水资源开发与保护第二章

1、 第二章 水资源调查与分析o第一节：地表水调查内容o第二节：水文分析与计算o第三节：地下水调查的任务及原则o第四节: 水文地质调查的方法o第五节：水文地质调查成果o 水资源调查的目的是水资源调查的目的是查明水资源各部查明水资源各部分的形成、时空分布与变化的特点分的形成、时空分布与变化的特点及及基基本水量转化关系本水量转化关系，为地区（流域）水资，为地区（流域）水资源综合利用与保护、统一规划与管理提源综合利用与保护、统一规划与管理提供基础依据。供基础依据。第一节 地表水调查内容一、河川径流的形成过程一、河川径流的形成过程 径流是指降水形成的水流汇集于流域径流是指降水形成的水流汇集于流域出出口断面

2、口断面的物理过程。的物理过程。 按水流形成及水流途径可分为：按水流形成及水流途径可分为：地面地面径流径流表层流表层流（壤中流）（壤中流）地下径流。地下径流。 表层流o下渗水在不连续界面上受阻下渗水在不连续界面上受阻, ,形成临时饱和带形成临时饱和带, , 产生表层流。产生表层流。o薄而易透水的土层，降雨强度小，土层未达到薄而易透水的土层，降雨强度小，土层未达到整层饱和，容易产生壤中流。整层饱和，容易产生壤中流。o在浙江姜湾高坞村（实验）小流域的在浙江姜湾高坞村（实验）小流域的2929次洪水次洪水中，表层流占总径流量中，表层流占总径流量8585以上者有以上者有1313次。次。o径流由降水、流域蓄

3、渗、坡地汇流和河网汇流径流由降水、流域蓄渗、坡地汇流和河网汇流等环节组成。等环节组成。（一）降水（一）降水 降水是各种径流的重要水量提供者，是降水是各种径流的重要水量提供者，是流域生成径流的必要条件。流域生成径流的必要条件。（二）流域蓄渗（二）流域蓄渗 流域蓄渗是雨水耗于植物截留、水分下流域蓄渗是雨水耗于植物截留、水分下渗和填洼等综合作用的过程。渗和填洼等综合作用的过程。 降雨的损失：降雨的损失： 植物截留植物截留 填洼填洼 雨期蒸发雨期蒸发 。o净雨过程净雨过程:即降雨过程减去损失过程，得净即降雨过程减去损失过程，得净雨过程。雨过程。 产流过程。产流过程。o净雨沿坡面和坡地汇入河网，称净雨沿

4、坡面和坡地汇入河网，称坡地汇流坡地汇流，然后沿河网汇集到流域出口，称然后沿河网汇集到流域出口，称河网汇流河网汇流。 汇流过程。汇流过程。（三）坡地汇流（三）坡地汇流o坡地汇流是指降雨产生的水流从它产生地点沿坡地坡地汇流是指降雨产生的水流从它产生地点沿坡地向河槽的汇流过程。向河槽的汇流过程。o坡地汇流包括地面、表层和地下三种径流组成。坡地汇流包括地面、表层和地下三种径流组成。 表层汇流和地下汇流是在有孔介质中受重力控制的表层汇流和地下汇流是在有孔介质中受重力控制的水流运动。水流运动。o地下汇流沿地下潜水层流入河网，流速很小，形成地下汇流沿地下潜水层流入河网，流速很小，形成比较稳定的地下径流，是无

5、雨期的基本径流，称基比较稳定的地下径流，是无雨期的基本径流，称基流。流。 （四）河网汇流（四）河网汇流o水流沿河网各级河槽向流域出口断面的聚集水流沿河网各级河槽向流域出口断面的聚集过程称为河网汇流。过程称为河网汇流。o地下径流不一定汇入本流域的河槽。地下径流不一定汇入本流域的河槽。o坡面汇流与河网汇流的作用与流域大小有关。坡面汇流与河网汇流的作用与流域大小有关。 水文测验是对各种水文要素进行系统观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。测及对观测资料进行整编的总称。 水文测验是水文工作的基础。根据水文水文测验是水文工作的基础。根据水文测验资料，可以掌握各地水文要素变化规

6、律，测验资料，可以掌握各地水文要素变化规律，为水资源评价和开发利用、防洪抗旱、水源为水资源评价和开发利用、防洪抗旱、水源保护、生态建设提供情报。保护、生态建设提供情报。 水文资料是水利工程规划设计和管理运水文资料是水利工程规划设计和管理运用的基础资料。用的基础资料。二、水文测验站网布设二、水文测验站网布设（一）测站与站网（一）测站与站网o水文测站是组织进行水文测验的基层单位，水文测站是组织进行水文测验的基层单位，也是收集水文资料的基本场所。也是收集水文资料的基本场所。水文测站的水文测站的主要任务是按照统一标准对指定地点主要任务是按照统一标准对指定地点( (或断或断面面) )的水位、流量、泥沙、

7、降水、蒸发的水位、流量、泥沙、降水、蒸发 、水、水温、冰凌、水质、地下水位等项目进行观测温、冰凌、水质、地下水位等项目进行观测及资料整编。及资料整编。o 站网就是测站在地理上的分布网，站网把站网就是测站在地理上的分布网，站网把测站有机地联系起来，使测站发挥更大作用测站有机地联系起来，使测站发挥更大作用o国家水文站网按测站性质分为：国家水文站网按测站性质分为：基本站网、基本站网、专用站网和实验站网。专用站网和实验站网。o基本站基本站是综合国民经济各方面需要，由国家是综合国民经济各方面需要，由国家统一规划，以合理经济的方式建立的。统一规划，以合理经济的方式建立的。o基本站基本站执行水文测验执行水文

8、测验 标准，进行较长时期标准，进行较长时期的连续观测，资料编成的连续观测，资料编成水文年鉴水文年鉴刊布或刊布或以其它形式长期存贮。以其它形式长期存贮。o专用站专用站是为科学研究、工程建设、管理运用是为科学研究、工程建设、管理运用等特定目的而设立的。其观测项目、观测要等特定目的而设立的。其观测项目、观测要求及观测年限，由设站部门依据设站目的自求及观测年限，由设站部门依据设站目的自行规定。行规定。o实验站实验站是为了深入研究某些专门问题而设立是为了深入研究某些专门问题而设立的一个或一组水文测站。实验站也可兼作基的一个或一组水文测站。实验站也可兼作基本站。本站。 （二）基本站网（二）基本站网（bas

9、ic station）o基本水文站网中，根据测验内容分为基本水文站网中，根据测验内容分为流量站流量站网、水位站网、泥沙站网、雨量站网、蒸发网、水位站网、泥沙站网、雨量站网、蒸发站网和水质站网。站网和水质站网。1、流量站网、流量站网o是进行河流水情研究的重要站网。布设主要是进行河流水情研究的重要站网。布设主要依据河流流域大、中、小与流域特性的差异依据河流流域大、中、小与流域特性的差异而选择不同的布设。而选择不同的布设。2、水位站网、水位站网o基本水位站的布设与基本流量站配合进行。基本水位站的布设与基本流量站配合进行。o 通过所设站网采集到的水位信息经过整理通过所设站网采集到的水位信息经过整理分析

10、后，达到可以内插流域内任何地点水位分析后，达到可以内插流域内任何地点水位要素的特征值。要素的特征值。3、泥沙站网、泥沙站网o布设泥沙站网主要考虑流域的产沙特性及规布设泥沙站网主要考虑流域的产沙特性及规律，以及测验仪器的精度。律，以及测验仪器的精度。o基本泥沙站在流域上宜均匀布设，泥沙量较基本泥沙站在流域上宜均匀布设，泥沙量较大的地区可密些。大的地区可密些。o在建或拟建的水库和灌区的上游都须考虑设在建或拟建的水库和灌区的上游都须考虑设泥沙站。泥沙站。o基本水文站网，常要布设雨量站和蒸发站。基本水文站网，常要布设雨量站和蒸发站。（三）测站设立与设备（三）测站设立与设备o设立一个水文测站的主要内容：

11、设置水准点并引测设立一个水文测站的主要内容：设置水准点并引测高程；设置横断面及基线；布设测量标志及高程基高程；设置横断面及基线；布设测量标志及高程基点；安装观测设备，填写登记卡。点；安装观测设备，填写登记卡。o 观测断面的布设：基本水尺断面、流速仪测流断观测断面的布设：基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、比降断面。面、浮标测流断面、比降断面。o测站的设备是指流速仪测流所需的渡河设备，一般测站的设备是指流速仪测流所需的渡河设备，一般分有分有船只测流设备、岸上测流设备、架空测流设备船只测流设备、岸上测流设备、架空测流设备和涉水测流设备和涉水测流设备等几种等几种。基本布设要求：基本布设要求：

12、(1)基线：通常与测流断面垂直，起点在测流断面基线：通常与测流断面垂直，起点在测流断面线上。其用途是用经纬仪或六分仪推求垂线在线上。其用途是用经纬仪或六分仪推求垂线在断面上的位置。基线的长度视河宽而定断面上的位置。基线的长度视河宽而定,一般应一般应为为0.6B。 (2)水准点水准点 : 分为基本水准点和校核水准点，基本水准分为基本水准点和校核水准点，基本水准点是测定测站上各种高程的基本依据，校核水点是测定测站上各种高程的基本依据，校核水准点是经常用来校核水尺零点的高程。准点是经常用来校核水尺零点的高程。 (3)基本水尺断面上设立基本水尺：基本水尺断面上设立基本水尺： 用来进行经常的水位观测。用

13、来进行经常的水位观测。 (4)测流断面应与基本水尺断面重合，且与断面平均测流断面应与基本水尺断面重合，且与断面平均流向垂直。流向垂直。 (5)浮标测流断面有上、中、下三个断面一般中断面浮标测流断面有上、中、下三个断面一般中断面应与流速仪测流断面重合，上、下断面之间的间距应与流速仪测流断面重合，上、下断面之间的间距不宜太短，其距离应为断面最大流速的不宜太短，其距离应为断面最大流速的5080倍。倍。 (6)比降断面设立比降水尺：比降断面设立比降水尺： 比降断面跨过测流断面，用来观测河流的水面比比降断面跨过测流断面，用来观测河流的水面比降和分析河床的糙率降和分析河床的糙率三、水文测验内容及方法三、水

14、文测验内容及方法（一）水位观测与资料整编（一）水位观测与资料整编 水位是指河流、湖泊、水库及海洋等水水位是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以体的自由水面的高程，以m m计。水位与高程计。水位与高程数值一样，要有一个基面作为起点。数值一样，要有一个基面作为起点。（见图（见图2.12.1） 一、基本的概念一、基本的概念1、水位：、水位：指基准面至水体自由水面的高度指基准面至水体自由水面的高度标准基面标准基面：测站基面测站基面：以海平面为零高度以海平面为零高度,现在统一规定的现在统一规定的基面为青岛黄海基面。基面为青岛黄海基面。以低于水文测站所在河道的最低水位以低于水文测站所在河道的

15、最低水位或河床最低点或河床最低点0.51.0m处的水平面作处的水平面作为零高度为零高度水位水位z与与H的关系为：的关系为：z=H+z02z01zxz02H0102zzix水位、水深与坡降水位、水深与坡降基面基面2、过水断面（、过水断面（A）：）：3、湿周（、湿周（X）：）：4、水力半径（、水力半径（R）：）：ARX5、流量与过水断面的平均流速、流量与过水断面的平均流速 u=Q/AU流速（流速（m/s）Q流量（流量（m3/s）A面积（面积（m2）水位观测的常用设备：水尺和自记水位计水位观测的常用设备：水尺和自记水位计1、水尺、水尺 gauge 按水尺的构造形式不同可分为按水尺的构造形式不同可分为

16、直立式、直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式倾斜式、矮桩式与悬锤式 4种。其中应用最种。其中应用最广泛的是直立式水尺，观测时记录水尺读数，广泛的是直立式水尺，观测时记录水尺读数，水位按下式计算：水位按下式计算： 水位水位 = 水尺零点高程水尺零点高程 + 水尺读数水尺读数 式中，水尺零点高程是指水尺板上刻度式中，水尺零点高程是指水尺板上刻度起点的高程，可以预先测量出来。起点的高程，可以预先测量出来。o水位的观测水位的观测 o 基本水尺的观测是分段定时观测。当水基本水尺的观测是分段定时观测。当水位变化缓慢时位变化缓慢时(日变幅在日变幅在0.12m以内以内)，每，每日日8时和时和20时各观测一次时各观测

17、一次(称称2段制观测，段制观测，8时是基本时时是基本时)；枯水期日变幅在；枯水期日变幅在0.06m以内，以内，用用1段制观测；日变幅在段制观测；日变幅在0.120.24m时，时，用用4段制观测；有峰谷出现时，还要加测。段制观测；有峰谷出现时，还要加测。 日均水位计算日均水位计算t1t2tn)(481)2)(2)(24121110221110ttGtGtGGtGGGt0水文资料整编的内容水文资料整编的内容o1、校核原始记录及各项特征值、校核原始记录及各项特征值o2、编制逐日平均水位表、编制逐日平均水位表o3、绘制水位过程线（、绘制水位过程线（图图P2.2）o4、编制洪水水位摘录表、编制洪水水位摘

18、录表o5、编写水位资料整编说明书、编写水位资料整编说明书（二）流量测验（二）流量测验o 流量是单位时间内流过江河某一横断面流量是单位时间内流过江河某一横断面的水量，以的水量，以m m3 3/s/s计。测量流量的方法很多，计。测量流量的方法很多，常用的方法为流速面积法，其中包括常用的方法为流速面积法，其中包括流速仪流速仪测流法、浮标测流法、比降面积法等测流法、浮标测流法、比降面积法等。此外。此外还有水力学法、化学法、物理法、直接法等。还有水力学法、化学法、物理法、直接法等。o1 1、断面测量、断面测量o断面测量又分为水道断面测量和大断面测量断面测量又分为水道断面测量和大断面测量两种。水道断面是指

19、某水位下水面线与河床两种。水道断面是指某水位下水面线与河床线之间的范围线之间的范围; ;大断面为历年最高洪水位以大断面为历年最高洪水位以上上0.50.51.0m1.0m的水面线与岸线、河床线之间的水面线与岸线、河床线之间的范围。的范围。o水道断面的测量，是在断面上布设一定数量水道断面的测量，是在断面上布设一定数量的测深的测深垂线垂线，施测各条垂线的，施测各条垂线的水深水深，同时测，同时测得每条测深垂线与岸上某一固定点（断面的得每条测深垂线与岸上某一固定点（断面的起点桩，一般设在左岸）的水平距离（称为起点桩，一般设在左岸）的水平距离（称为起点距起点距），并观测），并观测水位，水位，用施测时的水位

20、减用施测时的水位减去水深，得到各测深垂线处的河底高程。去水深，得到各测深垂线处的河底高程。 o水深测量的方法，测量水深的方法通常用水深测量的方法，测量水深的方法通常用测测深杆、测深锤、铅鱼直接测出每根测深垂线深杆、测深锤、铅鱼直接测出每根测深垂线的水深的水深。当水很深、流速很大时，可用。当水很深、流速很大时，可用回声回声测深仪测量水深测深仪测量水深。 o垂线起点距的测定垂线起点距的测定交会法：水文站在布设交会法：水文站在布设测流断面时，布设基线测流断面时，布设基线(AC),(AC),计算起点距。计算起点距。o断面索法：断面索法是在断面上架设钢丝断面索法：断面索法是在断面上架设钢丝缆索，每隔适当

21、距离做上标记，并事先测量缆索，每隔适当距离做上标记，并事先测量好它们的位置，测量水深的同时，直接在断好它们的位置，测量水深的同时，直接在断面索上读出起点距。这种方法适合于河宽较面索上读出起点距。这种方法适合于河宽较小、水上交通不多、有条件架设断面索的河小、水上交通不多、有条件架设断面索的河道测站，精度较高。道测站，精度较高。2、流速分布、流速分布o断面流速具有脉动现象和空间分布的规律性；断面流速具有脉动现象和空间分布的规律性；o一般自由水面的流速大于河底，垂线流速分布曲线一般自由水面的流速大于河底，垂线流速分布曲线常呈一定形状，如抛物线形、对数形、指数形等。常呈一定形状，如抛物线形、对数形、指

22、数形等。（见图（见图2.3)o河底与岸边附近流速最小；近两岸边的流速小于中河底与岸边附近流速最小；近两岸边的流速小于中泓，在最深处水面流速最大；畅流期垂线上最大流泓，在最深处水面流速最大；畅流期垂线上最大流速出现在水面至速出现在水面至0.2H范围；等流速曲线呈闭合状。范围；等流速曲线呈闭合状。（见图（见图2.4）3、流量计算、流量计算 流量计算，常用的方法有图解法、分析法及流量计算，常用的方法有图解法、分析法及流速等值线法等，分析法应用广泛。流速等值线法等，分析法应用广泛。o分析法依据相关公式进行平均流速计算，通分析法依据相关公式进行平均流速计算，通过部分面积（平均流速、流量）计算，得到过部分

23、面积（平均流速、流量）计算，得到水道断面面积、断面流量的计算。水道断面面积、断面流量的计算。o 点流速点流速-垂线平均流速垂线平均流速-部分面积部分面积平均流速乘以对应的部分断面面积平均流速乘以对应的部分断面面积- 部分流量部分流量 - 全断面流量全断面流量 1）垂线平均流速的计算）垂线平均流速的计算o假设两测点流速之间呈直线变化，就可按梯假设两测点流速之间呈直线变化，就可按梯形面积计算出每条垂线平均流速形面积计算出每条垂线平均流速（V Vm m) )：o六点法六点法: o五点法五点法 ： o三点法三点法: o二点法二点法:10.00.20.40.60.81.0102222mvvvvvvv10

24、 .20 .82mvvv2）部分断面面积、部分平均流速和部分）部分断面面积、部分平均流速和部分流量的计算流量的计算n两垂线之间的平均流速为两垂线平均流速的两垂线之间的平均流速为两垂线平均流速的算术平均值。岸边平均流速需乘以岸边流速算术平均值。岸边平均流速需乘以岸边流速系数，一般为系数，一般为0.67 0.67 0.750.75。n断面面积断面面积,在岸边的按三角形面积计算，在在岸边的按三角形面积计算，在中间部分的按梯形面积计算。中间部分的按梯形面积计算。o部分流量：部分面面积乘以部分平均流速部分流量：部分面面积乘以部分平均流速bhhVVqmm)2)(2(21213 3）断面面积、断面流量及断面

25、平均流速）断面面积、断面流量及断面平均流速的计算的计算n断面面积为各部分面积代数之和断面面积为各部分面积代数之和n断面流量为各部分流量的代数之和断面流量为各部分流量的代数之和n断面平均流速为断面流量除以断面面积断面平均流速为断面流量除以断面面积四、水文资料收集四、水文资料收集（一）流域基本情况收集（一）流域基本情况收集1、流域范围、流域范围:分水岭分水岭2、流域平面特征：河系、河网、流域平面特征：河系、河网3、流域地形：比降、坡度、流域地形：比降、坡度4、流域自然地理位置及下垫面：地质、地、流域自然地理位置及下垫面：地质、地 貌、植被貌、植被5、流域湖泊和沼泽、流域湖泊和沼泽6、其它：水利工程

26、、其它：水利工程（二）气候特征（二）气候特征1、降水、降水 降水是流域水资源的主要来源，降水量降水是流域水资源的主要来源，降水量是指某时段内降落在某面积上总的水体积，是指某时段内降落在某面积上总的水体积，一般用降水深度来表示，即降水总体积除以一般用降水深度来表示，即降水总体积除以对应的面积，以对应的面积，以mmmm为单位。为单位。2、蒸发、蒸发 蒸发分为水面蒸发、土面蒸发和植物蒸蒸发分为水面蒸发、土面蒸发和植物蒸 发，三者统称为总蒸发或蒸散发。发，三者统称为总蒸发或蒸散发。 目前全国蒸发站网上使用的观测仪器，目前全国蒸发站网上使用的观测仪器，主要有主要有E-601E-601型蒸发器、口径为型蒸

27、发器、口径为8080厘米带套厘米带套盆的蒸发器和口径为盆的蒸发器和口径为2020厘米的蒸发皿三种。厘米的蒸发皿三种。 一般每日一般每日8 8时观测蒸发量和降水量一次，时观测蒸发量和降水量一次，蒸发量以毫米计，测记至蒸发量以毫米计，测记至0.10.1毫米。毫米。 （三）水文资料收集（三）水文资料收集1、水文年鉴、水文年鉴2、水文图册和水文图集、水文图册和水文图集3、以往调查资料、以往调查资料（四）水文调查（四）水文调查1、水文站定位观测补充调查、水文站定位观测补充调查(人工影响人工影响)2、洪水、暴雨、枯水调查、洪水、暴雨、枯水调查第二节第二节 水文分析与计算水文分析与计算p进行水文分析计算的目

28、的：研究河川径流进行水文分析计算的目的：研究河川径流 的统计变化规律，预估径流未来的变化趋势，的统计变化规律，预估径流未来的变化趋势，以满足水利水电工程规划、设计、施工和运以满足水利水电工程规划、设计、施工和运行管理的需要。行管理的需要。o本节主要介绍水文频率计算分析、相关计算本节主要介绍水文频率计算分析、相关计算分析。分析。一、常用方法简介一、常用方法简介（一）概率统计分析方法（一）概率统计分析方法 概率表示随机事件的可能性的概率表示随机事件的可能性的数值数值。 概率统计分析方法是依据水文现象具有概率统计分析方法是依据水文现象具有随机性和不重复性的特点，将水文数据视为随机性和不重复性的特点，

29、将水文数据视为相互独立的相互独立的随机变量，根据统计学原理对实随机变量，根据统计学原理对实测的水文系列资料进行计算，研究其测的水文系列资料进行计算，研究其统计规统计规律律的方法。的方法。 p频率：在若干次试验或观测中，某一事件重频率：在若干次试验或观测中，某一事件重复出现的次数与试验总次数之比。复出现的次数与试验总次数之比。 p频率分析是数理统计的主要方法，当样本无频率分析是数理统计的主要方法，当样本无限接近母本时，频率稳定地接近概率。限接近母本时，频率稳定地接近概率。p水文资料整理、水文计算与预报中最常用的水文资料整理、水文计算与预报中最常用的方法。方法。p频率分析常用的特征值见如下的几个表

30、示。频率分析常用的特征值见如下的几个表示。1、经验频率、经验频率o在一个水文样本系列中某水文变量在一个水文样本系列中某水文变量X大于或等大于或等于一定数值于一定数值Xm(即即XXm)的可能性，即为频的可能性，即为频率。设系列共有率。设系列共有n项，其中第项，其中第m项项Xm的频率常的频率常用下列公式计算：用下列公式计算： Pm称为系列中第称为系列中第m项的经验频率，项的经验频率，m+1？。？。 （30、28、25、21、17、11） 1nmpm序号序号流量流量经验频率经验频率137.34.4231.28.7323.513228.495.6P56表表2.1 重现期是指某水文变量的取值（即重现期是

31、指某水文变量的取值（即X XX Xm m) )在多少年内出现一次。一般在多少年内出现一次。一般指对工程不利情况指对工程不利情况(1)(1)研究暴雨洪水问题时，一般设计频率研究暴雨洪水问题时，一般设计频率P P小于小于5050 。则。则 T=1/P T=1/P式中：式中：TT重现期，以年计重现期，以年计 ； P P频率，以小数或百分数计。频率，以小数或百分数计。2 2、重现期、重现期(2)研究枯水问题时，为了保证灌溉、发电及研究枯水问题时，为了保证灌溉、发电及给水等用水需要，设计频率给水等用水需要，设计频率P常常用大于常常用大于50，则，则 T=1/(1-P)例例: 当灌溉设计保证率当灌溉设计保

32、证率P80时，代入上时，代入上式式T5年，称作以五年一遇的枯水年作为年，称作以五年一遇的枯水年作为设计来水的标准说明平均具有设计来水的标准说明平均具有80的可的可靠程度。靠程度。o必须指出，由于水文现象一般并无固定的周必须指出，由于水文现象一般并无固定的周期性，上面所讲的频率是指多年中的平均出期性，上面所讲的频率是指多年中的平均出现机会。重现期也是指多年中平均若干年可现机会。重现期也是指多年中平均若干年可以出现一次。以出现一次。 o 百年一遇的洪水，是指大于或等于这样的百年一遇的洪水，是指大于或等于这样的洪水在长时期内平均洪水在长时期内平均100年发生一次，而不年发生一次，而不能理解为洪水正好

33、每隔能理解为洪水正好每隔100年遇上一次对年遇上一次对于某具体的于某具体的100年来说，超过这样大的洪水年来说，超过这样大的洪水可能有几次，也可能一次都不出现。可能有几次，也可能一次都不出现。3、统计参数、统计参数 资料系列中的资料系列中的数量水平数量水平和和变化幅度变化幅度等情等情况的综合特征值成为统计参数。况的综合特征值成为统计参数。 水文频率分析中，常用三个统计参数，水文频率分析中，常用三个统计参数，即均值（算数平均值或加权平均值）、变差即均值（算数平均值或加权平均值）、变差系数系数cv(也称离差系数）和偏差系数也称离差系数）和偏差系数cs。 均值是集中表示系列数量大小或水平高均值是集中

34、表示系列数量大小或水平高低的指标。低的指标。 变差系数表示系列中各项值对其均值的变差系数表示系列中各项值对其均值的离散程度，用系列均方差与均值之比表示。离散程度，用系列均方差与均值之比表示。（p57式式2.16) niixnx11o偏态偏态CS系数是表示系列中各项的值偏于均值左右系数是表示系列中各项的值偏于均值左右的相对指标。的相对指标。o（p57式式2.17)4 4、频率曲线、频率曲线 把水文变量和频率表达成一定的数学关把水文变量和频率表达成一定的数学关系式并将它绘成图形，即为系式并将它绘成图形，即为频率曲线频率曲线。p 习惯上把由实测资料（样本）绘制的频率习惯上把由实测资料（样本）绘制的频

35、率曲线称为经验频率曲线，而把由数学方程式曲线称为经验频率曲线，而把由数学方程式所表示的频率曲线称为理论频率曲线。所表示的频率曲线称为理论频率曲线。p 直接把经验频率曲线用于解决工程实际直接把经验频率曲线用于解决工程实际问题，还存在着一定的局限性。主要是资料问题，还存在着一定的局限性。主要是资料短，得不到大洪水或特枯水数据。短，得不到大洪水或特枯水数据。o为解决这样的问题，只能借助于理论频率曲为解决这样的问题，只能借助于理论频率曲线对经验频率曲线进行延长，求得稀遇洪水线对经验频率曲线进行延长，求得稀遇洪水或枯水水文特征值的频率分布。或枯水水文特征值的频率分布。o理论频率曲线在实测资料范围内表示出

36、的统理论频率曲线在实测资料范围内表示出的统计规律和实测资料一致。计规律和实测资料一致。o同时该理论频率曲线能够表示水文变量总体同时该理论频率曲线能够表示水文变量总体的统计规律。的统计规律。o我国常用皮尔逊我国常用皮尔逊型曲线。型曲线。o皮尔逊皮尔逊型曲线是一条一端有限一端无限的不型曲线是一条一端有限一端无限的不对称单峰、正偏曲线，数学上称伽玛分布对称单峰、正偏曲线，数学上称伽玛分布. . o式中：式中：（）的伽玛函数；的伽玛函数； 、a a0 0分别为皮尔逊分别为皮尔逊型分布的形状型分布的形状尺度和位置未知参数，尺度和位置未知参数，o 0 0， 0 0 。o三个参数确定以后，该密度函数随之可以

37、确三个参数确定以后，该密度函数随之可以确定。可以推论，这三个参数与总体三个统计定。可以推论，这三个参数与总体三个统计参数具有如下关系：参数具有如下关系：o皮尔逊皮尔逊型分布的概率密度函数十分复杂，型分布的概率密度函数十分复杂，进行积分相当困难。为了能够在实际工作中进行积分相当困难。为了能够在实际工作中运用皮尔逊运用皮尔逊型分布，有人制作了离均系数型分布，有人制作了离均系数值表，又有人根据皮尔逊值表，又有人根据皮尔逊型分布的离均型分布的离均系数表制作了模比系数表。系数表制作了模比系数表。适线法适线法o适线法适线法(或称配线法或称配线法)是以经验频率点据为基是以经验频率点据为基础，在一定的适线准则

38、下，求解与经验点据础，在一定的适线准则下，求解与经验点据拟合最优的频率曲线参数。拟合最优的频率曲线参数。 o实测资料推求水文变量总体的统计参数的时实测资料推求水文变量总体的统计参数的时候，候， 统计参数，尤其是统计参数，尤其是Cs，偏差较大。，偏差较大。o需采用矩法或其它方法估计出频率曲线参数需采用矩法或其它方法估计出频率曲线参数的初估值的初估值 Cv，而，而Cs凭经验初选为凭经验初选为Cv的倍的倍数。数。（二）相关分析（二）相关分析o 自然界中有许多现象之间是有一定联系的。按自然界中有许多现象之间是有一定联系的。按数理统计法建立上述两个或多个随机变量之间的联数理统计法建立上述两个或多个随机变

39、量之间的联系，称之为近似关系或相关关系。把对这种关系的系，称之为近似关系或相关关系。把对这种关系的分析和建立称为相关分析。分析和建立称为相关分析。o 1、图解法：图解法的基本步骤是：把两个变量、图解法：图解法的基本步骤是：把两个变量的对应资料绘制在同一坐标纸上，做散点图，目估的对应资料绘制在同一坐标纸上，做散点图，目估并绘制出一条线，使散点均匀分布在该线两侧；然并绘制出一条线，使散点均匀分布在该线两侧；然后，写出该线的数学方程式，通常为直线方程式，后，写出该线的数学方程式，通常为直线方程式，图解法可以进行水文资料系列的插补和展延。图解法可以进行水文资料系列的插补和展延。2 2、分析法（回归分析

40、）、分析法（回归分析） （1 1）根据变量关系的散点图，定出相关线）根据变量关系的散点图，定出相关线形（线形或变换后的线形），形（线形或变换后的线形），确定变量间的确定变量间的数量关系；（数量关系；（2.20-2.21） （2 2）回归线的误差分析：均方差）回归线的误差分析：均方差 （3 3）相关系数与显著性检验。）相关系数与显著性检验。二、水文资料的整理二、水文资料的整理 o 水文资料的整理，是对水文系列因故漏水文资料的整理，是对水文系列因故漏测、缺测而造成资料不完整或序列过短的现测、缺测而造成资料不完整或序列过短的现象，根据研究与计算的需要，进行补缺、延象，根据研究与计算的需要，进行补缺、

41、延展和还原。展和还原。（一）插补和延展（一）插补和延展 插补和延长常用的方法有相关分析法、插补和延长常用的方法有相关分析法、水文比拟法和等值线法。水文比拟法和等值线法。o 年、月径流系列插补延长方法主要是利年、月径流系列插补延长方法主要是利用相关分析法，即建立设计站年、月径流量用相关分析法，即建立设计站年、月径流量与参证站相应水文气象要素之间的相关性关与参证站相应水文气象要素之间的相关性关系，利用参证站的长期资料延长设计站的年、系，利用参证站的长期资料延长设计站的年、月径流系列。月径流系列。 参证站的选择要考虑以下几点：参证站的选择要考虑以下几点： o (1) (1)参证变量参证变量( (如年

42、、月径流量；年、月如年、月径流量；年、月降雨量等降雨量等) )与设计变量与设计变量( (年、月径流年、月径流 量量) )在物在物理成因上应有密切联系；理成因上应有密切联系；o (2) (2)参证变量与设计变量具有足够长的同参证变量与设计变量具有足够长的同期资料，以便建立相关关系；期资料，以便建立相关关系；o (3) (3)参证变量有长期的实测资料，自身有参证变量有长期的实测资料，自身有较好的代表性，以便展延设计变量较好的代表性，以便展延设计变量 。o 水文现象具有地区性，水文现象具有地区性，水文比拟法水文比拟法就是就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水以流域间的相似性为基础，将相似流域的水

43、文资料移用至研究流域的一种简便方法。文资料移用至研究流域的一种简便方法。o 若研究流域与相似流域的气象条件和下若研究流域与相似流域的气象条件和下垫面因素基本相似，仅流域面积有所不同，垫面因素基本相似，仅流域面积有所不同，这时只考虑面积的影响，则研究流域的正常这时只考虑面积的影响，则研究流域的正常年径流量有如下关系式：年径流量有如下关系式：o Q研研/F研研Q参参/F参参o 径流是降水的产物。流域的年径流量与径流是降水的产物。流域的年径流量与流域的年降水量往往有良好的相关关系。又流域的年降水量往往有良好的相关关系。又因降水观测系列在许多情况下较径流观测系因降水观测系列在许多情况下较径流观测系列长

44、，因此降水系列常被用来作为延长径流列长，因此降水系列常被用来作为延长径流系列的参证变量。系列的参证变量。 湖北省部分地区年径流深均值等值线图湖北省部分地区年径流深均值等值线图（二）还原计算（二）还原计算 在特殊的自然因素和人类活动影响下，在特殊的自然因素和人类活动影响下，使水文现象发生了改变，需要对实测的水文使水文现象发生了改变，需要对实测的水文系列进行复原计算，称为还原计算。还原计系列进行复原计算，称为还原计算。还原计算可以保证资料系列的一致性，这是还原计算可以保证资料系列的一致性，这是还原计算的主要目的。算的主要目的。水量平衡方程式：水量平衡方程式： 损泉库蓄用水引实测天然还原实测天然QQ

45、QQQQQQQQo对年径流量的还原计算结果，还要进行合理对年径流量的还原计算结果，还要进行合理性检验。还原计算的误差主要依赖于水量平性检验。还原计算的误差主要依赖于水量平衡方程式中各单项的计算误差，各单项值计衡方程式中各单项的计算误差，各单项值计算的最大误差，即为还原计算结果的误差。算的最大误差，即为还原计算结果的误差。三、降水量分析与计算三、降水量分析与计算降水系列分析包括降水特征和降水的时空变化。降水系列分析包括降水特征和降水的时空变化。（一）降雨量与降雨特征（一）降雨量与降雨特征 降水量过程线降水量过程线 降水量过程线以时段降水降水量过程线以时段降水量为纵轴，时段次序为横轴绘制而成。量为

46、纵轴，时段次序为横轴绘制而成。 降水量累积曲线降水量累积曲线 此曲线横坐标表示时间，此曲线横坐标表示时间，纵坐标代表自降水开始以各该时刻降水量累积纵坐标代表自降水开始以各该时刻降水量累积值。值。 等降水量线或等雨量线等降水量线或等雨量线 为了表示某一为了表示某一地区或流域的次、日、月、年降水量的地区或流域的次、日、月、年降水量的分布情况，可用等雨量线图。分布情况，可用等雨量线图。 降水特性综合曲线降水特性综合曲线 降雨强度与历时降雨强度与历时关系曲线关系曲线; ;平均深度与面积关系曲线平均深度与面积关系曲线; ; 平均深度、面积与历时关系曲线。平均深度、面积与历时关系曲线。（二）降雨年内变化与

47、年际变化二）降雨年内变化与年际变化（1 1）年际最大变幅：实测降雨最大与最小值）年际最大变幅：实测降雨最大与最小值比比（2 2）年降雨变差系数）年降雨变差系数CvCv。 西北西北0.40.4以上，华北和中部以上，华北和中部0.25-0.350.25-0.35，南方南方0.20.2以下。以下。四、河流径流量计算四、河流径流量计算o年径流的分析计算是为水利水电工程的规划年径流的分析计算是为水利水电工程的规划设计服务的，是进行水资源评价的重要依据，设计服务的，是进行水资源评价的重要依据，也是制定和实施国民经济计划的重要依据之也是制定和实施国民经济计划的重要依据之一。一。o（一）径流量的表示方法（一）

48、径流量的表示方法 特征值：径流总量、径流模数、径流深度、特征值：径流总量、径流模数、径流深度、径流系数等径流系数等o （二）径流的年内变化与年际变化（二）径流的年内变化与年际变化 径流年内变化、径流年际变化径流年内变化、径流年际变化第三节第三节 地下水调查的任务与原则地下水调查的任务与原则一、水文地质调查的目的任务一、水文地质调查的目的任务 水文地质调查的目的是查明区域水文水文地质调查的目的是查明区域水文地质条件，为区域地下水资源评价、开地质条件，为区域地下水资源评价、开发、管理和保护提供水文地质依据。发、管理和保护提供水文地质依据。（1）查明地下水的赋存条件；）查明地下水的赋存条件； 含水介

49、质含水介质的特征及埋藏和分布情况，的特征及埋藏和分布情况，地地质构造、地层岩性质构造、地层岩性等等。等等。（2）查明地下水的运动规律；）查明地下水的运动规律； 查明地下水的补给、径流和排泄条件查明地下水的补给、径流和排泄条件及渗流参数等。及渗流参数等。（3）查明地下水的水文地球化学环境；）查明地下水的水文地球化学环境； 地下水化学评价是进行地下水质评价的依据；地下水化学评价是进行地下水质评价的依据；是分析地下水的是分析地下水的形成条件和运动特征形成条件和运动特征的基础。的基础。（4）查明地下水的动态特征；）查明地下水的动态特征； 地下水的水位、水量、水质的动态变化规地下水的水位、水量、水质的动

50、态变化规律与影响因素，探明天然因素和人为因素的制律与影响因素，探明天然因素和人为因素的制约关系，为地下水资源开发管理和保护提供资约关系，为地下水资源开发管理和保护提供资料。料。二、水文地质调查工作的步骤二、水文地质调查工作的步骤（一）准备工作（一）准备工作 1、收集与整理已有的相关资料、收集与整理已有的相关资料 2、现场踏勘、现场踏勘 3、编制设计书、编制设计书（二）野外工作（二）野外工作 根据计划实地获取资料根据计划实地获取资料（三）室内工作（三）室内工作 将原始资料系统化、理性化。将原始资料系统化、理性化。三、水文地质调查的原则三、水文地质调查的原则（一）水文调查一般要分阶段进行（一）水文

51、调查一般要分阶段进行 工程建设一般分规划、可研、初设进行。工程建设一般分规划、可研、初设进行。 不同部门、不同行业有不同的划分（不同部门、不同行业有不同的划分（p66）（二）水文地质调查要采用综合手段进行（二）水文地质调查要采用综合手段进行 水文地质测绘、水文地质物探、水文地质水文地质测绘、水文地质物探、水文地质试验。试验。（三）水文地质调查要按一定程序进行（三）水文地质调查要按一定程序进行 先测绘再钻探。先测绘再钻探。（四）水文地质调查要参照有关规范进行（四）水文地质调查要参照有关规范进行（五）水文地质调查加强综合分析研究工作（五）水文地质调查加强综合分析研究工作 边调查，边分析，及时调整。

52、边调查，边分析，及时调整。（六）水文地质调查必须符合多快好省的原则（六）水文地质调查必须符合多快好省的原则第四节 水文地质调查的方法一、水文地质测绘一、水文地质测绘 水文地质测绘是在水文地质测绘是在地表地表对地下水和与其对地下水和与其相关的各种现象进行的观察、测量、描述、相关的各种现象进行的观察、测量、描述、综合分析和制图工作的总称。综合分析和制图工作的总称。 是水文地质调查的是水文地质调查的第一步工作第一步工作。其成果。其成果是布置各种水文地质勘探、试验、动态观测是布置各种水文地质勘探、试验、动态观测等工作的主要依据。等工作的主要依据。（1）确定调查区地下水的基本类型及各类地下）确定调查区地

53、下水的基本类型及各类地下水的分布和相互联系情况；水的分布和相互联系情况； （2）确定调查区内的主要含水层及埋藏和分布）确定调查区内的主要含水层及埋藏和分布情况，初步判断含水层的富水性情况，初步判断含水层的富水性（3）查明褶皱构造和断裂构造的水文地质特）查明褶皱构造和断裂构造的水文地质特征；征； （一）水文地质测绘的任务一）水文地质测绘的任务（4）查明地下水的补给、径流与排泄条件；）查明地下水的补给、径流与排泄条件；（5）查明地下水的化学成分及水文地球化学环）查明地下水的化学成分及水文地球化学环境；境； （6）查明与地下水有关的环境地质问题）查明与地下水有关的环境地质问题1、地质调查、地质调查

54、地质体地质体是地下水赋存和运移的场所，是地下水赋存和运移的场所，地下水质和量的变化都受地质条件制约，地下水质和量的变化都受地质条件制约，地质条件的调查是水文地质测绘工作中地质条件的调查是水文地质测绘工作中最基本和最重要的内容。最基本和最重要的内容。（二）水文地质测绘的内容（二）水文地质测绘的内容1）地层岩性调查）地层岩性调查 岩石是地下水赋存的场所，岩石空隙性岩石是地下水赋存的场所，岩石空隙性是决定地下水类型及赋存和运移的重要因素。是决定地下水类型及赋存和运移的重要因素。对基岩来说，类型、可溶性、层厚、层序组对基岩来说，类型、可溶性、层厚、层序组合是重要依据。合是重要依据。 对于松散的岩层，松

55、散岩石粒径、磨圆对于松散的岩层，松散岩石粒径、磨圆度、分选性。度、分选性。2）地质构造调查）地质构造调查 地质构造不仅控制一个地区含水层和隔地质构造不仅控制一个地区含水层和隔水层的埋藏和分布，而且对于地下水的富集水层的埋藏和分布，而且对于地下水的富集和运移也有重要影响，因此地质构造研究水和运移也有重要影响，因此地质构造研究水文地质测绘的重要内容。文地质测绘的重要内容。 地质构造调查包括地质构造调查包括褶皱、断裂、裂隙褶皱、断裂、裂隙的的调查。调查。P702 2、地貌调查、地貌调查 地貌是内外地质营力综合作用的产物，它综地貌是内外地质营力综合作用的产物，它综合反映了地形与岩性、地质构造之间的成因

56、关合反映了地形与岩性、地质构造之间的成因关系。系。因此地貌不仅控制地下水的补给、径流、因此地貌不仅控制地下水的补给、径流、排泄条件，而且还能反映地下水的埋藏条件。排泄条件，而且还能反映地下水的埋藏条件。 地貌调查的任务就是对各种地貌单元的形地貌调查的任务就是对各种地貌单元的形态特征进行观察、描述和测量。一般与地质调态特征进行观察、描述和测量。一般与地质调查同时进行，将观测点布置在地貌控制点上或查同时进行，将观测点布置在地貌控制点上或地貌变化边界上。地貌变化边界上。3 3、地下水露头调查、地下水露头调查 地下水露头是地下水存在的地下水露头是地下水存在的直接标志直接标志，对，对地下水露头调查（包括

57、自然露头：泉水，人地下水露头调查（包括自然露头：泉水，人工露头：井水）是水文地质测绘的重要工作。工露头：井水）是水文地质测绘的重要工作。4 4、地表水和植被的调查、地表水和植被的调查 地下地表相互转换。植被影响地下水，地下地表相互转换。植被影响地下水，也间接反映地下水埋深、水质等。也间接反映地下水埋深、水质等。5 5、与地下水有关的地质环境调查、与地下水有关的地质环境调查 地下水是地质环境中最活跃、最重要的因地下水是地质环境中最活跃、最重要的因素。许多地质环境问题的产生都与地下水的作素。许多地质环境问题的产生都与地下水的作用有关，用有关，地面沉降、地面的塌陷、地裂缝、滑地面沉降、地面的塌陷、地

58、裂缝、滑坡、沼泽化、盐渍化等等坡、沼泽化、盐渍化等等。 调查内容包括：地质环境问题的类型、分调查内容包括：地质环境问题的类型、分布、规模及形成条件布、规模及形成条件; ;地质环境现象与区域地质地质环境现象与区域地质构造、地下水分布及开发利用的关系构造、地下水分布及开发利用的关系; ;地质环境地质环境问题的发展趋势及防治措施等等问题的发展趋势及防治措施等等。二、水文地质物探二、水文地质物探 利用利用地球物理方法地球物理方法查明含水介质水文地质查明含水介质水文地质特征的勘探叫水文地质物探。特征的勘探叫水文地质物探。 基本原理：自然界不同类型或不同含水岩基本原理：自然界不同类型或不同含水岩石或不同矿

59、化度的水体之间存在着物理特性的石或不同矿化度的水体之间存在着物理特性的差异（包括导电性、导热性、导磁性等）。可差异（包括导电性、导热性、导磁性等）。可以借助各种物探测量仪器来探明这些差异，进以借助各种物探测量仪器来探明这些差异，进而分析水文地质条件。而分析水文地质条件。 水文地质物探具有工作方便、速度快、水文地质物探具有工作方便、速度快、成本低、用途广等优点，是水文地质调查的成本低、用途广等优点，是水文地质调查的主要工作手段之一。随着现代科学技术的发主要工作手段之一。随着现代科学技术的发展，其物探新技术、新方法不断涌现，解释展，其物探新技术、新方法不断涌现，解释水平也在不断提高，水文地质物探将

60、有更广水平也在不断提高，水文地质物探将有更广阔的应用前景。阔的应用前景。（一）地面物探（一）地面物探 主要是电法勘探、地震勘探和放射性勘探。主要是电法勘探、地震勘探和放射性勘探。 1、电法勘探、电法勘探 原理：自然界中的岩石（包括松散沉积原理：自然界中的岩石（包括松散沉积物）由于类型、成分、结构、含水量和温度物）由于类型、成分、结构、含水量和温度等不同，具有不同的电学性质。根据岩石电等不同，具有不同的电学性质。根据岩石电学性质的不同，利用天然的或人工建立的直学性质的不同，利用天然的或人工建立的直流或交流电场，流或交流电场，对地电条件进行探测对地电条件进行探测，根据根据分析不同部位的差异解释分析