工程师考试水文水资源基础(下).doc

水文水资源基础（下）一、水资源基础知识水资源的含义：1988年联合国教科文组织(UNESCO)和世界气象组织(WMO)定义：作为资源的水应当是可供利用或可能被利用，具有足够数量和可用质量，并且可适合对某地为满足水资源需求而能长期供应的水源。水资源的定义：狭义水资源：人类在一定的经济技术条件下能够直接利用的淡水。广义水资源：在一定的经济技术条件下能够直接或简介适用的各种水和水中物质，在社会生活和生产中具有适用价值和经济价值的水都可成为水资源。水资源的分类：按存在形式分为地表水和地下水：1.地表水：河流、湖泊、沼泽、冰川等水体的总称。降水、径流、蒸发是决定区域水资源状况的三要素。我国降水时空分布：东多西少、南多北少、夏秋多春冬少,径流的时空分布：季节性强；东南向西北递减,蒸发的时空分布：与降水类似2.地下水：埋藏在地表以下空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水称之为地下水。地下水的分类：上层滞水（土壤水） 潜水承压水水资源的特点：资源的循环性：水文循环，动态资源储量的有限性：全球淡水资源仅占全球总水量的2.5，真正能被利用的站0.8时空分布的不均匀性：开发利用的多样性：生产、生活、生态利、害双重性：洪水、旱灾、污染二、水资源评价水量评价：地表水资源量、地下水资源量水质评价：水资源评价资料的要求：“三性”：可靠性、合理性、代表性2.1地表水资源量：地表水资源的收支项：降水、蒸发、径流地表水资源的分类:河流：最主要部分，可表示地表水资源量湖泊冰川地表水资源量的评价：单站径流资料统计分析主要河流年径流量计算分区地表水资源量计算地表水资源时空分布特性分析地表水资源可利用量估计人类活动对河流径流的影响分析河流径流计算方法：成因分析法：通过对观测资料或试验资料分析，建立某一水文特征值与其影响因素之间的函数关系，从而预测未来的水文情势。地理综合法：利用已有固定观测站点的长期观测资料确定河流水文特征值在区域内的时空分布规律，预估无资料流域未来水文情势的方法。河流径流计算方法：数理统计法：根据水文现象的随机性特征，运用概率论和数理统计的方法，分析河流水文特征值系列的统计规律，并进行概率预估，从而得出水资源开发利用工程所需的设计水文特征值。数学模型法：概念型模型和机理性模型年径流量分析：年径流量：一个年度内通过河流某断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量，单位是m3。年径流深：年径流量折算成水深，mm多年平均年径流量：利用数理统计方法求出实测各年径流量的均值，即为多年平均年径流量。年径流量分析：年径流量的时空变异：区域性变化：五带（见后页表）年内变化：降水为主的，降雨为主兼有积雪融水的，融雪为主兼有降雨的影响年径流量的因素：气候：降雨、降雪、蒸发等下垫面条件：地形、植被、土壤和地质、湖泊和沼泽、流域大小、水利工程等年径流深的分带名称年径流深mm对应的降雨带丰水带800十分湿润带多水带200800湿润带过渡带50200半湿润带少水带1050半干旱带干涸带入渗能力fp；径流量R中仅是地面径流，而不产生地下径流，即R=Rs。流域蓄水容量(面积分配)曲线：0 1CWmm蓄水容量 f 蓄水容量 的流域累计面积；F 全流域面积最大的许水容量4.2水文预报含义：根据水文要素或其影响因素的过去或现时状态，对其未来状态作出回答。分类：按预见期分类：短期水文预报：预见期小于或等于流域汇流时间、中长期水文预报：预见期大于流域汇流时间按预报目的分类：洪水预报：为防汛抗旱而进行的预报、枯水预报：为农业灌溉、水力发电和水环境保护而进行的预报。墒情预报：为农业抗旱服务冰情预报：为防治和抗御冰凌洪水服务水质预报：为防治水源污染、改善水环境服务水库水文预报：为确保大坝安全和水库的兴利、防洪的合理调度或优化调度服务施工洪水预报：为水利工程安全施工服务短期洪水预报：河段洪水预报：根据河段上断面已出现的洪水过程，推算其下断面将要出现的洪水过程方法：相应水位(流量)法；合成流量法；流量演算法流域降雨径流预报：根据流域上一场降雨过程推算出流域出口断面未来出现的洪水过程。相应水位法：利用上下游洪峰水位及相应的转播时间的相关图进行预报：上游站洪峰水位(m)下游站洪峰水位(m)传播时间(hr)21.4m 07/16/7:008hr18.4m 07/16/15:00合成流量法：有支流汇入的河道Q33Q1Q212QQQ1+Q2+Q3下游断面洪峰流量上游三站合成洪峰流量Q1、Q2、Q3：均为上游各站的实测流量；Q：下游站预报的流量；流量演算法：马斯京根法联解得：式中，C0，C1，C2分别为K,x,Dt的函数，它们的数学表达式分别为：x：流量比重因子;K:槽蓄系数枯水预报：枯水期河中的流量主要由汛末滞留在流域中的蓄水量的消退形成。主要方法：1.退水曲线法：根据前一时刻的退水流量来预报后一时刻的退水流量。2.前后期径流相关法：根据流域前期径流量来预报未来的后期径流量。五、防洪洪水三要素：洪峰：洪峰流量，一次洪水过程中的最大流量，m3/s洪量：一次洪水的总径流量，m3洪水过程线：一次洪水的流量与时间的关系曲线Q(m3/s)Bt1t2TDCtAEQ mW洪水过程示意图Qm：洪峰流量(m3/s)，一次洪水过程中的最大流量；W：一次洪水的总径流量(m3)，即ABCDE所包围的面积；A：洪水起涨点； B：洪峰点； C：退水结束点；t1：涨水历时；t2：退水历时；T：洪水总历时(T=t1+t2)洪水的危害性：是我国主要的自然灾害之一，约有2/3的国土面积受到洪水灾害的威胁;威胁生命安全造成财产损失影响社会稳定防洪标准：GB50201-94水利水电枢纽工程的等别和级别工程等别水库防洪治涝灌溉供水水电站工程规模总库容（108m3）城镇及工矿企业的重要性保护农田(万亩)治涝面积(万亩)灌溉面积(万亩)城镇及工矿企业的重要性装机容量（104KW）大(1)型10特别重要500200150特别重要120大(2)型101.0重要5001002006015050重要12030中型1.00.10中等100306015505中等305小(1)型0.100.01一般30515350.5一般51小(2)型0.010.001530.51001005050202010注：潮汐河口挡潮枢纽工程的安全主要是防潮水，为统一起见，本标准将防洪标准统称为防洪标准。城市的等级和防洪标准等级重要性非农业人口（万人）防洪标准重现期（年）特别重要的城市150200重要的城等城市502010050一般城市15030010050150503001005030502010030302020302010设计洪水：定义：用以设计水利工程所依据的各种标准的洪水称为设计洪水。内容：设计洪峰流量、设计洪量、设计洪水过程设计洪水的方法：由流量资料推求设计洪水：有实测洪水的地区由暴雨资料推求设计洪水：有实测暴雨的地区由水文气象资料推求设计洪水：有水文气象观测资料的地区利用暴雨等值线图和一些简化公式估算设计洪水：缺乏资料地区，小流域由流量资料推求设计洪水作洪峰流量Qm及设计洪量Wt的频率计算，分别求得设计频率为P的相应洪峰流量Qm和设计洪量Wt选择流域中代表大洪水的实测洪水过程为典型，以Wtp及Qmp为控制放大典型洪水过程典型洪水过程发大的方法：同倍比放大法，分时段同频率放大法由暴雨资料推求设计洪水设计暴雨的计算设计洪水的计算：设计净雨推求设计洪水（单位线法）典型洪水过程发大的方法：同倍比放大法，分时段同频率放大法由气象资料推求设计洪水可能最大暴雨推求可能最大洪水可能最大暴雨PMP与气象资料有关产汇流计算小流域设计洪水缺乏资料地区，重点是设计洪峰流量的推求洪水控制与管理措施工程措施：堤防工程；水库调蓄；水土保持；分洪、滞洪与蓄洪垦殖；河道整治洪水控制与管理措施非工程措施：洪水情报、预报和警报；洪水风险分析；防洪法规；洪水保险；防洪调度。洪水调度及水库调洪计算洪水调度：依据水库的水位、入库流量、特定时段的降雨量等条件，确定水库的泄水方式和泄流量。目的：减小洪灾、发挥效益洪水调度及水库调洪计算规则：汛期洪水到来之前，水库坝前水位不超过防洪限制水位调洪过程中来水不超过防洪标准时，控制泄流量加上区间合成流量不超过下游河道的安全泄流量，坝前水位不超过防洪高水位来水超过防洪标准时，加大泄流量，确保大坝安全洪峰过后尽快将库水位降至防洪限制水位水库调洪由于水库有调节库容，当洪水通过水库时，调节库容可将部分洪水拦蓄和滞留在水库中，从而改变洪水过程线的形状，削减天然河道的洪峰流量，以达到河道防洪和保证建筑物安全的目的，这就是水库的调洪作用。水库调洪的基本原理： 其中，Q1，Q2计算时段初、末的入库流量 q1,q2计算时段初、末的下泄流量 V1，V2计算时段初、末水库的蓄存水量 Q，q分别为计算时段中的平均入库、下泄流量已知入库洪水过程线时，Q1，Q2，Q已知，V1，q1为初始条件，则可以由上面两个方程推求V2，q2。水库调洪计算方法：（1）列表试算法（常用方法）（1）半图解法（2）简化三角形法（3）无闸门控制时水库调洪计算（4）有闸门控制时水库调洪计算（5）坝顶高程的确定防洪预案的编制原则：贯彻行政首长负责制；以防为主，防抢结合；全面部署，保证重点；统一指挥，统一调度；服从大局，团结抗洪；工程措施和非工程措施相结合；尽可能调动全社会积极因素因素。防洪预案的编制主要内容：1.确定重点防护对象2.防御设防标准以内洪水方案3.防御超标准洪水方案4.防御山地灾害方案5.防御台风暴潮灾害方案6.防御冰凌洪水方案7.防御突发性洪水方案节水的涵义及措施节水的定义：基于经济、社会、环境与技术发展水平，通过法律法规、管理、技术与教育手段，以及改善供水系统，减少需水量，提高用水效率，降低水的损失与浪费，合理增加水可利用量，实现水资源的有效利用，达到环境、生态、经济效益的一致性和可持续发展。节水的定义：节水不同于简单的消极的少用水，它是依赖科学技术进步，通过降低单位目标的耗水量，实施水资源的高效利用。我国的用水特性：农业所占比例大，在70以上；工业和生活用水量增长较快水的利用效率低，浪费大，节水空间大节约水资源的途径和措施：分类：城市节水工业节水农业节水污水再生回用城市节水：城市用水组成：综合生活用水（居民生活用水、公共建筑用水）、工业企业生产用水及工作人员生活用水、消防用水、浇洒道路和绿地用水城市用水定额：一定期限内、一定约束条件下、一定范围内以一定核算单元所规定的用水水量限额。节水指标：人均日生活用水取水量,万元GDP取水量节水措施：加强宣传教育，提高全面节水意识合理调整水价，运用经济杠杆推动节水工作推广使用节水器具和设备制定用水定额，逐步实施计划管理保护城市供水水源，实现城市污水再生回用工业节水：工业用水分类：总用水量、循环水量、回用水量、重复利用水量、耗水量、排水量、取水量、漏失水量、补充水量等工业节水指标：万元工业产值取水量工业用水定额工业用水循环利用率工业节水措施：调整产品结构，改进生产工艺，建立节水型工业强化节水技术，开发节水设备，努力降低节水设施投资加强企业用水行政管理，逐步实现节水的法制化提高工业生产规模，发挥规模经济效益农业节水：农业用水现状：包括农田、林业、牧业的灌溉用水及水产养殖业、农村工副业和人畜用水，占总用水量的70.4%,其中农田灌溉占农业用水的90以上。农业节水的发展趋势：灌溉技术改进，节水潜力巨大农业节水灌溉技术指标：灌溉水源、灌溉用