水文学原理复习PPT学习教案

1、会计学1水文学原理复习水文学原理复习第1页/共98页第2页/共98页第3页/共98页第4页/共98页第5页/共98页但评分容易受到评卷人的主观因素影响。第6页/共98页第7页/共98页断题、选择题等。客观题也称固定应答型试题，以客观题为主体的试卷有足够的覆盖面，阅卷、评分完全避免阅卷人的主观因素的干扰，还可以通过机器阅卷，提高阅卷效率。第8页/共98页n重点讲解概念及区别，n重点分析水循环过程涉及的环节，n课前介绍讲述内容，课堂详细展开n课后强调每章节必须掌握的知识点第9页/共98页第10页/共98页第11页/共98页n计算过程原理、分几个步骤、哪些公式、图示第12页/共98页第十一章 流域汇

2、流第13页/共98页蒸蒸发发蒸蒸散发散发蒸散蒸散发发t降降水水截留截留洼洼蓄蓄下渗下渗地表地表径流径流壤中流壤中流地下水流地下水流深层深层地下水地下水河道河道汇流汇流流量流量历时曲线历时曲线第14页/共98页某某某时刻某某某时刻水电站、出山口水电站、出山口等等控制断面流量的一部分控制断面流量的一部分某时刻的某时刻的降雨量降雨量课程章节安排课程章节安排围绕这个问号围绕这个问号涉及的中间过程有关涉及的中间过程有关第15页/共98页流域出口流域出口控制断面的流量过程控制断面的流量过程流域内流域内降雨量的时空过程降雨量的时空过程汇汇流流过过程程产产流流过过程程水量平衡计算水量平衡计算（Rgt , Rs

3、t）线性系统建模线性系统建模（Qgt , Qst , Qt ）非线性系统建模非线性系统建模Q= f（P, Qt1 ， Qtn）第16页/共98页第17页/共98页第18页/共98页第19页/共98页形式长久保存在高寒地带。第20页/共98页第21页/共98页第22页/共98页第23页/共98页W = W - W W = P + X + R + REYRR末初地面、入地下、入地面、出地下、出- - -多个特征河长河段串联后的平衡方程（线性时不变系统）蓄满产流模式的水量平衡方程线性水库的水量平衡方程第24页/共98页第二章第二章 要求要求n了解影响流域径流形成的因素第25页/共98页反映径流年内分

4、配特征的两个指标及其意义反映径流年际变化的两个指标及其意义第26页/共98页渗和蒸发损失后，用于产生地表径流与地下径流的那部分雨量，也称为产流量。净雨是流域径流的来源，而径流是流域净雨汇集的结果。第27页/共98页第28页/共98页1221112(1)iCK2、月、旬、季的径流量占全年径流量的百分比月、旬、季的径流量占全年径流量的百分比1、 径流年内分配不均匀系数径流年内分配不均匀系数C 值越大，值越大， 表明年内各月径流量相差悬殊，表明年内各月径流量相差悬殊， 径流年内分配越不均匀径流年内分配越不均匀Qi 是某个是某个月份的径流量的径流量 是是12个月的月平均径流量个月的月平均径流量QiiQ

5、QK第29页/共98页径流的年际变化：径流的年际变化：年径流变差系数年径流变差系数年际极值比年际极值比反映径流在多年期间的变化特性反映径流在多年期间的变化特性2111(1)niiiVnQQCKK第30页/共98页最大降水截留容量影响降水截留量的因素第31页/共98页第32页/共98页第33页/共98页第34页/共98页非饱和土壤水分扩散方程（理查兹方程）土壤水分扩散系数第35页/共98页第36页/共98页分子吸附力：分子吸附力：土壤颗粒表面附近的液态水受到土颗粒土壤颗粒表面附近的液态水受到土颗粒静电场的作用而受到的力，即粘附力，静电场的作用而受到的力，即粘附力，在水文学里称为分子吸附力。在水文

6、学里称为分子吸附力。第37页/共98页土壤颗粒对水分的分子吸附力土壤颗粒对水分的分子吸附力重重 力力渗透压力渗透压力粘滞力粘滞力大气压力大气压力表面张力表面张力第38页/共98页吸湿水（强结合水）吸湿水（强结合水）薄膜水（弱结合水）薄膜水（弱结合水）毛毛 管管 水水重重 力力 水水第39页/共98页2 coshgr2 7.3 10.151 9.8mmrr毛管水高度毛管水高度第40页/共98页第41页/共98页基质势基质势 = 毛管势毛管势 + 吸附势吸附势溶质势（渗透式）溶质势（渗透式）重力势重力势压力势压力势msgp第42页/共98页纯水的水势高，纯水可进入植物体内，纯水的水势高，纯水可进入

7、植物体内， 同样植物因为其水势低，土壤水势高而进入植物根系，同样植物因为其水势低，土壤水势高而进入植物根系，对植物来说是根系吸收了土壤中的高势水对植物来说是根系吸收了土壤中的高势水第43页/共98页2、 饱和土壤水运动方程（饱和土壤水运动方程（达西定律达西定律）3、 非饱和土壤水运动方程（非饱和土壤水运动方程（不饱和土壤水力渗透系数不饱和土壤水力渗透系数）4、 非饱和土壤水基本微分方程（非饱和土壤水基本微分方程（土壤水分扩散土壤水分扩散）1、 土壤单元体水流连续方程（土壤单元体水流连续方程（水量平衡方程水量平衡方程） 0yxzVVVxyzt可忽略水密度的变化可忽略水密度的变化dQKAK i A

8、ds sm( )ssddVKKdd 不饱和( )( )KKfK不饱和饱和 -xydddVKKKKdddz z-zdVKKd第44页/共98页第45页/共98页Green-Ampt公式的假设阿列克谢夫下渗率公式推导第46页/共98页单位时间内，渗入单位面积土壤中的水量，单位时间内，渗入单位面积土壤中的水量，用字母用字母 f 表示，又称下渗强度。表示，又称下渗强度。常用单位常用单位mm/min 或或 mm/hr 土壤在土壤在充分供水条件下充分供水条件下的下渗率，的下渗率，用字母用字母 fp 表示，又称表示，又称下渗容量下渗容量。第47页/共98页下渗过程中，土壤水不断趋向饱和的进程中，下渗过程中，

9、土壤水不断趋向饱和的进程中，土壤水分的受力状况在三个阶段不同，土壤水分的受力状况在三个阶段不同，使得土壤水渗透速率在这三个阶段差异比较大使得土壤水渗透速率在这三个阶段差异比较大渗渗 润润 阶段阶段渗渗 透透 阶段阶段 渗渗 漏漏 阶段阶段第48页/共98页湿润带湿润带饱饱 和和 带带湿润锋面湿润锋面过过 渡渡 带带水分传递带水分传递带第49页/共98页第50页/共98页 ( )-cdf tftfdt 0 0 , 0 fft当 -0( ) -tccf tfffe对上面的公式积分得到霍顿下渗率公式：对上面的公式积分得到霍顿下渗率公式：对霍顿下渗率公式积分，可导出累积下渗量公式。第51页/共98页0

10、 00 0s s推导下渗公式有四个假设第52页/共98页下渗水下渗水首先满足上部土壤饱和首先满足上部土壤饱和，湿润湿润锋面向下不断推进，饱和层厚度增加锋面向下不断推进，饱和层厚度增加。湿润湿润锋面处的不饱和土壤的土水势（基质势）是常数。锋面处的不饱和土壤的土水势（基质势）是常数。下渗水流属于饱和土壤水运动，下渗水流属于饱和土壤水运动，可用达西公式描述。可用达西公式描述。 chZ1chfKZ fVKKZZ第53页/共98页tt0tpDOCABEF求t0和 tpif0fcif0f0fc第54页/共98页第55页/共98页流域蒸散发能力（潜在蒸散发流域蒸散发能力（潜在蒸散发 PET）是流域下垫面充分

11、供水状况下的蒸发量是流域下垫面充分供水状况下的蒸发量 Ep水面蒸发折算法求水面蒸发折算法求E Ep p第56页/共98页蒸蒸发发速速率率田间含水量田间含水量毛管断裂含水量毛管断裂含水量第57页/共98页pmWEEW第58页/共98页n直接径流、基流第59页/共98页n简述为何土壤水分达到田间持水量是 形成地下径流的先决条件n论述四种径流成分的产流机制 （图示、公式和符号）第60页/共98页第61页/共98页第62页/共98页依据曲线解释产流量与可产流面积的关系蓄满产流教材中的算例（作业提交）流域超渗产流的意义流域超渗产流的计算过程（教材中的算例）第63页/共98页第64页/共98页()()1P

12、 E AmARPEWPEdW 011mmWmmmWWMoefdWbR1011 (1)bmmWA WWM 101bmmPEAPEWMWWMW 推导产流计算公式推导产流计算公式第65页/共98页P-E+A WmmP-E+A Wmm流域部分面积产流，公式没有取舍流域部分面积产流，公式没有取舍流域全面积产流，计算公式有取舍项流域全面积产流，计算公式有取舍项 0RPEWMW第66页/共98页 101bmmPEARPEWMWWMW00W mmAW0WWM0A最上端曲线代表情最上端曲线代表情况况最上端曲线外包线最上端曲线外包线斜率截距斜率截距介于最上端与最下介于最上端与最下端之间的曲线代表端之间的曲线代表情

13、况情况?A0?W PEWM0R最下端直线最下端直线代表情况代表情况第67页/共98页公式，也可以不列出第68页/共98页第69页/共98页的水量可在水箱顶部表面形成地表径流；n以上的产流只是在流域内部分蓄满的包气带内发生，是流域部分蓄满产流。第70页/共98页第71页/共98页第72页/共98页及波速深大水库入库洪水惯性波的运动特性第73页/共98页的关系瞬时单位线的概念与表达式、积分意义任意连续入流的矩形入流离散过程什么是线性时不变系统第74页/共98页QWQWQWWtWtWttttQQQWK Q第75页/共98页第76页/共98页( )()( )tH tH tttt 00( )()( )0

14、( )lim ( )limtttH tH ttdH Tttttdt 趋近 ，则瞬时单位入流是单位入流对时间t的一阶导数构造函数构造函数第77页/共98页洪水演算的研究对象：洪水演算的研究对象：洪水演算关心的研究内容：洪水演算关心的研究内容：河段上下断面的流量、水位随流程与时间的变化。河段上下断面的流量、水位随流程与时间的变化。 水文学研究中依据一些假设或经验，水文学研究中依据一些假设或经验，利用上断面的流量过程来推求下断面的流量过程，利用上断面的流量过程来推求下断面的流量过程，涉及到的核心内容是两个断面间蓄水量的变化。涉及到的核心内容是两个断面间蓄水量的变化。已知上断面流量过程，推求下断面的流

15、量已知上断面流量过程，推求下断面的流量进入河段上下游两断面间的水体（洪水波），进入河段上下游两断面间的水体（洪水波）， 第78页/共98页假设假设河段水面呈直线变化，河段水面呈直线变化，选择一个河段，选择一个河段，若若河段河段中断面的水位不变中断面的水位不变，则不论则不论比降如何变化比降如何变化，上、中断面之间上、中断面之间河段的槽蓄变化量河段的槽蓄变化量 恰好与恰好与中、下断面之间中、下断面之间河段的槽蓄变化量河段的槽蓄变化量 互为相反数互为相反数，则则河段的槽蓄量河段的槽蓄量在在涨洪与退洪过程中涨洪与退洪过程中均保持不变均保持不变,即有关系：即有关系：还可以确定还可以确定：固定的中断面水位

16、值，固定的中断面水位值， 对应一个唯一的流量值，满足单值一一对应对应一个唯一的流量值，满足单值一一对应 0ihdQQQ 特征河长河段的槽蓄量在洪水传播过程中不变特征河长河段的槽蓄量在洪水传播过程中不变第79页/共98页 下面：下面： 中断面以下断面在涨洪时，中断面以下断面在涨洪时，由于由于水面比降增加水面比降增加引起的流量变化？引起的流量变化？由于由于水深减小水深减小引起的流量变化？引起的流量变化？从而导出：特征河长的从而导出：特征河长的概念及其特点概念及其特点第80页/共98页涨涨 洪洪水面比降增加，水面比降增加，流量增加流量增加Q i = 定值定值 ？水位降低，水位降低，流量减少流量减少Q

17、 h = 离中断面距离离中断面距离 ？上面假设下上面假设下中断面以下断面在涨洪时的状态中断面以下断面在涨洪时的状态0iii为附加比降 ihdQQQ 2lhi 中断面与下端面间水深变化量 第81页/共98页 hiL 河床比降河床比降i0 为定值为定值假设水面线为直线，假设水面线为直线，附加比降附加比降i为定值为定值涨水时，比降增大引起的流量增加Qi为为定值定值中断面以下的河段中断面以下的河段流量流量大于大于中断面水位对应的中断面水位对应的Q0 ，且为常值且为常值 。即即中断面以下每个断面中断面以下每个断面的流量的流量增加量为定值增加量为定值001 11ihQQiL000001 11ihQQQQi

18、Li第82页/共98页某个下断面某个下断面离中断面越远离中断面越远，水深减小愈大，水深减小愈大， 则则Q h 值愈负值愈负，则一定存在一个下断面，则一定存在一个下断面，恰好使得：恰好使得：涨洪时，涨洪时，下断面的水深下断面的水深小于小于稳定流状态下的水深，稳定流状态下的水深，导致下断面的流量减少导致下断面的流量减少Q h 0izdQQQ 涨水时，水深降低引起的流量减少Q h满足这样关系的河段的长度，称特征河长满足这样关系的河段的长度，称特征河长。它恰好使得它恰好使得河段槽蓄量河段槽蓄量与河段与河段下断面流量下断面流量成单值对应关系成单值对应关系。第83页/共98页假设假设河段水面呈直线变化，河

19、段水面呈直线变化，选择一个河段，选择一个河段，若若河段河段中断面的水位不变中断面的水位不变，则不论则不论比降如何变化比降如何变化，上、中断面之间上、中断面之间河段的槽蓄变化量河段的槽蓄变化量 恰好与恰好与中、下断面之间中、下断面之间河段的槽蓄变化量河段的槽蓄变化量 互为相反数互为相反数，则则河段的槽蓄量河段的槽蓄量在在涨洪与退洪过程中涨洪与退洪过程中均保持不变均保持不变,即有关系：即有关系：还可以确定还可以确定：固定的中断面水位值，固定的中断面水位值， 对应一个唯一的流量值，满足单值一一对应对应一个唯一的流量值，满足单值一一对应 0ihdQQQ 特征河长河段的槽蓄量在洪水传播过程中不变特征河长

20、河段的槽蓄量在洪水传播过程中不变第84页/共98页长度长度 l 的河段在的河段在起始时刻蓄水量为零（起始时刻蓄水量为零（空河槽）空河槽）把把整个河段整个河段划分为划分为 n 个个长度为特征河长的子河段长度为特征河长的子河段，则每个子河段则每个子河段都具有特征何长河段的特性都具有特征何长河段的特性，而且这些而且这些子河段从上到下构成串联的线型水库关系子河段从上到下构成串联的线型水库关系。Q(t) =？I(t)12nn-1Qn(t)= Q(t)Qn-1(t)Q2(t)Q1(t)I(t)12n-1n第85页/共98页12nn-1Qn= QQn-1Q2Q1I= I1nnndWIQdtnnnWK Q1nnIQ-1nnnndQQQKdt第86页/共98页222-12!nnnn ndQd Qd QIQK nKKdtd td t +假设上断面假设上断面有有最简单最简单的入流过程的入流过程而且而且可以得到下断面可以得到下断面在这种简单入流过程下的在这种简单入流过程下的出流过程出流过程。就可以就可以推而广之推而广之，得到得