《工程水文学》PPT课件.ppt

第一章第一章 绪论绪论第第第第一一一一章章章章 绪论绪论绪论绪论第一节第一节第一节第一节、我国的水资源概况我国的水资源概况我国的水资源概况我国的水资源概况第二节、工程水文学的研究对象及其作用第二节、工程水文学的研究对象及其作用第二节、工程水文学的研究对象及其作用第二节、工程水文学的研究对象及其作用第三节、水文现象的特点与水文学的研究第三节、水文现象的特点与水文学的研究第三节、水文现象的特点与水文学的研究第三节、水文现象的特点与水文学的研究方法方法方法方法 第一章第一章 绪论绪论 (1)水文循环水文循环1/6l水以不同的形式存在于自然界中。图中单位为图中单位为可供直接饮用的河流和淡水湖泊可供直接饮用的河流和淡水湖泊10.17万万 广义的水资源：包括海洋、地下水、冰川、河流等各种水体的总称（气态，液态，固态）狭义的水资源：指逐年可以恢复更新的一部分淡水量。第一章第一章 绪论绪论 (1)水文循环水文循环2/6地下地下海洋海洋冰川冰川沼泽沼泽湖泊湖泊山河山河大气大气自然界自然界中的水中的水冰川：冰川：湖泊：湖泊：大气：大气：沼泽沼泽：沼泽：沼泽：地下：地下：贵州安顺贵州安顺地下暗河地下暗河地下：地下：趵突泉趵突泉山河：山河：长江长江山河：山河：黄河入海口黄河入海口 全球水资源 2006年底，80个国家宣称国内水资源短缺。全球人均水资源拥有7500m3/人，欧洲人均拥有水量为4700m3，亚洲的该项指标为3400m3。各国的人均耗水量差异很大，欧洲和美国就相差数倍。根据联合国评估，目前每年的淡水缺口为2300亿m3，这一数字到2025年将上升到1.3万亿m3到万亿m3。一些资料显示，再过1/4个世纪，三分之二的地球人将遭遇水资源不足的问题。全球每年有近600万公顷的土地变成荒漠。水资源不足会导致卫生条件低下，世界上每天大约有6000人因此而丧生。在逾20%的陆地上，人类活动已经超出了自然生态系统的负荷。世界上许多国家都将水资源用作实现国家利益的有力政治工具。2000年，全世界60亿人口中，有5亿人生活在水资源慢性缺乏的国家。到了2050年，世界人口估计为89亿，就会有40亿人缺少水资源。目前全球每5人中就有一个喝不到安全的饮用水，另有24亿人生活中缺少下水道等卫生设施。每天有6000个孩子因为水而患病死去。水文学水文学水文学水文学(Hydrology)(Hydrology)是一门研究水在自然界中运行、是一门研究水在自然界中运行、是一门研究水在自然界中运行、是一门研究水在自然界中运行、变化和分布规律的科学。变化和分布规律的科学。变化和分布规律的科学。变化和分布规律的科学。第一章第一章 绪论绪论 (3)水文学水文学1/2水文学水文学水文气象学水文气象学水文地质学水文地质学地表水文学地表水文学海洋水文学海洋水文学陆地水文学陆地水文学河川水文学河川水文学冰川水文学冰川水文学湖泊水文学湖泊水文学沼泽水文学沼泽水文学 第一章第一章 绪论绪论 (2)河川和海洋资源河川和海洋资源1/1我国的河川和海洋都蕴藏着丰富的资源，有待于我们去综合我国的河川和海洋都蕴藏着丰富的资源，有待于我们去综合开发和利用。所有的这些水资源的开发利用，都需要我们进行相开发和利用。所有的这些水资源的开发利用，都需要我们进行相应的工程建设，工程水文学是我们利用地球丰富资源的基础。应的工程建设，工程水文学是我们利用地球丰富资源的基础。水资源水资源水能资源水能资源淡水养殖淡水养殖航运航运河川资源海洋运输海洋运输港口航道港口航道渔业渔业石油石油天然气天然气海洋资源 应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学，包括，包括有关控制或利用河川和海洋资源所建造的工程，其规有关控制或利用河川和海洋资源所建造的工程，其规划、设计、施工与运行管理所需要的水文学的知识。划、设计、施工与运行管理所需要的水文学的知识。整理整理分析分析掌握掌握收集收集观测观测主要主要任务任务内容包括：内容包括：水文现象变化规律水文现象变化规律水文资料的测验和收集方法水文资料的测验和收集方法水文资料的整理、分析、水文资料的整理、分析、统计和计算方法统计和计算方法 应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学应用于实际工程的水文学称为工程水文学 第一章第一章 绪论绪论 (3)水文学水文学2/2大运河长江三峡长江三峡长江三峡长江三峡三峡水库世界最大水利枢纽中国长江三峡水库大坝二0000三年六月一日上午下闸蓄水成功。十五天后，三峡库区水位将达到135135米高程。2009年8月29日，长江三峡三期工程枢纽工程达到正常蓄水（175米水位）。正常蓄水（175米水位）验收是三峡工程建设的重要里程碑，是三峡工程按照设计规模全面建成的重要标志。海上平台海上平台海上平台海上平台海上平台海上平台航运航运我们可以：我们可以：但是：但是：海平面上升海平面上升 酸雨酸雨 臭氧层空洞臭氧层空洞 水污染水污染科学技术以前所未有的速度和科学技术以前所未有的速度和规模迅猛发展，增强了人类改造自规模迅猛发展，增强了人类改造自然的能力，给人类社会带来空前的然的能力，给人类社会带来空前的繁荣，也为今后的进一步发展准备繁荣，也为今后的进一步发展准备了必要的物质技术条件。对此，人了必要的物质技术条件。对此，人们产生了盲目乐观情绪，好象自己们产生了盲目乐观情绪，好象自己已经成为大自然的主人，可以长期已经成为大自然的主人，可以长期掠夺资源而不会受到大自然的惩罚。掠夺资源而不会受到大自然的惩罚。然而，这种掠夺式生产已经造成了然而，这种掠夺式生产已经造成了生态和生活的破坏，大自然向人类生态和生活的破坏，大自然向人类亮起了红灯。亮起了红灯。人类的明天将是什么样子呢？悲观主义者描述了人类的明天将是什么样子呢？悲观主义者描述了世界末日的景象，向全世界敲响了警钟。人们承认面世界末日的景象，向全世界敲响了警钟。人们承认面临的严重危机，但是可以通过共同的努力战胜它，寻临的严重危机，但是可以通过共同的努力战胜它，寻求新的发展道路。求新的发展道路。成因法确定性规律确定性规律偶然性规律偶然性规律区域性规律区域性规律随机现象概率论和数理统计区域性方法 第一章第一章 绪论绪论 (4)水文学的研究方法水文学的研究方法1/1 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识第二章第二章第二章第二章 水循环与河川径流的形成水循环与河川径流的形成水循环与河川径流的形成水循环与河川径流的形成第一节第一节第一节第一节、水循环与水量平衡水循环与水量平衡水循环与水量平衡水循环与水量平衡第二节、河流、流域与分水线第二节、河流、流域与分水线第二节、河流、流域与分水线第二节、河流、流域与分水线第三节、河川径流形成过程及主要影响因素第三节、河川径流形成过程及主要影响因素第三节、河川径流形成过程及主要影响因素第三节、河川径流形成过程及主要影响因素第四节、径流表示法和度量方法第四节、径流表示法和度量方法第四节、径流表示法和度量方法第四节、径流表示法和度量方法l定义：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心引力的作用下，以定义：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心引力的作用下，以蒸发、降水、入渗和径流方式进行的往复交替的运动过程，称为水文循环或蒸发、降水、入渗和径流方式进行的往复交替的运动过程，称为水文循环或水循环。（原因、环节）水循环。（原因、环节）l分类：大循环海陆之间的水文循环分类：大循环海陆之间的水文循环 小循环海洋或陆地局部的水文循环小循环海洋或陆地局部的水文循环l地球上的水文循环是由一系列大小循环组合而成的一个复杂的动态系统地球上的水文循环是由一系列大小循环组合而成的一个复杂的动态系统l水文循环是最活跃的物质循环之一，与人类生存、生产有着密切关系。水文水文循环是最活跃的物质循环之一，与人类生存、生产有着密切关系。水文循环的运动规律建立在水量平衡的基础上，是质量守恒在水文循环中的特殊循环的运动规律建立在水量平衡的基础上，是质量守恒在水文循环中的特殊表达方式。表达方式。第一章第一章 绪论绪论 (1)水文循环水文循环3/6水文循环水文循环l定义：地球上任一区域在一定时段内，输入的水量与输出的水量之差定义：地球上任一区域在一定时段内，输入的水量与输出的水量之差等于该区域内蓄水量的变化，称为水量平衡。等于该区域内蓄水量的变化，称为水量平衡。l从长时期来看，地球上的水循环是处于相对平衡状态的。因此可以假从长时期来看，地球上的水循环是处于相对平衡状态的。因此可以假设，自然界水的总量是一个常值。设，自然界水的总量是一个常值。流域流域n年的水量平衡方程：年的水量平衡方程：式中：式中：X X 年降水量年降水量 Y Y 年径流量年径流量 Z Z 年蒸发量年蒸发量 UnUn 第第n n年末流域蓄水量年末流域蓄水量 第一章第一章 绪论绪论 (1)水文循环水文循环4/6水量平衡水量平衡如令：如令：流域多年平均降水量流域多年平均降水量 流域多年平均径流量流域多年平均径流量 流域多年平均蒸发量流域多年平均蒸发量 则多年的水量平衡方程为：则多年的水量平衡方程为：第一章第一章 绪论绪论 (1)水文循环水文循环5/6在多年平均的情况下，流域蓄水量的变化项在多年平均的情况下，流域蓄水量的变化项(Un-U0)/n甚小，可以忽略不计，则闭合流域甚小，可以忽略不计，则闭合流域的最后的多年平均水量方程为：的最后的多年平均水量方程为：对于一个闭合流域，多年（长期）的平均降水量同多年对于一个闭合流域，多年（长期）的平均降水量同多年的平均径流量和蒸发量的关系处于一个平衡状态，这种的平均径流量和蒸发量的关系处于一个平衡状态，这种水量实质上是质量守恒原理的一种表现形式，水量平衡水量实质上是质量守恒原理的一种表现形式，水量平衡方程可广泛应用于任何隔离水体，在水文分析计算中是方程可广泛应用于任何隔离水体，在水文分析计算中是个有力工具。个有力工具。第一章第一章 绪论绪论 (1)水文循环水文循环6/6 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流1/101 1、河流的形成和分段、河流的形成和分段河流河流汇集地面径流和地下径流的水道汇集地面径流和地下径流的水道l河水流经的谷地称为河水流经的谷地称为河谷河谷。l河谷底部有水流的部分为河谷底部有水流的部分为河床河床。l脉络相通的大小河流所构成的系统为脉络相通的大小河流所构成的系统为水系（或河系）水系（或河系）。河源河源上游上游中游中游下游下游河口河口一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，水情变化等特点，分为水情变化等特点，分为：第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流2/102 2）河流的基本特征）河流的基本特征河流河流比降比降河流河流长度长度河流河流断面断面河流的河流的基本特征基本特征 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流3/10l河流长度河流长度从河源到河口的距离。从河源到河口的距离。l河流比降河流比降单位长度河段的落差。单位长度河段的落差。河底或水面比降河底或水面比降。河段上游端和下游端水面或河底的高程。河段上游端和下游端水面或河底的高程。河段长度河段长度。水面或河底落差。水面或河底落差。第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流6/103 3）山区与平原河流的一般特性）山区与平原河流的一般特性l 山区河流山区河流 流经地势高峻、地形复杂的山区。流经地势高峻、地形复杂的山区。受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形成发育受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形成发育不完全的不完全的“V”“V”字和字和“U”“U”字形。字形。第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流7/10l 平原河流平原河流 流经地势平坦的平原地区。流经地势平坦的平原地区。河谷多为发育完全的河漫滩形态。河谷多为发育完全的河漫滩形态。第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流8/10在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，往往形成各种淤积体。往往形成各种淤积体。第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流9/10平原河流的横断面形状根据所在位置的不同有抛物平原河流的横断面形状根据所在位置的不同有抛物线、不对称三角形和线、不对称三角形和W W形等数种。形等数种。第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 a）河流）河流10/10 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 b）流域）流域1/41 1）流域分水线与流域面积）流域分水线与流域面积l降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分隔而汇集到降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，汇集水流的同一区域为不同的河流中，汇集水流的同一区域为某河流的流域某河流的流域。概括说就是河流的概括说就是河流的集水区域集水区域。l分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线，称线，称分水线（或分水岭）分水线（或分水岭）l地面分水线和地下分水线相重合的流域为地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域闭合流域；地地面与地下分水线不重合的流域叫做面与地下分水线不重合的流域叫做非闭合流域非闭合流域。l流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域面积，流域面积，或称为或称为集水面积（集水面积（kmkm2 2）第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 b）流域）流域2/42 2）流域特征）流域特征几何特征几何特征自然地理特征自然地理特征 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 b）流域）流域3/4l几何特征几何特征 主要指流域面积和流域形状主要指流域面积和流域形状l自然地理特征自然地理特征 主要是流域的地理位置和地形主要是流域的地理位置和地形 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (1)河流与流域河流与流域 b）流域）流域4/4a a）径流形成过程）径流形成过程产流过程产流过程降水过程降水过程流域蓄渗过程流域蓄渗过程汇流过程汇流过程坡面漫流过程坡面漫流过程河槽集流过程河槽集流过程 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (2)径流形成过程及其主要影响因素径流形成过程及其主要影响因素1/2b b）影响径流的主要因素）影响径流的主要因素气象气候因素气象气候因素降水降水蒸发蒸发下垫面因素下垫面因素地形地形土壤和地质土壤和地质植被和湖沼植被和湖沼流域形状流域形状和面积和面积人类活动人类活动农业措施农业措施林牧业措施林牧业措施水利措施水利措施2/2 第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (2)径流形成过程及其主要影响因素径流形成过程及其主要影响因素径流的度量单位径流的度量单位l 流量（流量（Q Q）：单位时间内流过断面的水体体积。单位时间内流过断面的水体体积。(m(m3 3/s)/s)l 径流总量（径流总量（W W）：某时段某时段T T内流过断面的总径流体积。内流过断面的总径流体积。(m(m3 3)l 径流深（径流深（y y）：径流总量平均分布在流域上的水深。径流总量平均分布在流域上的水深。(mm)(mm)第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (3)河川水文情势河川水文情势2/3l 径流模数（径流模数（M M）：单位流域面积上所产生的流量。单位流域面积上所产生的流量。l 径流系数（径流系数（）：某时段降雨量某时段降雨量x x所形成径流深所形成径流深y y的比例数的比例数因为降雨总是会有损失，所以一般因为降雨总是会有损失，所以一般只能小于只能小于1 1。第二章第二章 河川水文基础知识河川水文基础知识 (3)河川水文情势河川水文情势3/3 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验第三章第三章第三章第三章 水文测验水文测验水文测验水文测验与水与水与水与水文资料的收集文资料的收集文资料的收集文资料的收集1 1 1 1）水文测站）水文测站）水文测站）水文测站2 2 2 2）水位观测）水位观测）水位观测）水位观测3 3 3 3）流量测验）流量测验）流量测验）流量测验4 4 4 4）水位流量关系曲线）水位流量关系曲线）水位流量关系曲线）水位流量关系曲线l水文站分类水文站分类按目的和性质分类按目的和性质分类基本站基本站实验站实验站专用站专用站 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (1)水文测站水文测站1/2l水位观测设备及其布置水位观测设备及其布置水面相对于某一基准面的高程称为水位。水面相对于某一基准面的高程称为水位。水尺水尺自记水位计自记水位计观测水位设备观测水位设备 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2)水位观测水位观测1/72/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2)水位观测水位观测1、水位观测的内容和要求、水位观测的内容和要求内容：基本水尺和比降水尺内容：基本水尺和比降水尺 观测时段要求观测时段要求 比降水尺的水位观测要求比降水尺的水位观测要求 精度要求：精度要求：基本水尺读至基本水尺读至1cm1cm，比降水尺读到，比降水尺读到0.5cm0.5cm2、港航测设中的临时水位观测、港航测设中的临时水位观测l水位观测资料的整理水位观测资料的整理绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日、月、年平均水位计算编制“逐日平均水位表”3/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2)水位观测水位观测l日平均水位法日平均水位法1 1）算术平均法）算术平均法2 2）面积包围法）面积包围法4/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2)水位观测水位观测l编制编制“逐日平均水位表逐日平均水位表”5/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2)水位观测水位观测6/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2)水位观测水位观测l绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日平均水位过程线日平均水位过程线是以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的曲是以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的曲线，每年一条，是分析河流水情变化特点的重要资料。线，每年一条，是分析河流水情变化特点的重要资料。日平均水位历时区线日平均水位历时区线是一个累积曲线，表示大于或等于某一是一个累积曲线，表示大于或等于某一水位值水位值1 1年中出现的天数，航运工程设计时，很注重此特征年中出现的天数，航运工程设计时，很注重此特征值。值。7/7 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (2)水位观测水位观测水文缆道探深取沙水文缆道探深取沙声波自记水位计的记录合远传设备声波自记水位计的记录合远传设备1/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3)流量观察流量观察l断面测量断面测量测量水位测量水位沿断面宽度选若干个测点及测深垂线沿断面宽度选若干个测点及测深垂线测量各垂线的水深测量各垂线的水深将水位减去水深得到河底高程将水位减去水深得到河底高程绘制河槽断面图绘制河槽断面图计算过水断面面积计算过水断面面积 起点距起点距 起点距，起点距，m m 基线长度，基线长度，m m 基线与测深垂线的夹角基线与测深垂线的夹角 横断面图的绘制横断面图的绘制 根据测深时的水位，测得的水深及起点距数据即可根据测深时的水位，测得的水深及起点距数据即可绘制过水断面图，若加上水面以上水准测量各点高程和绘制过水断面图，若加上水面以上水准测量各点高程和起点距，就可绘制成大断面图。起点距，就可绘制成大断面图。2/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3)流量观察流量观察3/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3)流量观察流量观察l流速测量及流量计算流速测量及流量计算 断面流速分布断面流速分布 水面以下水面以下0.20.2倍水深处倍水深处流速最大，垂线平均流速最大，垂线平均流速约在水面以下流速约在水面以下0.60.6倍水深处倍水深处。4/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3)流量观察流量观察测流原理测流原理实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算5/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3)流量观察流量观察方法种类方法种类流速仪流速仪浮标法浮标法旋杯式旋杯式旋浆式旋浆式l流速仪实测流速的方法流速仪实测流速的方法6/6 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (3)流量观察流量观察l水位水位流量关系曲线的绘制流量关系曲线的绘制1 1、定义：用断面的实测流量和相应水位资料点绘的、定义：用断面的实测流量和相应水位资料点绘的曲线，称为：曲线，称为：水位水位流量关系曲线流量关系曲线两两者者关关系系单一关系单一关系“稳定良好稳定良好”对应两个以上流量值对应两个以上流量值“不稳定不稳定”洪水涨落影响洪水涨落影响回水变动影响回水变动影响河床冲淤影响河床冲淤影响1/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4)水位流量关系曲线水位流量关系曲线2、用途、用途3、分类、分类稳定的水位流量关系一般发生在：稳定的水位流量关系一般发生在：河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流l水位水位流量关系曲线的延长流量关系曲线的延长水位水位流量关系曲线流量关系曲线高水位高水位延长方法延长方法水位面积流速水位面积流速关系延长法关系延长法水力学公式水力学公式延长法延长法史蒂文森法史蒂文森法2/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4)水位流量关系曲线水位流量关系曲线1 1）水位）水位面积流速关系延长法面积流速关系延长法 当需要延长的水位变幅小于总水位变幅的当需要延长的水位变幅小于总水位变幅的2020时，可时，可按曲线相关分析的趋势外延。按曲线相关分析的趋势外延。先根据本年实测大断面，绘出H-A关系曲线延长高水位的H-V曲线根据任一高水位值，由上述两条的延长部分查出相应的A,V值，距Q=AV算出延长的流量，就可将H-Q关系曲线延长2 2）水力学公式延长法）水力学公式延长法与前区别是延长与前区别是延长H-vH-v曲线时，流速曲线时，流速v v时根据水力学公式计算的。时根据水力学公式计算的。n n 糙率糙率I I 水面比降水面比降R R 水力半径水力半径A A 高水延长的断面积高水延长的断面积3 3）史蒂文森法（）史蒂文森法（Q-ARQ-AR1/21/2延长法）延长法）对于宽浅型天然河道 据实测大断面和流量资料，计算据实测大断面和流量资料，计算 的值，填表。的值，填表。绘制绘制 关系曲线。关系曲线。因高水位时因高水位时 近似与直线，故可顺势延长。近似与直线，故可顺势延长。根据表内最后一列数据，将根据表内最后一列数据，将 曲线绘至曲线绘至a点点由由a点引一条水平线，交点引一条水平线，交 的延长线于的延长线于b，由，由b作一垂线与所知作一垂线与所知水位引出的水平线相交于水位引出的水平线相交于c点，根据点，根据c延长延长H-Q曲线，曲线，c点即对应流量点即对应流量如果Flash不能正常播放，请点击下载Flash播放器水位水位流量关系曲线流量关系曲线低水位低水位延长方法延长方法分析法分析法纵横断面资料确定法纵横断面资料确定法3/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4)水位流量关系曲线水位流量关系曲线4/4 第三章第三章 河川水文测验河川水文测验 (4)水位流量关系曲线水位流量关系曲线l流量资料的整理流量资料的整理主要内容主要内容日、月、年平均流量计算日、月、年平均流量计算编制编制“逐日平均流量表逐日平均流量表”“实测流量成果表实测流量成果表”“汛期洪水要素摘录汛期洪水要素摘录”第四章第四章第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识水文统计基础知识水文统计基础知识1 1 1 1）随机变量及其概率分布）随机变量及其概率分布）随机变量及其概率分布）随机变量及其概率分布2 2 2 2）统计参数的估计）统计参数的估计）统计参数的估计）统计参数的估计3 3 3 3）水文频率计算求矩适线法）水文频率计算求矩适线法）水文频率计算求矩适线法）水文频率计算求矩适线法4 4 4 4）相关分析）相关分析）相关分析）相关分析 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识l随机变量随机变量 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1)随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布1/6 出现某一数值出现某一数值XiXi常具有相应的概率，表明这种变量常具有相应的概率，表明这种变量x x带有随机性，称为带有随机性，称为随机变量随机变量，或或随机变数随机变数。随机变量随机变量离散型离散型连续型连续型相邻两个随机变量之间，不存在中间值相邻两个随机变量之间，不存在中间值随机变量的一个有限区间内可以取得任何数值随机变量的一个有限区间内可以取得任何数值l随机变量的概率分布随机变量的概率分布 随机变量与其概率一一对应的关系，称为随机变量随机变量与其概率一一对应的关系，称为随机变量的概率分布规律，简称概率分布。的概率分布规律，简称概率分布。是随机变量是随机变量x x的分布函数。的分布函数。代表代表X X大于某一取值大于某一取值x x的概率，其几何曲线称为的概率，其几何曲线称为概率分布曲线；如果用实测资料点绘的，水文上称概率分布曲线；如果用实测资料点绘的，水文上称为累积频率曲线。为累积频率曲线。第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1)随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布2/6 通过密度函数可以求出概率分布函数通过密度函数可以求出概率分布函数 F(x)F(x)第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1)随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布3/6l随机变量的分布参数随机变量的分布参数 能说明随机变量统计规律的某些特征数值，称为能说明随机变量统计规律的某些特征数值，称为统计参统计参数数，或，或特征参数特征参数，有时为有时为分布参数分布参数。位置特征参数位置特征参数均值（平均数）均值（平均数）众值（众数）众值（众数）中值（中位数）中值（中位数）离散程度特征参数离散程度特征参数均方差均方差变差系数变差系数Cv对称程度特征参数对称程度特征参数偏态系数偏态系数Cs 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1)随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布4/6 均值（平均数）均值（平均数）均值表示系列的分布中心，代表随机变量系列的平均均值表示系列的分布中心，代表随机变量系列的平均水平，水平，值越大表示累积频率曲线或密度曲线的平均水值越大表示累积频率曲线或密度曲线的平均水平值高，平值高，值小则平均水平值低。值小则平均水平值低。众值（众数）众值（众数）概率密度曲线峰顶值在概率密度曲线峰顶值在x x坐标上相应的位置值，为坐标上相应的位置值，为 中值（中位数）中值（中位数）对于连续随机变量，把概率密度曲线下的面积分为两个对于连续随机变量，把概率密度曲线下的面积分为两个相等部分所对应的相等部分所对应的x x值为中值，为值为中值，为 均方差均方差描述概率分布离散趋势的特征参数。限于比较均值相同的系列描述概率分布离散趋势的特征参数。限于比较均值相同的系列随机变量分布越分散，均方差越大；分布越集中，均方差越小。随机变量分布越分散，均方差越大；分布越集中，均方差越小。变差系数变差系数 比较两个不同均值系列的离散程度时，采用均方差与均值比较两个不同均值系列的离散程度时，采用均方差与均值之比值，用于衡量系列相对离散程度。之比值，用于衡量系列相对离散程度。对于某条河流的年径流量来说，对于某条河流的年径流量来说，CvCv越大，其年际变化越大；越大，其年际变化越大；若两个河流比较，一般大河的调节作用比小河要大，所以大河若两个河流比较，一般大河的调节作用比小河要大，所以大河年径流分布的年径流分布的CvCv值比小河的小。值比小河的小。为为模比系数模比系数 Cv Cv越大，随机变量越大，随机变量x x的分布越分散，概率分布曲线的分布越分散，概率分布曲线的左侧抬高，右侧降低；反之，左侧下降，右侧上抬。的左侧抬高，右侧降低；反之，左侧下降，右侧上抬。偏态系数偏态系数 反映密度曲线的对称特征，即衡量系列在均值的两侧分布反映密度曲线的对称特征，即衡量系列在均值的两侧分布对称或不对称（偏态）程度的系数。对称或不对称（偏态）程度的系数。l 当当Cs0Cs0，密度曲线峰顶在均值的左边，为左偏或正偏，概率，密度曲线峰顶在均值的左边，为左偏或正偏，概率分布曲线为向下凹曲线。分布曲线为向下凹曲线。l 当当Cs0Cs0 Cs0（PIIIPIII曲线）。曲线）。当其他参数不变时，当其他参数不变时，CsCs值越大，则概率曲线的凹度越值越大，则概率曲线的凹度越大，即两端都在正态直线以上，中间部分向下。大，即两端都在正态直线以上，中间部分向下。l几种常见的概率分布曲线几种常见的概率分布曲线正态正态分布分布皮尔逊皮尔逊IIIIII型曲线型曲线耿贝尔耿贝尔分布分布威布尔威布尔分布分布 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1)随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布5/6正态分布正态分布特点：特点：1 1）单峰型）单峰型2 2）以均值为轴对称）以均值为轴对称 Cs=0 Cs=03)3)曲线两端趋于曲线两端趋于 并以并以x x轴为渐近线轴为渐近线 ，称为称为 的伽马函数的伽马函数皮尔逊皮尔逊III型曲线型曲线英国生物学家皮尔逊英国生物学家皮尔逊(KPearson)(KPearson)统计分析大量实际资料，发现概统计分析大量实际资料，发现概率密度函数曲线的图形是单峰式的，且曲线的两端或一端与横轴线率密度函数曲线的图形是单峰式的，且曲线的两端或一端与横轴线渐近相切。渐近相切。曲线七点的横坐标值，待定参数曲线七点的横坐标值，待定参数 特定参数特定参数曲线参数与统计参数之间的关系：曲线参数与统计参数之间的关系：已知某河洪峰的均值已知某河洪峰的均值 ，变差系数，变差系数 ，偏态系数，偏态系数如流量的概率分布与皮尔逊如流量的概率分布与皮尔逊IIIIII型相符，求累积频率曲线和百年一遇型相符，求累积频率曲线和百年一遇（P=1%P=1%）的设计洪峰流量值。）的设计洪峰流量值。解答过程：解答过程：查表查表3 3，取，取Cs=4CvCs=4Cv、Cv=0.6Cv=0.6的各项的各项P P值和对应的值和对应的KpKp值，填入表格。根据公值，填入表格。根据公式计算累积频率曲线纵坐标式计算累积频率曲线纵坐标QpQp值，以累积频率值，以累积频率P P为横坐标标点绘在概率为横坐标标点绘在概率格纸上，即是皮尔逊格纸上，即是皮尔逊IIIIII型累积频率曲线。从曲线上即可查得型累积频率曲线。从曲线上即可查得P P1 1的的设计流量值设计流量值P-IIIP-III曲线的绘制（例题）曲线的绘制（例题）耿贝尔分布耿贝尔分布I I型极值分布率：型极值分布率：最小项极值分布率：最小项极值分布率：威布尔分布威布尔分布l重现期重现期重现期重现期T T与累积频率与累积频率P P的关系的关系研究某一年的水文特征值研究某一年的水文特征值 上述累积频率是指多年平均出现的机会；重现期上述累积频率是指多年平均出现的机会；重现期则是平均若干年出现一次，而不是固定的周期。则是平均若干年出现一次，而不是固定的周期。第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (1)随机变量及其概率分布随机变量及其概率分布6/6 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (2)统计参数的估计统计参数的估计1/4l总体与样本总体与样本统计数学将研究对象中全部个体的总和，称为总体，统计数学将研究对象中全部个体的总和，称为总体，总体所含个体的数目，叫做总体的容量。总体所含个体的数目，叫做总体的容量。总体中的一部分个体称为样本。样体所含的个体的总体中的一部分个体称为样本。样体所含的个体的数目叫做样本容量。数目叫做样本容量。由于样本是总体的一部分，因此样本的特征在一定由于样本是总体的一部分，因此样本的特征在一定程度上反映出总体的特征。程度上反映出总体的特征。第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (2)统计参数的估计统计参数的估计2/4l统计参数估计统计参数估计矩法矩法原点矩原点矩中心矩中心矩与随机变量总体的概率分布参数相对应，随机变量样本的累与随机变量总体的概率分布参数相对应，随机变量样本的累积频率曲线参数也有积频率曲线参数也有3 3个，即均值、变差系数和变态系数。个，即均值、变差系数和变态系数。第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (2)统计参数的估计统计参数的估计3/4矩法估计样本系列统计参数矩法估计样本系列统计参数1 1）样本的均值估算）样本的均值估算2 2）样本的变差系数估算）样本的变差系数估算3 3）样本的偏态系数估算）样本的偏态系数估算 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (2)统计参数的估计统计参数的估计4/4l抽样误差抽样误差由随机抽样而引起的误差，在统计学中称为抽样误差。由随机抽样而引起的误差，在统计学中称为抽样误差。中心矩中心矩随机变量随机变量X X对分布中心对分布中心M M（X X）的离差，其）的离差，其k k次幂的数学期望次幂的数学期望 称为称为X X的的k k阶中心矩。阶中心矩。对样本系列：对样本系列：原点矩原点矩随机变量随机变量X X对原点的离差，其对原点的离差，其k k次幂的数学期望次幂的数学期望M M（X Xk k），称为），称为随机变量随机变量X X的的k k阶原点矩。阶原点矩。对样本系列：对样本系列：当当k k1 1时，时，即一阶原点矩就是数学期望。，即一阶原点矩就是数学期望。l适线法适线法以经验频率点数据为基础，给它配以经验频率点数据为基础，给它配置一条拟合最好频率的曲线。置一条拟合最好频率的曲线。第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (3)水文频率计算求矩适线法水文频率计算求矩适线法1/1绘制经验累积频率曲线绘制经验累积频率曲线矩法求样本统计参数矩法求样本统计参数选定线型选定线型适线适线 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4)相关分析相关分析1/5两种变量或现象之间的关系可依照密切程度划分两种变量或现象之间的关系可依照密切程度划分完全相关完全相关零相关零相关相关关系相关关系相关分析法相关分析法图解法图解法回归分析法回归分析法 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4)相关分析相关分析2/5l回归线的误差回归线的误差回归线只能反映两变量间的平均关系，利用回归线来插补展延短回归线只能反映两变量间的平均关系，利用回归线来插补展延短期系列时，总有一定误差。为了衡量回归线与观测点之间的误差，采期系列时，总有一定误差。为了衡量回归线与观测点之间的误差，采用均方误：用均方误：y y倚倚x x回归线的均方误回归线的均方误 观测点的纵坐标值观测点的纵坐标值 由由xixi在回归线查得的纵坐标值在回归线查得的纵坐标值 观测资料的项数观测资料的项数 样本计算总体均方误的修正值样本计算总体均方误的修正值 第四章第四章 水文统计基础知识水文统计基础知识 (4)相关分析相关分析3/5l相关系数显著水平相关系数显著水平对于某种具体问题，只有当相关系数对于某种具体问题，只有当相关系数 的绝对值大到一定程度的绝对值大到一定程度时，才可用回归线近似时，才可用回归线近似x x与与y y之间的关系，并可用之间的关系，并可用x x插补延长插补延长y y值，在这值，在这种情况下，称相关系数显著。种情况下，称相关系数显著。一般是通过样本资料相关对总体的相关程度作出判断，由于抽样一般是通过样本资料相关对总体的相关程度作出判断，由于抽样误差存在，用样本推断总体，很有可能作出这样或那样的错