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1、绪论1 水资源及其开发利用一、水资源的涵义1广义的水资源2狭义的水资源二、水资源的开发利用兴水利除水害保护水环境三、我国水资源的特点 1水资源总量多，但人均、亩均占有量少。 2水资源地区分布不均匀，水土资源配置不均衡。 3水资源年际、年内变化大，水旱灾害频繁。 4水土流失和泥沙淤积严重。5天然水质好，但人为污染严重。2 水文现象及其研究方法一、水文现象及其基本特点 1水文现象：是由自然界中各种水体的循环变化所形成的一种自然现象。 2特性确定性（必然性）随机性（偶然性）地区性二、水文学的基本研究方法成因分析法确定性数理统计法随机性地区综合法地区性三、水文学的主要内容1水文学定义2分类 水文气象学
2、 陆地水文学：又可分为河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学 海洋水文学 地下水文学3 本课程在水资源开发利用工程中的应用一、本课程的主要内容： 工程水文学：水文学的一个重要分支，为工程规划设计、施工建设、运行管理提供水文依据。 水利水电规划：确定水利水电工程的开发方式、规模和效益，以及拟订水利水电工程的合理管理运用方 式。二、工程建设中的应用 1规划设计阶段：预估河流未来水文情势，进行径流调节计算，以确定工程规模，确定设计方案； 2施工阶段：研究施工期的水文问题，确定临时建筑物的尺寸，以及编制工程初期蓄水方案； 3管理运用阶段：根据预报的水文情况，编制工程调度运行计划，充分发挥工程效
3、益。三、实例讲解：长江三峡工程规划设计中的工程水文学及水利水电规划问题 设计年径流预测（以确定正常蓄水位、装机容量、平均年发电量等）：平均年径流量径流年际变化径流年内变化 设计洪水预测（以确定校核洪水位、设计洪水位、防洪限制水位、防洪库容、溢洪道尺寸等）：校核洪水（万年一遇） 设计洪水（千年一遇） 水文预报（指导发电、防洪等）：长期年、月径流预报 中、短期暴雨洪水预报Ch1 水分循环及径流形成1-1 水分循环一、水循环的概念1定义2. 动画演示：水循环二、水循环的原因 内因：水的物理性质，即 三态 转化； 外因：太阳辐射和地球引力作用。三、水循环的基本类型 大循环：海洋与陆地之间的水分交换过程
4、，又称外循环。 小循环：小海洋或陆地上的局部水分交换过程。1-2 河流与流域一、河流及其特征1. 河流（1）河流定义：自然界中脉络相通的排泄降水径流的天然输水通道,其中分为各级支流及干流。（2）河流分段：河源、上游、中游、下游、河口（3）河系：扇形水系、羽形水系、平形水系、混合水系2. 河流的特征（1）纵横断面河流横断面：分单式断面和复式断面（2）河流长度：一条河流，自河口到河源沿中泓线量计的平面曲线长度。（3）河道纵比降：单位河长的河床落差。住尹即& 4洛我皿4亠目戸亠取忑一眈上河道的平均纵比降：河流纵断面示意图二、流域及其特征1. 流域、分水线 流域：河流某一断面以上的集水区域称为河流在该
5、断面的流域。分水线：相邻两流域的界限线称为分水线。闭合流域：地面分水线与地下分水线完全重合的流域。一般大中流域均可看成闭和流域。非闭合流域：地面、地下分水线不重合的流域。如岩溶地区的河流和一些很小的流域。2. 流域特征（1）流域几何特征 流域面积（F）:河流某一断面以上，由地面分水线所包围的不规则图形的面积。 流域长度（Lf :流域几何中心铀的长度。 流域平均宽度（B） 流域形状系数（2）流域的自然地理特征1-3 降水降水：空气中的水汽以液态或固态形式从大气到达地面的各种水分的总称。 气团：水平方向物理性质比较均匀的大块空气。一、降雨的成因与分类暖湿空气一抬升冷却一凝结为大量的水滴一降落成雨基
6、本条件：空气中要有一定量的水汽；空气要有动力上升冷却。分类：（一）锋面雨（1） 冷锋雨 特点：降雨面积小、强度大、历时短。 动画演示：冷锋雨的形成（2） 暖锋雨 特点：降雨面积大、强度小、历时长。 动画演示：暖锋雨的形成（二）地形雨 动画演示：地形雨的形成（三）对流雨 特点：强度大、范围小、历时短，并常伴有雷电，又称雷阵雨。（四）台风雨二、点降雨特性及其分析方法 点降雨量：一个雨量观测站承雨器（口径为 20 cm ）所在地点的降雨。（一）点降雨特性 1降雨量：一定时段内降落在单位水平面积上的雨水深度，单位用 mm 表示。 2降雨历时：场降雨从开始到结束所经历的叫间，常以小时为单位。 3降雨强度
7、：单位时间内的降水量 ，单位用 mmmin 或 mmh 表示。4降雨面积：降雨所笼罩的水平面积，单位用以km2表示。 5降雨中心：一次笼罩面积上降雨量最为集中且范围较小的局部地点。（二）降雨资料的图示法1 时段降雨量过程线2降雨量累积曲线3等雨量线图三、面雨量概念与计算方法（一）面雨量：一定区域面积上的平均雨量。二）流域面平均雨量的计算方法1 算术平均法：当流域内地形变化不大,雨量站数目较多、分布较均匀时2泰森多边形法（垂直平分线法）：当流域地形起伏大，雨量站分布不均匀时多用此法。3. 等雨量线法：降雨在地区上或流域上分布很不均匀，地形起伏大4降雨点面关系法：流域内雨量站少，或各雨量站观测不同
8、步1-4 蒸发与下渗一、蒸发1 概念：水由液态或固态转化为气态的物理变化过程。U,分类：水面蒸发主要损失流域蒸发 土壤蒸发植物散发二、下 渗1 概念：水分从土壤表面向土壤内部渗入的物理过程，以垂向运动为主要特征。2 下渗的物理过程渗润阶段T渗漏阶段T渗透阶段3下渗的变化规律一下渗能力（容量）曲线1-5 径流一、河川径流的补给源雨水、冰雪融水、地下水和人工补给等。二、降雨径流的形成过程 降雨径流：指雨水降落到流域表面上，经过流域的蓄渗等过程分别从地表面和地下汇集到河网，最终流出流域出口 的水流。（一）产流过程（扣损过程）净雨过程： 降雨过程减去损失过程，即得净雨过程。 损失：植物截留、 填洼 、
9、雨期蒸发、补充土壤缺水量的下渗等。产流方式：蓄满产流、超渗产流地面径流径流 壤中流 次径流(产流量) 浅层地下径流 深层地下径流(基流)(二) 汇流过程 坡面汇流河网汇流动画演示：河川径流的形成讨稈 、径流的表示方法及单位(1) 流量Q：单位时间内通过某一断面的水量，单位为m3/s。(2) 径流量W： 定时段内通过河流某一断面的水量，单位有m3、万m3、亿m3。 W=QTY = (3) 径流深Y：将一定时段的径流总量平均铺在流域面积上所得到的水层深度，单位为mm。(4) 径流模数M：单位流域面积上所产生的流量，常用单位为L/ (s km2)或m3/(s.km2) 心(5) 径流系数a：流域某时
10、段内径流深与形成这一径流深的流域平均降水量的比值, 实例分析：【例 1-1】四、次雨洪径流过程及其特征洪水流量过程线三要素：洪峰流量Q，洪水总量W,洪水总历时T，T=t +t。1-6 流域水量平衡m涨 退一、水量平衡原理一般的水量平衡方程I-O=W2-WW式中I时段内输入区域的各种水量之和；0时段内输出区域的各种水量之和；W时段初区域内的蓄水量；W2时段末区域内的蓄水量； W时段内区域蓄水量的变化量。二、流域水量平衡 闭合流域的水量平衡方程H-(E+Y) = W多年平均情况下，闭合流域的水量平衡方程补充例题H0=E0+Y0本章小结、复习Ch2 水文资料的收集2-1 水文测站一、水文测站的任务及
11、分类 根据测站的性质和作用，水文测站可分为：基本站、实验站、专用站二、水文测站的设立(一) 选择测验河段 基本条件：(二) 布设测验断面水文站各种断面布设图(三) 布设基线长度视河宽而定，应不小于河宽的0.6倍。三、水文站的日常工作内容2-2 降水与蒸发的观测一、降水观测（一）人工雨量筒观测通常采用二段制，观测时间为8h和20h。视雨情变化增加测次，如四段制、八段制。（二）自记雨量计简介动画演示：虹吸式雨量计、翻斗式雨量计（三）降水资料整理 编制汛期降水量摘录表；统计不同时段最大降水量；计算日、月、年降水量等。二、蒸发观测（一）水面蒸发观测目前常采用E-601型蒸发器和口径为80cm带套盆的蒸
12、发器。（二）土壤蒸发观测 常通过流域水量平衡法和经验公式法进行估算。（三）蒸发资料整理E =kE2-3 水位观测与资料整编一、水位观测的目的水位：天然水体某时刻的自由水面相对于某一固定基面的高程，其单位以m表示。二、水位观测（一）人工水尺观测水位 = 水尺读数 + 水尺零点高程动画演示:直立式水尺（二）自记水位计观测动画演示：自记水位计三、水位资料的整理日平均水位的计算 1算术平均法：适用一日内水位变化缓慢，或水位变化虽较大但观测是等时距的。2面积包围法：适用于水位变化大，一日内观测为不等距。2-4 流量测验与资料整编一、概述 测量流量的方法：流速面积法、水力学法、化学法、物理法、直接法等。二
13、、流量测验（一）过水断面测量1 、测量起点距（1）断面索观法（2）测角交会法（3）GPS 定位确定2、测量水深 测深杆、测深锤或测深铅鱼、回声测深仪等。（二）流速测量v = K+CT1、流速仪及其测速原理2、测速垂线和测点布设 垂线布设：在测流断面上布设足够的测速垂线（可在测深垂线中选取）测点布设：在各条测速垂线上选取合适的测点，测点位置和数目随水深而异。3、测点流速的测定（三）流量计算1 、垂线平均流速计算2、部分平均流速计算3、部分面积计算4、部分流量计算5、断面流量计算（四）浮标法测流 浮标测流法是一种简便的测流方法。在洪水较大或水面漂浮物较多，特别是在使用流速仪测流有困难的情况 下采用
14、。Q=KfQ 虚三、流量资料整编（一）水位流量关系1稳定的水位流量关系曲线水位与流量之间呈现单一关系 通常在绘制水位流量关系曲线的同一张图纸上，一并绘出水位-过水断面积及水位平均流 速关系曲线，作为分析水位流量关系曲线的辅助。2不稳定的水位流量关系曲线 受河床冲淤、变动回水、洪水涨落等因素的影响，水位流量关系点据分布散乱。在这种情况 下，一般多采用“连时序法”确定水位流量关系曲线。 河床受冲曲线右移 河床受淤一一曲线左移 洪水涨落曲线呈逆时针绳套状 3水位流量关系曲线的延长（1）高水延长 根据水位面积、水位流速关系延长 根据水力学公式延长（2）低水延长 一般采用趋势法延长（二）水位流量关系的应用及流量资料的整编 根据确定的水位流量关系曲线推求逐时流量、逐日平均流量以及月、年平均流量。2-5 泥沙测验与资料整编 全沙：河流向下游输送的不同颗粒大小泥沙的总称。 悬移质（悬沙）：悬浮于水中随水流一起运动的泥沙。 推移质（底沙）：在河床床面上以滑动、滚动或跳跃的方式运动的泥沙。一、泥沙的计量单位（1）含沙量P单位体积浑水中所含泥沙的质量，以kg/m3计。（2）输沙率 Qs
