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1、第一章第一章 绪绪 论论本章内容要览本章内容要览水文现象与桥涵水文的研究意义水文现象与桥涵水文的研究意义河川水文现象的特点和桥涵水文的研究方法河川水文现象的特点和桥涵水文的研究方法第一节、第一节、水文现象与桥涵水文的研究意义水文现象与桥涵水文的研究意义 水文现象：水文现象： 地球上水文循环中各种水体现象的总称。地球上水文循环中各种水体现象的总称。 例如例如某区域的某区域的降雨降雨、蒸发蒸发、 入渗入渗、径流径流，某河流断面的，某河流断面的水位、流量、含沙量，某湖泊的风浪等。水位、流量、含沙量，某湖泊的风浪等。 1、水文现象、水文现象水文循环：水文循环： 地球上的水因吸热而蒸发。蒸发的水汽随大气
2、运动进地球上的水因吸热而蒸发。蒸发的水汽随大气运动进入上空，然后凝结形成降水，产生径入上空，然后凝结形成降水，产生径 流，汇入河川、湖泊，流，汇入河川、湖泊，再流入海洋，这种在太阳能和重力作用下循环往复的水循再流入海洋，这种在太阳能和重力作用下循环往复的水循环。环。 水文循环分为水文水文循环分为水文大循环大循环与水文与水文小循环小循环。 1、水文现象、水文现象水文循环示意图水文循环示意图影响水循环的因素影响水循环的因素气候因素气候因素下垫面因素下垫面因素人类活动因素人类活动因素2 2、桥涵水文的研究意义、桥涵水文的研究意义 跨越河渠、排泄洪水、沟通河渠两侧灌溉水路及跨越河渠、排泄洪水、沟通河渠
3、两侧灌溉水路及保障道路正常运行的泄水建筑物。保障道路正常运行的泄水建筑物。桥涵桥涵桥涵水文桥涵水文 应用工程水文学、特别是水文统计学的方法，为桥应用工程水文学、特别是水文统计学的方法，为桥涵规划、设计、施工和管理提供水文分析与计算科学依涵规划、设计、施工和管理提供水文分析与计算科学依据的一门科学。据的一门科学。2、桥涵水文的研究意义、桥涵水文的研究意义在桥涵在桥涵规划设计规划设计阶段阶段 根据桥涵工程在使用期限内河流可能发生的流量、水根据桥涵工程在使用期限内河流可能发生的流量、水位和流速进行分析和计算，从而确定桥涵工程的位置、规位和流速进行分析和计算，从而确定桥涵工程的位置、规模和基本尺寸，为
4、整个桥涵工程的技术设计当好先行。模和基本尺寸，为整个桥涵工程的技术设计当好先行。2、桥涵水文的研究意义、桥涵水文的研究意义在桥涵在桥涵施工施工阶段阶段 保障桥涵施工的安全性与经济性，估算施工期设保障桥涵施工的安全性与经济性，估算施工期设计洪水。计洪水。2、桥涵水文的研究意义、桥涵水文的研究意义在桥涵在桥涵使用使用阶段阶段 根据实际的河流水情编制相应的桥涵日常管理计划和根据实际的河流水情编制相应的桥涵日常管理计划和制度，复核和修改规划设计制度，复核和修改规划设计 阶段的水文分析计算结果，确阶段的水文分析计算结果，确定是否需要对桥涵工程进行相应的维修与改造，河床是否定是否需要对桥涵工程进行相应的维
5、修与改造，河床是否需要整治等。需要整治等。第二节、河川水文现象特点和桥涵水文的研究方法第二节、河川水文现象特点和桥涵水文的研究方法1、河川水文现象特点：、河川水文现象特点： 水文现象在时间变化上存在着准周期性和随机性；水文现象在时间变化上存在着准周期性和随机性； 水文现象在空间分布上存在着地带性和特殊性；水文现象在空间分布上存在着地带性和特殊性； 水文现象在时间变化和空间分布上存在着关联性和相水文现象在时间变化和空间分布上存在着关联性和相似性；似性； 水文现象在时间变化和空间分布上存在着尺度性。水文现象在时间变化和空间分布上存在着尺度性。2 2、桥涵水文的研究方法、桥涵水文的研究方法水文信息、
6、数学方法与水文物理相结合的方法水文信息、数学方法与水文物理相结合的方法桥涵水文的研究基础是基于对所研究问题的认识程度桥涵水文的研究基础是基于对所研究问题的认识程度和对与之关联的水文信息资料的掌握程度，选择适当的数和对与之关联的水文信息资料的掌握程度，选择适当的数学方法以定量解决所研究的桥涵水文问题。学方法以定量解决所研究的桥涵水文问题。 从系统观点看，桥涵水文研究可视为一种系统，系统从系统观点看，桥涵水文研究可视为一种系统，系统输入就是对水文问题的认识和有关的水文信息的掌握，系输入就是对水文问题的认识和有关的水文信息的掌握，系统转换就是合适的数学方法，系统输出就是桥涵水文研究统转换就是合适的数
7、学方法，系统输出就是桥涵水文研究的结果和结论。的结果和结论。2 2、桥涵水文的研究方法、桥涵水文的研究方法水文数理统计法水文数理统计法 水文数理统计法主要根据河流流量、水位等水文水文数理统计法主要根据河流流量、水位等水文现象特征值的统计特性，利用概率统计方法，随机过现象特征值的统计特性，利用概率统计方法，随机过程理论，时间序列分析方法等应用数学方法挖掘水文程理论，时间序列分析方法等应用数学方法挖掘水文观测、试验和调查资料中的信息，从而得出水文现象观测、试验和调查资料中的信息，从而得出水文现象的统计规律，然后用于桥涵工程设计中。的统计规律，然后用于桥涵工程设计中。2 2、桥涵水文的研究方法、桥涵
8、水文的研究方法水文成因分析法水文成因分析法 从地球上各种水文循环与水量平衡，流域上的产流过从地球上各种水文循环与水量平衡，流域上的产流过程、产沙过程、汇流过程、汇沙过程，以及人类活动对水程、产沙过程、汇流过程、汇沙过程，以及人类活动对水文循环的影响等物理成因出发，根据实测资料、试验资料、文循环的影响等物理成因出发，根据实测资料、试验资料、调调 查资料，研究水文现象的形成过程，探讨水文现象的查资料，研究水文现象的形成过程，探讨水文现象的物理实质和定量关系，建立水文要素（物理实质和定量关系，建立水文要素（ 如如 水位、流量等）水位、流量等） 和有关因素之间的数学物理模型，作为桥涵水文计算的依和有关
9、因素之间的数学物理模型，作为桥涵水文计算的依据并用以推求未来的水文情势。据并用以推求未来的水文情势。2 2、桥涵水文的研究方法、桥涵水文的研究方法从定性到定量综合集成的方法从定性到定量综合集成的方法 钱学森等提出的这类方法，通常是根据现有科钱学森等提出的这类方法，通常是根据现有科学理论和专家的经验知识和判断力，提出经验性假学理论和专家的经验知识和判断力，提出经验性假设，再根据所研究问题的信息资料，建立相应的系设，再根据所研究问题的信息资料，建立相应的系统模型，进行模拟、实验和计算，获得定量结果，统模型，进行模拟、实验和计算，获得定量结果，并进行判断，通过反复修正经验性假设，直到获得并进行判断，
10、通过反复修正经验性假设，直到获得满意的经验性假设为止。满意的经验性假设为止。第二章第二章 河流概论河流概论河流河流与流域与流域河流河流径流的形成径流的形成河流河流的泥沙运动的泥沙运动河床河床演变演变河床河床水文资料的收集和水文资料的收集和整理整理本章内容要览本章内容要览第一节、第一节、 河流与流域河流与流域01干流干流直接流入海洋、湖泊的河流称为干流。02支流支流直接或间接流入干流的河流称为支流，在较大的水系中，按水量和从属关系，支流可分为一级、二级、三级等。03水系水系由大小不同的河流干流、各级支流、湖泊、沼泽和地下暗流等组成的脉络相通的水网系统称为水系，也叫河系或河网。河流：河流：沿地表线
11、形凹槽集中的经常性或周期性水流，叫做河流。1.1 1.1 河流河流1.1.1 1.1.1 干流、支流和水系干流、支流和水系水系类型水系类型（按干支流平面所组成的形差异干支流平面所组成的形差异分类）羽状水系羽状水系扇形水系扇形水系向心水系向心水系平行水系平行水系格状水系格状水系放射状水系放射状水系树状水系树状水系一、一、 河流与流域河流与流域1.1 1.1 河流河流1.1.1 1.1.1 干流、支流和水系干流、支流和水系一、一、 河流与流域河流与流域1.1 1.1 河流河流河流可按其河流可按其形态特征形态特征及及水力特性水力特性进行分段进行分段。直直接接连连接接河河源源的的河流上段河流上段上游上
12、游中游以下的河段中游以下的河段下游下游河河流流开开始始具具有有地地面面水流的地方水流的地方河源河源上上游游以以下下的的河河流流中段中段中游中游河流的出水口河流的出水口河口河口1.1.2 1.1.2 河流的分段河流的分段1.1 1.1 河流河流 河流的基本特征有河流的基本特征有河流长度河流长度、河流弯曲系数河流弯曲系数、纵横纵横断面断面及及纵横比降纵横比降等，它们都是在实测地形图中量取并计等，它们都是在实测地形图中量取并计算而来的，是水文计算的基本数据。算而来的，是水文计算的基本数据。1.1.3 1.1.3 河流特征河流特征1.1 1.1 河流河流（1）河流长度：河流长度：自河源沿主河道至河口的
13、轴线长度称为河流长度，简称河长，常以L表示。河长可以在大比例尺的地形图上用曲线仪或两角规量取。1.1.3 1.1.3 河流特征河流特征1.1 1.1 河流河流（2）河流弯曲系数：河流弯曲系数：河段实际长度L与该河段长度之比，称为河流的弯曲系数，用符号K表示，有： 由于，故。K值越大，说明河道越弯曲，对航运越不利。K=1，河道顺直。1.1 1.1 河流河流（3）河流的横断面：河流的横断面： 即即过水断面，指垂直于主过水断面，指垂直于主流方向，横切河道，河底线与流方向，横切河道，河底线与水面线所包围的平面。水面线所包围的平面。1.1.3 1.1.3 河流特征河流特征1输水能力输水能力2减速分布减速
14、分布3比降比降4流量流量5流量和泥沙的计算流量和泥沙的计算1.1 1.1 河流河流（4）河流的横比降：河流的横比降：河流沿横断面方向的水面坡度，称为横比降。1.1.3 1.1.3 河流特征河流特征弯曲河段中的弯曲河段中的惯性离心力作用惯性离心力作用A地球自转地球自转偏向力的作用偏向力的作用B河湾断面水流示意图a)平面图；b)横断面图1.1 1.1 河流河流（5）河流的纵断面：）河流的纵断面： 河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连续被称为中泓线或河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连续被称为中泓线或溪线。沿河流中泓线的剖面称为河流的纵断面，常用纵断面图表示。溪线。沿河流中泓线的剖面称为河流的纵
15、断面，常用纵断面图表示。河流纵断面能很好的反映河流比降的变化。河流纵断面能很好的反映河流比降的变化。1.1.3 1.1.3 河流特征河流特征1.1 1.1 河流河流（6）河流的纵比降：）河流的纵比降： 是指河段上游、下游河底高差（或同时间水位差）与河段长度是指河段上游、下游河底高差（或同时间水位差）与河段长度的比值的比值，前者称为河底纵比降，又称河底坡度，后者称为水面纵比，前者称为河底纵比降，又称河底坡度，后者称为水面纵比降又称水面坡度。河底（或水面）纵比降可用下式计算：降又称水面坡度。河底（或水面）纵比降可用下式计算：式中：式中：I-河底（或水面）纵比降（小数或百分数）；河底（或水面）纵比降
16、（小数或百分数）；H1，H2-河段上下游两断面的河底高程（或同时间水位），河段上下游两断面的河底高程（或同时间水位），m； L-河段长度，河段长度，m。1.1 1.1 河流河流山区河流山区河流及及平原区河流平原区河流是最典型的河流形态。是最典型的河流形态。1.1.4 1.1.4 河流的平面形态特征河流的平面形态特征1.1 1.1 河流河流1.1.4 1.1.4 河流的平面形态特征河流的平面形态特征山山区区河河流流平面上多急弯，宽窄相同，河床稳固；1河流纵断面多呈凸型，比降缓陡相间；2开阔河段，河面较宽，有边滩，有时也有不大的河漫滩和明显阶地，有的地方也会出现河心滩和沙洲，比降缓慢，河床泥沙较细；3峡谷河段，河床狭窄，河岸陡峭、中、枯水河槽无明显区别。41.1 1.1 河流河流1.1.4 1.1.4 河流的平面形态特征河流的平面形态特征平平原原区区河河流流中泓线与河道中线一般不重合；1河谷开阔，有时河槽高出地面，靠两侧堤防束水；2河床横断面多呈宽浅矩形，通常横断面上滩槽分明，在河湾处横断面呈斜角形，凹岸侧窄深，凸岸侧为宽且高的边滩，过渡段有浅滩、沙洲；3河床冲积层厚，枯水期河槽中露出各种
