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1、1、掌握水文循环和水量平衡基本知识答案：水文循环的概念：地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替的现象称为水文循环或水循环。 水循环的主要过程：降雨、蒸发、入渗、地表径流、地下径流，水汽输送及凝结等水循环的外因：太阳辐射能和地球引力的存在水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互转化水量平衡：指地球任一区域(可以是某个流域、湖泊、沼泽、海洋或某个地区，也可以是整个地球)，在一定时段内(时段可以
2、是日、月，也可以是一年、数十年或更长的时间) ，收入的水量与支出的水量之差等于该区域内的蓄水变量(蓄水变量指时段始末区域内蓄水量之差)。水量平衡是水文循环的定量描述，是质量守恒定律在水文循环中的特定表现形式。水量平衡方程：I O = W 式中: I 给定时段内输入研究区域的总水量；O 给定时段内输出研究区域的总水量； W 时段内研究区域蓄水量的变化量。上式中各变量的单位：km3 或 mm 对于多年平均的情况，闭合流域的水量平衡方程式为：式中: ：流域内多年平均降水量；REPP：流域内多年平均径流量；：流域内多年平均蒸发量。将式 两边除以 ，则该式变成REPP1PER令 多年平均径流系数，其反映
3、流域降雨量转换成径流量的比例系数。0多年平均蒸发系数,其反映流域降雨量转换成蒸发量的比例系数。PE0因此， 0、 0 用以反映流域气候地理特性。如湿润地区： 00.5; 半干旱地区： 050mm/24h)暴雨：50100大暴雨：100200特大暴雨：2002) 大雨 ：2550 mm/24h3) 中雨 ：1025 mm/24h4) 小雨 ： 1600mm 东南沿海，云南西南部，广西南部，西藏东南角，湖南、江西、四川山地2) 湿润带 800 1600mm 长江中下游地区，云贵川和广西大部分地区3) 半湿润带 400 800mm 华北平原，东北大部分，山西、陕西大部及甘肃东南部，四川西北，西藏东部
4、4) 半干旱带 200 400mm 内蒙，宁夏，甘肃，新疆西北部5) 干旱带 1600 800 7土壤水存在于非饱和带土壤孔隙中和为土壤颗粒所吸附水分。它具有三态：液态水、固态水及汽态水。土壤水是土壤 土粒、水、气三相系统的一个组成部分。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:吸湿水、薄膜水、毛管水、重力水 最大吸湿量（吸湿系数）土壤吸湿水达到最大值时的土壤含水量，指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸附的大气中最大水汽量，它反映了土壤吸附气态水的能力。 最大分子持水量土壤颗粒的分子力所能吸附或结合的水分的最大值称作最大分子持水量，此时薄膜水厚度达到最大值。 凋
5、萎含水量(凋萎系数)当土壤水分减少到一定量后致使植物根系无法从土壤中吸收水分，开始枯死时的相应最大土壤含水量称作凋萎含水量。 田间持水量指土壤中所能保持的毛细管悬着水的最大量。当土壤含水量超过毛细管悬着水的最大量即田间持水量时，超过的部分不能为毛细管力所维持，则表现为自由重力水。 饱和含水量/全蓄含水量 s土壤中全部孔隙全被水所充满时的含水量称为饱和含水量。土壤重量含水率 W： 10%M10ssw式中，Mw土壤中水的重量 (g)；Ms 土壤中干土重量(g)；M 土壤的湿重，M=Ms+Mw土壤容积含水率 %10Vw式中: Vw土壤中水的容积 (cm3)， V 土样总体积 (cm3) 与 W 的转
6、换：其中： 为水的密度， 为土壤rMVsws01 1wr0r干密度。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。包括三个阶段：渗润阶段/ 渗漏阶段/ 渗透阶段。 渗润阶段：由于初始的土壤十分干燥，下渗的水分主要受到分子力（初期干燥的土粒吸附力极大）的作用，故下渗率很大，入渗率随时间增加而很快变小，当土壤含水量达到最大分子持水量时，分子力不再起作用，则该阶段结束； 渗漏阶段：下渗的水分主要受到毛管力及重力的共同作用，下渗水流在土壤空隙中向下作不稳定的非饱和流动，当土壤空隙逐渐充满时此时毛管力消失，则该这一阶段结束，在这一阶段，入渗率随时间增加而变小
7、；渗透阶段：这时土壤空隙已充满水达到饱和，水分只在重力作用下呈稳定流动，此时的入渗率趋于稳定。下渗量定量分析可用三种特征值来描述 入渗总量 F指入渗开始到某一指定时刻渗入到土壤中的累积水量（单位：mm） 。用下渗量累积曲线表示下渗量随时程的增长过程。入渗率 /入渗强度if指单位时间内单位面积上渗入土壤中的水量（单位：mm/h 或 mm/min） 。在某时刻 t 的入渗率应为入渗累计量 F 对时间的变化率：dFfi土壤入渗能力/容量/性能 pf在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率称为下渗能力（单位：mm/h） 。下渗能力随时程而递减，初期 很 大， 后期逐渐变小，pf最后趋于
8、稳定下渗率 cf影响稳定下渗率的主要因素： 土壤性质入渗能力曲线fc地下水存在于地表以下岩土的孔隙、裂隙和洞穴中的水统称为地下水。水文学中把地下水潜水面以下饱和带中的水称作地下水。根据埋存条件，地下水又可以分为以下二类：潜水是指埋存于地表以下，第一个连续稳定的隔水层以上具有自由水面的重力水。它主要的补给来源是降水和地表水的渗入。承压水是充满于上下两个隔水层之间的含水层中的地下水，它承受一定的压力，当钻孔打穿上覆隔水层时，水能从钻孔内上升到一定的高度。 流域的定义河流某断面以上，汇集地表水和地下水的区域（分别称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上的流域。流域的几何特征:流域面积，流域
9、长度，流域平均宽度，流域形状系数 河系的定义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。河流的几何特征:河流长度，河网密度，河流弯曲系数，河流的落差/比降径流的形成和径流的度量径流 ：指降落在流域表面的降水，沿流域地表和地下二个途径流入河系，再流出流域出口断面的水流，这样的物理过程称作径流形成过程。包括：（1）产流过程或称为流域蓄渗过程（2）汇流过程降雨的消耗量：a. 植物截留量 Is降雨被植物茎叶拦截的现象称截留，AP IS b.土壤蓄水量
10、S指降雨入渗过程中被土壤吸附存储于土壤孔隙中的水量。c.填洼量 Vd水分停蓄在地面洼陷处（水库、湖、塘等） ，称填洼。d.雨间蒸散发量 E降雨形成的径流量/净雨量径流量(净雨量) = 降雨量 - 损失量净雨量：降雨量和损失量之差，又称为径流量或产流量净雨量包括：地面径流 R 地下径流 Rg 汇流过程：径流的度量径流的度量常采用以下几个指标进行度量：(1) 流量 Q单位时间内通过某一过水断面的水量，可按下式计算：Q=AV (m3/s)式中，A：过水断面的面积(m 2)V：过水断面的平均流速(m/s)流量过程线用来表示流域出口断面的径流随时间变化过程 瞬时流量指某时刻的流量, 如右图中的 Q1，洪
11、峰流量 Qm 等。坡地汇流：坡地汇流： 坡面汇流 壤中流 地下径流 河网汇流：河网汇流：小沟小溪 小河大河 流流 域域出出 流流Q(m3/s)Tt1 t2 t(s)Q1 Q(t)WQm平均流量指定时段内的平均流，如日平均流量、月平均流量、年平均流量、多年平均流量等。 TWQ(2) 径流量 W指一定的时段内 T(=t2 - t1)通过的某一河流断面的总水量， (单位：m 3)dtt21)(式中, Q(t) 流量过程线 t 时刻的瞬时流量; T = t2 - t1 计算时段; Q(m3/s)Tt1 t2t(s)Q1 Q(t)WQm 计算时段内的平均流量。Q(3) 径流深 R把径流量均匀地铺在整个流
12、域面积上所相当地水层深度，单位：毫米(mm) )(mFWT10式中，F 流域的面积(km 2)；T 时段(s) 时段 T 内的平均流量(m 3/s)Q(4) 径流模数 M流域出口断面流量与流域面积的比值,即流域单位面积上所产生的流量： )(23/kmsQ依据 Q 的不同含义， M 则有不同的称谓： Q 若是(多) 年平均流量，则 M 称为( 多)年平均流量模数； Q 若是洪峰流量，则 M 称为洪峰流量模数。(5) 径流系数某一时段的径流深 R 与相应的流域平均降雨深 P 的比值，其反映了降雨量转换成径流量比例的一个参数： 10/P第一部分 水文水资源 水文测验：4 种水文测验断面 水文统计：P
13、III 曲线，经验频率（会简单计算） 水资源分类 水资源供需平衡 需水量的预测：定额法 节约水资源的途径：（可出论述题）水文站测验河段中各种测验断面的布设按所测定的项目不同，可分为以下四种测验断面： 基本水尺断面: 测定河流水位，及横断面面积 流速仪测流断面: 测定水流的流速 浮标法测流断面: 测定水流的流速 比降断面: 分布有上下两个断面，用以测定河段的水面比降，进而估算河床的糙率在水文计算中，一般要求出指定概率 P 所相应的随机变量的取值 ，一般地px做法是： 由给定的 及 P，从 P-III 型曲线离均系数 值表，查出 ，再由下式sC p求： xxVP)1(即求出指定概率 P 所相应的随
14、机变量的取值 px现行水文频率计算方法配线法(适线法)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，这是一种较好的参数估计方法，是我国估计洪水频率曲线统计参数的主要方法有关的概念介绍：1) 经验频率及经验频率曲线：经验频率的计算公式： 1nmP该公式在水文计算中通常称为期望公式。2) 重现期所谓的重现期是指某一随机事件在很长时期内平均多长时间出现一次（水文学中常称为“多少年一遇” ） 。即在许多试验中，某一随机事件重复出现的时间间隔的平均数，即平均的重现间隔期。在水文分析中，重现期可以等效地替代频率。频率 P 与重现期 T 关系的两种表示法：a.当研究洪水或
15、暴雨问题水文上关心的是大于某洪水或某暴雨量发生的频率，因此，重现期指在很长时期 N 年内，出现大于某水文变量 XP 事件的平均重现的间隔期 T ：式中， T：重现期，以年计；P：大于某水文变量 XP 事件的频率，b. 当研究枯水问题1水文上关心的是小于 XP 的事件出现的频率及相应的重现期。重现期指在很长的时期内(N 年)出现小于某水文变量 XP 事件的平均重现间隔期。若水文变量大于 XP 的频率为 P ，则小于 XP 事件的频率应为 1-P，在 N年内小于 XP 事件出现的次数应为 N(1-P)，因此其重现期为：随机变量统计参数：（1）平均值（2）标准差 （均方差）：值愈大，分布愈分散；值愈小，分布愈集中。（3）变差系数 Cv（离差系数）：值愈大，分布愈分散；值愈小，分布愈集中（4）偏差系数 Cs（偏态系数）：对称 Cs0；若不对称： CS 0 , 称为正偏；CS 70m 的高坝需建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；30m3.04.5 的宽河谷可修建重力拱坝，T/H0.35；L/H4.5的宽浅河谷应修建重力坝。左右对称的 V 型河谷，拱厚度较薄；U 型河谷拱厚度较大，梯形河谷介于二者之间。拱坝最好修建于对称河谷中，在不对称河谷中修
