工程水文第一章

工程水文学及水利计算讲课教师：李英海

1工程水文学及水利计算〔一〕课程性质和特点工程水文是水利类专业的一门重要的专业根底课。经过本课程的学习，能初步掌握与水利水电工程规划设计、施工建立和运转管理有关的暴雨、洪水、径流资料的搜集、分析计算的根本知识和根本技艺，为其它专业课的学习和今后从事专业任务或进展科学研讨任务打下根底。2工程水文学〔二〕课程的根本要求1.了解水文景象的根本特点，物理成因，影响要素及其变化规律。2.掌握初步的水文检验技艺和搜集水文资料的方法。3.熟习和掌握水文分析的根本原理，如径流构成原理、水量平衡原理、水文统计原理等；掌握径流和洪水计算的根本方法，如成因分析法、水文统计法等，对工程中遇到的水文分析计算问题具有一定的分析和计算才干。4.初步掌握水文预告的根本原理和方法。3第一章绪论§1.1水文学§1.2工程水文学的研讨方法§1.3水文学的开展4水文学§1.1水文学内容提要工程水文学的意义与主要内容，水资源的根本概念。学习要求从工程建立需求了解工程水文内容。水资源工程水文学5水文学§1.1水文学-§1.1.1水文学水文学的定义研讨自然界各种水体〔大气水、地表水、地下水〕的存在、分布、循环、物理化学性质及其环境要素的变化规律，预测、预告各水文景象〔如降水、水位、流量、水质等〕的变化情势。水资源工程水文学6§1.1水文学-§1.1.1水文学全球各水体水量分布〔亿km3〕：

大气:

0.000129(0.1%)

陆地:

0.48(3.5%)

海洋:

13.38(96.5%)

∑:

13.86

7§1.1水文学-§1.1.1水文学根据水体分布情况，水文学可分为：水文气候学：主要研讨降水、蒸发、温度、湿度、风、气压。陆地水文学：主要研讨地表水、地下水，又可分为河流水文学、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。海洋水文学：主要研讨海温、洋流、风浪、潮汐等。8§1.1水文学-§1.1.2水资源水资源的定义：地球表层可供人类利用的水称为水资源。水资源包括水量、水质、水能资源和水域。

9水文学§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，将水文学方面的知识运用于水利水电工程，为工程的规划设计、施工建立、运转管理提供水文根据的一门科学。水资源工程水文学10水文学§1.1水文学-§1.1.3工程水文学工程水文学主要内容分四方面：〔1〕水文信息采集与处置〔水文检验〕：描画关于降水、蒸发、下渗、水位、流量、泥沙、水质、河道等工程的观测、调查及资料整编、检索的方法。〔2〕降雨径流相关分析：提示流域径流的构成规律，定量分析降雨量、土壤含水量、径流量之间以及降雨过程与流量过程之间的关系，描画流域产流与汇流计算的常用方法与数学模型。水资源工程水文学11〔3〕水文分析计算：提示水文景象的成因规律与统计规律，研讨水文要素与地理要素之间的联络及时空分布特性，论述各种资料条件下预估未来水文情势的方法和途径。〔4〕水文预告：重点研讨洪峰流量、洪水位及洪水过程的短期预告方法。12水文学§1.1水文学-§1.1.3工程水文学【例1-1】：1998年长江特大洪水防洪中，曾几次运用洪水预告，及时指点清江水库调度，实现清江洪水与三峡洪水错峰，防止了荆江分洪区分洪。水资源工程水文学13水文学§1.1水文学-§1.1.3工程水文学【例1-2】：长江三峡工程规划设计中的工程水文学问题。设计年径流预测〔以确定正常高水位、枯季最低水位、装机容量、平均年发电量等〕：平均年径流量；径流年际变化；径流年内变化。设计洪水预测〔以确定校核洪水位、设计洪水位、防洪限制水位、防洪库容、溢洪道尺寸等〕：校核洪水〔万年一遇〕；设计洪水〔千年一遇〕。水资源工程水文学14流域降雨径流水文系统§1.2工程水文学的研讨方法内容提要流域及其降雨径流水文系统，水文景象的根本规律与研讨方法学习要求了解流域水文系统的根本概念，了解水文景象根本规律与计算方法水文景象变化的根本规律水文研讨的根本方法15流域降雨径流水文系统§1.2工程水文学的研讨方法1、流域:

会聚于一条河流的积水区域，包括地面的和地下的，如图1-4。水文景象变化的根本规律水文研讨的根本方法16流域降雨径流水文系统§1.2工程水文学的研讨方法2、流域降雨径流水文系统

流域输入：I(t)=降雨P(t)

流域出口输出：径流Q(t)，蒸发E(t)

流域使I(t)转化为Q(t)的变换函数：Ω{}那么该系统表示为：Q(t)=Ω{I(t)}水文景象变化的根本规律水文研讨的根本方法17流域降雨径流水文系统§1.2工程水文学的研讨方法3、水文系统根本规律成因规律〔确定性规律〕统计规律〔随机性规律〕水文景象变化的根本规律水文研讨的根本方法18流域降雨径流水文系统§1.2工程水文学的研讨方法成因规律〔确定性规律〕表示水文景象构成的内在因果关系，确定的成因和条件将对应于确定的结果。【例1-1】根据水量平衡原理，可得全球的多年平均降水量=全球的多年平均蒸发量。【例1-2】流域上一次暴雨过程→扣除相应的损失过程=净雨过程→流域汇流=流域出口相应的一次洪水过程。水文景象变化的根本规律水文研讨的根本方法19流域降雨径流水文系统§1.2工程水文学的研讨方法统计规律〔随机性规律〕样本容量很大时，随机变量趋向于一个稳定的分布，或相关变量表现为稳定的相关关系。如某流域的年最大洪峰流量频率曲线图1-5和相邻流域间年径流量相关图1-6。水文景象变化的根本规律水文研讨的根本方法20流域降雨径流水文系统§1.2工程水文学的研讨方法4、水文系统的研讨方法成因分析法:根据水文变化的成因规律，定量分析水文景象与其影响要素之间的成因关系，由其影响要素预告水文情势的方法。如降雨径流预告法、河流洪水演算法等。数理统计法：根据水文景象的统计规律，对水文观测资料统计分析，进展水文情势概率预测的方法。如设计年径流计算、设计洪水计算等。地理综合法：根据水文景象所具有的地域性和地带性分布特征，综合气候、地质地貌、土壤、植被等自然地理要素，分析水文要素的地理分布规律，利用已有水文资料建立地域阅历公式，绘制水文特征等值线图。水文景象变化的根本规律水文研讨的根本方法21§1.3水文学的开展内容提要水文学开展的各个阶段与特点学习要求普通了解即可22§1.3水文学的开展水文学的开展，就是随着社会经济开展和水利工程开展的需求，从萌芽到成熟、由阅历到实际逐渐开展起来的。今后的开展仍将遵照这一规律更快地向前开展，以满足社会继续开展的需求。水文学的开展，大体可分为以下几个阶段：萌芽时期〔1400年以前〕奠基时期〔1400～1900年〕运用水文学的构成〔1900～1950年〕现代水文学时期〔1950年后〕23§1.3水文学的开展一、萌芽时期〔1400年以前〕这一时期中国的水文知识居于世界领先位置，如2000年前建成的都江堰，至今仍在发扬宏大作用，其中就表达着胜利的水文知识；又如527年的<水经注>，是早于欧洲1000多年的水文地理巨著；公元前239年的<吕氏春秋>最先提出水文循环的概念。24§1.3水文学的开展二、奠基时期〔1400～1900年〕该时期，西欧的文艺复兴和产业革命促进了水利事业的开展，在水文观测方面，发明制造了雨量器、蒸发器、流速仪等，系统的水文检验为水文定量计算及预告奠定了坚实根底。25§1.3水文学的开展三、运用水文学的构成〔1900～1950年〕进入20世纪，大规模的水利水电建立蓬勃开展，需求科学的水文计算和水文预告，使运用水文学迅速开展起来。1900年的美国J.A.塞登提出著名的塞登定律、1932年L.R.K.谢尔曼提出单位线法、1935年G.T.麦卡锡建立了马斯京根河道洪水演算法，1924年H.A.福斯特完好地建立了P-Ⅲ水文频率曲线计算方法等等，这一时期我国那么比较落后。26§1.3水文学的开展四、现代水文学时期〔1950年后〕随着计算机、空间信