衡基本知识：是指在一个确定的用水系统内，输入水量之和等于输出水量之和。通用水量平衡方程 流域水量平衡方程7.地球上的水量平衡若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段t内的水量平衡方程可写成：Wc = Pc R Ec 式中: Ec： 在时段内陆地的蒸发量； Pc： 在时段内陆地的降水量； R ： 时段内由陆地流入海洋的径流量； Wc ： 在时段内陆地蓄水量的变化量。若以海洋为研究水量平衡对象，某时段t内的水量平衡方程可写成：Ws = PsR Es式中
3、: Es ： 海洋在时段内的蒸发量； Ps ： 海洋在时段内的降水量； R ： 时段内由陆地流入海洋的径流量； Ws ： 海洋在该时段内蓄水量的变化量。在多年平均的情况下， Wc0， Ws 0，则 全球多年平均水量平衡为：蒸发降水闭合流域：二、水文学基础知识（含降雨、蒸发及入渗，流域与河系，河川径流及水文统计学的基本知识）1.降雨：（1）概念：是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。（2）降水基本条件：一是空气中要有水汽，降温，降至露点温度以下，或空气冷却，大气中存在吸水性的微粒(凝结核)（3）露点：空气中水汽达到
4、饱和时的温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝 结的必要条件。 （4）大气凝结核： 指飘浮在大气中的尘粒，其直径约10-310m。（5）降水类型：l 锋面雨：由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。l 地形雨：暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。因气流（空气）的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而不同。地形作用一般使山的迎风面的降水量大，而背风面降水量减少。l 对流雨：地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形成绝 热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云g浓积云g 积雨云）， 形成 降雨。l 气旋雨： 在低气压中心
5、区，气流从四周向中心辐合，垂直方向上运动是上升的，即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结降水现象。可出现大范围降雨和大风的天气现象，称为气旋雨。气旋：北（南）半球，由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气旋和温带气旋（6）降雨基本要素：降雨量、降雨历时、降雨时段、降雨强度、降雨面积及降雨中心、降雨走向。（7）降雨资料图示：降雨过程线、雨量积累曲线（8）降水量一般分为7级（9）按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种暴雨( 50
6、mm/24h) （暴雨：50100、大暴雨：100200、特大暴雨：200）大雨 ：2550 mm/24h 中雨 ：1025 mm/24h 小雨 ：10 mm/24h（10）测量雨量仪器：雨量器，自计雨量计（虹吸式、翻吸式）2蒸发（1）定义：水由液态或固态转化为气态的现象，是水分子运动的结果（2）蒸发包括：l 水面蒸发：蒸发面为水面时称为水面蒸发l 土壤蒸发：蒸发面为土壤表面时称为土壤蒸发l 植物蒸发：蒸发面是植物茎叶则称为植物散发l 陆面蒸发：因为植物是生长在土壤中,植物散发与植物所生长的土壤上的蒸发总是同时 存在的,通常将二者合称为陆面蒸发（3）水面蒸发观测：水面蒸发是在充分供水条件下的蒸
7、发。确定水面蒸发量的大小,通常有两种途径:器测法和间接计算法。 设备：E601蒸发皿，环形水圈, K 接近 1.0（4）水面蒸发影响因素：水汽饱和水压差，水面温度，风速，湍流3下渗（1）定义：水分从土壤表面深入地下的现象，又称入渗（2）三个阶段：渗润阶段 渗漏阶段 渗透阶段（3）下渗率或下渗强度：单位时间内渗入单位面积土壤中的水量称为下渗率或下渗强度,记为f,以mm/min或mm/h计。（4）下渗能力：在充分供水条件下的下渗率则称为下渗能力。（5）下渗能力曲线：下渗能力随时间的变化过程线,简称下渗曲线,并以f（t）t表示。（6）土壤水不同形式：吸湿水，薄膜水，毛管水（毛细水），重力水（7）常用
8、水分常数：最大吸湿量，最大分子持水量，凋萎含水量，田间持水量，饱和含水量（8）下渗量的测定：直接测定法，水文分析法4河川径流（1）定义：指降落在流域表面上的降水，途经地面及地下流入河川，流出流域出口断面的水量。（2）水源：雨水、冰雪融水、地下水（3）形成：产流和汇流 产流过程：我们把降雨扣除损失成为净雨的过程称为产流过程净雨：降雨扣除损失后的雨量称为净雨汇流过程：净雨沿坡面从地面和地下汇入河网,然后再沿着河网汇集到流域出口断面的过程。 （4）河网汇流过程:各种成分径流经坡地汇流注入河网,从支流到干流,从上游向下游,最后流出流域出口断面,这个过程称为河网汇流或河槽集流过程。（5）表示方法：流量Q
9、 径流总量W 径流深R 径流模数M 径流系数 径流变率K（6）径流量：径流量指时段T内通过河流某一断面的总水量,记为W,以m3、万m3或亿m3计,有时也用时段平均流量与时段的乘积为单位,如(m3/s)d、(m3/s)M等。（7）径流深：将径流量平铺在整个流域面积上所得的水层深度,记为R,以mm计。R=W/1000F=T/1000F式中W-时段T内径流量,d; -计算时段内平均流量,m3/s; T-计算时段,s; F-流域面积,km2。（8）径流模数：流域出口断面流量与流域面积之比值称为径流模数,记为M,以L/(s- km)计。 M=1000Q/F（9）径流系数：某一时段的径流深R与相应时段内流
10、域平均降雨深度P之比值称为径流系数,记为。 =R/P 因RP,故1。5河系特征（1）河系：地表水在重力作用下，沿陆地的凹地流动，按其大小可分为江、河、溪和沟，这些统称为河流，而流域中河流（包括干流、支流）和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统，称水系，又称河系或河网。（2）分类：扇形水系、羽状水系、平行水系、混合状水系（3）河流的形成与分段：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。（4）河流基本特征：河流的长度：自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度,简称河长,以km计。河流断面：河流断面有横断面和纵断面。垂直于水流方向的断面称为横断面,简称断面河
11、道纵比降：单位河长的落差称为河道纵比降,简称比降,用小数或千分数表示。6流域（1）定义：汇集地面水和地下水的区域称为流域,也就是分水线包围的区域。（2）闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合,称为闭合流域（3）几何特征：l 流域面积：流域分水线包围区域的平面投影面积,称为流域面积,记为F,以km2计。l 流域的长度和平均宽度：流域长度就是流域轴长。以km计。l 流域形状系数和流域不对称系数：流域平均宽度与流域长度之比称为流域形状系 数。l 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,以Km/km2计。（4）流域地形特征：流域平均高度、流域平均坡度、面积高程曲线（5）流域自然
12、地理特征：l 流域的地理位置：流域的地理位置以流域所处的经纬度来表示,它可以反映流域所处 的气候带,说明流域距离海洋的远近,反映水文循环的强弱。l 流域的气候条件：包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素。它们是河流形成和发展的主要影响因素,也是决定流域水文特征的重要因素。l 流域的土壤、岩石性质和地质构造、流域的植被、流域内湖泊与水库7水文统计学（1）数理统计方法：频率计算 P(A)=m/n（2）随机变量的统计参数均值：均方差： 变差系数：偏差系数：当系列对于对称时，CS0；当系列对于不对称时，CS0，若CS0，称为正偏；若CS0，称为负偏，（3）经验频率计算式：P=m/(n+1)*100
13、%（4）常用理论频率曲线：皮尔逊型曲线，简称p_型曲线 频率与重现期的关系: 设计频率P50，则T=1/P 设计频率P50，则T=1/(1-P)（5）理论频率曲线绘制：适线法l 适线法(或称配线法)是以经验频率点据为基础,在一定的适线准则下,求解与经验点据拟合最优的频率曲线参数,是我国估计水文频率曲线统计参数的主要方法。适线法主要有两大类,即目估适线法和优化适线法。l 均值对频率曲线的影响: 当皮尔逊型频率曲的两个参数cv和cs不变时， 越大， 线越陡l 变差系数cv对频率曲线的影响：cv值越大越分散，cv值越小越集中l 偏态系数cs对频率曲线的影响：cs愈大，均值对应的频率愈小，频率曲线的中
14、部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈平缓。l 对频率曲线影响：值越大越分散，值越小越集中（6）相关分析：研究两个或两个以上随机变量之间关系（7）两个随机变量之间关系：完全相关（函数关系）、零相关（没有关系）、统计相关（相关关系）（8）简相关、负相关三、水文测验及水文资料整编的主要内容1水文测验：（1）定义：系统收集和整理水文资料的各种技术工作的总称。狭义的水文测验指水文要素的观测。（2）内容：A建立和调整水文站网B研究水文测验的方法，制定出统一的技术标准C研制水文测验的各种测验仪器、设备D按统一的技术标准在各类测站上进行水位观测,以获得实测资料。E对一些没有必要作驻站测验的断面或地点，进行定期巡回测验。F水文调查2资料整编主要内容：l 水位观测资料的整理：计算日 / 月 / 年平均水位 水位过程线l 水文资料的收集：水文年鉴，各地区的水文手册和各种水文图册，水质资料， 各种调查资料：洪水调查、暴雨调查、枯水调查3. 观测水流仪器：流速仪（旋杯式、旋浆式），浮标法四、水资源分类及计算方法1水资源分类：l 从水资源分类上来划分：地表水资源系统、地下水资源系统、土壤水资源系统、非常规水资源系统（降水资源系统、污水资源系统、微咸水水资源系统等）；l 从
