《工程水文学总复习》课件

《工程水文学总复习》回顾工程水文学的核心概念和基础理论,为后续专业课学习奠定坚实的基础。本次总复习将涵盖水循环过程、水文分析、水资源利用等关键内容。绪论工程水文学是研究地表水和地下水在定量和时间分布特征以及其与自然和人工工程的相互关系的一门科学。本章将深入探讨水文学的定义、研究内容、资料获取方法以及数据分析技术。为后续章节提供基础知识。1.1水文学的定义观测与分析水文学是研究地球水循环及其在时间和空间上的分布规律的科学。水资源管理通过对水文过程的认识和分析,为水资源的开发利用和保护提供科学依据。工程设计水文学为水利工程的规划、设计、施工和运行提供必要的水文数据和分析成果。水文学的研究内容水循环过程研究水在大气、地表和地下的运动规律,包括降水、径流和蒸发等。水资源评估分析和评价可利用的水资源量及其时空分布特征,为水资源管理提供依据。水灾害预防研究洪水、干旱等极端水文事件的发生机理,为防洪减灾工作提供科学依据。水环境保护研究水污染过程及其对水生态系统的影响,为水环境治理和保护提供理论支撑。水文资料的获取1气象观测温度、降水、风速等基础气象要素的测量2水文观测水位、流量、水质等水文数据的采集3遥感技术卫星和无人机等提供的更广泛的空间数据水文资料的获取是水文学研究的基础,涉及对气象、水文等各种数据的系统性采集和统计。除了传统的观测设备,现代遥感技术也为水文资料的获取提供了新的手段,可以更全面地掌握一个流域的水文情况。水文数据分析50+常用常用50多种水文统计分析方法100K+监测点全国拥有10万多个水文监测站点$1M投入每年数据收集、分析和报告编制等投入超过1百万美元水文数据分析是水文学研究的核心环节。利用各种统计分析方法对收集的大量水文数据进行分析加工,可以得到有关水文要素时空分布规律及其变化趋势的定量描述,为水资源规划、利用和管理提供决策依据。水文气象学水文气象学研究大气中水分运动过程、降水形成机理和环境要素对水循环的影响,为水文分析奠定基础。包括降水测量、蒸发测量等内容。大气中的水分运动过程蒸发地表水和土壤中的水分在阳光和风的作用下蒸发进入大气。水汽向上运移蒸发进入大气的水汽在热对流和风的作用下向上运移。水汽凝结当水汽遇到低温区域时会凝结成云雾或降水。降水凝结的水汽最终以雨、雪、冰等形式从天空降落到地表。降水的形成机理对流性降水由于地表加热导致空气上升和水汽凝结而形成的降水,常见于夏季暴雨。锋面性降水由于冷暖气流交汇导致空气上升而形成的降水,常见于春秋季节。地形性降水由于地形强迫导致空气上升而形成的降水,常见于山区和丘陵地带。气旋性降水由于气旋环流导致空气上升而形成的降水,常见于热带气旋和温带气旋。降水量的测量降水量的测量是水文研究的基础,通过设置雨量计等仪器可以准确记录降水量的时间分布和空间分布。常见的测量方法包括斗式雨量计、浮标式雨量计和电子雨量计等,每种方法都有其优缺点。精准测量降水量是决定水资源规划和管理的关键。斗式雨量计结构简单,读数直观,但受风速影响较大。浮标式雨量计结构复杂,隔风性能较好,但需定期校准。电子雨量计测量精度高,可远程监控,但成本较高。蒸发量的测量与估算蒸发是一种重要的水文过程,它描述了地表水和土壤水向大气中转移的过程。准确测量和估算蒸发量对于水文分析和资源评估非常关键。常用的蒸发量测量方法包括水面蒸发皿、土壤蒸发皿以及根据气象数据估算的Penman公式。每种方法都有其优缺点,需要根据实际情况选择合适的方法。地表水文了解地表径流的形成过程、测量方法以及对水资源的评估是工程水文学的重要内容。地表径流的形成过程1降水形成水汽在大气中的循环过程中凝结成雨滴或雪花,最终落到地表。2地表流失一部分降水直接流失到河道,另一部分渗入地下补充地下水。3汇流过程地表的水流按地势收集到河流,形成了复杂的河网系统。河川径流的测量40测站数中国拥有40余万个水文测站，监测河流径流情况。10K测量项目包括水位、流速、流量等10,000多处实时监测。$50M年投入中国政府每年投入5000万美元用于河流径流测量。汇流过程与洪水计算1雨-径流过程分析降雨如何转化为地表径流2汇流模拟应用数学模型预测径流的集中和传播3洪水演算根据汇流过程计算洪峰流量和洪峰时间通过雨-径流分析和汇流模拟,可以计算出洪水在河道中的传播过程。这为工程设计提供了洪峰流量和洪水持续时间等关键参数,有助于防洪工程的规划和建设。地表水资源的评估流量测量与分析通过对河流流量的精确测量和长期观测,可以评估地区的地表水资源总量和径流特征。水库蓄水能力评估水库的蓄水容量和调蓄能力,有助于合理利用地表水资源,满足农业、工业和生活用水需求。洪水风险分析针对不同地区的历史洪水数据进行频率分析,可以预测未来洪水风险,为防洪规划提供依据。第四章地下水文地下水是一种宝贵的水资源,对人类生活和生态环境都有着重要影响。本章将深入探讨地下水循环过程、储量估算以及污染防治等相关知识。地下水位的测量地下水位是衡量地下水资源的重要指标。精准测量地下水位是水文分析的基础。常用方法包括水位计、电缆式水位计、压力式水位计等，能够实时记录地下水位变化。合理布设监测点、定期观测并分析数据,可以全面掌握地区地下水补给、径流和排泄情况。测量方法适用场景优缺点水位计河流、湖泊等地表水体结构简单、易于维护,但受水体环境影响电缆式水位计地下水观测井测量范围广、精度高,但需专业设备安装压力式水位计地下水、井水安装方便、成本低,但易受水质影响地下水的补给、径流和排泄1补给过程地下水通过渗透、入渗等过程从地表水体、降水等补给来源获得补充。2径流特性地下水在含水层内缓慢流动,流向低洼区或河流,形成地下径流。3排泄机制地下水通过泉水、人工开采、蒸发等方式从系统内排出,维持水量动态平衡。4影响因素地形、地质、气候等自然条件以及人类活动会影响地下水的补给、径流和排泄。地下水资源的评估地下水位测量通过测量地下水位变化,了解地下水资源的动态变化和分布情况。含水层分析评估含水层的赋存条件、补给排泄情况,确定地下水的储量和开采潜力。补给条件分析地下水的主要补给来源,评估补给量和补给条件,以确定可持续利用的地下水资源。地下水污染及防治污染来源广泛工业废水、农药化肥、垃圾渗滤液等多种人为活动都可能导致地下水污染。污染恢复困难一旦地下水污染发生,难以快速清除,需要长期的治理和修复工作。预防为先加强地下水源地的保护管理,预防污染发生是最有效的防治措施。综合治理需要采取源头控制、过程管控和末端治理等多种措施,才能有效防治地下水污染。特殊水体了解特殊水体的独特水文特性,对于工程建设和资源利用至关重要。我们将深入探讨湖泊、冰川和沙漠等不同类型的特殊水体。湖泊水文特性湖泊形态多样湖泊的形状和大小各不相同,从小型平原湖到大型高原湖,呈现出丰富的地理景观。水位波动规律湖泊的水位会随降雨、蒸发、地下水补给等因素而发生周期性变化,呈现出明显的季节性模式。水质特征复杂不同湖泊的水质因地理位置、人为活动等因素而存在明显差异,湖泊水质也会随季节变化。冰川水文冰川的形成冰川水文研究积雪在高山地区的积累和融化过程。积雪在寒冷的气候条件下逐渐压实并形成冰川。冰川会不断积累和前进,也会发生融化和后退。冰川径流的特点冰川融水是河流的重要补给来源,具有明显的季节性变化特点。春季和夏季冰雪融化时,径流量会显著增加,而冬季则径流较小。这种季节性变化影响了下游地区的用水供给。泥石流水文1形成机理泥石流是由大量水、泥沙和岩石组成的急流,通常发生在山区狭窄的沟谷中。极端降雨和冰川融水是它们形成的主要原因。2流动特性泥石流呈现流速快、冲刷力强的特点,能摧毁沿线一切障碍物。它们的流动轨迹难以预测,给防灾工作带来巨大挑战。3监测预警通过雨量、地质条件和历史资料分析,可以识别泥石流高发区域,并建立早期预警系