水文学原理 第一章 绪论

内容：1.1水文现象与水文循环1.2水文研究领域与发展1.3水文应用1.4水文现象特征1.5水平衡方程1.6水文现象研究方法重点：水文现象的运动形式；水文循环的定义和分类；水文现象的研究方法水平衡方程的难点：水文现象的特征水平衡方程，第一章绪论，1.1水文现象和水文循环，1.1.1水文现象是指水在地球上因外界影响而产生的无休止的运动形式。(1)与水相关的基本概念(1)水体：水的聚集体。2)水圈：地球上的水在海洋、陆地、大气和生物体内以液态、固态和气态的形式分布。这些水体形成了地球的水圈。(2)外部效应主要指太阳辐射、重力和其他力，如周围行星的力。(3)有四种类型的运动：降水、蒸发、渗漏、径流等。降水：大气中的水蒸气凝结后以液体或固体水的形式落到地面的现象。如雨、雪、露、霜、冰雹、雨夹雪等。2)蒸发：水分子以水蒸气的形式从水、冰、雪或其他含水物质的表面逸出的现象。包括拦截蒸发、地面蒸发、叶面排放、水分蒸发等。径流：降水从陆地流入河流、湖泊、沼泽、海洋、蓄水层或沙漠。包括地表径流和地下径流。4)渗水：水从地表渗入地下。包括渗透和渗透。水文循环(1)定义了水在太阳辐射和地球或某一地区的重力作用下，通过蒸发、水汽输送、降水、渗透、径流等过程不断变化和迁移的现象。(2)分类1)大循环：大区域(领域)内的循环，也称外循环。(2)小循环：小区域(领域)内的循环，也称为内部循环。(3)水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。了解其基本客观规律及其影响因素之间的内在联系，对合理开发利用水资源、抵御水旱灾害、改造自然和利用自然具有重要意义。水汽输送、蒸发、降水、蒸发、降水、植物蒸腾、湖泊、地表径流、地下径流、海洋、蒸发、降水，1.1.3水资源简介1水资源储量，2特征(1)可恢复性和有限性。(2)水资源的时空分布不均衡。中国：中纬度，大陆性季风气候。受季风和西风环流的影响，丰枯交替变化(夏季多雨，冬季多雨)。有效水资源=水资源-无效水资源(河流洪水和污染水)在南方四个地区分布不均：珠江、浙江、福建和台湾，西南河流和长江流域。水量占80%，耕地占38%，人口占54%-7%，北部：黄河、淮河、海滦、辽河、黑龙江和西北内陆河6条。水量20华氏度，耕地62华氏度，人口46华氏度。总的来说，土地多，人口少，水少，水土资源极不平衡。珍惜水资源、节约水资源和使用多种水资源是无可替代的。关系：水资源是指由水循环引起的陆地上某一区域的年平均淡水量降水量、径流量及其变化。这些可以通过水文分析和基于水文和水质观测数据的计算来计算。水资源评价(包括水环境质量)由各级水文部门进行。水资源与水文循环的关系地球表面可供人类使用的水称为水资源。包括水量、水质、水能资源和水域面积。水文循环提供陆地上连续的降水和径流，以及某一地区多年的平均年降水量或年径流量，即该地区的水资源量。因此(1)水文学的定义：研究地球大气层、地球表面和地壳中存在的各种水现象和发展规律及其内部关系的学科。包括水体的形成、循环和分布、水体的化学成分、生物和物理性质及其对环境的影响等。(2)研究领域(分类)水文学主要研究河流、湖泊、沼泽、冰川等。在陆地表面，并逐渐延伸到地下水、土壤水、大气水和海水。1.2水文学的研究领域和发展，1)传统水文学根据所研究的水体进行划分：河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、海洋水文学、海洋水文学、地下水水文学、土壤水文学、大气水文学。2)水文学采用的实验方法衍生出三个分支学科：水文测验、水文学、调查、水文学、实验；3)水文学研究内容分为：水文原理、水文预报、水文分析与计算、水文地理学、河流动力学；4)作为应用科学，水文学分为：工程水文学、农业水文学、土壤水文学、森林水文学、城市水文学。5)随着新科学技术的发展和引进，出现了新的分支：随机水文学、模糊水文学、灰色系统水文学、遥感水文学、同位素水文学。1.2.2水文学的发展，水文学经历了一个从萌芽到成熟、从定性到定量、从经验到理论的发展过程。(1)20世纪是水文学的萌芽和奠基阶段。1)中国水文知识处于世界领先地位的萌芽阶段(公元1400年以前)，如：公元前239年的吕氏春秋；(2)2000年前建成的都江堰；(3)公元527年的水经注，(2)建基期(公元1400-1900年)。在此期间，西欧的工业革命促进了水利的发展。在水文观测方面，发明并制造了雨量计、蒸发器和流量计。系统的水文试验为水文定量计算和预测奠定了坚实的基础。(2)从20世纪初到20世纪50年代，应用水文学进入了20世纪。水利、水电、交通等大型建设蓬勃发展。为了使应用水文学快速发展，需要科学的水文计算和预报。(1)著名的塞顿定律是由塞顿于1900年在美国提出的；(2)1924年ha福斯特建立了P-水文频率曲线的计算方法；(3)1932年谢尔曼提出了单位线法(4)1935年麦卡锡建立了马斯京根河洪水算法。这一时期，中国水文发展相对落后。自20世纪60年代以来，这是水文学变革和发展的阶段，也是现代水文学的新阶段。随着计算机、遥感、全球定位系统和地理信息系统等高新技术的应用，流域数学模型、水资源科学、水环境科学和随机水文学的形成，水文学的发展进入了一个新的时代。本课程的内容如下：(1)内容主要涉及工程水文学的范畴。为了描述和研究从降水到径流入海的过程，研究了河流径流的运动规律、河道洪水演进、流域径流、湖泊、水库、冰川、融雪径流等问题。(2)目标1)为今后专业课程的学习打下基础；2)通过了解和熟练运用水文规律，合理规划、开发和节约用水。(3)认真学习水文知识，掌握基本概念和分析方法，熟练应用。水文应用1.3.1供水工程主要与取水工程有关：(1)当水量充足时：了解水位、泥沙和冰；(2)当水量不足时，弥补不足，进行引水、蓄水和调节。密云水库，大型引水工程：Xi黑河引水工程；北京的东西引水工程；引滦入津；黄宝泉(黄河济南)和黄(黄河青岛)。嘿。嘿。1.3.2排水工程(1)雨水排水(2)防洪。2006年7月，韶关铁路成为一条河道，车辆停在水中。2006年7月，沙水是一种很好的溶剂。许多物质容易溶解在水中。水有势能、动能、压力能和化学能。这是驱动水流动、溶解物质、携带泥沙和其他物质的动力。水的社会属性水是维持生命不可替代的物质。更多的水，更少的水和水污染都给人们的生活和生产带来了不利影响。水资源是可再生的，但存在时间和空间变化。如果水问题得不到很好的解决，它将成为一个社会问题。水、旱、涝是人类面临的主要自然灾害(洪涝灾害造成的损失占各种自然灾害总损失的55%，洪涝灾害占40%)。全球变暖增加了解决水问题的难度。水污染恶化的势头没有得到有效控制。不合理的工程措施和管理产生了负面影响。成为研究热点，各国水资源的研究课题有： (1)水能利用，多用途综合利用，(2)水资源开发，包括地表水、地下水、潮汐发电、海水淡化等。(3)水资源管理，主要是寻求水资源的最佳利用方案，节约用水，提高经济效益，(4)研究先进的灌溉措施，提高效率，节约用水。水质保护。包括回收再生水资源。水资源生态研究。由于人类对水资源利用不当或大规模破坏自然活动，导致严重的生态破坏和水资源失衡，这是一个新的研究方向。未来，水文科学研究内容的发展趋势将增加：准确估算水储量，以及目前正在开展的相关课题。深化水循环水平衡研究。特别是对各个环节的研究以及改进的方法和手段。研究洪水和枯水，包括其发生的时期和规律，并能做出更准确的中长期预报。城市水资源研究。研究地理环境与水文水资源的相互作用，特别是人类活动引起的水资源质量变化。地下水研究，特别是在特殊地区政治和经济政策对水资源合理开发、利用和管理的影响。世界各国在研究水资源和水文时采用了大量先进的科学技术手段，如：遥感和空间技术的应用，如航空摄影、卫星、雷达等。模拟计算机在地下水文献中的应用。难以观测的地下水模拟。核技术和放射性技术的应用。随机水文学。确定线性水文数学模型，确定非线性水文数学模型。确定线性水文系统。已建立的非线性水文系统。水文水资源科学的系统方法。目前增加了：模拟和模型。它们主要是各种水文过程的复杂模拟和具有许多参数的模型。系统方法。水文水资源系统研究是建模理论的基础。利用系统方法，可以统一研究水文水资源系统的各种要素，并讨论它们的变化。滇池位于昆明市的西南部，也被称为昆明湖。它是云南省最大的高原湖泊，也是全国第六大淡水湖。在滇池水污染防治工程中，大面积蓝藻爆发是滇池治理过程中的一个难题。面积近300平方公里的滇池是云贵高原上最大的淡水湖。自20世纪80年代以来，水污染日益严重，已成为国家控制的重点湖泊之一。长白山天池，天池水面海拔2189.7米，最深可达373米。长白山风景独特。其完整的垂直景观和原始生态系统是典型的大型自然综合体，是中国最大的自然保护区之一。位于青藏高原腹地，平均海拔4200米，是长江和黄河的源头。长江里25%的水和耶尔里49%的水(青海省玛多县)。黄河上游：由清澈的水、树木和绵羊组成的宏伟的“流动长廊”形成了美丽的图画。黄河上的红色污染区，来自洗煤厂(山西临汾)的黄河的黑色污染，从造纸厂的污水处理厂直接排放的污水进入赣江，秦淮河，塞纳河，上善若水，水的好处，但没有争议，是所有人都讨厌的。因此，它不仅仅是陶、黄石公园、东湖、1.4等水文现象的特征。1.4.1水文现象时空变化的周期性与随机性的对立统一(1)周期性(2)随机性(3)对立统一1.4.2水文现象地域分布的相似性与特殊性的对立统一(1)相似性(2)特殊性(3)对立统一总结：(1)由于水文现象具有时空的随机性和地域的特殊性，有必要对不同流域的各种水文现象进行年复一年的长期观测，积累数据，进行统计，分析其变化规律。(2)由于区域内水文现象相似，可以选择有代表性的河流进行观测，并将观测结果转移到相似区域。水文现象的基本规律确定性规律：水文现象有其原因和特定的形成条件，但不能用严格的数学方法来表达。随机规律：水文现象因其影响因素而在时间上不断变化，因此受其控制的水文现象也在不断变化。区域规律：一些水文现象有区域分布规律。(例如降雨、径流等。)，1.5水平衡方程，水平衡原理是水文学的基本原理。水平衡法是分析水文现象、建立水文要素间定性或定量关系、了解其时空变化规律的主要方法之一。根据水平衡原理，可以列出水平衡方程。对于某一区域，I-O=S型I和O输入和输出该区域在给定时间内的总水量；S 段区域蓄水量变化，可以是正的，也可以是负的。大陆水平衡方程：大陆多年平均水平衡方程为：海洋水平衡方程：海洋多年平均水平衡方程为：从以上分析，全球多年平均水平衡方程为：也就是说，全球多年平均降水量等于多年平均蒸发量。1993年，某水库实测年平均入库流量110m3/S，年平均出库流量120m3/S，年平均入库流量20m3/S，总灌溉引水量108m3，平均水面面积100km2，年降雨量1100mm，年蒸发量1200mm(1)写出水库的水平衡方程；(2)该年水库的库容是增加还是减少？试着找出水库蓄水量的变化。嘿。 1.6水文现象的研究方法基于实际观测数据，对水文现象进行分析和研究。根据不同目的的要求，水文学中常用的分析方法可以归纳为：原因分析法、数理统计法和地理综合法。(1)原因分析方法：以实测数据为基础，从物理原因研究水文变化规律，定性分析不能定量满