工程水文计算学总复习ppt课件

1、工程水文计算工程水文计算Engineering Hydrology Calculation主讲马岚主讲马岚2021年年1月月7日日: 10167639 : mlpczsina北京林业大学水土坚持学院北京林业大学水土坚持学院总复习总复习第一章 绪论第二章 水文循环与径流构成第三章 水文信息采集与处置第四章 流域产汇流计算第五章 设计年径流第六章 由流量资料推求设计洪水第七章 由暴雨资料推求设计洪水1、水文学、水资源和工程水文学 水文学：研讨地球上，包括大气层、地表和地下在内的一切各种水体的存在、分布、循环和运动规律的一门学科，讨论水体的物理和化学特性、时空变化以及它们与环境的相互作用。 水资源：

2、地球表层可供人类利用的水，包括水量、水质、水能资源和水域。对人类最为适用的水资源是陆地上每年可以更新的降水量、江河流水量和浅层地下水的淡水量。 工程水文学：为水资源开发工程和其它有关工程的规划、设计、施工、管理、运用提供水文根据的学科。第一章第一章 绪论绪论 2、工程水文学的主要研讨内容 运用于水利工程，主要研讨水利工程的规划、设计、施工和运转管理中有关水文计算、水利计算和水文预告的根本实际和方法。 规划设计阶段：确定工程规模；施工阶段：提供施工期设计洪水；运营管理阶段：分析长期来水情势结合短期水文预告，编制调度方案。3、水文景象的根本规律 水文景象受气候要素、下垫面要素和人类活动的影响。表现

3、为周期性或确定性、随机性和地域性规律。4、工程水文学的根本研讨方法 根据水文景象的根本规律，按不同的条件和要求，工程水文学的研讨方法通常分为三类：成因分析法、数理统计法和地理综合法。实践任务中，这三种方法相辅相成、互为补充。1、河流及流域特征 1河流 河流分为河源、上游、中游、下游及河口五段。注入海洋的河流为外流河，注入内陆湖泊或消逝于沙漠的河流为内陆河。 河流的根本特征：河流长度、河流断面横断面、纵断面、中泓线、河道纵比降。 水系及河流地貌定律：斯特拉勒Strahler河流分级法。 2流域 闭合流域和非闭合流域。 流域的根本特征：流域面积、河网密度、流域长度和平均宽度、流域外形系数、流域的平

4、均高度和平均坡度、流域自然地理特征地理位置、气候特征和下垫面条件。第二章第二章 水文循环与径流构成水文循环与径流构成2、降水及其分类 降水包括雨、雪、霰、雹、露、霜等从空中降落到地表的各种液态水和固态水，是水文循环中最活泼的因子。常用降水量、降水历时、降水强度、降水面积和暴雨中心等来描画降水特征。日降水量到达或超越50mm的降水称为暴雨。 与降水有关的气候要素：气温、气压、风、湿度。 降水的分类：按空气抬升构成动力冷却的缘由分为对流雨、地形雨、锋面雨和气旋雨。3、土壤水、下渗与地下水 1土壤水 土壤水的存在方式：吸湿水、薄膜水、毛管水、重力水。 土壤水分常数：最大吸湿量、最大分子持水量、凋萎含

5、水量、毛管断裂含水量、田间持水量、饱和含水量。2下渗 下渗的物理过程：根据水分下渗过程中所受的力分子力、毛管力和重力和运动特征，下渗过程可分为渗润、渗漏和浸透三个阶段。渗润和渗漏属非饱和水流运动或土壤水运动，而浸透属于稳定的饱和水流运动或地下水运动。 下渗率、下渗才干、下渗才干曲线；初始下渗率、稳定下渗率。3地下水 地下水类型：潜水和承压水。4、蒸分发 按蒸发面的不同，蒸分发分为水面蒸发、土壤蒸发和植物分发。在充分供水的条件下，某一蒸发面上的蒸发量称为能够最大蒸发率或蒸发才干。 5、径流构成过程 径流构成过程可概括为：降雨过程扣除损失净雨过程流域汇流流量过程，其中降雨转化为净雨的过程称为产流过

6、程；净雨转化为河川流量的过程称为汇流过程。 降雨损失量包括雨期蒸发、植物截留、填洼和补充土壤缺水的下渗量。净雨分为地面净雨、表层流净雨和地下净雨。 汇流过程包括坡地汇流坡面漫流、表层流径流和坡地地下汇流和河网汇流。 径流常用流量、径流量、径流深、流量模数、径流系数来表示。1、测站与站网 水文测站按其观测工程可分为水位站、流量站、雨量站等；按其性质又可分为根本站和公用站两类。 水文站网布站的原那么：经过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，到达可以内插流域内任何地点水文要素的特征值，这也就是水文站网的作用。 水文测站的设立要求测站的水位与流量之间呈良好的稳定关系单一关系和便于布设基线、水准点和

7、各种断面根本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、比降断面。 水文检验的方式：驻测、巡测、间测和自动测报系统。第三章第三章 水文信息采集与处置水文信息采集与处置2、水位观测 水位的观测包括根本水尺和比降水尺的水位。 日平均水位计算：假设一日内水位变化缓，或系等时距人工观测或从自记水位计上摘录，采用算术平均值；假设一日内水位变化较大、且系不等时距观测或摘录，那么采用面积包围法。3、流量检验 流量丈量的根本方法为流速面积法，丈量内容包括断面丈量和流速丈量两部分。流速测定方法包括流速仪法、浮标法等。一、降雨径流要素计算一、降雨径流要素计算1、降雨特性分析、降雨特性分析 降雨强度过程线、降雨量累积曲

8、线和降雨强度降雨强度过程线、降雨量累积曲线和降雨强度历时曲线。历时曲线。第四章第四章 流域产汇流计算流域产汇流计算某水文站一次降雨过程某水文站一次降雨过程1：降雨强度过程线；：降雨强度过程线；2：瞬：瞬时雨强过程线；时雨强过程线；3：降雨量累：降雨量累积曲线积曲线 2、流域平均雨量计算、流域平均雨量计算 1算术平均法算术平均法 2泰森多边形法泰森多边形法 3等雨量线法等雨量线法等雨量线法等雨量线法泰森多边形法泰森多边形法3、径流量计算、径流量计算 1洪水场次划分洪水场次划分 2流量过程的分割：流量过程的分割：基流、地下径流和直接基流、地下径流和直接径流。径流。 3退水曲线：采用退水曲线：采用多

9、次实测洪水退水过程多次实测洪水退水过程的下包线。的下包线。洪水场次划分洪水场次划分流量过程的分割流量过程的分割流域地下水退水曲线流域地下水退水曲线4、前期影响雨量的计算、前期影响雨量的计算二、流域产流分析与计算二、流域产流分析与计算 1、包气带对降雨的再分配作用、包气带对降雨的再分配作用 地面对降雨的再分配作用：按下渗才干与降雨强度的对地面对降雨的再分配作用：按下渗才干与降雨强度的对比关系，地面把降雨分成下渗水量和地面径流两部分。比关系，地面把降雨分成下渗水量和地面径流两部分。 包气带对下渗水量的再分配作用：土壤含水量的添加和包气带对下渗水量的再分配作用：土壤含水量的添加和重力水。重力水最终构

10、成壤中径流和地下径流。重力水。重力水最终构成壤中径流和地下径流。 2、蓄满产流与超渗产流、蓄满产流与超渗产流 蓄满产流：只需在包气带到达田间持水量后才产生径流。蓄满产流：只需在包气带到达田间持水量后才产生径流。 超渗产流：由于降雨强度超越地面下渗率而产生径流，超渗产流：由于降雨强度超越地面下渗率而产生径流，包气带未到达田间持水量。包气带未到达田间持水量。3、产流计算、产流计算降雨径流相关图法降雨径流相关图法 三变量降雨径流相关图三变量降雨径流相关图(P+Pa)R 方式的降雨径流相关图方式的降雨径流相关图三、流域汇流分析与计算三、流域汇流分析与计算 1、流域汇流分析、流域汇流分析 流域汇流分为两

11、个阶段：坡地汇流流域汇流分为两个阶段：坡地汇流和河网汇流。和河网汇流。流域汇流流域汇流坡地汇流坡地汇流河网汇流河网汇流地面径流地面径流壤中流壤中流地下径流地下径流直接径流汇流直接径流汇流地面径流地面径流 2、流域汇流计算、流域汇流计算单位线法单位线法 单位线概念单位线概念 单位时段内均匀降落单位单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨，在流域出口深度的地面净雨，在流域出口断面构成的地面径流过程线。断面构成的地面径流过程线。 倍比假定：如单位时段内倍比假定：如单位时段内的净雨不是一个单位而是的净雨不是一个单位而是 k 个个单位，那么构成的流量过程是单位，那么构成的流量过程是单位线纵标的单位线纵标的

12、k 倍。倍。 叠加假定：假设净雨不是叠加假定：假设净雨不是一个时段而是一个时段而是m个时段，那么个时段，那么构成的流量过程是各时段净雨构成的流量过程是各时段净雨构成的部分流量过程错开时段构成的部分流量过程错开时段叠加。叠加。 单位线单位线一、年径流变化 1、径流的年际变化和年内变化 径流的年际变化：丰水年、平水年和枯水年。 径流的年内变化：丰水期或洪水期和枯水期，或汛期与非汛期。 2、年径流分析计算的目的和内容 目的：推求不同保证率的年径流量及其分配过程。 内容：搜集和审查资料；年径流量的频率分析计算；提供设计年径流的时程分配；对分析成果进展合理性检查。第五章第五章 设计年径流设计年径流二、有

13、较长资料时设计年径流频率分析计算“三性审查 可靠性：检查原始水位资料，水位流量关系曲线及上、下游站和区间径流量的水量平衡。 一致性：年径流系列都应是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面上获得的。 代表性：样本对年径流总体的接近程度。三、短缺资料时设计年径流频率分析计算 径流实测资料短，或完全没有径流实测资料。1、有较短年径流系列时 寻求有较长观测系列的参证变量，经过相关关系，将设计断面年径流系列适当地加以延伸至规范要求的长度。1参证变量的选择 最常采用的参证变量有：设计断面的水位、上下游测站或临近河流测站的径流量、流域的降水量。2年径流系列的展延2、缺乏实测径流资料时1参数等值线图

14、法，如利用年径流深等值线图及Cv等值线图。2阅历公式法3水文比较法：移置经过修正水文类似区内类似流域的实测水文特征。四、设计年径流的时程分配设计代表年法 在长系列径流资料中选择一个典型的年内分配过程，并按此典型计算设计年径流量的年内分配。选择原那么是年径流量与设计值接近，对工程较为不利。年内分配的计算1同倍比法 按年径流量的比值分别乘典型年各月的径流量。2同频率法 根据频率分析求得的不同时段径流量，按与代表年一样时段径流量的比值进展缩放。因此，各时段的缩放比不同。 第六章第六章 由流量资料推求设计洪水由流量资料推求设计洪水 对永久性建筑物采用二级规范：设计规范和校核规范。 设计洪水：建筑物的尺

15、寸由设计洪水确定，当这种洪水发生时，建筑物应处于正常运用形状。 校核洪水：起校核作用，当其降暂时，主要建筑物要确保平安，但工程可处在非常情况下运转，即允许坚持较高水位，电站、船闸等正常任务允许遭到破坏。 设计洪水三要素：设计洪峰流量、设计洪水总量和设计洪水过程线。 设计洪水的推求方法：按所用资料不同分为由流量资料推求和由暴雨资料推求。一、设计洪峰流量和设计洪量的计算1、选样 年最大值法，即每年只选一个最大洪峰流量及某一历时的最大洪量。2、特大洪水 比系列中普通洪水大得多的洪水称为特大洪水，并且经过洪水调查可以确定其量值大小及其重现期者。 3、不连序系列阅历频率和统计参数的计算 将特大洪水的阅历

16、频率与普通洪水的阅历频率分别计算。1独立样本法 把包括历史洪水的长系列N年和实测的短系列n年看作是从总体中随机抽取的两个独立样本，各项洪峰值可在各自所在系列中排位。2一致样本法 将实测普通洪水系列与特大值系列共同组成一个不连序系列作为代表总体的样本，不连序系列的各项可在调查期限N年内一致排位。二、设计洪水过程线的推求1、典型洪水选择 选择典型洪水的原那么。2、典型洪水过程线的放大1同倍比放大法 按峰放大或按量放大。2同频率放大法 按洪峰和不同历时的洪量分别采用不同的倍比，使放大后的过程线的洪峰及各种历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量，即“峰、量同频率放大。第七章第七章 由暴雨资料推求设计洪水

17、由暴雨资料推求设计洪水由暴雨资料推求设计洪水的步骤：由暴雨资料推求设计洪水的步骤： 推求设计暴雨：用频率分析法求设计雨量及暴雨过程。推求设计暴雨：用频率分析法求设计雨量及暴雨过程。 推求设计净雨：设计暴雨扣除损失产流计算。推求设计净雨：设计暴雨扣除损失产流计算。 推求设计洪水：用单位线法等对设计净雨进展汇流汇流计算。推求设计洪水：用单位线法等对设计净雨进展汇流汇流计算。根本假定：洪水与暴雨同频率。根本假定：洪水与暴雨同频率。一、直接法推求设计面暴雨量一、直接法推求设计面暴雨量 1、暴雨资料的搜集、审查和统计选样、暴雨资料的搜集、审查和统计选样 资料搜集：向水文、气候部门搜集；资料搜集：向水文、气候部门搜集； 资料审查：可靠性、一致性和代表性；资料审查：可靠性、一致性和代表性； 统计选样：选取固定时段如统计选样：选取固定时段如1、3、7、15天等年最大值法。天等年最大值法。 2、特大暴雨的处置、特大暴雨的处置 关键是确定重现期：经过调查，关键是确定重现期：经过调查，结合历史文献记载估计。结合历史文献记载估计。二、设计暴雨时空分配的计算二、设计暴雨时空分配的计算 1、选择典型暴雨的原那么。、