水文学学习教程.pptx

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1、2023/2/221第 一 部 分 水 文 学第1页/共121页2023/2/222第 一 章绪 论第2页/共121页2023/2/223 通过本章节的介绍，主要了解有关的水文概念，对水文学的学习有个粗略的认识。重点第3页/共121页2023/2/2241、水文现象11 水文现象及水分循环地球上的水在太阳的辐射和地心引 力的作用下，所发生的降水、蒸发、渗流和径流现象统称为水文现象。第4页/共121页水文的四大表现形式：降水蒸发渗流径流（1）降水指 雨、雪、雾、雹、霰。降水的形式下雪前降落的小冰粒第5页/共121页2023/2/226（2）蒸发指：截流蒸发地面蒸发叶面蒸发水面蒸发海洋蒸发 水上升

2、为水汽的五种形式。第6页/共121页2023/2/227包含入渗渗透地表水经过土壤表面进入土壤的过程。水分在土壤中的运动。（3）渗流第7页/共121页2023/2/228（4）径流地下径流地面径流分为指水流沿地下一定路径流动。指水流沿地面一定路径流动。2、本水文学研究的主要对象河川径流第8页/共121页2023/2/2293、水分循环（1）大循环由海洋蒸发的水汽降到陆地后又流入海洋的循环。由海洋蒸发的水汽成为降水后又直接落入海洋，或者降落在陆地上的水在流入海洋之前就又蒸发 到空中，这种局部循环称为小循环。（2）小循环第9页/共121页2023/2/22104、水分循环图示：图11水文循环示意图

3、第10页/共121页2023/2/221112 水文学的研究领域及发展水文学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。1、水文学概念第11页/共121页2023/2/2212（1）按研究水体可分为：2、分类河流水文学湖泊水文学河川水文学沼泽水文学海洋水文学地下水文学土壤水文学大气水文学第12页/共121页2023/2/2213（2）据所采用的实验方法可分为：水文测验学水文调查学水文实验第13页/共121页2023/2/2214（3）据研究内容可分为：水文分析与计算水文地理学水文学原理水文预报水文动力学第14页/共121页2023/2/2215（4）据应用分类工程水文学土壤水

4、文学农业水文学城市水文学森林水文学研究流域规划、水文计算、水文预报第15页/共121页2023/2/2216（5）随着科技发展，又有：随机水文学模糊水文学等第16页/共121页2023/2/2217水文学是与给排水工程密切相关的一门学科。主要研究从降水到径流入海这一段中地面径流的规律、测量方法及在工程中的应用。13水文学与给排水工程的关系第17页/共121页2023/2/221814水文现象的特性1、水文现象时程变化的的对立统一周期性随机性2、水文现象地区分布的特殊性相似性的对立统一第18页/共121页2023/2/221915 水文学的研究方法成因分析法数理统计法地理综合法第19页/共121

5、页2023/2/2220水文学的一般第二章概念与水文测验第20页/共121页2023/2/2221重点掌握水位流量关系曲线的绘制及延长了解河川径流的基本概念掌握一般的测流方法，能进行有关问题的计算。第21页/共121页2023/2/2222直接注入海洋、湖泊的河流。1、干流一、干流、支流和水系2河流与流域一般取长度、流量最大的河第22页/共121页2023/2/22232、支流流入干流的河流。又可分为一级支流二级支流直接注入干流的河流注入一级支流的河流第23页/共121页2023/2/2224河流的干流及全部支流所构成的脉络相 通的河流系统，称为河系或水系。3、水系常用干流名称来命名第24页/

6、共121页2023/2/22251、河长从河源到河口的距离。是确定河流落差、比降 和能量 的基本参数。河道全长与河源到河口直线距离之比。2、弯曲系数二、河长及弯曲系数表示河流 平面形状弯曲程度的参数第25页/共121页2023/2/2226三、河槽的基本特征一般可以用下面几个参数来表示1、河流的平面形态图2.1第26页/共121页2023/2/2227图2.1 河流等深线图第27页/共121页2023/2/2228黄河花园口游荡型河段长江下荆江蜿蜒型河段顺直型河段长江南京附近八卦洲分汊型河段第28页/共121页2023/2/2229（1）横断面 与水流方向正交的断面1基本河槽 枯水期水流通过的

7、部分2洪水河槽 洪水期被洪水淹没的部分有单式断面和复式断面2、河流横断面主槽或枯水河槽河漫滩或河滩第29页/共121页2023/2/2230图23河流横断面图示第30页/共121页2023/2/2231沿河流深泓线的剖面3、河流的纵剖面可明显的表示出河底纵坡和落差分布深泓线即溪线 沿河流各过流断面最大沿河流各过流断面最大水深水深点的连线点的连线中泓线沿河流各过流断面最大沿河流各过流断面最大流速流速点的连线点的连线第31页/共121页2023/2/2232是单位河长的落差（河段两端的河底高程差）4、河流的比降 即河流的坡度河流长度 沿溪线测量的长度 可在适当比例 的地图上量得第32页/共121页

8、2023/2/2233计算：其中：、若为河面高程差，则 s 为 河面比降；若为河底高程差，则 s 为 河底比降。如果一条河流各段比降不同，一般可用分段计算法，求得平均比降。第33页/共121页2023/2/22342012211102)()()(lzlzzlzzlzzslnnn-+=-L（1）*纵比降计算式：631式（p186）其中：Z1、Z2 Zn为各断面高程。L1、L2 Ln为各相邻两断面之间的距离。第34页/共121页2023/2/2235地球自转产生的偏转力；河流弯道处所受离心力；流速分布的不均匀性。（2）横比降 指水面的横向比降。1 产生横比降的原因：第35页/共121页2023/2

9、/2236FF地球自转偏力作用：地球由西向东自转，其自转偏力将造成自北向南流动的河流右岸受冲刷；自南向北流动的河流左岸受冲刷。第36页/共121页2023/2/2237弯段横比降及水内环流现象a)弯段河道螺旋流b)重力与离心力作用c)断面单环流现象d)断面冲淤现象e)平面河流呈蜿蜒曲折平面形态凹岸水深大，水质好，是取水口的最佳位置。第37页/共121页2023/2/2238直段横比降及水内环流现象(a)(c)(b)a)直段河道螺旋流：原因是横向与垂线流速不均匀。b)退水时河道螺旋流：退水时，河中水位下降快，两岸退水慢，水流一面向下游流动，一面向河道集中，且呈两螺旋流，横断面呈凹形水面。c)涨水

10、时河道螺旋流：涨水时，河中央上涨较快，断面呈中高岸低的“水拱”形，且呈两螺旋流。涨水时水流冲刷两岸，故常出现崩岸，泥沙向河中搬运；退水时，河中受冲刷，泥沙向两岸搬运而淤积。第38页/共121页2023/2/22392 造成的后果：在过水断面上形成一封闭的环流，与纵向水流结合形成漩涡流，从而将冲刷凹岸，淤积凸岸，影响取水口位置的选择。第39页/共121页2023/2/2240四、河流的分段1、河流 江、河、溪、沟统称河流。2、形成 地面上的水在重力作用下，沿着陆地 表面上的线性凹地流动，从而形成河 流。3、分段 一条发育完整的河流，按河段的不同 特性，可分为以下几部分：第40页/共121页202

11、3/2/2241（1）河源河流的发源地。即开始具有地面水流的地方。例如：泉水、冰川、溪涧第41页/共121页2023/2/2242（2）上游紧接河源上端，奔流于深山峡谷中的一段河流。特点水流急，落差大，冲刷强烈。第42页/共121页2023/2/2243（3）中游上游以下的一段河流。特点比降变缓，冲淤近乎平衡，流量增大。第43页/共121页2023/2/2244（4）下游河流的最下一段。特点流速小，坡度变缓，泥沙淤积，沙洲众多，断面复杂。第44页/共121页2023/2/2245（5）河口河流的终点。河流注入海洋、湖泊或其它河流的地方。特点断面变大，流速骤减，极易形成沙洲或三角洲。第45页/共

12、121页2023/2/2246五、分水线及流域1、有关概念：指河流的集水区域。凡降落在该流域的水最终都将汇入该条河流中。流域 分水线 即流域四周的边界线。地势最高点的连线。第46页/共121页2023/2/2247闭合流域 地面分水线与地下分水线所重合的流域。非闭合流域 地面分水线与地下分水线 不重合的流域。流域面积 流域分水线所包围的面积。第47页/共121页2023/2/2248地面分水线与地下分水线重合闭合流域闭合流域非闭合流域非闭合流域第48页/共121页2023/2/22492、流域的基本特征：主要指流域的几何特征、自然地理特征及人类活动的影响。决定着每一区域河流形成过程的具体环境，

13、并影响径流的变化规律。第49页/共121页2023/2/2250（1）流域的几何特征主要指流域面积的大小和分布情况。流域的形状平均高程平均坡度流域的面积平均宽度不对称系数等第50页/共121页2023/2/2251地理位置；地形；植被；土壤；湖泊率；地质构造。（2）自然地理特征地理位置下垫面因素气象条件后详叙（3）人类活动第51页/共121页2023/2/225222 河川径流及表示方法 一、河川径流的基本概念1、径流降落在地表上的雨水沿着一定 的路径流动的水流。径流是水循环中的一个重要环节。降落到地面上的水除了下渗和蒸发等损失外，其余水流均以径流的形式注入河流。地面径流地下径流第52页/共1

14、21页2023/2/22532、河川径流降落到地面上的水，由地面和地下汇集 到河系并沿河槽流动的水流，统称河川 径流。河川径流的水源主要是大气降水。其中枯水期以地下径流为主，洪水暴雨期以地面径流为主。第53页/共121页2023/2/22541、流量 Q 单位时间通过某河流 过流断面的水量。单位：m3/s二、河川径流的表示方法河川径流的几个特征值2、径流总量W 一段时间内通过某河 流过流断面的总水量。单位:m3计算式：W=Q T第54页/共121页2023/2/22554、径流深度 R将计算时段内的径流总量 均匀的分布于测站以上的 整个流域面积上，所得到 的平均水层厚度。3、径流模数 M 单位

15、流域面积上平 均产生的流量。单位:m单位:m/s计算式：M=FQ计算式：R=FW第55页/共121页2023/2/22565、径流系数同一时段内，流域上径流深度 与降水量之比。P同一时段内的降水量。计算式：=PR因为 R P，所以 流速仪的主要 构造（1）流速仪法：尾翼旋转器信号记录器2 工作原理：流水冲击旋转器使其旋转，据流速仪所指示的转速计算流速第88页/共121页2023/2/2289方法在测流断面上，布置数条垂线，每条垂线上布置若干测点。用流速仪测出各点的流速，最终求得整条垂线上的平均流速，并进而求得部分断面的平均流速。点流速垂线上的平均流速 部分断面的平均流速 流量即第89页/共12

16、1页2023/2/2290二点法五点法三点法一点法注意测速垂线及测点的布设原则和数量应视实际的测流断面，据有关规范而定。垂线上测点的布设方法一般有：第90页/共121页2023/2/2291用于测水面流速测某深水点处的流速由上部的小浮标和下部的大浮标及细绳组成（2）浮标法：凡是能浮于水面上的物体，均可做成浮标。深水浮标水面浮标据浮标通过上、下游的时间来测算速度。测速原理：第91页/共121页2023/2/2292深水浮标：深水浮标用于测某水深点处的流速，它由上部小浮标(指示标)和下部大浮标(深水部分)其间用细绳连成一体，见图。上浮标做成流线形，以减少水流阻力，露出水面部分体积宜小，以减少空气阻

17、力。下浮标为十字形以利接近流速浮移。上下浮标所连细绳长度应使下浮标位居测速点的深度。据上浮标漂浮速度计算下浮标速度。水面浮标深水浮标第92页/共121页2023/2/2293（1）河床质泥沙三、泥沙测算悬移质输沙率推移质输沙率指1、泥沙的分类据河流泥沙的运动状态组成河床的泥沙第93页/共121页2023/2/2294（2）悬移质泥沙（悬沙）粒径较小，其沉降速度小于水流垂直方向的脉动速度，可悬于水中，随水下移，其较粗的部分颗粒可与推移质交换。（3）推移质（底沙）沿着河底滚动，滑动，或跃动，并经常与河床质发生交换。第94页/共121页2023/2/22952、悬移质输沙率 Qs 单位时间内通过测流

18、断面的悬移质泥沙重量。（1）计算式：Q 测流断面的流量断面的平均含沙量第95页/共121页2023/2/2296（2）含沙量 CS 的测算：在河流中选定的测点处取含沙的水样，然后测出体积，将泥沙沉淀，过滤，烘干，并称出其泥沙的重量，计算出该点的含沙量。第96页/共121页2023/2/2297（3）计算：由点含量垂线平均含沙量部分断面的平均含沙量Cs 部分断面的平均含沙量（N/m3）q 部分断面的流量（m3/s）其中：第97页/共121页2023/2/2298横式沙洋采集器（悬移质泥沙）1、储水筒；2、筒盖；3、弹簧；4、撑爪；5、铁锤；6、钢索第98页/共121页2023/2/22993、推

19、移质输沙率 单位时间内通过测流断面的推移质泥沙重量利用推移质采样器，在测沙垂线底部取泥沙，以求得各测沙垂线处单位宽度内的输沙率，进而计算整个断面的输沙率。测算：第99页/共121页2023/2/221001、外壳；2一铅板；3、跳板；4、橡皮板；5、底盘托板；6、尾翼；7、吊杯推移质采样器（推移质泥沙）6第100页/共121页2023/2/22101四、水文资料的收集来源水文数据库水文年鉴水文手册水文图集水文调查气象部门水文资料第101页/共121页2023/2/221022-6 水位与流量关系曲线水位与流量关系曲线 由断面实测水位与相应的流 量点绘而成的曲线。一、曲线的绘制1、方法：在绘制水

20、位流量 关系曲线的同时，将水位面积 曲线及水位流速 曲线按比例一同绘制在坐标纸上。第102页/共121页2023/2/221032、意义：由于相对于流量观测，水位观测要容易些，故可以利用水位流量 曲线从水位变化过程推算流量变化过程，从而计算出不同历时的平均流量。3、曲线：（1）水位流量曲线第103页/共121页2023/2/22104（2）河床发生冲淤变化时对HQ 曲线的影响 G（水位）Q未冲淤前淤后冲后（3）江河中洪水涨落时对HQ曲线的影响G（水位）Q稳定时落水涨水第104页/共121页2023/2/22105第105页/共121页2023/2/221061、意义：二、曲线的延长一般地说，曲

21、线都是由中、低、高水位的测点点绘而成。如果能将其作适当的延长，便可以得到特大或特小的点，以满足设计要求。第106页/共121页2023/2/221072、方法：低水位延长法高水位延长法直接延长法史梯文斯延长法断面特征法形态断面法第107页/共121页2023/2/22108用于河床无严重冲淤的断面。第一.高水位延长法1直接延长法：A、当延长的水位变幅史梯文斯延长法：三条曲线作出第111页/共121页2023/2/22112C、将在高水位区作直线延长。B、将绘至高水位。D、找出对应点，延长曲线。高水位时近似常数第112页/共121页2023/2/22113HQHQRQ wRwRH wH第113页

22、/共121页2023/2/22114（2）低水位延长法：1据 H 和 H v 作低水位延长。B、延长 H v 曲线时，应先求得断流时的水位（此时流速为零），而后再依从 H v 的趋势将曲 线延长到该点（断流时的水位，0）；A、延长方法与高水位相同，即据实测资料 将 H曲线延长到最低水位；第114页/共121页2023/2/22115C、将延长部分各级流速 v相应的面积，即得到该水位时的 Q。2以断流水位为控制水位，作低水延长。求得断流水位，即可以此点（水位 H，O流量）为控制点，将 HQ 作低水延长。第115页/共121页2023/2/22116断流时水位的确定：A、据测站的纵横断面资料确定。

23、第一：测站下游有浅滩或石梁时，以其高程为断流水位；第二：测站下游长距离内河底平坦时，取基本水尺 断面河底最低点高程为断流水位。第116页/共121页2023/2/22117（用于无纵剖面图和实测资料，断面形状整齐，在水位变幅内河宽无突变，无浅滩分流的时候）B、分析法在 HQ 曲线的高、中、低弯曲部分，各顺次取三个点 a，b，c方法第117页/共121页2023/2/22118依据：低水部分符和：Q=K（GZ）n使，则断水水位可用下面的公式计算：第118页/共121页2023/2/22119 C、图解法（条件同上）HQHQZ如图 Z 为断水水位三水位对应的流量应满足:第119页/共121页2023/2/22120三、曲线的应用利用HQ曲线可将最大的设计流量和枯水流量换算成相应的设计水位或反之。第120页/共121页2023/2/22121感谢您的观看！第121页/共121页