水文学第二章水文学的一般概念与水文测验

1、第二章,水文学的一般概念与水文测验,2.1 地球上的水量平衡,一、地球上的水 存在形式： 汽态、液态和固态 空间分布：空中、地面、地下 及生物体内 总量： 13.86亿km3 海洋: 13.38亿km3（96.54%） 陆地: 0.48亿km3（ 3.46%） 淡水（ 2.53%）（ 68.7%） （ 30%） 河流、湖泊(水库)、沼泽：19万km3（0.014%）,二全球水量平衡 ： 陆地： P陆-E陆- R =U陆 多年平均： P陆=119000 km3, E陆= 72000 km3, R = 47000 km3 海洋： P海-E海+R =U海 多年平均： P海=458000 km3, E

2、海= 505000 km3, E陆+ E海= P陆+ P海 , 全球: E= P,2.2 河流与流域 一、河流 1.河流 地表水在重力作用下，沿着陆地表面上的曲线形凹地流动，称为径流。行水的曲线形凹地称为河道（床），径流和河道合称为河流。 依河流大小可分为江、河、溪、沟、涧（其间无精确分界）等。 河流可分为干流、支流，支流有多级。,2. 河流的基本特征 河流的平面形态: 河流断面: 河流的比降: 河流分段: 河道弯曲系数: 河流的长度:,二、分水线、流域与水系,分水线：山峰、山脊和鞍部的连接线。,流域:地面分水线包围的区域。 闭合流域：地面分水线与地下分水线重合。 非闭合流域：地面分水线与地下

3、分水线不重合。,流域的基本特征: 流域几何特征 流域面积 : 流域长度和平均宽度: 河网密度 : 流域平均高程和平均坡度: 流域形状系数 : 流域的不均匀系数 流域自然地理特征（地理位置、地形、气候、 土壤、地质、植被以及湖沼等 ）,水系：流域中大大小小河流交汇形成的树状或网状结构。,2.3 径流的形成过程及影响径流的因素,一、径流形成过程 (Run-off process) ： 由降雨(或融雪)开始，到水流汇集至河流出口断面处的整个物理过程，称为径流形成过程 。,产流(Run-off producing)过程： 是流域上各种径流成分的生成过程，也就是流域下垫面对降雨的再分配过程。,汇流(Fl

4、ow concentration)过程 ： 是流域上各种径流成分从它产生的地点向流域出口断面的汇集过程。,降雨径流形成过程框图,蒸发E,降雨P,截留 填洼 下渗,土壤水储存,浅层地下水储存,深层地下水储存,壤中流,浅层地下径流,深层地下径流,地面径流,总径流,二、径流的表示方法 1流量Q：m3/s 2径流总量W：m3、万m3或亿m3 3径流深R：mm 4径流模数M：L/(skm2) 5径流系数：（无量纲）,例：某水文站流域面积F=54500km2，多年平均降雨量P=1650mm，多年平均流量Q=1680m3/s。 求多年平均径流量、多年平均径流深、多年平均径流模数、多年平均径流系数。 解：（1

5、） （2） （3） （4）,三、影响径流的因素,流域特征是影响径流的主要因素： 气象条件 地理位置 地形特征 形状与面积 植被 湖泊与沼泽 人为因素,四、其它径流,1、地下 径流（见下页）： 2、泥沙： 3、溶解质,三、地下水,2.4 水量平衡 1全球水量平衡 ： 陆地： P陆-E陆- R =U陆 多年平均： P陆=119000 km3, E陆= 72000 km3, R = 47000 km3 海洋： P海-E海+R =U海 多年平均： P海=458000 km3, E海= 505000 km3, E陆+ E海= P陆+ P海 , E= P,2流域水量平衡 流域水量平衡方程式为: P+RgI

6、=E+RsO+RgO+q+W P-E-R=W 流域多年水量平衡方程式为： P=E+R,时段流域水量平衡方程式为: X-Z-R=U 流域多年水量平衡方程式为： X0=Z0+R0,2.5 水文测验方法,水文测验： 水文测验是对各种水文要素进行系统观测及对观测资料进行整编的总称。 水文要素有： 水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等,水文测验的方式 1驻测 2巡测 3间测 4自动测报系统 5水文调查,测验断面: 基本水尺断面 流速仪测流断面 浮标测流断面 比降断面 基线 基本水准点,一、水位的观测与计算,水位是河流、湖泊、海洋和水库等水体在某一地点的自由水面相对于标准基面（也称绝

7、对基面）的高程，单位以m计。 水位是最基本的水文要素，是反映水流变化的重要标志，它是水利、交通等工程建设、防汛抗旱的重要依据。 观测水位的设备有水尺和自记水位计两大类 。,日平均水位的计算： Z=1/48z0t1+z1(t1+t2)+zn-1(tn-1+tn)+zntn,二、 流量观测与计算 流量是江河重要的水文特征。 流量测验的方法有： 1 流速仪法、 2 水力学法 3 化学法 4 物理法,断面流量：,流量测验： 1 断面测量 2 流速测量 3 流量计算,二、流速测量：,三、流量计算： （1）垂线平均流速 一点法： 二点法： 三点法： 五点法： 六点法：,（2）部分面积平均流速 岸边： v1

8、=vm1 vn+1=vmn 斜坡岸边：=0.67-0.75； 陡岸： =0.8-0.9； 死水边： =0.5-0.67 中间：,（3）部分面积 岸边 ： 中间 ：,（4）流量计算,浮标法测流 1. 用流速仪测流困难时，或在高流速、低流速、小水深用流速仪测流无法测流时，采用浮标法测流。 2. 水面虚流速Vf ，断面虚流量Qf ，浮标系数Kf 。 其它测流方法 1水力学法（量水建筑物、水工建筑物） 2物理法（超声波法、电磁法、光学法） 3化学法（溶液法、稀释法、混合法） 4直接法（容积法、重量法）,水位资料的收集,水文年鉴、水文数据库 水文手册、水文图集 水文调查,2.6 水位与流量关系曲线,1水

9、位流量关系 （1）稳定的水位流量关系 Q=v=f（Z） 可分别点绘Z-Q、Z-、Z-V关系曲线 。,（2）不稳定的水位流量关系 a受河槽冲淤影响,b受洪水涨落影响,d受综合因素影响,2水位流量关系曲线的延长 （1）根据水位面积、水位流速关系延长,（2）用曼宁公式延长,（3）用史蒂文斯法延长,3水位流量关系曲线的应用,（1）设计流量转换为设计水位 （2）调查来的水位转换为流量,水循环中有哪些基本环节？ 何谓流域？流域有几种类型，以什么来区分？流域有哪些主要特征？ 河流有哪些主要特征？ 简述径流的形成过程。 径流的大小有哪几种表示方法？各种度量单位之间是怎样换算的? 影响径流的主要因素是什么？ 大气中的水分以13000km3 计，多年平均全球年降水量577000 km3 ，试计算大气水的更新期。 某河的流域面积为21901km2 ，流域多年平均年降水量为476.1mm，多年平均年径流深为66.1mm。试求多年平均年蒸发总量，并计算其多年平均径流系数及蒸发系数。 某闭合流域面积A=1000km2 ，流域多年平均降水量x0=1400mm，多年平均流量Q0=20m3/s。现拟在此流域修建水库，由此增加的水