工程水文学ppt课件

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1、说说说说 明明明明图图图图 例例例例邱大洪邱大洪 / 主编主编薛鸿超薛鸿超 / 主审主审主讲主讲 刘曙光教授刘曙光教授邱大洪，海岸和近海工程专家，邱大洪，海岸和近海工程专家，1991年当选年当选中国科学院院士（学部委员）。中国科学院院士（学部委员）。1951年毕业于清年毕业于清华大学土木工程系。现任大连理工大学海岸和近华大学土木工程系。现任大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室学术委员会主任，教授，海工程国家重点实验室学术委员会主任，教授，港口、海岸及近海工程博士生导师。港口、海岸及近海工程博士生导师。1988年被评为国家级有突出贡献的科技专家。先后任国务年被评为国家级有突出贡献的科技专家。

2、先后任国务院学位委员会科学评议组成员、国家自然科学基金会学科评议院学位委员会科学评议组成员、国家自然科学基金会学科评议组成员，国家教育部科技委结构与材料工程学部组长。组成员，国家教育部科技委结构与材料工程学部组长。1992年年当选九三学社中央委员；任第八届全国政协委员、第九届全国当选九三学社中央委员；任第八届全国政协委员、第九届全国政协常委。先后任国际近海力学及极地工程会议流体力学委员政协常委。先后任国际近海力学及极地工程会议流体力学委员会委员，中国海洋工程学会会委员，中国海洋工程学会 中国海洋湖沼学会及中国港口工程中国海洋湖沼学会及中国港口工程学会理事学会理事,辽宁省海洋学会副理事长辽宁省海

3、洋学会副理事长,水利学报水利学报、海洋工海洋工程程、港口工程港口工程、海洋通报海洋通报等杂志编委。等杂志编委。邱大洪教授是我国海岸和近海工邱大洪教授是我国海岸和近海工程学科的开拓者之一。程学科的开拓者之一。50年代末主持年代末主持了当时亚洲最大的渔业基地了当时亚洲最大的渔业基地-大连渔大连渔港的设计工作，港的设计工作，1987年，任总工程年，任总工程师，主持使这座港口具有接纳万吨级师，主持使这座港口具有接纳万吨级远洋捕捞船能力的扩建设计工作获得远洋捕捞船能力的扩建设计工作获得成功。成功。70年代初作为主要技术负责人，主持了中国第一座现代年代初作为主要技术负责人，主持了中国第一座现代化的原油输出

4、港化的原油输出港-大连新港码头造型、总体和结构设计，并大连新港码头造型、总体和结构设计，并任施工现场的设计代表，提出的任施工现场的设计代表，提出的19个巨型桥墩采用预制沉箱个巨型桥墩采用预制沉箱浮运方案属中国建港史上的首创，该项设计研究获我国科学浮运方案属中国建港史上的首创，该项设计研究获我国科学大会奖和大会奖和70年代优秀设计奖。年代优秀设计奖。86年为开发中国海南北部湾的年为开发中国海南北部湾的石油资源，牵头和主持的由五所高校联合承担的六五科技攻石油资源，牵头和主持的由五所高校联合承担的六五科技攻关项目关项目“钢筋混凝土多用平台可行性研究钢筋混凝土多用平台可行性研究”,获获86年国家教委年

5、国家教委科技进步一等奖。科技进步一等奖。 2000年年10月月12日邱大洪教授为中国专家网日邱大洪教授为中国专家网 建成题词建成题词邱大洪院士受聘我校顾问教授邱大洪院士受聘我校顾问教授2003年年4月月7日，邱大洪教授被聘为我校顾问教授。在日，邱大洪教授被聘为我校顾问教授。在仪式上，校党委副书记虞丽娟教授代表吴启迪校长向邱大仪式上，校党委副书记虞丽娟教授代表吴启迪校长向邱大洪教授颁发证书并致贺词，衷心感谢邱大洪院士对我校港洪教授颁发证书并致贺词，衷心感谢邱大洪院士对我校港口海岸工程学科建设的大力支持。邱大洪院士在授证仪式口海岸工程学科建设的大力支持。邱大洪院士在授证仪式上回顾了多年来与同济大学

6、建立的深厚友谊，对能够成为上回顾了多年来与同济大学建立的深厚友谊，对能够成为同济的一员感到十分高兴，他表示，作为同济的教授，今同济的一员感到十分高兴，他表示，作为同济的教授，今后一定会为同济的发展尽自己的一份力量。授证仪式结束后一定会为同济的发展尽自己的一份力量。授证仪式结束后，邱大洪院士为同济师生作了题为后，邱大洪院士为同济师生作了题为二十一世纪海岸和二十一世纪海岸和近海工程学科中的科学技术问题近海工程学科中的科学技术问题的学术报告。的学术报告。左：邱大洪左：邱大洪 院士院士 右：虞丽娟右：虞丽娟 教授教授自左向右：刘曙光自左向右：刘曙光 教授教授 朱合华教授朱合华教授 楼梦麟教授楼梦麟教授

7、 邱大洪邱大洪 院士院士 虞丽娟教授虞丽娟教授 唐益群教授唐益群教授 黄茂松教授黄茂松教授 申申申申 请请请请 同同同同 济济济济 大大大大 学学学学 学学学学 士士士士 学学学学 位位位位 毕毕毕毕 业业业业 设设设设 计计计计工程水文学工程水文学课件设计课件设计诸葛正技诸葛正技诸葛正技诸葛正技 专业：专业：专业：专业：港口航道与海岸工程港口航道与海岸工程港口航道与海岸工程港口航道与海岸工程 指导老师：指导老师：指导老师：指导老师：刘曙光刘曙光刘曙光刘曙光 教授教授教授教授土木工程学院土木工程学院土木工程学院土木工程学院地下建筑与工程系地下建筑与工程系地下建筑与工程系地下建筑与工程系2003

8、2003年年年年6 6月月月月图图图图 例例例例说说说说 明明明明文字文字超链接至所设版面超链接至所设版面回目录回目录下一页下一页连接到图片资料连接到图片资料连接到影音多媒体资料连接到影音多媒体资料下一张图片或影音多媒体资料下一张图片或影音多媒体资料从图片或影音多媒体资料返回从图片或影音多媒体资料返回目目目目 录录录录第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论第二章第二章第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识河川水文基础知识河川水文基础知识第三章第三章第三章第三章 河川水文测验河川水文测验河川水文测验河川水文测验第四章第四章第四章第四章 水文统计水文统计水文统计水文统计 基础知识基础知

9、识基础知识基础知识第五章第五章第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求第六章第六章第六章第六章 海浪海浪海浪海浪第七章第七章第七章第七章 潮汐潮汐潮汐潮汐第八章第八章第八章第八章 近岸海流近岸海流近岸海流近岸海流 第一章第一章 绪论绪论第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论1 1 1 1）水文循环）水文循环）水文循环）水文循环2 2 2 2）河川和海洋资源）河川和海洋资源）河川和海洋资源）河川和海洋资源3 3 3 3）水文学）水文学）水文学）水文学4 4 4 4）水文学的研究方法）水文学的研究方法）水文学的研究方

10、法）水文学的研究方法 第一章第一章 绪论绪论 (1) 水文循环水文循环1/6l水以不同的形式存在于自然界中。水以不同的形式存在于自然界中。图中单位为图中单位为可供直接饮用的河流和淡水湖泊可供直接饮用的河流和淡水湖泊10.17万万 第一章第一章 绪论绪论 (1) 水文循环水文循环2/6地下地下海洋海洋冰川冰川沼泽沼泽湖泊湖泊山河山河大气大气自然界自然界中的水中的水l定义：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心引力的作用下，以定义：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心引力的作用下，以蒸发、降水、入渗和径流方式进行的往复交替的运动过程，称为水文循环或蒸发、降水、入渗和径流方式进行的往复

11、交替的运动过程，称为水文循环或水循环。（原因、环节）水循环。（原因、环节）l分类：大循环海陆之间的水文循环分类：大循环海陆之间的水文循环 小循环海洋或陆地局部的水文循环小循环海洋或陆地局部的水文循环l地球上的水文循环是由一系列大小循环组合而成的一个复杂的动态系统地球上的水文循环是由一系列大小循环组合而成的一个复杂的动态系统l水文循环是最活跃的物质循环之一，与人类生存、生产有着密切关系。水文水文循环是最活跃的物质循环之一，与人类生存、生产有着密切关系。水文循环的运动规律建立在水量平衡的基础上，是质量守恒在水文循环中的特殊循环的运动规律建立在水量平衡的基础上，是质量守恒在水文循环中的特殊表达方式。

12、表达方式。 第一章第一章 绪论绪论 (1) 水文循环水文循环3/6水文循环水文循环l定义：地球上任一区域在一定时段内，输入的水量与输出的水量之差定义：地球上任一区域在一定时段内，输入的水量与输出的水量之差等于该区域内蓄水量的变化，称为水量平衡。等于该区域内蓄水量的变化，称为水量平衡。l从长时期来看，地球上的水循环是处于相对平衡状态的。因此可以假从长时期来看，地球上的水循环是处于相对平衡状态的。因此可以假设，自然界水的总量是一个常值。设，自然界水的总量是一个常值。 流域流域n年的水量平衡方程：年的水量平衡方程：式中：式中：X X 年降水量年降水量 Y Y 年径流量年径流量 Z Z 年蒸发量年蒸发

13、量 UnUn 第第n n年末流域蓄水量年末流域蓄水量 第一章第一章 绪论绪论 (1) 水文循环水文循环4/6水量平衡水量平衡如令：如令： 流域多年平均降水量流域多年平均降水量 流域多年平均径流量流域多年平均径流量 流域多年平均蒸发量流域多年平均蒸发量 则多年的水量平衡方程为：则多年的水量平衡方程为： 第一章第一章 绪论绪论 (1) 水文循环水文循环5/6在多年平均的情况下，流域蓄水量的变化项在多年平均的情况下，流域蓄水量的变化项(Un-U0)/n甚小，可以忽略不计，则闭合流域甚小，可以忽略不计，则闭合流域的最后的多年平均水量方程为：的最后的多年平均水量方程为： 对于一个闭合流域，多年（长期）的

14、平均降水量同多年对于一个闭合流域，多年（长期）的平均降水量同多年的平均径流量和蒸发量的关系处于一个平衡状态，这种的平均径流量和蒸发量的关系处于一个平衡状态，这种水量实质上是质量守恒原理的一种表现形式，水量平衡水量实质上是质量守恒原理的一种表现形式，水量平衡方程可广泛应用于任何隔离水体，在水文分析计算中是方程可广泛应用于任何隔离水体，在水文分析计算中是个有力工具。个有力工具。 第一章第一章 绪论绪论 (1) 水文循环水文循环6/6 第一章第一章 绪论绪论 (2)河川和海洋资源河川和海洋资源1/1我国的河川和海洋都蕴藏着丰富的资源，有待于我们去综合我国的河川和海洋都蕴藏着丰富的资源，有待于我们去综

15、合开发和利用。所有的这些水资源的开发利用，都需要我们进行相开发和利用。所有的这些水资源的开发利用，都需要我们进行相应的工程建设，工程水文学是我们利用地球丰富资源的基础。应的工程建设，工程水文学是我们利用地球丰富资源的基础。水资源水资源水能资源水能资源淡水养殖淡水养殖航运航运河川资源海洋运输海洋运输港口航道港口航道渔业渔业石油石油天然气天然气海洋资源水文学水文学水文学水文学(Hydrology)(Hydrology)是一门研究水在自然界中运行、是一门研究水在自然界中运行、是一门研究水在自然界中运行、是一门研究水在自然界中运行、变化和分布规律的科学。变化和分布规律的科学。变化和分布规律的科学。变化

16、和分布规律的科学。 第一章第一章 绪论绪论 (3) 水文学水文学1/2水文学水文学水文气象学水文气象学水文地质学水文地质学地表水文学地表水文学海洋水文学海洋水文学陆地水文学陆地水文学河川水文学河川水文学冰川水文学冰川水文学湖泊水文学湖泊水文学沼泽水文学沼泽水文学 应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学，包括，包括有关控制或利用河川和海洋资源所建造的工程，其规有关控制或利用河川和海洋资源所建造的工程，其规划、设计、施工与运行管理所需要的水文学的知识。划、设计、施工与运行管理所需要的水文学的知识。整理整理分析分析掌握掌握收集收集观测观测主要主要任务任务内容包括：内

17、容包括：水文现象变化规律水文现象变化规律水文资料的测验和收集方法水文资料的测验和收集方法水文资料的整理、分析、水文资料的整理、分析、统计和计算方法统计和计算方法 应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学 第一章第一章 绪论绪论 (3) 水文学水文学2/2成因法确定性规律确定性规律偶然性规律偶然性规律区域性规律区域性规律随机现象概率论和数理统计区域性方法 第一章第一章 绪论绪论 (4) 水文学的研究方法水文学的研究方法1/1冰川：冰川：湖泊：湖泊：大气：大气：沼泽沼泽：沼泽：沼泽：地下：地下：

18、贵州安顺贵州安顺地下暗河地下暗河地下：地下：趵突泉趵突泉山河：山河：长江长江山河：山河：黄河入海口黄河入海口4/4我们可以：我们可以：但是：但是：海平面上升海平面上升 酸雨酸雨 臭氧层空洞臭氧层空洞 水污染水污染科学技术以前所未有的速度和科学技术以前所未有的速度和规模迅猛发展，增强了人类改造自规模迅猛发展，增强了人类改造自然的能力，给人类社会带来空前的然的能力，给人类社会带来空前的繁荣，也为今后的进一步发展准备繁荣，也为今后的进一步发展准备了必要的物质技术条件。对此，人了必要的物质技术条件。对此，人们产生了盲目乐观情绪，好象自己们产生了盲目乐观情绪，好象自己已经成为大自然的主人，可以长期已经成

19、为大自然的主人，可以长期掠夺资源而不会受到大自然的惩罚。掠夺资源而不会受到大自然的惩罚。然而，这种掠夺式生产已经造成了然而，这种掠夺式生产已经造成了生态和生活的破坏，大自然向人类生态和生活的破坏，大自然向人类亮起了红灯。亮起了红灯。人类的明天将是什么样子呢？悲观主义者描述了人类的明天将是什么样子呢？悲观主义者描述了世界末日的景象，向全世界敲响了警钟。人们承认面世界末日的景象，向全世界敲响了警钟。人们承认面临的严重危机，但是可以通过共同的努力战胜它，寻临的严重危机，但是可以通过共同的努力战胜它，寻求新的发展道路。求新的发展道路。海上平台海上平台海上平台海上平台海上平台海上平台航运航运 第二章第二

20、章 河川水文基础知识河川水文基础知识第二章第二章第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识河川水文基础知识河川水文基础知识第一节、第一节、第一节、第一节、河流和流域河流和流域河流和流域河流和流域第二节、径流形成过程及其主要影响因素第二节、径流形成过程及其主要影响因素第二节、径流形成过程及其主要影响因素第二节、径流形成过程及其主要影响因素第三节、河川水文情势第三节、河川水文情势第三节、河川水文情势第三节、河川水文情势 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域一、河流一、河流一、河流一、河流二、流域二、流域二、流域二、流域 第二章第二章 河川水文基础知识河川

21、水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流1/101 1、河流的形成和分段、河流的形成和分段河流河流汇集地面径流和地下径流的水道汇集地面径流和地下径流的水道l河水流经的谷地称为河水流经的谷地称为河谷河谷。l河谷底部有水流的部分为河谷底部有水流的部分为河床河床。l脉络相通的大小河流所构成的系统为脉络相通的大小河流所构成的系统为水系（或河系）水系（或河系）。河源河源上游上游中游中游下游下游河口河口一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，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，分为水情变化等特点，分为： 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)

22、 河流与流域河流与流域 a）河流河流2/102 2）河流的基本特征）河流的基本特征河流河流比降比降河流河流长度长度河流河流断面断面河流的河流的基本特征基本特征 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流3/10l河流断面河流断面河流横断面：垂直于水流方向的断面。河流横断面：垂直于水流方向的断面。水位：自由水面用某一水准基面的高程（水位：自由水面用某一水准基面的高程（m m）标定。标定。 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流4/10河流纵断面：沿河流中泓线的断面。河流纵断面：沿河流中泓线的断面。

23、中泓线中泓线：河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线。：河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线。 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流5/10l河流长度河流长度从河源到河口的距离。从河源到河口的距离。l河流比降河流比降单位长度河段的落差。单位长度河段的落差。 河底或水面比降河底或水面比降。 河段上游端和下游端水面或河底的高程。河段上游端和下游端水面或河底的高程。 河段长度河段长度。 水面或河底落差。水面或河底落差。 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流6/103 3）山区与平原河流的一般

24、特性）山区与平原河流的一般特性l 山区河流山区河流 流经地势高峻、地形复杂的山区。流经地势高峻、地形复杂的山区。受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形成发育受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形成发育不完全的不完全的“V V”字和字和“U U”字形。字形。 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流7/10l 平原河流平原河流 流经地势平坦的平原地区。流经地势平坦的平原地区。河谷多为发育完全的河漫滩形态。河谷多为发育完全的河漫滩形态。 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流8/10在平原

25、河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，往往形成各种淤积体。往往形成各种淤积体。 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流9/10平原河流的横断面形状根据所在位置的不同有抛物平原河流的横断面形状根据所在位置的不同有抛物线、不对称三角形和线、不对称三角形和W W形等数种。形等数种。 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 a）河流河流10/10 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 b）流域流域1/41 1）流域分水线与流域面积

26、）流域分水线与流域面积l降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分隔而汇集到降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，汇集水流的同一区域为不同的河流中，汇集水流的同一区域为某河流的流域某河流的流域。概括说就是河流的概括说就是河流的集水区域集水区域。l分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线，称线，称分水线（或分水岭）分水线（或分水岭）l地面分水线和地下分水线相重合的流域为地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域闭合流域；地地面与地下分水线不重合的流域叫做面与地下分水线不重合的流域叫做非闭合流域非闭合流域。l流域的分水

27、线和出口断面所包围的面积，称为流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域面积，流域面积，或称为或称为集水面积（集水面积（kmkm2 2） 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 b）流域流域2/42 2）流域特征）流域特征几何特征几何特征自然地理特征自然地理特征 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1) 河流与流域河流与流域 b）流域流域3/4l几何特征几何特征 主要指流域面积和流域形状主要指流域面积和流域形状l自然地理特征自然地理特征 主要是流域的地理位置和地形主要是流域的地理位置和地形 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (

28、1) 河流与流域河流与流域 b）流域流域4/4a a）径流形成过程径流形成过程产流过程产流过程降水过程降水过程流域蓄渗过程流域蓄渗过程汇流过程汇流过程坡面漫流过程坡面漫流过程河槽集流过程河槽集流过程 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (2) 径流形成过程及其主要影响因素径流形成过程及其主要影响因素1/2b b）影响径流的主要因素影响径流的主要因素气象气候因素气象气候因素降水降水蒸发蒸发下垫面因素下垫面因素地形地形土壤和地质土壤和地质植被和湖沼植被和湖沼流域形状流域形状和面积和面积人类活动人类活动农业措施农业措施林牧业措施林牧业措施水利措施水利措施2/2 第二章第二章 河川水文基础

29、知识河川水文基础知识 (2) 径流形成过程及其主要影响因素径流形成过程及其主要影响因素 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (3) 河川水文情势河川水文情势1/3a a）河川水文情势河川水文情势 河川水文要素，如水位、流量、泥沙和冰情等多年的河川水文要素，如水位、流量、泥沙和冰情等多年的一般变化情况，称为河川水文情势（水文要素）。一般变化情况，称为河川水文情势（水文要素）。模糊性周期性地区性不重复性特点： b b）径流的度量单位径流的度量单位l 流量（流量（Q Q）：单位时间内流过断面的水体体积。单位时间内流过断面的水体体积。(m(m3 3/s)/s)l 径流总量（径流总量（W W

30、）：某时段某时段T T内流过断面的总径流体积。内流过断面的总径流体积。(m(m3 3) )l 径流深（径流深（y y）：径流总量平均分布在流域上的水深。径流总量平均分布在流域上的水深。(mm)(mm) 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (3) 河川水文情势河川水文情势2/3l 径流模数（径流模数（M M）：单位流域面积上所产生的流量。单位流域面积上所产生的流量。l 径流系数（径流系数（）：某时段降雨量某时段降雨量x x所形成径流深所形成径流深y y的比例数的比例数因为降雨总是会有损失，所以一般因为降雨总是会有损失，所以一般只能小于只能小于1 1。 第二章第二章 河川水文基础知识河

31、川水文基础知识 (3) 河川水文情势河川水文情势3/3 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验第三章第三章第三章第三章 河川水文测验河川水文测验河川水文测验河川水文测验1 1 1 1）水文测）水文测）水文测）水文测站站站站2 2 2 2）水位观测）水位观测）水位观测）水位观测3 3 3 3）流量测验）流量测验）流量测验）流量测验4 4 4 4）水位流量关系曲线）水位流量关系曲线）水位流量关系曲线）水位流量关系曲线l水文站分类水文站分类按目的和性质分类按目的和性质分类基本站基本站实验站实验站专用站专用站 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (1) 水文测站水文测站1/2l测站的布设测站的布设

32、测验河段测验河段的选择的选择基本水文站基本水文站的布设的布设 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (1) 水文测站水文测站2/2l水位观测设备及其布置水位观测设备及其布置水面相对于某一基准面的高程称为水位。水面相对于某一基准面的高程称为水位。水尺水尺自记水位计自记水位计观测水位设备观测水位设备 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2) 水位观测水位观测1/72/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2) 水位观测水位观测1、水位观测的内容和要求、水位观测的内容和要求内容：基本水尺和比降水尺内容：基本水尺和比降水尺 观测时段要求观测时段要求 比降水尺的水位观测要求比降水尺的水位

33、观测要求 精度要求：精度要求：基本水尺读至基本水尺读至1cm1cm，比降水尺读到比降水尺读到0.5cm0.5cm2、港航测设中的临时水位观测、港航测设中的临时水位观测l水位观测资料的整理水位观测资料的整理绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日、月、年平均水位计算编制“逐日平均水位表”3/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2) 水位观测水位观测l日平均水位法日平均水位法1 1）算术平均法）算术平均法2 2）面积包围法）面积包围法4/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2) 水位观测水位观测l编制编制“逐日平均水位表逐日平均水位表”5/7 第三章第三章 河川水文测验河川水

34、文测验 (2) 水位观测水位观测6/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2) 水位观测水位观测l绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日平均水位过程线日平均水位过程线是以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的曲是以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的曲线，每年一条，是分析河流水情变化特点的重要资料。线，每年一条，是分析河流水情变化特点的重要资料。日平均水位历时区线日平均水位历时区线是一个累积曲线，表示大于或等于某一是一个累积曲线，表示大于或等于某一水位值水位值1 1年中出现的天数，航运工程设计时，很注重此特征年中出现的天数，航运工程设计时，很注重此特征

35、值。值。7/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2) 水位观测水位观测水文缆道探深取沙水文缆道探深取沙声波自记水位计的记录合远传设备声波自记水位计的记录合远传设备1/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3) 流量观察流量观察l断面测量断面测量测量水位测量水位沿断面宽度选若干个测点及测深垂线沿断面宽度选若干个测点及测深垂线测量各垂线的水深测量各垂线的水深将水位减去水深得到河底高程将水位减去水深得到河底高程绘制河槽断面图绘制河槽断面图计算过水断面面积计算过水断面面积 起点距起点距 起点距，起点距，m m 基线长度，基线长度，m m 基线与测深垂线的夹角基线与测深垂线的夹角 横断

36、面图的绘制横断面图的绘制 根据测深时的水位，测得的水深及起点距数据即可根据测深时的水位，测得的水深及起点距数据即可绘制过水断面图，若加上水面以上水准测量各点高程和绘制过水断面图，若加上水面以上水准测量各点高程和起点距，就可绘制成大断面图。起点距，就可绘制成大断面图。2/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3) 流量观察流量观察3/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3) 流量观察流量观察l流速测量及流量计算流速测量及流量计算 断面流速分布断面流速分布 水面以下水面以下0.20.2倍水深处倍水深处流速最大，垂线平均流速最大，垂线平均流速约在水面以下流速约在水面以下0.60.6

37、倍水深处倍水深处。4/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3) 流量观察流量观察测流原理测流原理实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算5/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3) 流量观察流量观察方法种类方法种类流速仪流速仪浮标法浮标法旋杯式旋杯式旋浆式旋浆式l流速仪实测流速的方法流速仪实测流速的方法6/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3) 流量观察流量观察l水位水位流量关系曲线的绘制流量关系曲线的绘制1 1、定义：用断面的实测流量和相应水位资料点绘的、定义：用断面的实测流量和相应水位资料点绘的曲线，称为：曲线，称为：

38、水位水位流量关系曲线流量关系曲线两两者者关关系系单一关系单一关系“稳定良好稳定良好”对应两个以上流量值对应两个以上流量值“不稳定不稳定”洪水涨落影响洪水涨落影响回水变动影响回水变动影响河床冲淤影响河床冲淤影响1/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4) 水位流量关系曲线水位流量关系曲线2、用途、用途3、分类、分类稳定的水位流量关系一般发生在：稳定的水位流量关系一般发生在：河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流l水位水位流量关系曲线的延长流量关系曲线的延长水位水位流量关系曲线流量关系曲线高水位高水位延长方法延长方法水位面积流速水位面积流速关

39、系延长法关系延长法水力学公式水力学公式延长法延长法史蒂文森法史蒂文森法2/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4) 水位流量关系曲线水位流量关系曲线1 1）水位）水位面积流速关系延长法面积流速关系延长法 当需要延长的水位变幅小于总水位变幅的当需要延长的水位变幅小于总水位变幅的2020时，可时，可按曲线相关分析的趋势外延。按曲线相关分析的趋势外延。先根据本年实测大断面，绘出H-A关系曲线延长高水位的H-V曲线根据任一高水位值，由上述两条的延长部分查出相应的A,V值，距Q=AV算出延长的流量，就可将H-Q关系曲线延长2 2）水力学公式延长法）水力学公式延长法与前区别是延长与前区别是延长H

40、-vH-v曲线时，流速曲线时，流速v v时根据水力学公式计算的。时根据水力学公式计算的。n n 糙率糙率I I 水面比降水面比降R R 水力半径水力半径A A 高水延长的断面积高水延长的断面积3 3）史蒂文森法（）史蒂文森法（Q-ARQ-AR1/21/2延长法）延长法）对于宽浅型天然河道 据实测大断面和流量资料，计算据实测大断面和流量资料，计算 的值，填表。的值，填表。绘制绘制 关系曲线。关系曲线。 因高水位时因高水位时 近似与直线，故可顺势延长。近似与直线，故可顺势延长。根据表内最后一列数据，将根据表内最后一列数据，将 曲线绘至曲线绘至a点点由由a点引一条水平线，交点引一条水平线，交 的延长

41、线于的延长线于b，由，由b作一垂线与所知作一垂线与所知水位引出的水平线相交于水位引出的水平线相交于c点，根据点，根据c延长延长H-Q曲线，曲线，c点即对应流量点即对应流量如果Flash不能正常播放，请点击下载Flash播放器水位水位流量关系曲线流量关系曲线低水位低水位延长方法延长方法分析法分析法纵横断面资料确定法纵横断面资料确定法3/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4) 水位流量关系曲线水位流量关系曲线4/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4) 水位流量关系曲线水位流量关系曲线l流量资料的整理流量资料的整理主要内容主要内容日、月、年平均流量计算日、月、年平均流量计算编

42、制编制“逐日平均流量表逐日平均流量表”“实测流量成果表实测流量成果表”“汛期洪水要素摘录汛期洪水要素摘录”第四章第四章第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识水文统计基础知识水文统计基础知识1 1 1 1）随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布2 2 2 2）统计参数的估计）统计参数的估计）统计参数的估计）统计参数的估计3 3 3 3）水文频率计算求矩适线法）水文频率计算求矩适线法）水文频率计算求矩适线法）水文频率计算求矩适线法4 4 4 4）相关分析）相关分析）相关分析）相关分析 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识l随机变量随机变量

43、 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1) 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布1/6 出现某一数值出现某一数值XiXi常具有相应的概率，表明这种变量常具有相应的概率，表明这种变量x x带有随机性，称为带有随机性，称为随机变量随机变量，或或随机变数随机变数。随机变量随机变量离散型离散型连续型连续型相邻两个随机变量之间，不存在中间值相邻两个随机变量之间，不存在中间值随机变量的一个有限区间内可以取得任何数值随机变量的一个有限区间内可以取得任何数值l随机变量的概率分布随机变量的概率分布 随机变量与其概率一一对应的关系，称为随机变量随机变量与其概率一一对应的关系，称为随机变量的概率分

44、布规律，简称概率分布。的概率分布规律，简称概率分布。是随机变量是随机变量x x的分布函数。的分布函数。 代表代表X X大于某一取值大于某一取值x x的概率，其几何曲线称为的概率，其几何曲线称为概率分布曲线；如果用实测资料点绘的，水文上称概率分布曲线；如果用实测资料点绘的，水文上称为累积频率曲线。为累积频率曲线。 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1) 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布2/6 通过密度函数可以求出概率分布函数通过密度函数可以求出概率分布函数 F(x)F(x) 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1) 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布3

45、/6l随机变量的分布参数随机变量的分布参数 能说明随机变量统计规律的某些特征数值，称为能说明随机变量统计规律的某些特征数值，称为统计参统计参数数，或，或特征参数特征参数，有时为有时为分布参数分布参数。位置特征参数位置特征参数均值（平均数）均值（平均数）众值（众数）众值（众数）中值（中位数）中值（中位数）离散程度特征参数离散程度特征参数均方差均方差变差系数变差系数Cv对称程度特征参数对称程度特征参数偏态系数偏态系数Cs 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1) 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布4/6 均值（平均数）均值（平均数） 均值表示系列的分布中心，代表随机变量系列的平

46、均均值表示系列的分布中心，代表随机变量系列的平均水平，水平， 值越大表示累积频率曲线或密度曲线的平均水值越大表示累积频率曲线或密度曲线的平均水平值高，平值高， 值小则平均水平值低。值小则平均水平值低。 众值（众数）众值（众数）概率密度曲线峰顶值在概率密度曲线峰顶值在x x坐标上相应的位置值，为坐标上相应的位置值，为 中值（中位数）中值（中位数） 对于连续随机变量，把概率密度曲线下的面积分为两个对于连续随机变量，把概率密度曲线下的面积分为两个相等部分所对应的相等部分所对应的x x值为中值，为值为中值，为 均方差均方差描述概率分布离散趋势的特征参数。限于比较均值相同的系列描述概率分布离散趋势的特征

47、参数。限于比较均值相同的系列随机变量分布越分散，均方差越大；分布越集中，均方差越小。随机变量分布越分散，均方差越大；分布越集中，均方差越小。 变差系数变差系数 比较两个不同均值系列的离散程度时，采用均方差与均值比较两个不同均值系列的离散程度时，采用均方差与均值之比值，用于衡量系列相对离散程度。之比值，用于衡量系列相对离散程度。 对于某条河流的年径流量来说，对于某条河流的年径流量来说，CvCv越大，其年际变化越大；越大，其年际变化越大；若两个河流比较，一般大河的调节作用比小河要大，所以大河若两个河流比较，一般大河的调节作用比小河要大，所以大河年径流分布的年径流分布的CvCv值比小河的小。值比小河

48、的小。 为为模比系数模比系数 CvCv越大，随机变量越大，随机变量x x的分布越分散，概率分布曲线的分布越分散，概率分布曲线的左侧抬高，右侧降低；反之，左侧下降，右侧上抬。的左侧抬高，右侧降低；反之，左侧下降，右侧上抬。 偏态系数偏态系数 反映密度曲线的对称特征，即衡量系列在均值的两侧分布反映密度曲线的对称特征，即衡量系列在均值的两侧分布对称或不对称（偏态）程度的系数。对称或不对称（偏态）程度的系数。l 当当Cs0Cs0，密度曲线峰顶在均值的左边，为左偏或正偏，概率密度曲线峰顶在均值的左边，为左偏或正偏，概率分布曲线为向下凹曲线。分布曲线为向下凹曲线。 l 当当Cs0Cs0 Cs0 （PIII

49、PIII曲线）。曲线）。当其他参数不变时，当其他参数不变时，CsCs值越大，则概率曲线的凹度越值越大，则概率曲线的凹度越大，即两端都在正态直线以上，中间部分向下。大，即两端都在正态直线以上，中间部分向下。l几种常见的概率分布曲线几种常见的概率分布曲线正态正态分布分布皮尔逊皮尔逊IIIIII型曲线型曲线耿贝尔耿贝尔分布分布威布尔威布尔分布分布 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1) 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布5/6正态分布正态分布特点：特点：1 1）单峰型）单峰型2 2）以均值为轴对称）以均值为轴对称 Cs=0Cs=03) 3) 曲线两端趋于曲线两端趋于 并以并以x

50、 x轴为渐近线轴为渐近线 ，称为称为 的伽马函数的伽马函数皮尔逊皮尔逊III型曲线型曲线英国生物学家皮尔逊英国生物学家皮尔逊(K(KPearson)Pearson)统计分析大量实际资料，发现概统计分析大量实际资料，发现概率密度函数曲线的图形是单峰式的，且曲线的两端或一端与横轴线率密度函数曲线的图形是单峰式的，且曲线的两端或一端与横轴线渐近相切。渐近相切。 曲线七点的横坐标值，待定参数曲线七点的横坐标值，待定参数 特定参数特定参数曲线参数与统计参数之间的关系：曲线参数与统计参数之间的关系：已知某河洪峰的均值已知某河洪峰的均值 ，变差系数，变差系数 ，偏态系数，偏态系数如流量的概率分布与皮尔逊如流

51、量的概率分布与皮尔逊IIIIII型相符，求累积频率曲线和百年一遇型相符，求累积频率曲线和百年一遇（P=1%P=1%）的设计洪峰流量值。的设计洪峰流量值。解答过程：解答过程：查表查表3 3，取，取Cs=4CvCs=4Cv、CvCv=0.6=0.6的各项的各项P P值和对应的值和对应的KpKp值，填入表格。根据公值，填入表格。根据公式计算累积频率曲线纵坐标式计算累积频率曲线纵坐标QpQp值，以累积频率值，以累积频率P P为横坐标标点绘在概率为横坐标标点绘在概率格纸上，即是皮尔逊格纸上，即是皮尔逊IIIIII型累积频率曲线。从曲线上即可查得型累积频率曲线。从曲线上即可查得P P1 1的的设计流量值设

52、计流量值P-IIIP-III曲线的绘制（例题）曲线的绘制（例题）耿贝尔分布耿贝尔分布I I型极值分布率：型极值分布率：最小项极值分布率：最小项极值分布率：威布尔分布威布尔分布l重现期重现期重现期重现期T T与累积频率与累积频率P P的关系的关系研究某一年的水文特征值研究某一年的水文特征值 上述累积频率是指多年平均出现的机会；重现期上述累积频率是指多年平均出现的机会；重现期则是平均若干年出现一次，而不是固定的周期。则是平均若干年出现一次，而不是固定的周期。 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1) 随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布6/6 第四章第四章 水文统计基础知识水文统

53、计基础知识 (2) 统计参数的估计统计参数的估计1/4l总体与样本总体与样本统计数学将研究对象中全部个体的总和，称为总体，统计数学将研究对象中全部个体的总和，称为总体，总体所含个体的数目，叫做总体的容量。总体所含个体的数目，叫做总体的容量。总体中的一部分个体称为样本。样体所含的个体的总体中的一部分个体称为样本。样体所含的个体的数目叫做样本容量。数目叫做样本容量。由于样本是总体的一部分，因此样本的特征在一定由于样本是总体的一部分，因此样本的特征在一定程度上反映出总体的特征。程度上反映出总体的特征。 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (2) 统计参数的估计统计参数的估计2/4l统计参

54、数估计统计参数估计矩法矩法原点矩原点矩中心矩中心矩与随机变量总体的概率分布参数相对应，随机变量样本的累与随机变量总体的概率分布参数相对应，随机变量样本的累积频率曲线参数也有积频率曲线参数也有3 3个，即均值、变差系数和变态系数。个，即均值、变差系数和变态系数。 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (2) 统计参数的估计统计参数的估计3/4矩法估计样本系列统计参数矩法估计样本系列统计参数1 1）样本的均值估算）样本的均值估算2 2）样本的变差系数估算）样本的变差系数估算3 3）样本的偏态系数估算）样本的偏态系数估算 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (2) 统计参数的估

55、计统计参数的估计4/4l抽样误差抽样误差由随机抽样而引起的误差，在统计学中称为抽样误差。由随机抽样而引起的误差，在统计学中称为抽样误差。中心矩中心矩随机变量随机变量X X对分布中心对分布中心M M（X X）的离差，其的离差，其k k次幂的数学期望次幂的数学期望 称为称为X X的的k k阶中心矩。阶中心矩。对样本系列：对样本系列：原点矩原点矩随机变量随机变量X X对原点的离差，其对原点的离差，其k k次幂的数学期望次幂的数学期望M M（X Xk k），），称为称为随机变量随机变量X X的的k k阶原点矩。阶原点矩。对样本系列：对样本系列：当当k k1 1时，时， ，即一阶原点矩就是数学期望。，即

56、一阶原点矩就是数学期望。l适线法适线法以经验频率点数据为基础，给它配以经验频率点数据为基础，给它配置一条拟合最好频率的曲线。置一条拟合最好频率的曲线。 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (3) 水文频率计算求矩适线法水文频率计算求矩适线法1/1绘制经验累积频率曲线绘制经验累积频率曲线矩法求样本统计参数矩法求样本统计参数选定线型选定线型适线适线 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4) 相关分析相关分析1/5两种变量或现象之间的关系可依照密切程度划分两种变量或现象之间的关系可依照密切程度划分完全相关完全相关零相关零相关相关关系相关关系相关分析法相关分析法图解法图解法回

57、归分析法回归分析法 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4) 相关分析相关分析2/5l回归线的误差回归线的误差回归线只能反映两变量间的平均关系，利用回归线来插补展延短回归线只能反映两变量间的平均关系，利用回归线来插补展延短期系列时，总有一定误差。为了衡量回归线与观测点之间的误差，采期系列时，总有一定误差。为了衡量回归线与观测点之间的误差，采用均方误：用均方误： y y倚倚x x回归线的均方误回归线的均方误 观测点的纵坐标值观测点的纵坐标值 由由xixi在回归线查得的纵坐标值在回归线查得的纵坐标值 观测资料的项数观测资料的项数 样本计算总体均方误的修正值样本计算总体均方误的修正值

58、第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4) 相关分析相关分析3/5l相关系数显著水平相关系数显著水平对于某种具体问题，只有当相关系数对于某种具体问题，只有当相关系数 的绝对值大到一定程度的绝对值大到一定程度时，才可用回归线近似时，才可用回归线近似x x与与y y之间的关系，并可用之间的关系，并可用x x插补延长插补延长y y值，在这值，在这种情况下，称相关系数显著。种情况下，称相关系数显著。一般是通过样本资料相关对总体的相关程度作出判断，由于抽样一般是通过样本资料相关对总体的相关程度作出判断，由于抽样误差存在，用样本推断总体，很有可能作出这样或那样的错误判断；误差存在，用样本推断总

59、体，很有可能作出这样或那样的错误判断；这种错误判断的概率这种错误判断的概率 称为显著水平。称为显著水平。一般在水文中进行检验时：一般在水文中进行检验时： 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4) 相关分析相关分析4/5l相关分析的内容相关分析的内容判定变量之间有无相关关系，若存在计算相关系数密切程度。判定变量之间有无相关关系，若存在计算相关系数密切程度。建立定量关系，回归线方程。建立定量关系，回归线方程。进行系列的延长，预报合误差分析。进行系列的延长，预报合误差分析。l运用相关分析注意点运用相关分析注意点进行变量的成因分析。进行变量的成因分析。同期资料，样本容量同期资料，样本容量

60、=12=12 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4) 相关分析相关分析5/5某河某站有某河某站有1515年的年平均流量资料年的年平均流量资料y y，和较长期的年降雨量记录和较长期的年降雨量记录x x，为了由为了由x x系列延长系列延长y y系列，需相关分析系列，需相关分析x x和和y y的关系的关系例题例题1）整理同期对应的流量与降水资料，填表；）整理同期对应的流量与降水资料，填表；2）绘制点据图。）绘制点据图。3）列表计算相关系数，求出）列表计算相关系数，求出 ， ， 进行显著水平检验进行显著水平检验:4）建立回归方程，计算回归系数）建立回归方程，计算回归系数 建立建立y倚倚

61、x的回归方程的回归方程5）回归线的误差计算均方误）回归线的误差计算均方误6）根据回归方程插补延长）根据回归方程插补延长y系列系列完全相关（函数关系）完全相关（函数关系）变量变量x x的每个确定值都有一个确定的的每个确定值都有一个确定的y y值与它相对应，称值与它相对应，称y y是是x x的函的函数，两者属完全相关（即数学上的函数关系）。数，两者属完全相关（即数学上的函数关系）。零相关零相关若两种现象互不影响，毫不相关，它们的相关点在图上分布散乱，若两种现象互不影响，毫不相关，它们的相关点在图上分布散乱，或成水平只成垂线。或成水平只成垂线。相关关系（统计相关）相关关系（统计相关）变量变量x x的

62、每个确定值所对应的变量的每个确定值所对应的变量y y，由于受到众多偶然因素的影由于受到众多偶然因素的影响，数字是不完全确定的，但是根据响，数字是不完全确定的，但是根据x x与与y y对应值所绘出的点子，虽不对应值所绘出的点子，虽不严格成直线或曲线函数关系，但仍显示出一定的趋势，这种介于完全严格成直线或曲线函数关系，但仍显示出一定的趋势，这种介于完全相关与零相关之间的关系，称统计相关或相关关系。相关与零相关之间的关系，称统计相关或相关关系。回归分析法回归分析法回归直线方程：回归直线方程： y y倚倚x x而变的回归方程的回归系数，也可用而变的回归方程的回归系数，也可用 表示。表示。以上相关线代表

63、了两变量之间的相关关系，但还不能直接说明相关密以上相关线代表了两变量之间的相关关系，但还不能直接说明相关密切程度，为此引入描述相关程度特征值，称相关系数。切程度，为此引入描述相关程度特征值，称相关系数。回归系数：回归系数： 第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求第五章第五章第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求 1 1 1 1）设计洪水设计洪水设计洪水设计洪水 2 2 2 2）设计通航水位与设计流量推求）设计通航水位与设计流量推求）设计通航水位与设计流量推求）设计通航水位与设计流量推求

64、第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求 (1) 设计洪水设计洪水1/4规划、设计、施工所依据的流量和水位称之规划、设计、施工所依据的流量和水位称之为设计流量和设计水位。为设计流量和设计水位。与工程安全和与工程安全和经济有关的经济有关的洪水流量与水位洪水流量与水位关于正常通航关于正常通航的设计流量的设计流量和设计水位和设计水位通过频率分析方法解决设计洪水问题通过频率分析方法解决设计洪水问题除应用频率分析解决问题外，还运用历时曲线除应用频率分析解决问题外，还运用历时曲线和保证率频率法推求设计通航最低水位和保证率频率法推求设计通航最低水位l洪水过程特征要素洪水过程特征要素

65、洪峰流量洪峰流量QmaxQmax。一次洪水过程总量一次洪水过程总量W(ABCDEW(ABCDE所包围的面积，所包围的面积，ACAC为地面和地下径流的为地面和地下径流的分隔线分隔线) )。洪水历时（由涨水历时洪水历时（由涨水历时t1t1与退水历时与退水历时t2t2相加求得）。相加求得）。 第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求 (1) 设计洪水设计洪水2/4l设计洪水和设计标准设计洪水和设计标准设计标准确定后，按标准推求的洪水，称为设计洪水。设计标准确定后，按标准推求的洪水，称为设计洪水。洪峰洪峰流量流量设计洪水设计洪水过程过程不同时段设不同时段设计洪水总量计洪水总量

66、设计设计内容内容基本方法基本方法由流量资料推求由流量资料推求由暴雨推求设计洪水由暴雨推求设计洪水资料非常少或是缺乏时，资料非常少或是缺乏时，用水文比拟法、用水文比拟法、等值线图法、等值线图法、水力学公式法求水力学公式法求 第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求 (1) 设计洪水设计洪水3/4累积频率累积频率计算及其计算及其合理性检查合理性检查设计洪水设计洪水过程线推求过程线推求特大洪水特大洪水处理处理插补延长插补延长选样选样资料审查资料审查由流量由流量资料推求资料推求设计洪水设计洪水 第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求 (1) 设计洪

67、水设计洪水4/4 第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求 (2) 设计通航水位与设计流量推求设计通航水位与设计流量推求1/1根据通航要求，按规范确定频率和保证率根据通航要求，按规范确定频率和保证率在每年的水位历时曲线中，根据在每年的水位历时曲线中，根据Pi（保证率）取水位值保证率）取水位值 将选取各年的水位值作为样本进行频率分析将选取各年的水位值作为样本进行频率分析根据指定的累积频率在曲线上查的相应的设计水位根据指定的累积频率在曲线上查的相应的设计水位通航保证率用正常通航历时的百分数表示：通航保证率用正常通航历时的百分数表示：通航保证率正常通航日数通航保证率正常通航

68、日数/全年总日数全年总日数100第六章第六章第六章第六章 海浪海浪海浪海浪1 1 1 1）海浪要素和分类海浪要素和分类海浪要素和分类海浪要素和分类2 2 2 2）海浪观测）海浪观测）海浪观测）海浪观测3 3 3 3）海浪要素统计规律）海浪要素统计规律）海浪要素统计规律）海浪要素统计规律4 4 4 4）海浪谱基础知识）海浪谱基础知识）海浪谱基础知识）海浪谱基础知识5 5 5 5）根据海浪观测推算设计波浪）根据海浪观测推算设计波浪）根据海浪观测推算设计波浪）根据海浪观测推算设计波浪 第六章第六章 海浪海浪 第六章第六章 海浪海浪 (1) 海浪要素和分类海浪要素和分类1/4海洋学海洋学海洋水文学海洋

69、水文学海洋地质学海洋地质学海洋气象学海洋气象学海洋物理学海洋物理学海洋化学海洋化学海洋生物学海洋生物学海洋的基本要素海洋的基本要素温度、盐度的时空变化规律温度、盐度的时空变化规律海水的各种运动海水的各种运动波浪潮汐海流的生成机理及其演变规律波浪潮汐海流的生成机理及其演变规律研究海洋的形成与演变、海底的构造与形态、研究海洋的形成与演变、海底的构造与形态、海洋沉积过程、海底资源开发海洋沉积过程、海底资源开发l海浪要素海浪要素海浪是海水运动形式之一，它的产生是外力、重力与海浪是海水运动形式之一，它的产生是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。海水表面张力共同作用的结果。 第六章第六章 海浪海浪 (

70、1) 海浪要素和分类海浪要素和分类2/4l海浪分类海浪分类自由波自由波混和浪混和浪强制波强制波作用在作用在海面上的力海面上的力毛细波毛细波长周期波长周期波重力波重力波回复力性质回复力性质规则波规则波不规则波不规则波随机特征随机特征 第六章第六章 海浪海浪 (1) 海浪要素和分类海浪要素和分类3/4除此之外，还可以分成：除此之外，还可以分成：长峰波长峰波短峰波短峰波前进波前进波驻波驻波深水深水前进波前进波浅水浅水前进波前进波振荡波振荡波推移波推移波 第六章第六章 海浪海浪 (1) 海浪要素和分类海浪要素和分类4/4破碎波破碎波前进波前进波： 海面上形成的波峰线向前或向岸传播的波浪。海面上形成的波

71、峰线向前或向岸传播的波浪。驻波（立波）驻波（立波）： 是波形不向前传播，波峰和波谷在原地作周期性升降是波形不向前传播，波峰和波谷在原地作周期性升降的波浪。的波浪。根据微幅波理论（线性理论），根据微幅波理论（线性理论），规则深水波的波速、波长和周期的关系：规则深水波的波速、波长和周期的关系：规则浅水波的波速、波长和周期的关系：规则浅水波的波速、波长和周期的关系： 重力加速度重力加速度 水深水深 m m 以正切双曲线函数表示的浅水因子。以正切双曲线函数表示的浅水因子。波浪由深水传入浅水后，波浪由深水传入浅水后，周期不变周期不变 根据波浪行进海岸时的变化，对于坡岸较缓的海滩，近岸水域按不同水根据波浪

72、行进海岸时的变化，对于坡岸较缓的海滩，近岸水域按不同水深可分为：深水区、浅水区、击岸波区及岸边区。深可分为：深水区、浅水区、击岸波区及岸边区。 表示波浪破碎处水深，对应的波高称为破碎波高，用表示波浪破碎处水深，对应的波高称为破碎波高，用 表示。表示。 第六章第六章 海浪海浪 (2) 海浪观测海浪观测1/1l波浪观测的方法波浪观测的方法海浪观测的项目海浪观测的项目海况海况波型波型波向波向波高波高周期周期风速风速风向风向水深水深岸岸用用光光学学测测波波仪仪遥遥测测重重力力测测波波仪仪压压力力式式测测波波仪仪 第六章第六章 海浪海浪 (3) 海浪要素的统计规律海浪要素的统计规律1/2l固定点波高和周

73、期的统计分布固定点波高和周期的统计分布相邻的两个上跨零点（或下跨零点）间的时间间隔为周期，平均相邻的两个上跨零点（或下跨零点）间的时间间隔为周期，平均值为平均周期。值为平均周期。l固定点波高和周期的理论分布函数固定点波高和周期的理论分布函数波高与波长的理论分布函数波高与波长的理论分布函数周期的理论分布函数周期的理论分布函数波高与周期的联合分布波高与周期的联合分布海浪要素统计规律海浪要素统计规律l两种特征波及其相互关系两种特征波及其相互关系特征波波高的两种表示方法特征波波高的两种表示方法两种特征波高的相互关系两种特征波高的相互关系与某一累积频率波高对应的特征周期与某一累积频率波高对应的特征周期l

74、我国海港工程设计波浪的波列累积频率标准我国海港工程设计波浪的波列累积频率标准设计波浪设计波浪指在海港工程设计中，在设计各类建筑物和他们的各个指在海港工程设计中，在设计各类建筑物和他们的各个部分时所选用的波浪要素。部分时所选用的波浪要素。波浪重现期标准波浪重现期标准波列累积频率标准波列累积频率标准 第六章第六章 海浪海浪 (3) 海浪要素的统计规律海浪要素的统计规律2/2l波高与波长的理论分布函数波高与波长的理论分布函数假定：复杂的海岸是由多个振幅不等、频率不等、位相错置的简谐波假定：复杂的海岸是由多个振幅不等、频率不等、位相错置的简谐波叠加，每个简谐波称为组成波。叠加，每个简谐波称为组成波。波

75、面方程：波面方程：波面在静水面以上的高度波面在静水面以上的高度组成波的振幅、圆频率组成波的振幅、圆频率组成波的初位相组成波的初位相概率密度函数：概率密度函数：由李雅普诺夫定理得由李雅普诺夫定理得将上式从将上式从H H积分到积分到 ，得分布函数：，得分布函数：在工程设计中，往往是对应于指定累积频率在工程设计中，往往是对应于指定累积频率F F的波高的波高以上仅适用于深水区，当波浪由深水逐渐传向浅水区时，波高的分布以上仅适用于深水区，当波浪由深水逐渐传向浅水区时，波高的分布规律发生变化，水深规律发生变化，水深d d开始影响波高的分布。开始影响波高的分布。令令平均波高平均波高 是各种累积率波高的换算媒

76、介，是一种常用的特征波高。是各种累积率波高的换算媒介，是一种常用的特征波高。l特征波波高的两种表示方法特征波波高的两种表示方法波列中选取某一累积频率对应的波高作为特征波高，即波列中选取某一累积频率对应的波高作为特征波高，即所谓部分大波的平均波高作为特征波高。将波列中的波高由大到所谓部分大波的平均波高作为特征波高。将波列中的波高由大到小依次排列，其中最大的小依次排列，其中最大的P P部分波高的平均值就为特征波高。部分波高的平均值就为特征波高。显著波高显著波高有效波高有效波高 第六章第六章 海浪海浪 (4) 海浪谱基础知识海浪谱基础知识1/3l海浪谱的概念海浪谱的概念海浪是一种十分复杂的流体运用，

77、用简单的规则波动海浪是一种十分复杂的流体运用，用简单的规则波动不能充分说明，统计规律也只能反映它外在的表现的不能充分说明，统计规律也只能反映它外在的表现的规律，而不能说明内部结构。为了进一步研究波浪，规律，而不能说明内部结构。为了进一步研究波浪，提出海浪谱的概念。海浪谱揭示海浪内部结构及其能提出海浪谱的概念。海浪谱揭示海浪内部结构及其能量分布。量分布。 为波谱，由于它反映能量密度，称为能谱，为波谱，由于它反映能量密度，称为能谱，又由于它给出能量相对于频率的分布，称频谱。又由于它给出能量相对于频率的分布，称频谱。 第六章第六章 海浪海浪 (4) 海浪谱基础知识海浪谱基础知识2/3令令为频率的某一

78、函数为频率的某一函数我们研究我们研究此式表示波浪能量相对于组成波频率的分布。当此式表示波浪能量相对于组成波频率的分布。当 为为1 1，表示，表示单位频率间隔内的能量，即能量密度。单位频率间隔内的能量，即能量密度。 海浪总能量海浪总能量l海浪谱形式举例海浪谱形式举例常见形式常见形式劳曼谱劳曼谱皮尔逊莫斯柯维奇（皮尔逊莫斯柯维奇（PM）谱）谱JONSWAP谱谱勃列斯奈德光易谱勃列斯奈德光易谱文圣常谱文圣常谱 第六章第六章 海浪海浪 (4) 海浪谱基础知识海浪谱基础知识3/3 第六章第六章 海浪海浪 (5) 根据海浪观测推算设计波浪根据海浪观测推算设计波浪1/3推求重现期推求重现期设计波浪的方法设计

79、波浪的方法直接推算方法直接推算方法间接推算方法间接推算方法l我国海港工程设计波浪的重现期标准我国海港工程设计波浪的重现期标准用概率论方法来推求按某一重现期设计波浪设计的建筑物在使用年用概率论方法来推求按某一重现期设计波浪设计的建筑物在使用年限内可能遭受破坏的概率，称为危险率（遭遇概率），以限内可能遭受破坏的概率，称为危险率（遭遇概率），以q q表示。表示。在在m m年中出现的波浪均小于年中出现的波浪均小于HpHp的概率为的概率为F F，称为安全率。称为安全率。既考虑工程使用年限（工程寿命）既考虑工程使用年限（工程寿命）m m，又指定在使用年限内工程的破又指定在使用年限内工程的破坏风险，则可推得

80、所需要的设计波浪重现期坏风险，则可推得所需要的设计波浪重现期T T。 第六章第六章 海浪海浪 (5) 根据海浪观测推算设计波浪根据海浪观测推算设计波浪2/3l利用长期测波资料推算设计波浪利用长期测波资料推算设计波浪我国港口工程技术规范规定，当筑港工程所在地或者附近的海区有我国港口工程技术规范规定，当筑港工程所在地或者附近的海区有较长期的（较长期的（2020年以上）波浪实测资料时，可以用分方向的年最大波年以上）波浪实测资料时，可以用分方向的年最大波高（以某一特征波表示）组成系列进行分析，以确定各方向不同重高（以某一特征波表示）组成系列进行分析，以确定各方向不同重现期的设计波浪。现期的设计波浪。l

81、利用短期（利用短期（1 13 3年）测波资料推算设计波浪年）测波资料推算设计波浪l与设计波高相对应的设计周期的推算方法与设计波高相对应的设计周期的推算方法 第六章第六章 海浪海浪 (5) 根据海浪观测推算设计波浪根据海浪观测推算设计波浪3/3 第七章第七章 潮汐潮汐第七章第七章第七章第七章 潮汐潮汐潮汐潮汐1 1 1 1）潮）潮）潮）潮汐现象及其成因汐现象及其成因汐现象及其成因汐现象及其成因2 2 2 2）潮位观测与潮汐预报）潮位观测与潮汐预报）潮位观测与潮汐预报）潮位观测与潮汐预报3 3 3 3）海岸工程设计潮位推算）海岸工程设计潮位推算）海岸工程设计潮位推算）海岸工程设计潮位推算 第七章第

82、七章 潮汐潮汐 (1) 潮汐现象及其成因潮汐现象及其成因1/4地球上不同海域离地球上不同海域离地球和太阳的相对地球和太阳的相对位置不同，所受到位置不同，所受到的引力有所差异，的引力有所差异，从而导致地球上海从而导致地球上海水的相对运动。水的相对运动。产生潮汐的产生潮汐的成因成因台风、寒潮等天气台风、寒潮等天气系统带来大风或气系统带来大风或气压剧变，这也能引压剧变，这也能引起海面水位异常升起海面水位异常升降。降。风暴潮风暴潮l与潮汐现象有关的天文知识与潮汐现象有关的天文知识所需了解概念所需了解概念天球天球视运动视运动黄道面黄道面白道面白道面赤经和赤纬赤经和赤纬天顶距天顶距子午圈子午圈时角时角中天

83、中天太太阳阳的的视视运运动动月月球球的的视视运运动动 第七章第七章 潮汐潮汐 (1) 潮汐现象及其成因潮汐现象及其成因2/4l潮汐现象潮汐现象 在月球、太阳和其他天体引潮力的作用下，地表海水发生周期性在月球、太阳和其他天体引潮力的作用下，地表海水发生周期性运动的现象为运动的现象为潮汐潮汐，它包括海面周期性的垂直涨落运动和海水周期性，它包括海面周期性的垂直涨落运动和海水周期性的水平进退流动。习惯上，前者称为的水平进退流动。习惯上，前者称为潮汐潮汐，后者为，后者为潮流潮流。潮位过程线潮位过程线潮汐类型潮汐类型半日潮半日潮日潮日潮混和潮混和潮 第七章第七章 潮汐潮汐 (1) 潮汐现象及其成因潮汐现象

84、及其成因3/4l引潮力及潮汐成因引潮力及潮汐成因牛顿牛顿 Newton 牛顿潮汐静力学理论（平衡潮理论）牛顿潮汐静力学理论（平衡潮理论）万有引力万有引力拉普拉斯拉普拉斯Laplace潮汐动力学理论潮汐动力学理论强迫振动强迫振动 第七章第七章 潮汐潮汐 (1) 潮汐现象及其成因潮汐现象及其成因4/4 第七章第七章 潮汐潮汐 (2) 潮位观测与潮汐预报潮位观测与潮汐预报1/2l潮位观测潮位观测 近岸潮汐的变化不但与引潮力有关，还受到水文气象因素、海岸近岸潮汐的变化不但与引潮力有关，还受到水文气象因素、海岸形态以及水下地形等影响，各地的差异甚大。形态以及水下地形等影响，各地的差异甚大。按我国按我国港

85、口工程技术规范港口工程技术规范规定，港口工程建设需要规定，港口工程建设需要2020年以上的实年以上的实测潮位资料。测潮位资料。对于远离验潮站的新建港口也必须至少具有对于远离验潮站的新建港口也必须至少具有1 1年以上的实测潮位资料。年以上的实测潮位资料。水位水尺读数水尺零点高程水位水尺读数水尺零点高程l潮汐分析预报潮汐分析预报气象气象分潮分潮浅水浅水分潮分潮天文天文分潮分潮调和调和分析分析 第七章第七章 潮汐潮汐 (2) 潮位观测与潮汐预报潮位观测与潮汐预报2/2 第七章第七章 潮汐潮汐 (3) 海岸工程设计潮位推算海岸工程设计潮位推算1/2平均海平面平均海平面l基准面和特准潮位基准面和特准潮位半潮面半潮面理论深度基准面理论深度基准面潮高基准面潮高基准面当地零点当地零点特征潮位特征潮位最高（低）潮位最高（低）潮位平均最高（低）潮位平均最高（低）潮位平均大潮高（低）潮位平均大潮高（低）潮位平均小潮高（低）潮位平均小潮高（低）潮位l设计潮位的推算设计潮位的推算设计设计高潮位高潮位设计设计低潮位低潮位极端极端高潮位高潮位极端极端低潮位低潮位 第七章第七章 潮汐潮汐 (3) 海岸工程设计潮位推算海岸工程设计潮位推算2/2谢谢 谢谢END2003年年6月月