工程水文学第一章

1、工程水文学与水利计算，讲师：李英海，2、工程水文学与水利计算，(1)课程性质与特点工程水文学是水利专业的一门重要专业基础课。通过本课程的学习，可以初步掌握水利水电工程规划设计、建设和运行管理相关的暴雨、洪水、径流数据收集、分析和计算的基本知识和技能，为其他专业课程的学习和今后的专业工作或科研工作打下基础。(2)课程1的基本要求。了解水文现象的基本特征、物理原因、影响因素及其变化规律。2.掌握初步水文测验技能和收集水文资料的方法。3.熟悉并掌握水文分析的基本原理，如径流形成原理、水量平衡原理、水文统计原理等。掌握径流和洪水计算的基本方法，如成因分析、水文统计等。并对工程中遇到的水文分析计算问题具有一定的分析计算能力。4.掌握水文预报的基本原理和方法。第一章导论1.1水文学1.2工程水文学的研究方法1.3水文学的发展5水文学1.1水文学工程水文学的含义和主要内容以及水资源的基本概念。学习需要从工程建设的角度理解项目的水文内容。水资源，工程水文学，6，水文学，1.1水文学-1.1.1水文学，水文学的定义研究自然界中各种水体(大气水、地表水、地下水)的存在、分布、循环、物理和化学性质以及环境因素的变化规律，预测和预测各种水文现象(如降水、水位、流量、水质等)的变化情况。)。水资源，工程水文学，7，1.1水文学-1.1.1水文学，全球水量分布(100立方米):大气：0.000129(0.1%)，陆地：0.48(3.5%)，海洋：13.38 (96.5%) :13.86，8，1.1水文学-1.1.1水文学。根据水的分布，水文学可分为：水文气象学：主要研究降水、蒸发、温度、湿度、风和气压。水陆文学：主要研究地表水和地下水，可分为河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、地下水文学、森林水文学等。海水文学：主要研究海洋温度、洋流、风浪、潮汐等。水文学-1.1.2水资源，水资源的定义：地球表面可供人类使用的水称为水资源。水资源包括水量、水质、水能资源和水域。1.1水文学-1.1.3工程水文学，工程水文学的定义：水文学的一个重要分支，是一门将水文学知识应用于水利水电工程并为工程的规划、设计、施工、运行和管理提供水文基础的科学。水资源，工程水文学，11，水文学，1.1水文学-1.1.3工程水文学，工程水文学的主要内容分为四个方面：(1)水文信息的收集和处理(水文测验):描述降水、蒸发、入渗、水位、流量、泥沙、水质、河道等项目的观测、调查、数据编制和检索方法。(2)降雨径流相关性分析：揭示流域径流的形成规律，定量分析降雨、土壤含水量、径流与降雨过程和径流过程的关系，描述流域产汇流计算的常用方法和数学模型。水资源，工程水文学，12，(3)水文分析与计算：揭示水文现象的发生和统计规律，研究水文因素与地理因素的关系及时空分布特征，探讨在各种数据条件下预测未来水文形势的方法和途径。(4)水文预报：重点是洪峰流量、洪水位和洪水过程的短期预报方法。水文-1.1.1.3工程水文示例1-1):长江防洪期间设计年径流预测(确定正常高水位、枯水期最低水位、装机容量、年平均发电量等。):平均年径流量；径流的年际变化；径流的年变化。设计洪水预测(确定校核洪水位、设计洪水位、防洪极限水位、防洪库容、溢洪道尺寸等。):检查洪水(每一万年一次)；设计洪水(千年一遇)。水资源，工程水文学，15，流域降雨-径流水文系统，1.2工程水文学的研究方法，流域及其降雨-径流水文系统概述，水文现象的基本规律和研究方法学习要求理解流域水文系统的基本概念，理解水文现象的基本规律和计算方法，水文现象变化的基本规律，水文研究的基本方法，16，流域降雨-径流水文系统，1.2工程水文学的研究方法，1，个流域汇聚在河流的停滞区，包括地表和地下，如所示，水文现象变化的基本规律，水文研究的基本方法，17，流域降雨-径流水文系统，1.2工程水文学研究方法，2，流域降雨-径流水文系统的流域输入：I(t)=降雨P(t)流域输出：径流Q(t)，蒸发E(t)流域的转换函数，将I(t)转换为Q(t):，则系统表示为Q(t)= I(t)，水文现象变化的基本规律，水文研究的基本方法，18 1.2工程水文学的研究方法，3、水文系统的基本规律(确定性规律)统计规律(随机性规律)，水文现象变化的基本规律，水文研究的基本方法，19、流域降雨径流水文系统，1.2工程水文学的研究方法，遗传规律(确定性规律)代表水文现象形成的内在因果关系，确定的原因和条件将与确定的结果相对应。 例1-1根据水平衡原理，可以得到全球多年平均降水量=全球多年平均蒸发量。例1-2流域最后一次暴雨过程相应损失过程的扣除=净雨过程流域收敛=流域出口相应洪水过程。水文现象变化的基本规律，水文研究的基本方法，20，流域降雨径流水文系统，1.2工程水文研究方法，统计规律(随机规律)当样本量很大时，随机变量趋于稳定分布，或相关变量表现出稳定的相关性。例如，某一流域的年最大洪峰流量频率曲线图1-5和相邻流域的年径流相关曲线图1-6。一、水文现象变化的基本规律，水文研究的基本方法，21、流域降雨径流水文系统，1.2工程水文研究方法，4、水文系统研究方法：根据水文变化的原因规律，定量分析水文现象的原因和影响因素之间的关系，通过其影响因素预测水文情势的方法。如降雨径流预报方法、河流洪水算法等。数理统计：根据水文现象的统计规律，对水文观测数据进行统计分析，并对水文情况进行概率预测。如设计年径流计算、设计洪水计算等。地理综合方法：根据水文现象的区域和带状分布特征，综合气候、地质地貌、土壤和植被等自然地理要素，分析水文要素的地理分布规律，利用现有水文数据建立区域经验公式，绘制水文特征等值线图。水文现象变化的基本规律，水文研究的基本方法，水文学的发展22，1.3，总结水文发展的各个阶段和特点的学习要求有一个总体的认识，23，1.3水文学的发展，水文学的发展，是随着社会经济发展和水利工程的发展，从萌芽到成熟，从经验到理论逐步发展起来的。今后水文学的发展大致可分为以下几个阶段：萌芽期(1400年前)、奠基期(1400-1900年)、应用水文学的形成期(1900-1950年)、现代水文学时期(1950年后)和24，1.3水文学的发展。首先，在萌芽时期(1400年前)，中国的水文知识处于世界领先地位。例如，建于2000年前的都江堰仍然发挥着巨大的作用，体现了成功的水文知识。另一个例子是527年的水经注，这是一项比欧洲早1000多年的伟大的水文工作。水文循环的概念最早是在公元前239年吕氏春秋年提出的。在建国时期(1400 1900年)，西欧的文艺复兴和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。系统的水文试验为定量水文计算和预报奠定了坚实的基础。应用水文学的形成(1900-1950)已进入20世纪。大型水利水电建设蓬勃发展。科学的水文计算和水文预报是应用水文学快速发展的必要条件。1900年，美国的塞登提出了著名的塞登定律，1932年，谢尔曼提出了单位线法，1935年，麦卡锡建立了马斯京根河洪水算法，1924年，福斯特建立了P-水文频率曲线计算方法等。在此期间，中国相对落后。随着计算机和空间信息技术等高新技术的应用，随