工程水文第一章

工程水文學(xué)及水利計算講課教師：

李英海

1工程水文學(xué)及水利計算（一）課程性質(zhì)和特點工程水文是水利類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，能初步掌握與水利水電工程規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運(yùn)行管理有關(guān)的暴雨、洪水、徑流資料的收集、分析計算的基本知識和基本技能，為其它專業(yè)課的學(xué)習(xí)和今后從事專業(yè)工作或進(jìn)行科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。2工程水文學(xué)（二）課程的基本要求1.了解水文現(xiàn)象的基本特點，物理成因，影響因素及其變化規(guī)律。2.掌握初步的水文測驗技能和收集水文資料的方法。3.熟悉和掌握水文分析的基本原理，如徑流形成原理、水量平衡原理、水文統(tǒng)計原理等；掌握徑流和洪水計算的基本方法，如成因分析法、水文統(tǒng)計法等，對工程中遇到的水文分析計算問題具有一定的分析和計算能力。4.初步掌握水文預(yù)報的基本原理和方法。3第一章緒論§1.1水文學(xué)§1.2工程水文學(xué)的研究方法§1.3水文學(xué)的發(fā)展4水文學(xué)§1.1水文學(xué)內(nèi)容提要

工程水文學(xué)的意義與主要內(nèi)容，水資源的基本概念。學(xué)習(xí)要求從工程建設(shè)需要了解工程水文內(nèi)容。水資源工程水文學(xué)5水文學(xué)§1.1水文學(xué)-§1.1.1水文學(xué)水文學(xué)的定義

研究自然界各種水體（大氣水、地表水、地下水）的存在、分布、循環(huán)、物理化學(xué)性質(zhì)及其環(huán)境因素的變化規(guī)律，預(yù)測、預(yù)報各水文現(xiàn)象（如降水、水位、流量、水質(zhì)等）的變化情勢。水資源工程水文學(xué)6§1.1水文學(xué)-§1.1.1水文學(xué)全球各水體水量分布（億km3）：

大氣:

0.000129(0.1%)

陸地:

0.48(3.5%)

海洋:

13.38(96.5%)

∑:

13.86

7§1.1水文學(xué)-§1.1.1水文學(xué)根據(jù)水體分布情況，水文學(xué)可分為：水文氣象學(xué)：

主要研究降水、蒸發(fā)、溫度、濕度、風(fēng)、氣壓。陸地水文學(xué)：主要研究地表水、地下水，又可分為河流水文學(xué)、湖泊水文學(xué)、沼澤水文學(xué)、冰川水文學(xué)、地下水文學(xué)、森林水文學(xué)等。海洋水文學(xué)：主要研究海溫、洋流、風(fēng)浪、潮汐等。8§1.1水文學(xué)-§1.1.2水資源水資源的定義：地球表層可供人類利用的水稱為水資源。水資源包括水量、水質(zhì)、水能資源和水域。

9水文學(xué)§1.1水文學(xué)-§1.1.3工程水文學(xué)工程水文學(xué)的定義：水文學(xué)的一個重要分支，將水文學(xué)方面的知識應(yīng)用于水利水電工程，為工程的規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)、運(yùn)行管理提供水文依據(jù)的一門科學(xué)。水資源工程水文學(xué)10水文文學(xué)學(xué)§1.1水文文學(xué)學(xué)-§1.1.3工程程水水文文學(xué)學(xué)工程程水水文文學(xué)學(xué)主主要要內(nèi)內(nèi)容容分分四四方方面面：：（1）水文文信信息息采采集集與與處處理理（（水水文文測測驗驗））：描描述述關(guān)關(guān)于于降降水水、、蒸蒸發(fā)發(fā)、、下下滲滲、、水水位位、、流流量量、、泥泥沙沙、、水水質(zhì)質(zhì)、、河河道道等等項項目目的的觀觀測測、、調(diào)調(diào)查查及及資資料料整整編編、、檢檢索索的的方方法法。。（2）降雨雨徑徑流流相相關(guān)關(guān)分分析析：揭示流域域徑流的形形成規(guī)律，，定量分析析降雨量、、土壤含水水量、徑流流量之間以以及降雨過過程與流量量過程之間間的關(guān)系，，描述流域域產(chǎn)流與匯匯流計算的的常用方法法與數(shù)學(xué)模模型。水資源工程水文學(xué)學(xué)11（3）水文分析計計算：揭示水文文現(xiàn)象的成成因規(guī)律與與統(tǒng)計規(guī)律律，研究水水文要素與與地理因素素之間的聯(lián)聯(lián)系及時空空分布特性性，論述各各種資料條條件下預(yù)估估未來水文文情勢的方方法和途徑徑。（4）水文預(yù)報：重點研究究洪峰流量量、洪水位位及洪水過過程的短期期預(yù)報方法法。12水文學(xué)§1.1水文學(xué)-§1.1.3工程水文學(xué)學(xué)【例1-1】：1998年長江特大大洪水防洪洪中，曾幾幾次運(yùn)用洪水預(yù)報，及時指導(dǎo)導(dǎo)清江水庫庫調(diào)度，實實現(xiàn)清江洪洪水與三峽峽洪水錯峰峰，避免了了荊江分洪洪區(qū)分洪。。水資源源工程水水文學(xué)學(xué)13水文學(xué)學(xué)§1.1水文學(xué)學(xué)-§1.1.3工程水水文學(xué)學(xué)【例1-2】：長江江三峽峽工程程規(guī)劃劃設(shè)計計中的的工程程水文文學(xué)問問題。。設(shè)計年年徑流流預(yù)測測（以確確定正正常高高水位位、枯枯季最最低水水位、、裝機(jī)機(jī)容量量、平平均年年發(fā)電電量等等）：：平均均年徑徑流量量；徑徑流年年際變變化；；徑流流年內(nèi)內(nèi)變化化。設(shè)計洪洪水預(yù)預(yù)測（以確確定校校核洪洪水位位、設(shè)設(shè)計洪洪水位位、防防洪限限制水水位、、防洪洪庫容容、溢溢洪道道尺寸寸等））：校校核洪洪水（（萬年年一遇遇）；；設(shè)計計洪水水（千千年一一遇））。水資源源工程水水文學(xué)學(xué)14流域降降雨徑徑流水水文系系統(tǒng)§1.2工程水文學(xué)學(xué)的研研究方方法內(nèi)容提提要流域及及其降降雨徑徑流水水文系系統(tǒng)，水文文現(xiàn)象象的基基本規(guī)規(guī)律與與研究究方法法學(xué)習(xí)要要求了解流流域水水文系系統(tǒng)的的基本本概念念，理理解水水文現(xiàn)現(xiàn)象基基本規(guī)規(guī)律與與計算算方法法水文現(xiàn)現(xiàn)象變變化的的基本本規(guī)律律水文研研究的的基本本方法法15流域降降雨徑徑流水水文系系統(tǒng)§1.2工程水文學(xué)學(xué)的研研究方方法1、流域域:匯聚于于一條條河流流的積積水區(qū)區(qū)域，，包括括地面面的和和地下下的，，如圖1-4。水文現(xiàn)現(xiàn)象變變化的的基本本規(guī)律律水文研研究的的基本本方法法16流域降降雨徑徑流水水文系系統(tǒng)§1.2工程水文學(xué)學(xué)的研研究方方法2、流域域降雨雨徑流流水文文系統(tǒng)統(tǒng)流域輸輸入：：I(t)=降雨P(guān)(t)流域出出口輸輸出：：徑流流Q(t)，蒸發(fā)E(t)流域使I(t)轉(zhuǎn)化為Q(t)的變換函數(shù)數(shù)：Ω{}則該系統(tǒng)表表示為：Q(t)=Ω{I(t)}水文現(xiàn)象變變化的基本本規(guī)律水文研究的的基本方法法17流域降雨徑徑流水文系系統(tǒng)§1.2工程水文學(xué)的研研究方法3、水文系統(tǒng)統(tǒng)基本規(guī)律律成因規(guī)律（（確定性規(guī)規(guī)律）統(tǒng)計規(guī)律（（隨機(jī)性規(guī)規(guī)律）水文現(xiàn)象變變化的基本本規(guī)律水文研究的的基本方法法18流域降雨徑徑流水文系系統(tǒng)§1.2工程水文學(xué)的研研究方法成因規(guī)律（（確定性規(guī)規(guī)律）表示水文現(xiàn)現(xiàn)象形成的的內(nèi)在因果果關(guān)系，確確定的成因因和條件將將對應(yīng)于確確定的結(jié)果果。【例1-1】根據(jù)水量平平衡原理，，可得全球球的多年平平均降水量量=全球的多年年平均蒸發(fā)發(fā)量?！纠?-2】流域上一次次暴雨過程程→扣除相應(yīng)的的損失過程程=凈雨過程→流域匯流=流域出口相相應(yīng)的一次次洪水過程程。水文現(xiàn)象變變化的基本本規(guī)律水文研究的的基本方法法19流域降雨徑徑流水文系系統(tǒng)§1.2工程水文學(xué)的研研究方法統(tǒng)計規(guī)律律（隨機(jī)機(jī)性規(guī)律律）樣本容量量很大時時，隨機(jī)機(jī)變量趨趨向于一一個穩(wěn)定定的分布布，或相相關(guān)變量量表現(xiàn)為為穩(wěn)定的的相關(guān)關(guān)關(guān)系。如如某流域域的年最最大洪峰峰流量頻頻率曲線圖1-5和相鄰流流域間年年徑流量量相關(guān)圖1-6。水文現(xiàn)象象變化的的基本規(guī)規(guī)律水文研究究的基本本方法20流域降雨雨徑流水水文系統(tǒng)統(tǒng)§1.2工程水文學(xué)的的研究方方法4、水文系系統(tǒng)的研研究方法法成因分析析法:根據(jù)水文文變化的的成因規(guī)律律，定量分分析水文文現(xiàn)象與與其影響響因素之之間的成成因關(guān)系系，由其其影響因因素預(yù)報報水文情情勢的方方法。如如降雨徑徑流預(yù)報報法、河河流洪水水演算法法等。數(shù)理統(tǒng)計計法：根據(jù)水文文現(xiàn)象的的統(tǒng)計規(guī)律律，對水文文觀測資資料統(tǒng)計計分析，，進(jìn)行水水文情勢勢概率預(yù)預(yù)測的方方法。如如設(shè)計年年徑流計計算、設(shè)設(shè)計洪水水計算等等。地理理綜綜合合法法：：根據(jù)據(jù)水水文文現(xiàn)現(xiàn)象象所所具具有有的的地地區(qū)區(qū)性性和和地地帶帶性性分分布布特特征征，，綜綜合合氣氣候候、、地地質(zhì)質(zhì)地地貌貌、、土土壤壤、、植植被被等等自自然然地地理理要要素素，，分分析析水水文文要要素素的的地地理理分分布布規(guī)規(guī)律律，，利利用用已已有有水水文文資資料料建建立立地地區(qū)區(qū)經(jīng)經(jīng)驗驗公公式式，，繪繪制制水水文文特特征征等等值值線線圖圖。。水文文現(xiàn)現(xiàn)象象變變化化的的基基本本規(guī)規(guī)律律水文文研研究究的的基基本本方方法法21§1.3水文學(xué)學(xué)的發(fā)發(fā)展內(nèi)容提提要水文學(xué)學(xué)發(fā)展展的各各個階階段與與特點點學(xué)習(xí)要要求一般了了解即即可22§1.3水文學(xué)學(xué)的發(fā)發(fā)展水文學(xué)學(xué)的發(fā)發(fā)展，，就是是隨著著社會會經(jīng)濟(jì)濟(jì)發(fā)展展和水水利工工程發(fā)發(fā)展的的需要要，從從萌芽芽到成成熟、、由經(jīng)經(jīng)驗到到理論論逐步步發(fā)展展起來來的。。今后后的發(fā)發(fā)展仍仍將遵遵循這這一規(guī)規(guī)律更更快地地向前前發(fā)展展，以以滿足足社會會繼續(xù)續(xù)發(fā)展展的需需求。。水文文學(xué)的的發(fā)展展，大大體可可分為為以下下幾個個階段段：萌芽時時期（（1400年以前前）奠基時時期（（1400～1900年）應(yīng)用水水文學(xué)學(xué)的形形成（（1900～1950年）現(xiàn)代水水文學(xué)學(xué)時期期（1950年后））23§1.3水文學(xué)學(xué)的發(fā)發(fā)展一、萌萌芽時時期（（1400年以前前）這一時時期中中國的的水文文知識識居于于世界界領(lǐng)先先地位位，如如2000年前建建成的的都江江堰，，至今今仍在在發(fā)揮揮巨大大作用用，其其中就就體現(xiàn)現(xiàn)著成成功的的水文文知識識；又又如527年的《水經(jīng)注注》，是早早于歐歐洲1000多年的的水文文地理理巨著著；公公元前前239年的《呂氏春春秋》最先提提出水水文循循環(huán)的的概念念。24§1.3水文學(xué)學(xué)的發(fā)發(fā)展二、奠奠基時時期（（1400～1900年）該時期期，西西歐的的文藝藝復(fù)興興和產(chǎn)產(chǎn)業(yè)革革命促促進(jìn)了了水利利事業(yè)業(yè)的發(fā)發(fā)展，，在水水文觀觀測方方面，，發(fā)明明制造造了雨量器器、蒸發(fā)器器、流速儀儀等，系系統(tǒng)的的水文文測驗驗為水水文定定量計計算及及預(yù)報報奠定定了堅堅實基基礎(chǔ)。。25§1.3水文文學(xué)學(xué)的的發(fā)發(fā)展展三、、應(yīng)應(yīng)用用水水文文學(xué)學(xué)的的形形成成（（1900～1950年））進(jìn)入入20世紀(jì)紀(jì)，，大大規(guī)規(guī)模模的的水水利利水水電電建建設(shè)設(shè)蓬蓬勃勃發(fā)發(fā)展展，，需需要要科科學(xué)學(xué)的的水水文文計計算算和和水水文文預(yù)預(yù)報報，，使使應(yīng)應(yīng)用用水水文文學(xué)學(xué)迅迅速速發(fā)發(fā)展展起起來來。。1900年的的美美國國J.A.塞登登提提出出著著名名的的塞塞登登定定律律、、1932年L.R.K.謝爾爾曼曼提提出出單單位位線線法法、、1935年G.T.麥卡卡錫錫建建立立了了馬馬斯斯京京根根河河道道洪洪水水演演算算法法，，1924年H.A.福斯斯特特完完整整地地建建立立了了P-ⅢⅢ水文文頻頻率率曲曲線線計計算算方方法法等等等等，，這這一一時時期期我我國國則則比比較較落落后后。。26§1.3水文文學(xué)學(xué)的的發(fā)發(fā)展展四、、現(xiàn)代代水水文文學(xué)學(xué)時時期期（1950年