环境水文地质学课程教学大纲

《环境水文地质学》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260379课程名称：《环境水文地质学》英文名称：Hydrology课程类别：专业选修课学时：27学时学 分：1.5学分适用对象：环境工程专业考核方式：考试（闭卷考试，平时成绩占总成绩的30%）先修课程：《工程力学》、《高等数学》二、课程简介《环境水文地质学》是一门应用广泛、实用性强的学科，是研究地球上各种水体的形成、运动变化规律以及地理分布的科学。通常所说的水文学是指陆地水文学，而陆地水文学又包括水文学及水文调查、河流动力学、水文学原理、水文地理学、水文预报、水文分析与计算、工程水文学、城市水文学，而课程主要是工程水文学的容。本课程的总学时为30学时，课堂教学都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学。《环境水文地质学》是研究水文现象的变化规律及其在环境工程和给水排水工程上应用的学科，本课程主要讲授与城市供水系统的取水和雨、污水收集排放相关的水文学知识。结合专业需要，使学生了解水文现象的基本特点，掌握水文学的基本原理，学会水文分析计算的基本方法，熟悉水文资料的搜集、整理与应用，以完成专业培养计划要求的有关基本业务训练，为后续专业课程的学习和以后从事专业工作解决水文问题打下良好的基础。三、课程性质与教学目的（一）课程的性质《环境水文地质学》课程作为环境工程专业的一门专业选修课，它与《水资源利用与保护》、《环境监测》、《环境影响评价》构成一个课程系列。其重点是介绍水文学的基本知识、水文资料的收集和整理方法、水文资料的应用、水文分析计算的基本原理和方法。（二）课程的任务.为学习排水管网、水工程施工、水源工程、环境保护等后续知识打好基础，为本专业学生拓宽知识面、扩大就业围做好知识储备。.使学生应掌握水循环、水运动的基本规律及数理统计的基本方法，具备资料收集、整理及统计分析的基本能力。.使学生具备应用水文学及供水水文地质的知识解决取水构筑物设计、施工中的技术问题的能力；.能应用水文、气象和水文地质知识解决工作中的实际问题；.能制定水资源合理开发利用规划，有效保护水资源，科学实施用水管理；.通过本课程所奠定的知识基础，学好后续专业课，从而进一步构成本专业系统完整的知识体系；应培养收集、整理水文学及水文地质资料的能力，并应用数学工具，通过对数据的统计，对现象的分析，总结出规律性的东西。四、教学容及要求第1章绪论（一） 目的与要求要求学生掌握《环境水文地质学》的基本概念；认识水分循环的客观规律，了解其各项影响因素间的在联系，为改造自然，开发水利资源提供理论依据。（二）教学容第1.1节水文现像及水分循环主要容概念水分循环研究水分循环的目的、水分循环图解基本概念和知识点基本概念：水文现象、蒸发、截留蒸发、叶面散发、渗流、地面径流、地下径流第1.2节水文水的任务及作用主要容概念水文学、陆地水文学陆地水文学包括水文学及水文调查、河流动力学、水文学原理、水文地理学、水文预报、水文预报、水文分析与计算、工程水文学、城市水文学本教材的目的了解河川水文现象的基本规律；掌握水文统计的基本原理与方法，能够独立地进行一般水文资料的收集、整理工作；具有一定的水文分析计算技能；学会使用水文资料，为我们的工程规划和设计提供依据。基本概念和知识点基本概念：水文学第1.3节水文学与给排水工程的关系主要容水文学为给排水工程的规划、设计、施工及管理提供正确的水文资料及分析成果；为充分开发与合理利用水利资源，减免水害提供了科学依据。水文现像的特性基本概念和知识点知识点：了解水文学在工程中的应用第1.4节水文现象的特性主要容水文现象时程变化的周期性与随机性的对立统一每年的周期性变化、年年不会完全相同水文现象地区分布的相似性与特殊性的对立统一地理位置相近，气候因素与地理条件也相似，则水文现象在一定的围也相似。地理位置与气候因素相似，地形地质等条件有差异，则水文变化规律也会有差异。水文现像的研究方法基本概念和知识点知识点：理解水文现象的四个特性（三）实践环节与课后练习课后要求学生复习本章节的概念。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学。章 水文学的一般概念与水文测验（一） 目的与要求要求学生掌握河流和流域的基本概念；要求学生掌握河川的表示方法；要求学生掌握了解河川径流的形成过程及影响因素；要求学生掌握河川水文资料的观测方法；要求学生掌握水位与流量关系曲线的绘制和延长的方法。（二）教学容第2.1节河流和流域主要容干流及支流河长及弯曲系数河长和弯曲系数的概念、河长的测量方法河槽基本特征河流的平面形态、河流的纵断面、河流的横断面、河流的比降河流分段、上游、中游、下游、河口分水线及流域分水线及流域的概念基本概念和知识点基本概念：干流、支流、河长和弯曲系数知识点：了解河槽的基本特点、理解分水线与流域间的关系第2.2节河川径流及其表示方法主要容河川径流的基本概念河川径流量的表示径流特征值间的关系基本概念和知识点基本概念：河川径流、河川径流量、地面径流、地下水、固体径流、流量Q、径流总量W、径流模数M、径流深度Y、径流系数a知识点：理解各径流特征值所表达的意义第2.3节河川径流形成过程及影响径流的因素主要容河川径流形成过程及其特征时期降雨补给的河流的形成过程、我国河流的形成过程影响径流的主要因素流域的气象条件、流域的地理位置、流域的地形特征、流域形状和面积、流域的植被、流域的土壤及地质构造、湖泊和沼泽、水利化措施地下径流固体径流基本概念和知识点基本概念：地下径流、固体径流知识点：影响径流的主要因素第2.4节流域水量平衡主要容流域的水文因素降水、蒸发和径流闭合流域水量平衡方程前提、原理、方程推导过程基本概念和知识点知识点：水量平衡方程第2.5节河川水文资料的观测方法主要容水位观测水位、绝对基面、水位观测流量测算测算方式、测量设备、测量断面的选择及面积计算、测量与计算、泥沙测算悬移质输沙：悬沙、悬移质输沙率、河流含沙量、含沙量的测验方法、悬移质输沙率的测量推移质输沙：底沙、推移质泥沙测验冰凌观测形成冰凌的地理位置、冰棱观测项目的分类基本概念和知识点基本概念：水位、绝对基面、悬移质输沙率、河流含沙量、推移质输沙率知识点：掌握流量的测算方法第2.6节水位与流量关系曲线主要容水位与流量关系曲线的绘制根据实测数据绘制曲线、影响水位——流速曲线的因素水位与流量关系曲线的延长根据水位 -面积、水位-流速关系曲线作高、低水延长；以断流水位为控制作低水位延长。水位流量关系曲线的应用基本概念和知识点知识点：水位与流量关系曲线的绘制及延长（三）实践环节与课后练习课后要求学生复习本章节的概念。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学。第3章 水文统计基本原理与方法（一）目的与要求要求学生掌握水文统计的基本概念；要求学生理解概率、频率、累计频率和重现期；要求学生掌握概率运算定理；了解水文标准大工程中的应用；要求学生掌握水文现象经验频率曲线的基本特点及曲线的绘制方法；要求学生掌握均值、均方差、变差系数和偏态系数对频率曲线形态的影响；要求学生掌握皮尔逊田型曲线和克里茨基-闵曲线的应用围；要求学生掌握试错适线法和三点适线法；要求学生掌握抽样误差的计算方法及分布特点；要求学生掌握相关分析的基本方程、相关分析的误差和相关分析应注意的事项。（二）教学容第3.1节概述主要容事件总体、样本、样本容量数理统计法对水文资料的要求检查资料的可靠性、检查资料的一致性、检查资料的代表性基本概念和知识点基本概念：必然事件、不可能事件、随机事件、随机变量、总体、样本、样本容量知识点：掌握水文资料的选取原则第3.2节概率和频率主要容概率和频率概率计算式、频率计算式概率运算定理概率相加定理、概率相乘定理随机变量的概率分布随机变量的概率分布、频率密度曲线、频率分布曲线累积频率和重现期累积频率与随机变量的关系、重现期的计算式设计标准基本概念和知识点基本概念：累积频率和重现期知识点：概率计算、频率计算、重现期的计算、频率密度曲线、频率分布曲线第3.3节经验频率曲线主要容经验频率曲线经验频率曲线概述经验频率公式频率公式P二m/nX100%、我国目前使用的是数学期望公式P=m/(n+1)X100%经验频率曲线的绘制和应用经验频率曲线的绘制过程：排序、计算、坐标确定、曲线绘制根据工程设计标准指定的频率，在曲线上查出所需的水文数据经验频率曲线的外延原因、通常采用理论曲线，而不用经验曲线进行外延基本概念和知识点知识点：经验频率曲线的绘制及外延第3.4节统计参数主要容均值加权平均法、算术平均法、均值的应用均方差和变差系数均方差的计算式、变差系数的计算式偏态系数偏态系数的由来、偏态系数的定义、对频率分布的影响、经验算法基本概念和知识点基本概念：均值、均方差、变差系数和偏态系数知识点：各统计参数的意义第3.5节理论频率曲线主要容皮尔逊田型曲线曲线方程式、曲线方程中的参数与统计参数的关系、理论频率曲线的绘制、统计参数对皮尔逊山曲线的影响克里茨基-闵曲线皮尔逊山曲线的局限性、克里茨基和闵概率曲线特点及优点基本概念和知识点知识点：统计参数与皮尔逊田型曲线之间的关系；皮尔逊山曲线的局限性；克里茨基和闵概率曲线特点第3.6节抽样误差主要容误差来源抽样误差概述抽样误差分布抽样误差计算公式绝对误差、相对误差基本概念和知识点基本概念：绝对误差、相对误差知识点：抽样误差的由来和计算第3.7节现行水文频率计算方法--适线法主要容试错适线法绘制经验频率曲线、计算统计参数工和Cv、假定Cs值、确定线型、绘理论频率曲线、判断与适线三点适线法试错适线法、目估定一条最佳配合线并定三点、求得X和Cv、将x、觇代入⑷、（B）、（A）式整理得、求得x和Cv频率分析实例基本概念和知识点知识点：两种方法适线过程第3.8节相关分析主要容相关分析的概念相关分析、完全相关（函数关系）、零相关（不相关）、统计相关直线回归方程作图法、分析法（最小二乘法）相关系数和回归系数相关系数、回归系数相关分析误差回归线的误差、相关系数的误差相关分析时应注意的问题相关计算举例基本概念和知识点基本概念：相关分析、完全相关（函数关系）、零相关（不相关）、统计相关知识点：理解统计相关；分析法（最小二乘法）第3.9节频率分析综合程序要求学生自学。（三）实践环节与课后练习课后要求学生复习本章节的概念、基本原理和计算过程，并完成4道作业题。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学。第4章 年径流及洪、枯径流（一）目的与要求要求学生掌握年径流量、多年平均径流量、洪水、枯水、设计洪水、洪峰流量、洪水过程线、洪水总量、水文比拟法等基本概念；要求学生掌握设计年径流量的各种推求方法；要求学生掌握设计年径流量年分配的各种方法；要求学生掌握根据标准确定设计洪水的频率或周期，并根据洪水资料推求设计洪峰流量（或水位）;要求学生了解影响枯水径流的因素，掌握推求枯水径流量或水位的各种方法。（二）教学容第4.1节概述主要容年径流量、多年平均径流量、洪水、枯水基本概念和知识点基本概念：年径流量、多年平均径流量、洪水、枯水第4.2节设计年径流量主要容年径流变化特点和分析方法年径流特点、分析方法具有长期实测资料时设计年径流量的推算径流资料的审查（径流资料的审查、审查资料的一致性、审查资料的代表性）、频率计算、成果合理性分析（地理分布规律、等值线、影响Cv的因素、上下游的资料）资料不足情况下设计年径流量的推算利用径流资料展延系列（利用年径流资料展延系列、利用月径流或季径流资料展延系列）、利用降雨资料展延径流系列（长江流域及以南地区和北方地区情况不同）缺少实测资料时设计年径流量的推算参数等值线图法、水文比拟法基本概念和知识点知识点：设计年径流量推算的各种方法，特别是参数等值线图法、水文比拟法第4.3节设计年径流量的年分配主要容径流的年分配研究目的、表示径流年分配的方法（流量或水位过程线、流量或水位历时曲线）有长期实测径流资料时设计年量年分配的确定代表年法、代表年的选取、给水工程的设计缺乏实测径流资料时设计年量年分配的确定日流量（或水位）历时曲线的绘制和应用基本概念和知识点知识点：代表年法、代表年的选取第4.4节设计洪水流量和水位主要容洪水及设计洪水洪水三要素（洪峰流量、洪水过程线、洪水总量）、设计洪水推求设计洪水的方法由流量资料推求设计洪水、由暴雨资料推求设计洪水、由经验公式推设计洪水（缺乏降雨资料）、由水文气象资料推求设计洪水（缺乏降雨资料）设计标准第一类防洪设计标准、第二类防洪设计标准洪水资料审查可靠性、一致性、代表性洪水资料选择特征数字、洪峰流量的选择、洪水量的选择洪水资料的插补延长上下游站或邻近流域站资料的移用（直接移用、修正移用、按面积插）、利用洪峰、洪量关系插补延长、利用本流域暴雨径流关系插补延长、特大洪水资料的处理特大洪水及其重要性、连序系列与不连序系列、经验频率计算设计洪峰流量（或水位）的计算不连序系列参数的计算、设计洪水频率计算的适线、计算成果的合理性分析基本概念和知识点基本概念：洪峰流量、洪水过程线、洪水总量、设计洪水知识点：对设计洪水的理解、洪水资料审查、特大洪水资料的处理、设计洪峰流量（或水位）的计算第4.5节设计枯水流量和水位主要容影响枯水径流的因素流量影响因素、枯水期长短影响因素有长期实测资料时枯水径流的计算资料的审查、年枯水径流频率分析、枯水径流的历时分析资料短缺时枯水径流的计算资料不足、参证站的选取、均值、CV和C的计算缺乏资料地区枯水径流的计算's资料的移用、地区经验公式、等值线图、表的应用基本概念和知识点知识点：影响枯水径流的因素、设计枯水的推算方法（三）实践环节与课后练习课后要求学生复习本章节的概念、基本原理和计算过程，并完成5道作业题。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学。第5章 降雨资料的收集与整理（一） 目的与要求使学生掌握用来分析降雨的三个要素：降水量、降水历时线和降水强度。使学生掌握点雨量资料的整理方法。使学生掌握流域平均降雨量的计算方法。使学生掌握暴雨强度公式的推求过程及应用。（二）教学容第5.1节降水主要容降水的观测降水量、雨量器降水三要素降水量、降水历时线和降水强度基本概念和知识点第5.2节降水分布主要容流域平均降水量算术平均法、加权平均法、等雨量线法基本概念和知识点第5.3节点雨量资料整理主要容暴雨资料整理的目的编制暴雨强度、降雨历时和重现期关系表的要求数据选取、要求不同历时、计算不同重现期的暴雨强度基本概念和知识点第5.4节暴雨强度公式的推算主要容暴雨强度公式公式i=4中参数的推求tn图解法、最小二乘法公式i=「\中的参数推求用试摆法求修值、lg4为试摆直线的截距、可通过直线上一点求得n选修无自记雨量计录地区暴雨强度公式的推荐温度饱和差法、最大日降雨量法、利用等值线图求暴雨强度线形的确定、在无A等值线资料时求A基本概念和知识点基本概念：降水量、降水历时线和降水强度知识点：点雨量资料整理、暴雨强度公式的推算（三）实践环节与课后练习课后要求学生复习本章节的概念、基本原理和计算过程，并完成4道作业题。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学。第6章 小流域暴雨洪峰流量的计算（一） 目的与要求使学生了解暴雨洪水形成过程，并掌握等流时线原理；使学生掌握暴雨损失量的推求方法；使学生了解水科院水文所和铁一院两所暴雨洪峰流量推理公式的推导过程和使用围。（二）教学容第6.1节小流域暴雨洪水计算的特点主要容面积界定频率相同给排水设计要求我国目前的两种计算公式推理公式、地区经验公式基本概念和知识点第6.2节暴雨损失主要容损失分类植物截留、蒸发、填洼、下渗下渗曲线与下渗量积累曲线下渗率、稳渗率、下渗曲线、下渗量累积曲线初期损失与下渗率一次暴雨两个损失段、平均下渗率、总净雨深基本概念和知识点知识点：平均下渗率第6.3节流域汇流主要容暴雨洪水形成过程等流时线原理等时线、共时径流面积、径流过程线、流域平均汇流速度不同净雨历时情况下的径流过程净雨历时小于流域汇流时间Q<t)>净雨历时等于流域汇流时间(t.)、净雨历时等于流域汇流时间(t>t)暴肃洪峰流量公式 ,基本概念和知识点基本概念：等时线、共时径流面积、径流过程线、流域平均汇流速度知识点：等流时线原理、暴雨洪峰流量公式第6.4节暴雨洪峰流量的推理公式主要容水科院水文所公式洪峰流量Qm基本计算公式、洪峰流量公式中参数的定量方法、设计洪峰流量Qm的计算铁一院两所公式洪峰流量的物理模型和计算公式、洪峰流量公式中参数的定量方法、设计洪峰流计算的简化公式基本概念和知识点知识点：水科院水文所公式、铁一院两所公式（三）实践环节与课后练习课后要求学生复习本章节的概念（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段