水文学复习提纲

第二章河川水文基础知识天然河流分为：河源、上游、中游、下游、河口。中泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线。河流的基本特征：河流断面（横断面：河槽、河滩；纵断面：河流沿中泓线的断面）、河流长度、河流比降（水面、河底）根据河流径流的地形特点，分为山区河流和平原河流。山区：河谷断面形成为发育不完全的V或U形，断面狭窄，坡面呈直线形或曲线形。平原：抛物线形、不对称三角形、W形，河床宽而浅，有一定规律。其平面形式有顺直、微弯、蜿蜒、分叉、游荡型。流域特征:几何特征（流域面积、流域形状）自然地理特征（地理位置、地形）流域：河流的集水区域。流域的地形二般以流域的平均高度、平均宽度和平均坡度表示。降水形成过程（降水开始到水流流经出口断面的全部过程四个阶段:降水过程、流域蓄渗过程、坡面漫流过程、河槽集流过程 —影响径流的主要因素气象气候因素（降雨、蒸发）、下垫面因素（地形、土壤和地质、植被与湖沼、流域形状和面积、人类活动因素（农业措施、林牧业措施、水利措施）只影响1、2两个阶段河川水文的主要特点不重复性、周期性、地区性、模糊性。第三章河川水文测验验测河段的选择：1必须满足设站的目的和要求;2在保证成果具有必要精度的前提下，有利于简化资料整理工作。日平均水位计算算术平均法（水位变化缓慢或等时距）面积包围法（水位变化大且观测时距不等）日平均水位过程线：以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的曲线，每年一条。日平均水位历时曲线：是一个累计曲线，表示大于或等于某一水位值1年中出现的天数，又称呆证率曲线。绘制方法：将1年的日平均水位按一定的水位差分级，然后分项统计各级水位的历时和相应额累计历时，计算累计历时展全年总日数的百分数（保证率），取分集水位下限为纵坐标一保证率为横坐标绘曲线图。断面测量主要包括水深、起点距（测深垂线至指定点的水平距离）及水位测量。 _稳定的水位■流量关系曲线：H-QH-AH-v造成不稳定水位一流量关系曲线的原因：洪水涨落影响、回水变动影响、河床冲淤影响水位硫量关系曲线高水位延长方法1水位-面积-流速延长法（1根据本年实测大断面，绘出HA关系曲线；2延长高水位的H-v曲线;3根据任意高水位值，由上述两条线的延长部分查出相应的A、v值，算出延长的流量，即可将H-Q关系曲线延长。）2水力学公式延长法水位硫量关系曲线低水位延长方法找出断流水位（横断面资料确定法、分析法）、一次为控制点，由实测部分向下延长，或按趋势延长，或借用上下游站的流量辅助。流量资料整理的主要内容日月年平均流量计算、编制逐日平均流量表、实测流量成果表、汛期洪期要素摘录。第四章水文统计基础知识频率直方图：选取频率密度MAX为横坐标，以年降水量的各组下线值C为纵坐标，按组绘成直方图。累计频率曲线：累计频率为横坐标，分组下限值x为纵坐标。频率分布曲线：资料年限无限增多，组距无限小，阶梯形线会变成官话的连续曲线。位置特征参数：均值x，众值X，中值x。正偏：均＞中＞众离散程度特征参数均方差°=工G—X）2/n，变差系数反映相对离散密度，C=a/X二匹（K—I”n，越大，曲线左侧升高，右侧降低。偏态系数c反应密度曲线的对称特征,＞0，众＜中，左/正偏，概率分布曲线下凹。S常用的概率分布曲线1正态分布，特点：单峰形，以均值为对称轴，曲线两端趋于正负无穷，并以X为渐近线。2皮尔逊III型曲线，基本条件:若纵轴在均值处，当x=-d,则dy/dx=O,x=x；当y=0时，应使dy/dx=0,即曲线与横坐标相切。曲线形式：一条下端有限，上端无限的不对称丹凤概率密度曲线。3耿贝尔分布。4威布尔分布。试求累计频率曲线和百年一遇（P=1%）的设计洪峰流量值：Cs/Cv查得Kp,Xp=x•Kp，画P-Q曲线。重现期T：在某一随即变量系列多次弧线的一些数值中，某一数值重复出现的时间间隔的平均数，即平均重现间隔期，累计频率P有一定的对应关系T=l/p。若研究某一年水文特征值，其累计频率P＞50%,T=l/1-P随机变量样本的累计频率曲线参数均值，变差系数，偏态系数。假设具有许多同样容量的样本系列，每一样本系列都可计算出统计参数，其多个样本参数的期望值等于相应的总体参数，则称此估计值无偏估计值；不等于相应的总体参数值称为有偏估计值。累积频率曲线绘制方法有求矩适线法、三点法、读点补矩法。适线法绘制累积频率曲线的过程」绘制经验累积频率P=m/n+1）曲线2矩法求样本系统参数Q,cv»“-1 ）3选定线性（试定Cs/Cv=2,3,4查①p,带入Kp=1+Cv•①p及Qp=Q•Kp",以点据（Qp，P）绘出二条理论曲线）4适线分析基本要点：根据实测资料计算经验累计频率点据，点绘在概率格纸上。然后以实际资料做样本，用矩法计算统计参数、Cv再选定比较合适的概率分布曲线，有统计参数xCvCs绘制理论累计频率曲线，与经验点据比较其分配配合情况。如不一致，适当修改Cs的倍数，必要时调整xCv使得理论累计频率曲线与经验累计频率点据配合较好找到一条比较满意的累计频率曲线。最大流量累积频率计算表序号m最大流量Qi模比系数KiKi-1（Ki-l）2P特大值处理问题关键在于调查考证重现期N相关分析：完全相关，零相关，相关关系。相关分析法：图解法回归分析法求矩适线法求最大流量值第五章■河道工程设计水位及流量推求设计流量和设计水位通常分两种1与工程安全和经济有关的洪水流量与水位。（通过概率分析方法解决设计洪水）关于正常通航的设计流量和设计水位。（概率分析解决设计通航高水位问题外，还需运用历时曲线和保证率频率发推求设计通航最低水位。洪水过程特征描述洪峰流量Qm、一次洪水过程总量W、洪水历时t洪水设计标准：选择某一累计频率的洪水作为设计依据，一概率形式估算未来可能发生的洪水，采用洪水出现累计频率作为设计标准。设计洪水计算的内容洪峰流量，不同时段的设计洪水总量和设计洪水。推求设计洪水的基本方法1由流量资料推求设计洪水,2由暴雨推求设计洪水，3资料缺乏时，用水文比拟法、等值线图法、水力学公式法推求。由资料推求设计洪水资料审查、选样、差补延长（1利用上游或下游枯、干支流站或邻近流域测站的流量进行插补延长,2利用本站峰量关系进行插补延长）、特大洪水处理问题（包括洪水调查与考证、累计频率计算及合理性检查，设计洪水过程线推求。推求设计洪水过程1）同倍比放大法、2）同频率放大法典型过程线的选择原则：1）选择峰高量大，希遇的实际洪水，发生的季节、洪水次数、主峰位置及峰量关系能代表流域特性；2）为安全计，选择峰形集中，主峰楄后型水工建筑物施工常用的方法是分期筑围堰。施工设计洪水：确定某一设计洪水作为导流建筑设计的基本依据。设计水位:通常包括对应设计标准的水库设计洪水过程线调节所得的水库设计水位，对应同行设计标准的设计通航水位。通航保证率：统计年限内能正常通航天数占总天数的百分比。设计最高通航水位的推求采用累积频率曲线法，当用水位资料推求设计最高通航水位时，为便于计算和减少误差，又不致出现过小的Cv值，常将原水位系列中各项数值都减一个常数Ho然后进行频率计算，最后球的结果需再加上Ho求设计最高通航水位1将n年最高水位H1按大小排序。其次，从各年水位值中减去Ho,求H,Cv，适线选定系统参数Cs。查模比系数Kp,最高通航水位Hp=H*Kp+Ho计算表：序号mHi（Hi-Ho）Ki（Ki-1）（Ki-1）2P=m/n+1求最低通航水位：1历时曲线法（A综合法：反映水文变量的多年平均情况，并用同行日保证率反映航运效益，适用于河流补给源较一致，变量年际间变化不大，且资料系列较长的条件、B平均法：将涉及断面处多年实测逐日平均水位资料进行统计，点绘各年水位厉史曲线，求任意历时对应的水位平均值，与相应历时绘制曲线、C代表年法：从多年实测逐日平均水位资料中选取丰富、、平、枯三个代表年，按表统计，让侯将统一历时的三个水位加以平均，以平均值与其相对应的历点绘曲线D简化法:从刊布的日平均水位资料表中，选用对应的水位和年最高、最低水位，确定各种历史的水位平均值，与相应的历时绘成历时曲线）2保证率频率法：将保证率对应的水位看做随即变量，进行频率分析，然后再累积频率曲线商丘的制定频率下的水位，作为设计流量。此方法既考虑了停航减载的历时，又考虑了该历时出现的平率。当设计标准较高时，此法较为可行。推求某工程10年一遇，保证率为95%的设计最低水位：在多年水位资料所绘制的历时曲线上摘取相应于年保证率为）5%的枯水位、逐年最枯水位，再以历年最苦水位为零点，求出各年相对零点的95%保证率水位，再以该水位作为随即变量进行频率计算，应用求矩适线法，初估计计算参数Z,CvCS=nCv最后从累积频率曲线上查出P=90%，即10年一遇、保证率为95%的设计最低水位。历年枯水位统计表年份最枯水位保证率为95%的水位以历年最枯水位为零点的95%水位保证率为95%的水位累计频率计算表：序号年份保证率为95%的水位H按大小排列年份按大小排列水位H以最苦水位期算水位yKi=yi/£（Ki-1）-l）2P=m/n+1第六章海浪（波峰、波峰线、静水面、波高、波长）海浪分类：按扰动力分（强制波、自由波、混合浪）按复原力的性质分（毛细波、重力波、长周期波）波浪要素的变化（不规则波、规则波）（长峰波、短峰波）波峰线的传播（前进波、驻波）水质点运动的轨迹（震荡波、推移波）地转偏向力A=2®Usin甲离心力C=U2/r气压梯度力G摩擦力低压中心用D表示，称为气旋（G=A+C）；高压中心用G表示，称为反气旋（G=A-C）。在北半球，若背风而立，高压在右，低压在坐；南半球相反。风的形成：空气在水平方向上的气压差形成的水平运动我国近海风况的特点主要表现为：季风、寒潮大风、台风风向频率玫瑰图可以判断常风向以及大风的风向最大风速玫瑰图离地（海）面10米处的风速U10与离地（海）面任意处的风速Uz的关系:U10=Kz/Uz将一直岸离地10米高度处的风速换算成海面上10米高度的风速（U10）海=（U10）陆*«陆上风速小时K大，离岸风比向岸风K大风速时距的换算：时距10min的平均风速称为厂，用于风荷载计算，U2用于波浪推算。统一风况下，时距越小，相应风速越大。测波仪按工作原理分：岸用光学测波仪、遥测重力测波仪（利用测量波面水质点运动的加速度办法反应海面水质点的运动）压力式测波仪、升学测波仪、波形指波浪形态分风浪、涌浪和混合浪。波面自上而下跨国横轴的交点称为下零跨点。上零跨点H1/100=H0.4%H1/10=H4%H1/3=H13%推求某一重现期设计波浪的基本方法1根据驻港海区或邻近海洋水文观测站得到特征波，用数理统计去分析其分布规律，根据求得的分布规律推断今后多年内可能出现的特征波；2利用当地或邻近气象台站的风况观测资料或天气图根据风要素和波浪要素的关系后报出当时的波浪要素。危险率q按某一重现期设计波浪设计的建筑物在使用年限内可能遭受破坏的概率q—1_（!_p）m安全率「6—P）m重现期T=1/P特征波高的两种表示方法一种是在波列中选取某一累计频率对应的波高作为特征波高，即HF%，另一种方法是以所谓部分的大波的平均波高作为特征波高，其含义为：将波列中的波高由大到小依次排列，其中最大的P部分波高的平均值就成为P部分大波的平均波高，HP设计波浪的标准包括：1）设计波浪的重现期标准；2）设计波浪的波列累计频率标准文圣常谱作为规范谱使用设计波浪额推算频率分析法：1经验累计频率的计算，2理论累计频率曲线的选用（皮3）。利用短期侧波资料推算设计波浪a年中观测波浪共n次，则a年中最大的累计频率Pa=1/n,b年中期望出现的波高次数将为b*n/a,则b年中最大值的累计频率将为：Pb=a/bn=a/b*Pa.风浪发展的三种状态：1过渡状态tvmin,F>min2定长状态t>min,Fvmin3海浪的充分成长状态判断风浪状态的标准：如果风作用已久，且风距很短，风浪多趋于定长状态；反之，如果作用时间很短，风距又很大，风浪则多处于过渡状态。如果风作用时间很长，风距也很大，风浪；就有可能达到充分成长状态。1）最小风时：在一定风速U下，在给定的风区长度F处出现最大波浪，即达到定长状态，所需要的最短时间;2）最小风距：在一定风速U下，在给定的风时t时产生最大波浪所需的最短风距，记为Fmin风浪预报方法：会战法，将能量法与波谱法结合起来，对海平面上实际出现的不规则波动，利用波浪要素额概率密度函数建力平均能量平衡方程，并与海浪普相结合，研究深浅水中海浪的成长与传播，绘出了海浪要素的图解。水深变浅引起的海浪变形波浪从深水传向海岸时，周期基本不变，波长和波速随水深变浅而减小，波高：略减小、增大、破碎波浪破碎的形态1“崩破“型破碎波这是一种波峰开始出现白色浪花，而逐渐向波浪的前面扩大崩破的波形。崩破型破碎波的剖面形态前后还比较对称，波形的破碎方式是逐渐形成的，只发生在波峰顶附近的一部分水体。深水中波浪较陡，且水底较平坦时将会出现这种形态的破碎波2）”卷波“这是一种波峰前坡逐渐变陡，终于波峰向前倾倒，形成先前方飞溅并伴随着空气的卷入的破碎波；3）”坍滚波“其特性介于卷破波和激散波之间。其时波面前坡底部变得铅直6有破碎浪花；）”激散波“这是一种波的前面逐渐变陡，在进行中从下部开始破碎，但波峰基本上保持部破碎，波前方是非常杂乱的状态，并沿斜坡上爬的破碎波。第七章潮汐产生潮汐现象的原因：地球上不同海域离月球和太阳的相对位置不同，所受到的引力有所差异从而导致地球上海水的相对运动天文潮：由引力和离心力的合力称之为引潮力，由其引起的海面升降。风暴潮：台风、寒潮等天气系统带来的大风或气压巨变我引起海面水位异常升降。潮汐地球表面海水发生周期性运动的现象，包括海面周期性的垂直涨落运动（潮汐）和海水周期性的水平进退流速（潮流）潮汐类型：半日潮，日潮，混合潮引潮力F=P+N：水质点受到的力有1月球的引力P2离心惯性力N3重力Fg潮汐静力学理论：通过水质点的静力平衡来航就潮汐的形成。太阴日：地球自转时，地球上某一点在一天内不同时刻，将分别处于不同位置，由于月球也在运动，地球上再回到相同位置需要4h50min潮汐动力学理论：潮汐是在月球和太阳水平潮引力作用下的一种超波运动，即潮汐现象是一种波动。大洋海水受到水平潮引力场的作用将发生流动形成潮波，波峰到达时，发生高潮；波谷到达时，发生低潮。验潮柱（水尺）一般设在能被海水经常淹没的滨海地带，可设在专门的木桩、码头防波堤等建筑物上。水尺装好后，用水准仪测水尺零点的高程。水位=水尺读数+水尺零点高程调和分析的目的就是根据实测潮位过程推求当地各组成分潮的调和常数分潮按其影响因素特点分类：浅水分潮气象分潮预报某副港某日高潮和低潮的潮高时；查主港高潮与低潮，减去该主港经季节改正数后的平均海平面。将减得的数值乘以副港的超差比率。将乘积与副港经季节改正的平均海平面相加，即得副港某日的高潮和低潮。一般选取某个永久验潮站的平均海平面作为标准基准面。我国沿岸潮汐类型分布总的特点是渤海沿岸大多属不规则半日潮；黄海、东海沿岸大多属于规则半日潮；南海沿岸较为复杂，规则日朝、不规则日朝和半日潮都有。黄海基面：选取某个海平面作为标准基准面，作为全国陆地高程测量的基准面半潮面是高潮的高度和低潮的高度的平均值，又称平均潮面;平均海平面是确定陆地高程的零点；潮汐表上预报潮位值的零点称为潮高基准面，它在平均海平面以下，与海图深度基准面也不一定一致，任何时刻某还去某处的实际水深就等于海图深度加上高潮基准面与海图深度基准面之间的差值和该海区潮汐表上的预报潮位值；所有的建设资料都是当地零点为基准面设计潮位通常包括设计高低水位