工程水文学课件八

学习水文学必要性一、给水工程⑴采用地表水为水源的给水工程，首先要考虑水量变化及其取用条件，当水源水量充沛时，需要了解水源的水位泥沙变化情况，⑵当水源水量不足时，设法以丰补欠，进行水量的引取、蓄放与调节，需要对该水源的径流年济变化及年内分配等水文情况进行分析。（３）如果给水与灌溉，航运、水力发电等其他水利工程设施配合一起综合利用水利资源时候，其水文分析与计算的内容就更加复杂，更加广泛。

学习水文学必要性二、排水工程

⑴雨水排泄进行雨水和污废水排泄的设计计算，确定排泄口的位置。这些都需要进行水文资料的收集、分析与计算。⑵洪水防御考虑洪水防御工程的设计，都要预先求得暴雨和洪水的变化情况和设计特征值。主要内容第一章绪论第二章水循环及径流形成第三章水文信息采集与处理第四章水文统计第五章设计年径流及年内分配的计算第六章由流量资料推求设计洪水

考核说明本课程为必修课，闭卷考试。其成绩评定方法：平时成绩占２０%，期末考试占８０%；考试题型：选择题、判断题、填空题、简答题、计算题。考试时间：120~150分钟。参考文献１、马学尼、黄廷林，《水文学》（第三版），中国建筑工业出版社，1998。２、芮孝芳，《水文学原理》，中国水利水电出版社，2004。３、叶守泽，《水文及水利计算》，水利水电出版社，1992。４、雒文生，《河流水文学》，水利水电出版社，1992。///第一章绪论教学目标1、能够说出水的自然与社会属性。2、列举出三到四个你认为的人类面临的水问题。3、简述水文学发展历程。4、简述水文学科主要分支。5、说出水文现象的基本规律。第一节人类面临的主要水问题一、水的自然属性a、水资源的循环再生性.b、时间不均匀性。c、水的流动性d、水具有势能、动能、压力能和化学能等二、水的社会属性１、水是维持生命的不可替代的物质２、水的利害两重性３、人类开发利用水资源需要一定条件４、可能成为社会不稳定的一个因素三、主要水问题水、旱灾害是人类面临的主要自然灾害。全球气候变暖增加了解决水问题的难度。水污染加剧的势头还得不到有效的控制。不合理的工程措施和管理产生了负面影响。水、旱旱灾害害在世界界范围围内每每年因因水、、旱灾灾害造造成的的损失失占各各种自自然灾灾害总总损失失的比比例达达55%，其中中水灾灾为40%，旱灾灾为15%.我国每每年因因水、、旱灾灾害造造成的的损失失占各各种自自然灾灾害总总损失失的比比例要要大于55%.我国目目前受受旱耕耕地超超过0.2亿hm2，农田田灌溉溉年缺缺水达达300亿m3；我国国620座城市市中约约有300座城市市缺水水，所所缺水水量约约58亿m3，缺水水已成成为我我国工工农业业生产产发展展的重重要障障碍之之一。。今年水水灾旱旱灾情情况今年入入汛以以来，，我国国部分分地区区遭受受不同同程度度的自自然灾灾害，，特别别是6月底以来，安徽、四四川、湖北北、河南、、重庆、江江苏等省（（市）遭受严严重的暴雨雨、洪涝灾灾害，重庆庆西部的区区域特大暴暴雨是百年年难遇。据国家民政政部统计，，截至7月16日，今年洪洪涝灾害共共造成10544.8万人受灾，，因灾死亡亡425人，失踪110人，紧急转转移安置人人口359.2万人；农作作物受灾面面积6429.7千公顷，其其中绝收1174.7千公顷；倒倒塌房屋36.9万间，损坏坏房屋102.0万间，因灾灾直接经济济损失334.7亿元。全球气候变变暖增加了了解决水问问题的难度度一是已使我我国一些地地区降水量量减少，如如山西省汾汾河流域多多年平均降降水量已由由过去的558mm减少到现在在的449mm，减少近20%；二是已使海海平面明显显上升，据据分析，近近百年来我我国海平面面平均每年年上升了0.14cm，三是球气候候变暖背景景下，极端端天气气候候事件发生生的频率和和强度在增增加。水污染加剧剧的势头还还得不到有有效的控制制人们对保护护水环境意意识淡薄，，走了一条条“先发展展经济，后后治理环境境”的路子子，留下了了许多环境境后遗症，，目前仍有有一些国家家或地区水水污染呈加加剧趋势.我国工业企企业的废污水排放放量很大，而且约80%以上未经处处理就直接接排入江河河湖库等水水体，已使使得不少支支流小河变变成了排污污沟，有的的大江大河河也出现了了岸边污染染带.水污染的加加剧，不仅仅带来了严严重的生态态与环境问问题，而且且也增加了了一些缺水水地区和缺缺水城市的的缺水程度度，甚至出出现缺乏安全饮饮用水的危危机.我国工业废废水、生活活污水：360亿T/a，处理率率30%左右，有的的地区不到到10%，7.4万km2受到污染长江：沿江江22个污染带长长达500多km。不合理的工工程措施和和管理产生生了负面影影响对森林的乱乱砍滥伐，，致使水土土流失严重重，恶化了了当地生态态与环境，，造成了河河道淤积，，过量地开采采地下水，，会出现区区域性地下下水漏斗，，引发地面面沉降和海海水入侵，，不利于防防洪，污染染了地下水水.不合理的引引水灌溉，，可能造成成灌区次生生盐碱化；；也可能引引起河流盐盐化，由于沿河不不适当地修修建了大量量引水灌溉溉工程，结结果导致从从上游向下下游，河流流流量减少少，河流含含盐度不断断增加.流域大量修修建蓄水工工程，或不不合理跨流流域调水，，可能使河河川径流不不合理地减减少，甚至至断流。水脏水多水少水土流失水问题1洪涝灾害(水多)2水资源短缺缺(水少)为天津供水水的潘家口口水库已低低于死水位位水资源短缺缺严重3水体污染(水脏)4水土流失第二节水水文学发展展的回顾一、水文学学定义：水文学是关关于地球上上水的起源、存在在、分布、、循环、运运动等变化规律律，以及运运用这些规规律为人类类服务的知识体系。水文学是研研究地球上水的的时空分布布与运动规规律并将这些规规律应用于于水资源开开发利用与与保护的科学。水在地球表表面形成水水圈，与大大气圈、岩岩石圈、生生物圈紧密密相联，水文学是地球科学的的一部分;水资源的开开发利用和和防治水害害都要以水水文规律为为根据，水水文学又是是水利科学的的一部分。二、研究对象从大气中的的水到海洋洋中的水，，从陆地表表面的水到到地下水，，都是水文文学的研究究对象；水水圈同大气气圈、岩石石圈和生物物圈等地球球自然圈层层的相互关关系，也是是水文学的的研究领域域；水文学学不仅研究究水量，而且研究究水质；不仅研究究现时水情情的瞬息动动态，而且且探求全球球水的生命命史，预测测它未来的的变化趋势势。三.发展简史水文学发展示意图现代水文学应用水文学兴起时期奠基时期萌芽期萌芽时期(远古至约公公元1400年)在尼罗河、幼发拉底河河、恒河和黄河这些古老文文化发祥地地的遗迹迹中，，我们们可以以看到到这一一时期期已经经开始始了原原始的的水文文观测测。最最早的的水位位观测测是在在中国和埃及开始的的。最早的的雨量量观测测于公公元前前四世世纪首首先在在印度度出现现，中中国于于公元元前三三世纪纪的秦秦代已已开始始有呈呈报雨雨量的的制度度，到到了公公元1247年，已已有了了较科科学的的雨量器器和雨深深计算算方法法，并并开始始用““竹笼笼验雪雪”以以计算算平地地降雪雪深度度。明代刘天和和在治治理黄黄河工工作中中，已已采用用手制制“乘乘沙量量水器器”测测定河河水中中泥沙沙的数数量。。奠基时时期(约1400～1900)欧洲文艺复复兴带来的的科学学思想想的解解放和和科学学技术术的进进步，，为水水文科科学发发展成成为独独立的的学科科奠定定了基基础。。这一一时期期，水水文仪仪器的的发明明使水水文观观测进进入了了科学学的定定量观观测阶阶段。。1663年雷恩恩和胡胡克创创制了了翻斗式式自记记雨量量计，1687年哈雷雷创制制测量水水面蒸蒸发量量的蒸发发器，，1870年埃利利斯发发明旋旋桨式式流速速仪，，1885年普赖赖斯发发明旋杯式式流速速仪。。这些近近代水水文仪仪器使使流量量、流流速、、蒸发发、降降水的的观测测达到到了相相当的的精度度，利利用这这些近近代水水文仪仪器进进行水水文观观测的的各种种水文文站陆陆续出出现。。在这一一时期期，近近代水文科科学理理论开始逐逐渐形形成。。１674年佩罗罗提出出了水量平平衡的概念念，成成为水水文科科学最最基本本的原原理之之一；；1738年伯努努利父父子发发表水流能能量方方程，1775年谢才才发表表明渠均均匀流流公式式；1802年道尔顿顿建立了了研究究水面面蒸发发的道尔顿顿公式式；1856年，达西发表了了描述述孔隙隙介质质中地地下水水运动动的达西定定律；专门水水文研研究机机构开开始出出现，，一些些国家家开始始出版版水文年年鉴。。弗里西西著的的《河流水水文测测验方方法》、福雷雷尔著著的《日内瓦瓦湖湖湖泊志志》、马略略特著著的《水的运运动》等水文文学专专著陆陆续出出版。。这些些著作作总结结了当当时水水文观观测和和理论论研究究的成成就，，标志志着水水文科科学作作为一一门近近代科科学已已奠定定基础础。应用水文学兴起时时期(约1900～1950)进入20世纪，特别是第一次世界大战以后，大量兴起的防洪、灌溉、交交通工程和农业、、林业乃至城市建建设向水文科学提出越越来越多的新课题题，解决这些课题题的方法也由经验验的、零碎的逐渐渐理论化和系统化化，水文科学的应应用特色逐渐表现现出来。在此期间，水文站站在世界范围内发发展成规模宏大的的水文站网系统，，这些成就为应用用水文学的兴起在在理论上、方法上上和资料条件方面面奠定了基础，并并率先形成了它最最重要的分支学科科——工程水文学。接着，农业水文文学、森林水文学学、都市水文学也也相继兴起。现代水文学由于人类对水资源源的突出需求，水水文科学的研究领领域正在向着为水资源最优开发利利用的方向发展，以期为客观观评价、合理开发发、充分利用和保保护水资源提供科科学依据；大规模的人类活动动对自然水体，进进而对自然环境正正在产生多方面的的影响。研究和评价人类活活动的水文效应和和这种效应的环境境意义，揭示人类活动影响响下水文现象的规规律，进而探讨水水文分析的新方法法和新途径，防止止人类活动对水文文循环的影响朝着着不利于人类生存存环境的方向发展展，这一切正在成成为水文科学面临临的新课题。第三节水文学学主要分支学科按照基础理论与应用分可分为水文学原原理（又叫理论水水文学）和应用水水文学。按研究方法分，则分为：动力力学水文学，系统统水文学，计算水水文学，确定性水水文学，水文统计计学，随机水文学学，地理水文学，，实验水文学，同同位素水文学，数数字水文学。按照研究对象分，则可分为：河河流水文学、湖泊泊水文学、冰川水水文学、河口海岸岸水文学、地下水水水文学、水文气气象学、水文测验验学、水资源学。。按照应用范围可分：工程水文学学、农业水文学、、森林水文学、城城市水文学、环境境水文学、生态水水文学。水文学原理：研究自然界水文文循环、水分运动动和溶质输移转化化机理，及水圈与与大气圈、岩石圈圈和生物圈的相互互关系，主要内容容包括：不同尺度度水文循环几机理理，土壤水分运动动，下渗和蒸散发发机理、洪水运动动规律，山坡产流流，汇流，产沙机机理，水文循环中中溶质转化机理等等。河流水文学：研究河流水文现现象基本规律及河河流资源利用。河河流水文现象主要要包括：河流补给给、河流洪水与枯枯水、河流热动态态与冰情、河流泥泥沙和河流水质等等。河流的形成与与水系发育、河槽槽形势和河床演变变、河流生态系统统保护与修复也是是河流水文学的重重要研究课题。地下水文学研究地下水水文现现象基本规律及地地下水资源开发利利用。地下水水文文现象主要包括：：地下水形成和储储存条件，地下水水运动，地下水水水量、水位和水水质的动态变化等等。地下水开发利利用引起的环境和和生态问题也是地地下水文学研究的的重要内容。城市水文学应用水文学中较年年轻的分支学科着着重研究城市发展展中的水资源、城城市排水的环境效效应和城市对径流流形成的影响等问问题。工程水文学：水文学的一个重重要分支，为工程程规划设计、施工工建设、运行管理理提供水文依据的的一门科学。工程水文学主要内内容（1）水文分析计算（水文预测））：从统计的角度度测算工程实施中中和完成后很长时期内可能遇到的各种机机会（概率）的水水文现象的大小与与过程。如预测长江三峡工工程未来千年一遇遇的洪水有多大？？主要为规划设计提供依据。（（2）水文预报：预报指定地点或或地区一定时期内（称预见期）水水文现象的大小及及变化过程。如预报某河流断面面处从现在起以后后24h的水位有多高？主主要为现场施工及及工程管理提供水文依据。【例】：长江三峡工程规规划设计中的工程程水文学问题。【大坝】坝型：混凝土重重力坝坝坝顶高程（m）:185坝高（m）:175坝长（m）:2335【溢洪道】型式：有闸控制泄泄洪泄泄洪坝段长度（m）：483设计洪水洪峰流量量（m³/s）：98800校核洪水洪峰流量量（m³/s）：124300【水库】校核洪水位（m）：180.4设计洪水位（m）：175防洪限制水位（m）：145正常高水位（m）：175枯季最低水位（m）：155总库容（亿m³）：393防洪库容（亿m³）：221.5库面面积（km²）：108第四节水文学现现象的基本规律以以及研究方法的基基本特点4.1水文现现象变变化的的基本本规律律1、成因因规律律（确确定性性规律律）：：表表示水水文文现象象形成成的内内在因因果关关系，，确定定的成成因和和条件件将对对应于于确定定的结结果。。【例1-1】根据质质量守守恒原原理，，可得得全球的的多年年平均均降水水量=全球的的多年年平均均蒸发发【例1-2】流域上上一次次暴雨雨过程程-→扣除相相应的的损失失过程程==净雨过过程—→流域汇汇流==流域出出口相相应的的一次次洪水水过程程2、统计计规律律（随随机性性规律律）：：水文现现象不断地地随时时间、、地点点发生生变化化，这种现现象称称水文文现象象的随随机性性。例例如：：各年年份中中最大大洪峰峰流量量、最最枯径径流量量出现现的时时间、、大小小也各各不相相同。。样本容容量很很大时时，随机变变量趋向于于一个个稳定定的分分布，，或相相关变变量表表现为为稳定定的相相关关关系。。如某某流域域的年年最大大洪峰峰流量量频率率曲线线图。。3、水文文现象象的相相似性性和特特殊性性两流域域或地地区气气象条条件、、地理理位置置、自自然地地理条条件等等相似似，则则两地地水文文现象象在一一定程程度上上存在在着相相似性性。举例：同一一地区区不同同河流流，若若