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1、水文学定义:研究地球上水体存在、循环、分布和它在地面、地下运行变化规 律的科学。广义水文学：水文气象学（研究大气中水汽的运动规律）水文地质学（研究 地下水的运动规律）、地表水文学（陆地水文学与海洋水文学）。陆地水文学分类：按照研究对象分：河流水文学、湖泊水文学、冰川水文学、沼泽水文学。按照研究目的和方法分：水文测验学、普通水文学、水文地理学、工程水文 学。河流：是一种天然水体，它由一定区域内的地面水和地下水所补给，并经常 或间歇地沿着由其自身所造成的连续延伸凹地流动。流域：把地面水和地下水补给河流的区域，即河流的地面集水区和地下集水 区，合称为流域。河系：流域里大大小小的水流路线，构成脉络相通
2、的系统，称为河系，又称 水系或河网。一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，水情变化等特点，分为: 河源、上游、中游、下游、河口。河源：是指河流的发源地，可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊等。河口 ：是河流流入海洋、湖泊或干流的地方。河流的基本特征：一般用河流断面、河流长度、河流比降、河道弯曲系数来 表示。垂直于水流方向的断面称为河流横断面。横断面内，自由水面高出某一水准 基面的高程，称为水位。河流的纵断面是指河流最大水深点的连线的断面。河流纵断面的坡度一般从 上游往下游逐渐变缓。河流比降：任意河段两端的高程差与其长度之比称为该河段的纵比降，即i 二 H 2 - H1ll式中i为河道纵比
3、降，通常以千分率表示。河流长度：从河源到河口的轴线长度。河流弯曲系数：河段实际长度L与该河段直线长度1之比，即：K 二 Ll流域的特征：流域是河流的集水域。有时我们称河流某一过水断面的流域，是指该断面以 上的集水区域，即此集水区域的地面水和地下水，汇集到河流以后，通过该断面 流出本区域。流域的周界称为分水线。分水线就是流域四周最高点的连线，在山区是流域 四周的山脉脊线；平原地区是四周地面最高点的连线。河流集水区域的面积大小，称为流域面积（A）或汇水面积（A）。流域面积和流域形状是如何影响径流的？答：在相同地理条件下，流域面积A越大，径流量Q越大，流域对径流变化 的调节作用也越大，因而洪水涨落平
4、缓；流域面积A越小，Q越小，但洪水涨落 较为急剧。流域形状影响径流汇集时间的长短和径流形成过程。若流域形状狭长 为羽毛形，则出口断面流量就小，径流过程的变化较小而历时较长。相反，扇形 出口断面流量大，径流过程的历时较短。流域的地形一般以流域平均高程和流域平均坡度来表示。前者影响降雨和蒸 发，后者是确定径流汇流时间的重要因素。河床稳定性山区河流：汇流时间短。暴涨暴落。水位流量变幅大。持续时间短。河床稳 定。容易受地震、山崩、滑坡、泥石流影响。平原河流：汇流时间长。涨落平缓。水位流量变幅小。持续时间长。河床稳 定性差。河床演变剧烈。平原河道的平面形态，根据河床的稳定性情况可分为四种类型：顺直型 弯
5、 曲性分汉型散乱型。降落在流域表面的雨水，除去损耗外，剩余的部分从地面和地下汇入河槽中 而形成河川径流。其中来自地面的部分称为地面径流，来自地下的部分称为地下 径流。坡面漫流过程：流域蓄渗过程完成后，剩余雨水沿着坡面流动，称为坡面漫流。 河槽集流过程：坡面漫流的雨水汇入河槽后，顺着河道由小沟到支流，由支 流到干流，最后到达流域出口断面的过程。降雨量以降水深度表示，单位时间内的降雨量为降雨强度。降雨的多少决定 径流量的大小，降雨的变化过程直接决定径流过程的趋势。植物截留+入渗+填洼二损失 这三个过程称为流域蓄渗过程。降雨径流-损失=净雨汇流过程：坡地汇流：坡面漫流，流程历时较短，大雨时是构成河流
6、流量的主要来源。表层流径流：由土壤孔隙流入河网，流程历时较坡面漫流长，对历时较长的 暴雨，也是构成河流流量的主要来源；坡地地下汇流：地下水补给河流，构成河流的基流；河网汇流：从支流到干流，从上游到下游，流域出口断面。影响径流的主要因素：气候因素（降雨、蒸发）、下垫面因素（流域的地形、 土壤、地质、植被、湖泊等）、人类活动（农业措施、林木业措施、水利措施）。水量补给的基本来源：雨源类（年流量过程线：双峰或多峰肥胖型）雨雪源 类（年流量过程线：双峰型（夏汛、秋汛）、雪源类（年流量过程线：单峰型）。断面测量：常见的探深工具有：探深杆、回声测深仪。水位是指某一时刻该站测流断面（水文站固定观测的河床横断
7、面）的水面高 程。水位观测：直立式水尺、倾斜式水尺。流速测定：常用的流速测量方法有流速仪和浮标法两种。水文资料的来源主要有：1、水文站观测资料；2、文献考证资料；3、洪水调 查资料。根据断面实测水位和对应的流量资料点绘成的图形，称为水位流量关系曲线。均值：反映总水平的高低。标准差（均方差）：反映离散度。离势系数（离差系数，变差系数）：反映相对离散度。偏态系数（偏差系数）：反映系列在均值两边的对称程度。随机变量所取数值的全体称为总体，从总体中任意抽取的一部分称为样本， 样本中所包括的项数称为样本容量。所谓重现期是指在许多试验中，某一事件重复出现的时间间隔的平均数。在 工程水文中，重现期用字母T表
8、示，一般以年为单位。选样就是在现有的洪水记录中选取若干个洪峰流量或某一历时的洪水流量组 成样本，作为计算的依据。两种方法：年最大值法、年超大值法。年最大值法：从每年实测流量中选取一个最大值组成样本系列，n实测资料 年组成n个年最大流量值。此法所得频率的重现期为多少年一遇。设计流量：公路、桥梁和涵洞等各项工程设计时，根据国家技术标准规定的 某一设计洪水频率，推算该频率相应洪水的洪峰流量，称为设计洪水流量（m 3/s），简称设计流量。设计水位：桥位计算断面上通过设计流量相应的水位，称为设计洪水位，简 称设计水位（m）。设计流速：设计流量通过桥位断面的河槽平均流速，习惯上称为设计流速。 实测期：把水
9、文站观测资料的年限称为实测期（包括由参证站实测资料相关 分析插补延长的资料）。调查期：调查洪水的最远年份到实测完毕的年限。（包括实测期）考证期：文献考证到的最远年份到实测完毕的年限。（包括调查期）连续系列：由实测和插补延长资料组成的系列中，如果没有特大洪水值需要 提出单独处理，各项洪水值直接按其大小顺序统一排位，序号不间断，这一样本 称为连续系列。不连序系列：当有特大洪水值，需在更长的时期内进行排位，序号不连续， 这种样本的系列称为不连续系列。1. 利用流量观测资料推算设计流量时，需要做哪些工作？答：主要工作如下：1）取样一年最大法；2）资料审查一可靠性、一致性、代表性审查；3）资料的插补和延
10、长；4）特大值的调查与处理；5）点绘经验频率曲线；6）选用合适的理论频率曲线一通常是P三型曲线；7）进行参数估计：分有无特大值两种情况；8）根据估计的参数初值，做理论频率曲线；9）适线；10）根据适线后的参数，推算设计洪峰流量；11）对成果进行合理性分析。2. 为什么要进行特大值处理？答：1）通常情况下样本容量小，而要推算的设计流量的频率则是小概率事件, 抽样误差大；2）增加特大值后，可加强样本的代表性；3）加入特大值后，必须在参数估计时有所考虑；4）经过上述步骤后，推算结果的可靠性会增加。3. 在缺乏流量观测资料时，为什么经常用到经验公式或推理公式？答：1）缺测流量资料是中小流域的设计洪水推
11、算中常遇问题；2）经验公式或推理公式利用了水文现象的地区性规律；3）两公式虽不是理论公式，但也以理论为基础。4. 为什么要用暴雨资料推算设计洪水？主要步骤有哪些？答：1）与流量观测资料比，暴雨资料更容易获得；2）首先要推算设计暴雨一与设计洪水的频率相同；3）设计暴雨的推算过程一与流量资料充足时推算设计洪水的过程相同；4）已知设计暴雨，经产、汇流计算，得设计洪水过程。大中桥的孔径计算，主要是根据桥位断面的设计流量和设计水位，推算需要 的桥孔的最小长度和桥面中心最低高程，为确定桥孔设计方案，提供设计依据。弗汝德数Fr:它表示过水断面上单位重量液体具有的平均动能与平均势能的 比值，它也表示水流惯性力
12、与重力的比值。Fr1表示水流的平均动能较大，惯性力占主导。以下参考书本86页（重点）：建桥后，桥孔对水流压缩，从上游较远的断面起，水面开始壅高。无导流堤时直至桥位上游一个桥孔长度L处的断面；有导流堤时为上游堤 端附近，达到最大壅水高度。（壅水段：流速减小，挟沙能力降低，泥沙沉积。） 水流接近桥孔时，急剧收缩呈“漏斗”状。无导流堤时直到桥位下游附近的断面 （有导流堤时到桥位中线断面），水面最窄，流速最大，形成桥位河段的“颈 口”，称为收缩断面。最大壅水段下游：流速增大，挟沙能力加强，河床发生冲 刷，收缩断面处河床冲刷最为严重。收缩断面下游，水流逐渐扩散，到断面恢复天然状态。收缩段的主流和河 岸之
13、间由于水流分离现象，桥台上下游两侧将形成回水区。收缩断面一扩散段： 流速逐渐减小，冲刷逐渐减弱，由于挟沙能力减弱，在扩散段后期泥沙发生沉积。 急流河段:桥下和桥前水深均为自然水深，但桥墩迎水面出现一定高度的冲击波。桥孔布置原则桥孔设计应在保证桥梁安全运营的情况下，顺畅宣泄包括设计洪水在内的各 级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不利变形，保证墩台具有足够的稳定性，并 做到经济；桥孔设计应满足通航、流冰、流水、流木及其它漂浮物顺畅通过桥下的要求； 建桥后引起的流势变化、河床变形和桥前壅水高度，应在两岸农田、村镇和堤防 安全的容许范围内；桥孔设计应考虑桥址上下游已建或拟建的水利工程、航道、码头和管线等
14、引 起的河床演变对桥孔的影响；除非确有技术、经济依据并能改善桥梁的工作状况时，一般天然河道不应轻 易开挖或改移；桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应。在滩槽稳定的河段上，若桥孔 需延伸到河滩上的，其左右河滩桥孔之比应近似等于左右河滩流量之比；在滩槽 不稳定的河段或桥址位于河弯段时，桥孔布设应考虑河床变形和流量不均匀的影 响；在通航和筏运的河段上，应充分考虑河床演变所引起的航道变化，将通航孔 布设在稳定的航道上，必要时可预留通航孔；在主流深泓线上不宜设桥墩，在断层、陷穴、溶洞等不良地质地段也不宜布 设桥墩。桥孔长度定义：沿着设计水位的水面线，两桥台前缘之间（埋入式桥台则为 两桥台护坡坡面之间）
15、的水面宽度，称为桥孔长度L。扣除全部桥墩宽度（仍沿 原水面线）后，则称为桥孔净长Lj。桥孔长度的确定，首先应满足排洪和输沙的要求，即保证设计洪水及其所挟 带的泥沙能从桥下顺利通过，并从安全和经济两方面着眼，同时应综合考虑桥孔 长度、桥前壅水和桥下冲刷的相互影响。Ad冲刷前桥墩所占的桥下过水面积Ax冲刷前桥墩侧面涡流所占的桥下过水面积Ay冲刷前桥下有效过水面积，不包括桥墩和涡流部分Aj冲刷前桥下净过水面积Aj= Ay+ AxAq冲刷前桥下毛过水面积，含有效过水面积+桥墩和涡流面积Aq= Aj+ Ad= Ay+ Ax+ AdM 墩台侧面涡流阻水引起的桥下过水面积的折减p = Ay/Aj。M = l-0.375Vs/lj入一桥墩阻水引起的桥下过水面积的折减入=Ad/Aq （宽浅河流=b/1）桥面高程是指桥面中心线上最低点的高程，必须满足桥下通过设计洪水、流 冰、流木和通航的要求，并且应该考虑壅水、波浪、水拱、河湾凹岸水面超高以 及河床淤积等各种因素引起的桥下水位升高。引起桥下水位升高的因素1. 壅水（1）桥前最大壅水高度AZ； （2）桥下壅水高度 Z；（3）壅水曲线；2波浪（1
