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1 水文学作业水文学作业1 1答案答案 1 1、影响年径流量的因素有哪些？各产生怎样的影响？影响年径流量的因素有哪些？各产生怎样的影响？ 答：影响多年平均年径流量的因素主要是流域的气候因素。 1）气候因素对年径流的影响 在气候因素中，年降水量与年蒸发量对年径流量的影响程度，随流域所在地区不同而有差异。湿润地区年降 水量对年径流量起着决定作用；干旱地区，年蒸发量与年降水量均对年径流量起决定作用。 2）流域下墊面因素对年径流的影响 流域下墊面因素包括地形、土壤、地质、植被、湖泊、沼泽和流域面积等。这些因素对年径流的作用，一方 面表现在流域蓄水能力上，另一方面通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。 3）人类活动对年径流的影响 人类活动对年径流的影响，包括直接与间接两个方面。 直接影响如跨流域引水，将本流域的水量引到另一流域，或将另一流域的水引到本流域，都直接影响河川的 年径流量。 间接影响如修建水库、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地该梯田，浅耕改深耕，植树造林等措施，这些主 要是通过改造下墊面的性质而影响年径流量。一般地说，这些措施都将使蒸发增加，从而使年径流量减少。 2、何谓前期影响雨量？它对径流产生怎样的影响？如何计算前期影响雨量？何谓前期影响雨量？它对径流产生怎样的影响？如何计算前期影响雨量？ 答：流域前期影响雨量即流域降水前土壤的含水量。对于设计情况，为简便起见，常用前期影响雨量 Pa 作为衡量流域干湿程度的指标，反映流域蓄水量的大小。它的大小将直接影响本次降雨径流量的大小， 前期影响雨量愈大，则本次的降雨径流量就愈大。计算根据流域统计资料、流域断面图等按相应公式计 算。 3、阐叙等流时线在地面汇流分析中的应用、阐叙等流时线在地面汇流分析中的应用 答：同一时刻在流域各处形成的净雨距流域出口断面远近、流速不相同,所以不可能全部在同一时刻到达 流域出口断面。但是,不同时刻在流域内不同地点产生的净雨,却可以在同一时刻流达流域的出口断面， 如下图。 -等流时线： 流域上汇流时间 相等点子的连线， 如下图中标有1、 2、 的虚线 （为单位汇流时段长） 。 -等流时面积：两条相邻等流时线间的面积。 利用等流时线概念， 分析下图流域上不同净雨情况下所形成的出口断面地面径流过程。 为计算上的方便， 取计算时段t等于汇流时段，分两种情况进行讨论。 地面净雨历时等于一个汇流时段地面净雨历时等于一个汇流时段（Ts=t=） 流域上一次均匀净雨，历时，净雨深Rs，雨强。 -净雨开始t=0时，雨水尚未汇集到出口，此时流量为零，即Q0=0 -第1时段末t=1 时，最初降落在1线上的净雨在向下流动过程中，沿途不断地汇集F1上持续的净 雨，当它到达出口时（t=1） ， 正好汇集了F1上沿途产生的地面净雨。 此时的流量为: Q1= FiFs t Rs 11 - 第2时段末t=2时，最初降落在2线上的净雨在向下流动过程中，沿途不断地汇集F2上持续的净 2 雨，当它到达1线位置时，净雨停止，所以再继续向下运动中，将不继续汇集雨水。在第2时段末流量 为: Q2= FiFs t Rs 22 -第3时段末t=3时，与上面同样的道理，此时的流量为 Q3= FiFs t Rs 33 -第4时段末t=4时，净雨最末时刻（t=1）降落在流域最远点的净雨，正好流过出口，故此时流量 为零。Q4=0 地面净雨历时多于一个汇流时段 (tst 2 ) 按等流时线原理计算地面径流过程示例 -一个时段的净雨在流域出口断面形成的地面径流过程， 等于该净雨强度与各块等流时面积的乘积， 即 Qi=IsFi。 -多时段净雨在流域出口形成的地面径流过程，等于它们各自在出口形成的地面径流过程叠 加。 -当净雨历时Ts小于流域汇流时间m时，称为流域部分面积汇流造峰（部分汇流造峰）；当净雨历 时Ts大于或等于m时，称为流域全面积汇流造峰（全面汇流造峰）。 -地面径流总历时T等于净雨历时 Ts与流域汇流时间m之和，即: T=Ts + m 4 4. .设计洪峰流量在推求中应主要什么问题？设计洪峰流量在推求中应主要什么问题？ 答：如洪峰流量的变化幅度远比年径流为大，使得我们掌握的洪水变量系列中可能出现一些特大值。或 者说洪水变量系列可能是不连序的(指序号上的不连续)。 比如， 在几十年实测洪水资料中有几个特大值， 而这几个特大值的重现期并不是几十年，而是几百年或者更长时间。又如，通过历史洪水调查，确定了 历史上曾经发生过的，重现期是几百年或更长时间的特大洪水。以上情况下并不掌握介于特大洪水和实 测一般洪水之间的洪水变量，需进行特大洪水处理。 特大洪水的处理主要是解决特大洪水经验频率和统计参数计算方法问题。在文字教材中介绍了频率计算 方法和统计参数的计算公式，对于一般洪水的频率计算公式，望理解其假定和来源。 3 5、何谓水量平衡？试叙闭合流域、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。 答：对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量，这就 是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。 依此，可得任一地区、任一时段的水量平衡方程。对一闭合流域：设P 为某一特定时段的 降雨量，E 为该时段内的蒸发量，R 为该时段该流域的径流量，则有：P R E c U U 为该时段流域内的蓄水量， U U2 U1 。 对于多年平均情况，U 0，则闭合流域多年平均水量平衡方程变为：P _ R _ E _ 影响水资源的因素十分复杂，水资源的许多有关问题，难于由有关的成因因素直接计算 求解，而运用水量平衡关系，往往可以使问题得到解决。因此，水量平衡原理在水文分析计 算和水资源规划的分析计算中有广泛的应用。如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求 另外的未知要素。例如：某闭合流域的多年平均降雨量P _ 1020mm，多年平均径流深 R _ 420mm，试求多年平均蒸发量E _ 。E _ P _ R _ 600mm。 水文学作业2答案 1、什么是、什么是年径流量与正常年径流量？其表示方式有哪些？年径流量与正常年径流量关系如何？年径流量与正常年径流量？其表示方式有哪些？年径流量与正常年径流量关系如何？ 答：一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流，年径流量是在一年里通过河流某一断面 的水量。一般用年平均流量 Q Q _ _ 表示，年径流量还可以用年径流总量W、年径流深R 及年径流模 数M 等表示。年平均流量的多年平均值称为多年平均年径流量 _ Q0 ，其余的相应以W0、R0、M0 等表示。当观测年限无限增加，多年平均年径流量趋于稳定，这个值被称为正常年径流量 _ Q0 ， 即：Q _ 0= n in Q n 1 0 1 lim 2 2. .推求设计洪水过程线的基本方法推求设计洪水过程线的基本方法是什么，洪水过程线放大有哪两类方法？是什么，洪水过程线放大有哪两类方法？ 推求设计洪水时要确定设计洪水过程线，亦即确定设计洪水的时程分配。目前，生产上一般采用放大典 型洪水过程线的方法确定设计洪水过程线。进行洪水过程线放大通常采用两种方法，即同倍比法和同频 率法。 同倍比法较为简单，可采用设计洪峰流量与典型洪峰流量的比值或某时段的设计洪量与典型洪量的比值 对典型洪水过程线进行放大。但按此法进行放大后，不能保证设计洪水过程线各个时段的洪量或洪峰流 量都与设计值相等。 采用同频率法放大典型洪水过程线时，对洪峰流量和各个时段的洪量采用不同倍比，使得放大以后的过 程线洪峰流量以及各时段的洪量可分别等于设计洪峰流量和设计洪量值。 3、简述流域面平均降雨量的计算方法。、简述流域面平均降雨量的计算方法。 答：雨量站观测的降雨量只代表那一点的降雨，而形成河川径流的则是整个流域上的降雨量，对此，可 用流域平均雨量（或称面雨量）来反映。常用的有 3 种计算方法： -算术平均法、泰森多边形法和等雨 量线法。 4、掌握径流的、掌握径流的5 种表示方式以及相互间的转化关系。下面以例子来说明：种表示方式以及相互间的转化关系。下面以例子来说明： 4 某水文站控制流域面积F=500km2，已知多年平均降雨量P = 1000 mm，多年平均径流 量Q6m3/s， 试求其它径流特征值。 解：径流总量W= Q*T =3600 *24* 3656=18921.6（万 m3） 多年平均径流深RW/1000 F = 1000*500 189216000 =378.4（mm） 径流模数MQ / F= 6 /500 =0.012（m3/（s.km）12（L/（s.km） 多年平均年径流系数= P R =378.4/1000=0.378 5、 如何绘制累积频率曲线？设计频率标准如何确定？如何绘制累积频率曲线？设计频率标准如何确定？ 答： 根据实测水文资料，按从大到小的顺序排列，如下左图所示，然后用经验频率公式计算系列中各 项的频率，称为经验频率。以水文变量x 为纵坐标，以经验频率p 为横坐标， 点绘经验频率点据，根 据点群趋势绘出一条平滑的曲线，称为经验频率曲线，下图为某6 站年最大洪峰流量经验频率曲线。有了经验频率曲线，即可在曲线上求得指定频率 p 的水文变量值 x。 对经验频率的计算，目前我国水文计算上广泛采用的是数学期望公式： P= 1n m 100% 1、影响年径流量的因素有哪些？各产生怎样的影响？ 答：因素：气候因素、流域下垫面因素、人类活动。 影响：气候因素对年径流的影响。在气候因素中，年降水量与年蒸发量对年径流量的 影响程度，随流域所在地区不同而有差异。 流域下垫面因素对年径流的影响。流域下垫面因素包括地形、土壤、地质、植 被、湖泊、沼泽和流域面积等。这些因素对年径流的作用，一方面表现在流域蓄水 能力上，另一方面通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。 人类活动对年径流的影响。人类活动对年径流的影响，包括直接与间接两个方 面。直接影响如跨流域引水，将本流域的水量引到另一流域，或将另一流域的水引 到本流域，都直接影响河川的年径流量。间接影响如修建水库、塘堰等水利工程， 旱地改水田，坡地改梯田，浅耕改深耕，植树造林等措施，这些主要是通过改造下 垫面的性质而影响年径流量。一般地说，这些措施都将使蒸发增加，从而使年径流 量减少。 2、何谓前期影响雨量？它对径流产生怎样的影响？如何计算前期影响雨量？ 答：流域前期影响雨量即流域降水前土壤的含水量。对于设计情况，为简便起见，常用前 期影响雨量 Pa 作为衡量流域干湿程度的指标，反映流域蓄水量的大小。 它的大小将直接影响本次降雨径流量的大小，前期影响雨量愈大，则本次的降雨径流 量就愈大。 前期影响雨量 Pa 的计算式为： 但必须控制 5 式中，Pa,t、Pa,t+1分别为第 t 天和第 t+1 天开始时刻的前期影响雨量(mm)；Pt 为第 t 天的流 域降雨量(mm)；Ka 为流域蓄水的日消退系数，每个月可近似取一个平均值，等于 ，其中为流域月平均日蒸散发能力。 用上式计算可取连续大暴雨之后的 Pa 等于 Wm，由此向后逐日推算。 3、阐叙等流时线在地面汇流分析中的应用 答：利用等流时线概念，分析图 7.6.2-1 流域上不同净雨情况 下所形成的出口断面地面径流过程。为计算上的方便，取计算 时段t 等于汇流时段，分两种情况进行讨论。 (1) 地面净雨历时等于一个汇流时段(Ts=t=)流域上一次均 匀净雨，历时 Ts=t=，净雨深 Rs，雨强 is=Rs/t。 净雨开始 t=0 时，雨水尚未汇集到出口，此时流量为零，即 Q0=0 第 1 时段末 t=1 时， 最初降落在 1 线上的净雨在向下流动 过程中，沿途不断地汇集 F1 上持续的净雨，当它到达出口时 (t=1)，正好汇集了 F1 上沿途产生的地面净雨。此时的流量 为： 第 2 时段末 t=2 时， 最初降落在 2 线上的净雨在向下流动 过程中，沿途不断地汇集 F2 上持续的净雨，当它到达 1 线 位置时，净雨停止，所以再继续向下运动中，将不继续汇集雨 水。在第 2 时段末流量为： 第 3 时段末 t=3 时，与上面同样的道理，此时的流量为： 第 4 时段末 t=4 时， 净雨最末时刻(t=1)降落在流域最远点 的净雨，正好流过出口，故此时流量为零。Q4=0 (2) 地面净雨历时多于一个汇流时段(ts2t) 流域上净雨历时 Ts=3t，雨强 is1=Rs1/t，is2=Rs2/t， is3=Rs3/t，它们各自在流域出口形成的地面径流流量过程，可 用与上面完全相同的方法求得，如表 7.6.1 所列和图 7.6.2-2、 图 7.6.2-3 所示。 图 7.6.2-1 (点击上图放大) 图 7.6.2-2 图 7.6.2-3 6 表表 7.6.1 按等流时线原理计算地面径流过程示例按等流时线原理计算地面径流过程示例(Ts=m) 时间 t(t) 净雨 Rs,j 净雨强度 is,j 各时段净雨的地面径流过程 整个净雨在流域出口的地面径流过程 Rs,1 Rs,2 Rs,3 Qt (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 0 Rs,1 is,1 0 Q0=0 1 Rs,2 is,2 is,1F1 0 Q1=is,1F1 2 Rs,3 is,3 is,1F2 is,2F1 0 Q2=is,1F2+is,1F1 3 is,1F3 is,2F2 is,3F1 Q3=is,1F3+is,1F1+is,3F1 4 0 is,2F3 is,3F2 Q4=is,1F3+is,1F2 5 0 is,3F3 Q5=is,1F3 6 0 Q6=0 从以上分析中，可以归纳出以下几个重要概念： 一个时段的净雨在流域出口断面形成的地面径流过程，等于该净雨强度与各块等流时面积 的乘积，即 Qi=isFi。 多时段净雨在流域出口形成的地面径流过程，等于它们各自在出口形成的地面径流过程叠 加。 当净雨历时 Ts 小于流域汇流时间 m 时， 称为流域部分面积汇流造峰(部分汇流造峰)； 当净 雨历时 Ts 大于或等于 m 时，称为流域全面积汇流造峰(全面汇流造峰)。 地面径流总历时 T 等于净雨历时 Ts 与流域汇流时间 m 之和，即 T=Ts+m。 4.设计洪峰流量在推求中应主要什么问题？ 答：如洪峰流量的变化幅度远比年径流为大，使得我们掌握的洪水变量系列中可能出现一 些特大值。或者说洪水变量系列可能是不连序的(指序号上的不连续)。比如，在几十年实测 洪水资料中有几个特大值，而这几个特大值的重现期并不是几十年，而是几百年或者更长 时间。又如，通过历史洪水调查，确定了历史上曾经发生过的，重现期是几百年或更长时 间的特大洪水。以上情况下并不掌握介于特大洪水和实测一般洪水之间的洪水变量，需进 行特大洪水处理。 特大洪水的处理主要是解决特大洪水经验频率和统计参数计算方法问题。 5、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。 答：对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量，这 就是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。 依此，可得任一地区、任一时段的水量平衡方程。对一闭合流域：设 P 为某一特定时 段的降雨量，E 为该时段内的蒸发量，R 为该时段该流域的径流量，则有：P=R+EC+U U 为该时段流域内的蓄水量，U=U1+U 2。 对于多年平均情况，U 0，则闭合流域多年平均水量平衡方程变为：P=R+E 影响水资源的因素十分复杂，水资源的许多有关问题，难于由有关的成因因素直接计算 求解，而运用水量平衡关系，往往可以使问题得到解决。因此，水量平衡原理在水文分析 计算和水资源规划的分析计算中有广泛的应用。 如利用水量平衡式可以用已知的水文要素 推求另外的未知要素。例如：某闭合流域的多年平均降雨量P=1020mm ，多年平均径流深 R=420mm，试求多年平均蒸发量E 。 E=P-R600mm。 1、什么是年径流量与正常年径流量？其表示方式有哪些？年径流量与正常年径流量关系如 7 何？ 答：一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流，年径流量是在一年里通过河流某一断面 的水量。一般用年平均流量Q 表示，年径流量还可以用年径流总量 W、年径流深 R 及年 径流模数 M 等表示。年平均流量的多年平均值称为多年平均年径流量Q0 ，其余的相应以 W0、R0、M0等表示。当观测年限无限增加，多年平均年径流量趋于稳定，这个值被称为正 常年径流量Q0 ，即： 2、推求设计洪水过程线的基本方法是什么，洪水过程线放大有哪两类方法？ 答：推求设计洪水时要确定设计洪水过程线，亦即确定设计洪水的时程分配。目前，生产 上一般采用放大典型洪水过程线的方法确定设计洪水过程线。进行洪水过程线放大通常采 用两种方法，即同倍比法和同频率法。 同倍比法较为简单，可采用设计洪峰流量与典型洪峰流量的比值或某时段的设计洪量 与典型洪量的比值对典型洪水过程线进行放大。但按此法进行放大后，不能保证设计洪水 过程线各个时段的洪量或洪峰流量都与设计值相等。 采用同频率法放大典型洪水过程线时，对洪峰流量和各个时段的洪量采用不同倍比， 使得放大以后的过程线洪峰流量以及各时段的洪量可分别等于设计洪峰流量和设计洪量 值。 3、简述流域面平均降雨量的计算方法。 答：由雨量站观测到的降雨量,只代表该雨量站所在处或较小范围的降雨情况,而实际工作中 往往需要推求全流域或某一区域的平均降雨量,常用的计算方法有以下几种。 1）.算术平均法 当流域内地形起伏变化不大,雨量站分布比较均匀时,可根据各站同一时段内的降雨量用算 术平均法推求。其计算式为: n i i n x nn xxx x 1 21 1 （2-10） 2）.泰森多边形法（垂直平分法） 首先在流域地形图上将各雨量站（可包括流域外的邻近站）用直线连接成若干个三角形,且 尽可能连成锐角三角形,然后作三角形各条边的垂直平分线,如图 2-9,这些垂直平分线组成若 干个不规则的多边形,如图中实线所示。每个多边形内必然会有一个雨量站,它们的降雨量以 i x 表示,如量得流域范围内各多边形的面积为 i f ，则流域平均降雨量可按下式计算: n i n i iiii n nn xAxf Ffff xfxfxf x 11 21 2211 1 （2-11） 此法能考虑雨量站或降雨量分布不均匀的情况,工作量也不大,故在生产实践中应用比较广 泛。 8 3）.等雨量线法 在较大流域或区域内,如地形起伏较大,对降水影响显著,且有足够的雨量站,则宜用等雨量线 法推求流域平均雨量。如图 2-10 所示,先量算相邻两雨量线间的面积 i f ,再根据各雨量线的 数值 i x ,就可以按下式计算: i n i ii f xx F x) 2 ( 1 1 1 （2-12） 此法比较精确,但对资料条件要求较高,且工作量大,因此应用上受到一定的限制。 主要用于典 型大暴雨的分析。 4、掌握径流的 5 种表示方式以及相互间的