【正文】 wE,twk, twtw Ek ,tE tWtaP, 1, ?taPaKtPmW? ?ttaata PPKP ??? ,1,mta WP ??1,22 二、流域產(chǎn)流分析與計(jì)算 包氣帶對降雨的再分配作用 地面對降雨的再分配作用：按下滲能力與降雨強(qiáng)度的對比關(guān)系，地面把降雨分成下滲水量和地面徑流兩部分。 實(shí)際上是用蒸發(fā)器的蒸發(fā)來代替流域蒸發(fā)能力。 （ 4）流域退水方程： 式中 — t 時刻的流量， m3/s； — t=0 時刻的流量， m3/s； — 地下水退水參數(shù)或地下水蓄水常數(shù)， s。 第四章 流域產(chǎn)流、匯流分析與計(jì)算 （ a） （ b） （ c） 某水文站一次降雨過程 （ 1：降雨強(qiáng)度過程線； 2：瞬時雨強(qiáng)過程線； 3：降雨量累積曲線） 降雨強(qiáng)度 ~歷時曲線 19 流域平均雨量計(jì)算 （ 1）算術(shù)平均法： （ 2）泰森多邊形法： （ 3）等雨量線法： 雨量點(diǎn) ~面關(guān)系曲線 ??? ni iPnP 11??? ni ii PFfnP 11ini iPfFP ???11等雨量線法 泰森多邊形法 暴雨點(diǎn) ~面關(guān)系曲線 20 徑流量計(jì)算 （ 1）洪水場次劃分 （ 2）流量過程的分割：基流、地下徑流和直接徑流。分別有根據(jù)水位面積、水位流速關(guān)系高水延長；根據(jù)水力學(xué)公式（曼寧公式、史帝文斯法）高水延長。 不同影響因素下水位流量關(guān)系：受洪水漲落影響、受河槽沖淤影響、受變動回水影響及受綜合因素影響。 15 水文資料處理 （ 1）水位流量關(guān)系的確定 穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線： 同一張圖上繪制 Z～ A、 Z～ V和 Z～ Q 關(guān)系曲線。 水文調(diào)查與水文遙感 水文調(diào)查包括洪、枯水及暴雨調(diào)查。 泥沙顆粒分析內(nèi)容：將有代表性的沙樣，按顆粒大小分級，分別求出小于各級粒徑的泥沙重量百分比，在半對數(shù)紙上繪出泥沙顆粒級配曲線。 懸移質(zhì)輸沙量的測驗(yàn)：先按積點(diǎn)式或積深式測量懸移質(zhì)含沙量，用流速加權(quán)計(jì)算各條垂線的平均含沙量，結(jié)合測流計(jì)算的部分流量計(jì)算斷面輸沙率。 14 推移質(zhì)測驗(yàn)：推移質(zhì)采樣器分為沙質(zhì)和卵石兩類。 含沙量 ：單位體積水體內(nèi)所含干沙的質(zhì)量，單位為 kg/m3。斷面測量又分水道斷面測量和大斷面測量，而流速測定方法包括流速儀法、浮標(biāo)法和比降面積法等。 日平均水位計(jì)算：若一日內(nèi)水位變化緩，或系等時距人工觀測或從自記水位計(jì)上摘錄，采用算術(shù)平均值；若一日內(nèi)水位變化較大、且系不等時距觀測或摘錄，則采用面積包圍法。 第三章 水文測驗(yàn)及水文資料的收集與處理 13 水位觀測 水位與高程數(shù)值一樣，要有一個基面作為起點(diǎn)，水文測驗(yàn)中采用的基面有下列四種：絕對基面、假定基面、測站基面和凍結(jié)基面。 水文測站的設(shè)立要求測站的水位與流量之間呈良好的穩(wěn)定關(guān)系（單一關(guān)系）和便于布設(shè)基線、水準(zhǔn)點(diǎn)和各種斷面（基本水尺斷面、流速儀測流斷面、浮標(biāo)測流斷面、比降斷面）。 SOI ???I O S?12 測站與站網(wǎng) 水文測站按其觀測項(xiàng)目可分為水位站、流量站、雨量站等；按其性質(zhì)又可分為基本站和專用站兩類。 流域水量平衡原理與計(jì)算 水量平衡原理：水文循環(huán)過程中，任一地區(qū)、任一時段進(jìn)入的水量與輸出的水量之差等于其蓄水量的變化量。 匯流過程包括坡地匯流（坡面漫流、表層流徑流和坡地地下匯流）和河網(wǎng)匯流。 ? ?an rEQrE ????? 1nQ aE ?r11 降雨損失量包括雨期蒸發(fā)、植物截留、填洼和補(bǔ)充土壤缺水的下滲量。 土壤蒸發(fā)過程：自由 I、約束 II和殘余 III三個階段。在充分供水的條件下，某一蒸發(fā)面上的蒸發(fā)量稱為可能最大蒸發(fā)率或蒸發(fā)能力。 （ 3）地下水 地下水類型：包氣帶水、潛水和承壓水?；纛D（ Horton）下率滲公式： 。滲潤和滲漏屬非飽和水流運(yùn)動（或土壤水運(yùn)動），而滲透屬于穩(wěn)定的飽和水流運(yùn)動（或地下水運(yùn)動）。 土壤水分常數(shù)：最大吸濕量、最大分子持水量、凋萎含水量、毛管斷裂含水量、田間持水量、飽和含水量。 體積含水率 (cm3/cm3， %)：單位體積土壤中所含水分體積的百分比。 土壤水、下滲與地下水 （ 1）土壤水 土壤水的存在形式：吸濕水、薄膜水、毛管水、重力水。 降水的分類：按空氣抬升形成動力冷卻的原因分為對流雨、地形雨、鋒面雨和氣旋雨。 與降水有關(guān)的氣象因素：氣溫（對流層內(nèi)氣溫直減率、氣溫層結(jié)曲線和狀態(tài)曲線、地面氣溫的水平方向變化）、氣壓（氣壓場、高空圖、地面天氣圖、天氣系統(tǒng)或氣壓系統(tǒng)）、風(fēng)（風(fēng)速、風(fēng)力和風(fēng)向；影響風(fēng)的力有水平氣壓梯度、地轉(zhuǎn)偏向力和地面摩擦力；影響我國降雨最重要的是季風(fēng)）、濕度（水汽壓、飽和水氣壓、飽和差；絕對濕度和相對濕度； 露點(diǎn)、 比濕）。日降水量達(dá)到或超過50mm的降水稱為暴雨。 7 降水成因和分類 降水包括雨、雪、霰、雹、露、霜等從空中降落到地表的各種液態(tài)水和固態(tài)水，是水文循環(huán)中最活躍的因子。 （ 2）流域 閉合流域和非閉合流域。 河流的基本特征：河流長度、河流斷面（橫斷面、縱斷面、中泓線）、河道縱比降。 6 河流及流域特征 （ 1）河流 河流分為河源、上游、中游、下游及河口五段。當(dāng)內(nèi)陸距海洋很遠(yuǎn)時（如我國的西北地區(qū)） ，內(nèi)陸小循環(huán)成了內(nèi)陸地區(qū)的主要水汽來源。 大循環(huán)與小循環(huán)：海陸間的水分交換過程稱為大循環(huán)；局部地區(qū)的水文循環(huán)稱為小循環(huán)。 5 第二章 水文循環(huán)與河川徑流的形成 自然界水文循環(huán)及水資源 水文循環(huán)：水圈中的各種水體通過不斷蒸發(fā)、水氣輸送、凝結(jié)、降落、下滲，形成地面徑流和地下徑流的往復(fù)循環(huán)過程。 工程水文學(xué)的基本研究方法 根據(jù)水文現(xiàn)象的基本規(guī)律，按不同的條件和要求，工程水文學(xué)的研究方法通常分為三類： 成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法和地理綜合法 。 水文現(xiàn)象的基本規(guī)律 水文現(xiàn)象受上界面氣象要素、下墊面因素和人類活動的影響。 第一章 緒論 4 工程水文學(xué)的主要研究內(nèi)容 應(yīng)用于水利工程，主要研究水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理中有關(guān)水文計(jì)算、水利計(jì)算和水文預(yù)報(bào)的基本理論和方法。應(yīng)用水文學(xué)又具體分為：工程水文學(xué)，農(nóng)業(yè)水文學(xué)、土壤水文學(xué)、森林水文學(xué)、都市水文學(xué)等。對人類最為實(shí)用的水資源是陸地上每年可以更新的降水量、江河流水量和淺層地下水的淡水量。1 工程水文及水利計(jì)算 Engineering Hydrology and Water Calculation 主講周買春教授 2022年 7月 27日 Tel: 13535202236 Email: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 2 《 工程水文學(xué) 》 總復(fù)習(xí) 第一章 緒論 第二章 水文循環(huán)與河川徑流的形成 第三章 水文測驗(yàn)及水文資料的收集與處理 第四章 流域產(chǎn)流、匯流分析與計(jì)算 第五章 水文預(yù)報(bào) 第六章 水文模型簡介 第七章 水文統(tǒng)計(jì) 第八章 設(shè)計(jì)年徑流及年輸沙量的分析與計(jì)算 第九章 由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水 第十章 由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水 3 水文學(xué)、水資源、應(yīng)用水文學(xué)和工程水文學(xué)及它們之間的關(guān)系 水文學(xué) ：研究地球上，包括大氣層、地表和地下在內(nèi)的所有各種水體的存在、分布、循環(huán)和運(yùn)動規(guī)律的一門學(xué)科，探討水體的物理和化學(xué)特性、時空變化以及它們與環(huán)境的相互作用。 水資源 ：地球表層可供人類利用的水，包括水量、水質(zhì)、水能資源和水域。 應(yīng)用水文學(xué) ：運(yùn)用水文學(xué)及有關(guān)學(xué)科的理論和方法，研究解決各種實(shí)際水文問題的途徑和方法，為工程建設(shè)和生產(chǎn)提供水文數(shù)據(jù)、參數(shù)、預(yù)報(bào)服務(wù)的專門應(yīng)用學(xué)科。 工程水文學(xué) ：為水資源開發(fā)工程和其他有關(guān)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)用提供水文依據(jù)的學(xué)科。 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：確定工程規(guī)模；施工階段：提供施工期設(shè)計(jì)洪水；運(yùn)營管理階段：分析長期來水情勢結(jié)合短期水文預(yù)報(bào)，編制調(diào)度方案。表現(xiàn)為 周期性（或確定性），隨機(jī)性和地區(qū)性規(guī)律 。實(shí)際工作中，這三種方法相輔相成、互為補(bǔ)充。 形成水文循環(huán)的外因是太陽輻射和重力，內(nèi)因是水的三態(tài)轉(zhuǎn)化（氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)） 。小循環(huán)又分為海洋小循環(huán)和內(nèi)陸小循環(huán)。 水文循環(huán)的作用：聯(lián)系大氣圈、巖石圈和生物圈，塑造地貌形態(tài)，影響氣候變遷，決定水資源分布和生物種群的分布，促進(jìn)全球能量再分配，侵蝕和搬運(yùn)泥沙等。注入海洋的河流為外流河，注入內(nèi)陸湖泊或消失于沙漠的河流為內(nèi)陸河。 水系及河流地貌定律：斯特拉勒（ Strahler）河流分級法；霍頓（ Horton）河流地貌定律 — 河數(shù)律、河長律、面積律和河流比降律。 流域的基本特征：流域面積、河網(wǎng)密度、流域長度和平均寬度、流域形狀系數(shù) 、流域的平均高度和平均坡度、流域自然地理特征（地理位置、氣候特征和下墊面條件）。常用降水量、降水歷時、降水強(qiáng)度、降水面積和暴雨中心等來描述降水特征。 對流層、對流運(yùn)動及氣團(tuán)。 降水形成包括三個過程：動力冷卻過程、水汽凝結(jié)過程和降水過程。 8 影響我國降水（暴雨）的主要七大天氣系統(tǒng)：高空槽（西北槽和印緬槽）、鋒面氣旋（北支蒙古氣旋、黃河氣旋；南支江淮氣旋和東海氣旋）、低渦（西南渦和東北冷渦）和切變線（華南切變線、江淮切變線和華北切變線）、靜止鋒（地形造成的靜止鋒、溫壓場結(jié)構(gòu)變化形成的靜止鋒）、副熱帶高壓（副高） 、熱帶風(fēng)暴（臺風(fēng)） 。 重量含水率 (g/g， %)：土壤所含水分重量占干土總重的百分比。 式中 — 水的體積， cm3； — 土樣的總體積， cm3。 ? ? %100?? VV w?wV V9 （ 2）下滲 下滲的物理過程：根據(jù)水分下滲過程中所受的力（分子力、毛管力和重力）和運(yùn)動特征，下滲過程可分為滲潤、滲漏和滲透三個階段。 下滲率 、下滲能力 、下滲（能力）曲線 ；初始下滲率 、穩(wěn)定下滲率 。 自然降水（ ）和地面積水不一定能完全滿足充分供水的條件，在沒有地面積水的情況下，根據(jù)降雨強(qiáng)度與下滲能力的比較，下滲過程有以下三種情況： 、 和 。 0f??tfcf ? ? ? ? tcc effftf ????? 0f pfpfi? cfi? pc fif ??i10 蒸散發(fā)及計(jì)算模型 按蒸發(fā)面的不同，蒸散發(fā)分為水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)。 水面蒸發(fā)彭曼公式： 式中 — 凈輻射量； — 水面溫度等于氣溫時的水面蒸發(fā)； — 氣溫與飽和水汽壓關(guān)系曲線的坡度； — 濕度計(jì)常數(shù)。 流域總蒸發(fā)的計(jì)算常用的有水量平衡法和模式計(jì) 算法 徑流形成過程 徑流形成過程可概括為：降雨過程 → 扣除損失 → 凈雨過程 → 流域匯流 → 流量過程，其中降雨轉(zhuǎn)化為凈雨的過程稱為產(chǎn)流過程；凈雨轉(zhuǎn)化為河川流量的過程稱為匯流過程。凈雨分為地面凈雨、表層流凈雨和地下凈雨。 徑流常用流量、徑流量、徑流深、流量模數(shù)、徑流系數(shù)來表示。 任一地區(qū)、任一時段的水量平衡方程 ： 式中 、 — 給定時段內(nèi)輸入輸出該區(qū)域的總水量； — 時段內(nèi)區(qū)域蓄水量的變化。 水文站網(wǎng)布站的原則：通過所設(shè)站網(wǎng)采集到的水文信息經(jīng)過整理分析后，達(dá)到可以內(nèi)插流域內(nèi)任何地點(diǎn)水文要素的特征值，這也就是水文站網(wǎng)的作用。 水文測驗(yàn)的方式：駐測、巡測、間測和自動測報(bào)系統(tǒng)。 水位的觀測包括基本水尺和比降水尺的水位。 流量測驗(yàn) 流量測量的基本方法為流速面積法，測量內(nèi)容包括斷面測量和流速測量兩部分。 泥沙