水利水电工程概论课件-第2章.ppt

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1、LOGO水利水电工程概论水利水电工程概论申申 艳艳2008年年8月月19日日第二章第二章 基础知识基础知识 水文学与水力学水文学与水力学1 工程地质工程地质2 地球上的水资源地球上的水资源1 水文学水文学2第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学河流河流4 自然界中的水文循环自然界中的水文循环3 工程水文学的研究方法工程水文学的研究方法5第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 1.1 1.1 地球上的水地球上的水 地地球球上上的的水水总总量量很很大大，约约为为13.413.4亿亿kmkm3 3，地地球球表表面面、岩岩石石圈圈内内、大大气气层层中中和和生生物物体体内内储储藏藏着着各各种种形

2、形态态（气气、液液、固固）的水体。包括：）的水体。包括：1 1、海洋水；、海洋水；2 2、地表水（冰川与冰盖、湖泊、沼泽、河流）；、地表水（冰川与冰盖、湖泊、沼泽、河流）；3 3、地地下下水水（含含重重力力水水、地地下下水水）、土土壤壤水水、大大气气水和生物水等。水和生物水等。具体分布详见如下：具体分布详见如下：第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学全球各水体水量分布（亿全球各水体水量分布（亿m m）：）：水体种类水体种类水量水量淡水淡水咸水咸水占总水量百占总水量百分比分比%海洋水海洋水133,8000133,80000 01338000133800096.5496.54地表水地表水242

3、54.124254.124168.724168.785.485.41.751.75地下水地下水2370023700108301083012870128701.711.71土壤水土壤水16.516.516.516.50 00.10.1大气水大气水12.912.912.912.90 00.090.09生物水生物水1.121.121.121.120 00.010.01第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学世世界界水水分分布布图图第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 从图、表中不难看出：从图、表中不难看出：人人类类可可以以利利用用的的淡淡水水总总量量约约为为0.380.38亿亿kmkm3 3

4、 ，仅仅占占全全球球总总水水量量的的2.5%2.5%，这这其其中中大大部部分分（近近7070）是是固固体体冰冰川川，即即分分布布在在两两极极地地区区和和中中、低低纬纬度度地地区区的的高高山山冰冰川川，还还很很难难加加以以利利用用。目目前前人人类类比比较较容容易易利利用用的的淡淡水水资资源源，主主要要是是河河流流水水、淡淡水水湖湖泊泊水水，以以及及浅浅层层地地下下水水，储储量量约约占占全全球球淡淡水水总总储储量量的的0.30.3，只只占占全全球球总总储储水水量量的的十十万万分分之之七七。据据研研究究，从从水水循循环环的的观观点点来来看看，全全世世界界真真正正有有效效利利用用的的淡淡水水资资源源每

5、每年年约有约有90009000立方米。立方米。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学水资源枯竭，水质恶化带来了严重的后果。当一水资源枯竭，水质恶化带来了严重的后果。当一个国家每人每年用水量低于个国家每人每年用水量低于10001000立方米立方米“基线基线”以下以下时，该国被认为可能要长期缺水，而许多地区已经存时，该国被认为可能要长期缺水，而许多地区已经存在着长期水缺乏。在着长期水缺乏。全世界有十一亿人口，相当于世界人口的六分之全世界有十一亿人口，相当于世界人口的六分之一得不到卫生的水，有一得不到卫生的水，有2424亿人，即世界人口的亿人，即世界人口的4040得得不到合格的清洁服务；每天大约

6、有不到合格的清洁服务；每天大约有60006000名儿童死于不名儿童死于不卫生的水和不合格的卫生和清洁条件所引起的疾病卫生的水和不合格的卫生和清洁条件所引起的疾病相当于每天有相当于每天有2020架大型客机坠毁；不卫生的水和不架大型客机坠毁；不卫生的水和不清洁的环境估计造成了发展中国家所有疾病的清洁的环境估计造成了发展中国家所有疾病的8080。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 1.21.2 水文学水文学一、水资源：一、水资源：水水资资源源特特指指地地球球上上可可供供人人类类利利用用的的淡淡水水，通通常常指陆地水，又称陆地水资源，简称水资源指陆地水，又称陆地水资源，简称水资源。对对人人类类

7、最最为为实实用用的的水水资资源源，是是陆陆地地降降水水量量、江江河径流量河径流量和和浅层地下淡水量浅层地下淡水量。江江河河径径流流量量是是人人类类最最重重要要和和最最经经常常利利用用的的水水资资源。源。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 1.21.2、水文学水文学二、水文学的概念：二、水文学的概念：水水文文学学是是研研究究地地球球上上水水的的性性质质、分分布布、循循环环、运运动动变变化化规规律律及及其其与与地地理理环环境境、人人类类社会之间相互关系社会之间相互关系的学科。的学科。与与气气象象学学、地地理理学学、生生态态环环境境学学等等关关系系密密切。切。第一节第一节 水文学与水力学水文

8、学与水力学根根 据据 水水 体体 分分 布布 情情 况况，水水 文文 学学 可可 分分 为为：水水文文气气象象学学：主主要要研研究究降降水水、蒸蒸发发、温温度度、湿度、风、气压。湿度、风、气压。陆陆地地水水文文学学：主主要要研研究究地地表表水水、地地下下水水，又又可可分分为为河河流流水水文文学学、湖湖泊泊水水文文学学、沼沼泽泽水水文文学学、冰冰川川水水文文学学、地地下下水水文文学学、森森林林水水文文学学等。等。海海洋洋水水文文学学：主主要要研研究究海海温温、洋洋流流、风风浪浪、潮汐等潮汐等 。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 二、工程水文学二、工程水文学 工工程程水水文文学学是是水水

9、文文学学的的一一个个分分支支，是是应应用用水水文文知知识识于于工工程程建建设设（主主要要是是水水利利工工程程）的的一一门门学学科科。为为工工程程规规划划设设计计、施施工工建建设设及及运运行行管管理提供水文依据。理提供水文依据。主主要要内内容容包包括括水水文文计计算算和和水水文文预预报报。研研究究对对象象是是对对人人类类最最为为实实用用的的水水资资源源陆陆地地降降水水量量、江江河河径径流流量量和和浅浅层层地地下下淡淡水水量量。而而江江河河径径流量是人类最重要和最经常利用的水资源。流量是人类最重要和最经常利用的水资源。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 由由于于天天然然来来水水与与国国民民

10、经经济济的的需需要要不不相相适适应应，需需要要修修建建灌灌溉溉水水库库、引引水水、调调水水、提提水水、防防洪洪除除涝涝、水水电电站站等等水水利利水水电电工工程程来来解解决决这这一一矛矛盾盾。这这些些工工程程从从修修建建到到运运用用都都要要经经过过规规划划设设计计、施施工工、管管理理3 3个个阶阶段段，每个阶段都要进行每个阶段都要进行水文计算水文计算。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 1 1、规划设计阶段：、规划设计阶段：水水文文计计算算的的主主要要任任务务是是确确定定工工程程的的规规模模。工工程程规规模模与与河河流流水水量量的的估估算算有有关关。工工程程的的规规划划设设计计需需要要水

11、水文文计计算算来来提提供供未未来来工工程程使使用用期期间间的的水文情势。水文情势。如如果果河河流流水水量量估估算算过过大大，就就会会使使工工程程规规模模过过大大，造造成成资资金金浪浪费费。反反之之，若若水水量量估估算算过过小小，则则工工程程规规模模过过小小，导导致致工工程程不不安安全全，同同时时不不能能充分利用水资源，造成水资源的浪费。充分利用水资源，造成水资源的浪费。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 2 2、施工阶段：、施工阶段：要修建一些临时性的建筑物，如要修建一些临时性的建筑物，如围堰、导流渠围堰、导流渠等。为了确定这些临时性建筑物的规模，需要掌握等。为了确定这些临时性建筑物的

12、规模，需要掌握施工期间的来水情况，因此也需要进行水文计算。施工期间的来水情况，因此也需要进行水文计算。若施工期设计洪水估算偏大，会使施工临时建若施工期设计洪水估算偏大，会使施工临时建筑物规模过大，造成浪费；若估算过小，会造成施筑物规模过大，造成浪费；若估算过小，会造成施工建筑物的破坏，影响施工进度或造成巨大损失。工建筑物的破坏，影响施工进度或造成巨大损失。另外，还需要水文预报提供短期或中期（如一另外，还需要水文预报提供短期或中期（如一个季度）天然来水情势。个季度）天然来水情势。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 3 3、运行管理阶段：、运行管理阶段：需要知道未来一定时期的来水情况，据此

13、编制需要知道未来一定时期的来水情况，据此编制水量调度方案。水量调度方案。汛期，有防洪任务的水库需要事先作出洪水预汛期，有防洪任务的水库需要事先作出洪水预报，以便在洪水来临之前腾出库容，拦蓄洪水。一报，以便在洪水来临之前腾出库容，拦蓄洪水。一方面是水库本身安全度汛，另一方面，使下游免受方面是水库本身安全度汛，另一方面，使下游免受洪水灾害。汛期结束后，根据水文预报及时蓄水，洪水灾害。汛期结束后，根据水文预报及时蓄水，以保证灌溉、发电、航运等方面的需求。以保证灌溉、发电、航运等方面的需求。三、水文学发展简介三、水文学发展简介 人人类类在在争争取取生生存存和和改改善善生生活活的的实实践践中中，特特别别

14、是是在在与与水水旱旱灾灾害害作作斗斗争争的的过过程程中中，对对经经常常遇遇到到的的各各种种水水文文现现象象进进行行探探索索，在在不不断断认认识识和和积积累累经经验验的的基基础础上上，吸吸取取了了其其他他基基础础学学科科的的新新思思想想、新新方方法法，经经历历了了一一个个由由萌萌芽芽到到成成熟熟、由由定定性性到到定定量量、由由经经验验到到理理论的历史发展过程，逐渐形成了水文科学。论的历史发展过程，逐渐形成了水文科学。水文学的发展，大体可分为以下几个阶段：水文学的发展，大体可分为以下几个阶段：第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学萌芽时期（萌芽时期（14001400年以前）年以前）奠基时期（奠

15、基时期（1400140019001900年）年）应用水文学的形成时期（应用水文学的形成时期（1900190019501950年）年）现代水文学时期（现代水文学时期（19501950年后）年后）第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学1 1、萌萌 芽芽 时时 期期（14001400年年 以以 前前）这这一一时时期期中中国国的的水水文文理理论论居居于于世世界界领领先先地地位位，如如公公元元前前239239年年成成书书的的吕吕氏氏春春秋秋最最先先提提出出水水文文循循环环的的概概念念；20002000年年前前建建成成的的都都江江堰堰，至至今今仍仍在在发发挥挥巨巨大大效效益益；又又如如公公元元5275

16、27年年成成书书的的水水经经注注，是是早早于于欧欧洲洲10001000多多年年的的水水文文地理巨著。地理巨著。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 2 2、奠基时期（、奠基时期（1400140019001900年）年）该时期，西欧的产业革命促进了水利事该时期，西欧的产业革命促进了水利事业的发展，在水文观测方面，发明制造了业的发展，在水文观测方面，发明制造了雨雨量器量器、蒸发器蒸发器、流速仪等，系统的水文测验、流速仪等，系统的水文测验为水文定量计算及预报奠定了坚实基础。为水文定量计算及预报奠定了坚实基础。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学雨雨量量器器蒸蒸发发器器 3 3、应应用用水

17、水文文学学的的形形成成时时期期（1900190019501950年年）进进入入2020世世纪纪，水水利利水水电电建建设设蓬蓬勃勃发发展展，使使应应用用水文学迅速发展起来。水文学迅速发展起来。美美国国19001900年年J.A.J.A.塞塞登登提提出出著著名名的的塞塞登登定定律律；19321932年年L.R.K.L.R.K.谢尔曼提出单位线法；谢尔曼提出单位线法；19351935年年G.T.G.T.麦麦卡卡锡锡建建立立了了马马斯斯京京根根河河道道洪洪水水演演算算法法；19241924年年H.A.H.A.福福斯斯特特完完整整地地建建立立了了P-P-水水文文频频率率曲曲线线计计算算方方法法等等，象象

18、征征应应用用水水文文学学的的形形成成。而而这这一时期我国则比较落后。一时期我国则比较落后。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 4 4、现现 代代 水水 文文 学学 时时 期期（19501950年年 后后）随随着着计计算算机机、3S3S系系统统等等高高新新技技术术的的应应用用，使使水水文文学学发发展展进进入入了了一一个个新新时时代代。流流域域数数学学模模型型、水水资资源源学学、水水环环境境学学、随随机机水水文文学学等等相相继继建建立立，为为水水文文学学理理论论奠奠定定了了坚坚实实的的基基础础，使其研究方法逐渐理论化和系统化。使其研究方法逐渐理论化和系统化。第一节第一节 水文学与水力学水文

19、学与水力学 四、我国水资源概况四、我国水资源概况 据据水水利利部部估估算算，我我国国水水资资源源总总量量为为2812428124亿亿M M3 3，居居世世界界的的第第六六位位。但但是是人人均均占占有有量量只只有有世世均均值值的的四四分分之之一一左左右右，而而且且时时空空分分布布不不利利：时时间间分分配配集集中中在在7 7、8 8、9 9几几个个月月；空空间间分分布布集集中中在在南南方方和和沿沿海海地地区区。这这更更加加剧剧了供需之间的了供需之间的矛盾矛盾。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 1 1、水资源供需矛盾突出、水资源供需矛盾突出 水资源短缺已成为我国，尤其是北方地区经济水资源短

20、缺已成为我国，尤其是北方地区经济社会发展的严重制约因素。据统计，在正常情况下社会发展的严重制约因素。据统计，在正常情况下我国年缺水总量为亿亿立方米，每我国年缺水总量为亿亿立方米，每年有亿亿亩农田受旱，座城市中有年有亿亿亩农田受旱，座城市中有余座供水不足，在个百万人口以上的特大余座供水不足，在个百万人口以上的特大城市中，有个长期受缺水困扰。随着全国用水城市中，有个长期受缺水困扰。随着全国用水量持续增长，水资源短缺进一步加剧。量持续增长，水资源短缺进一步加剧。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 2 2、城市和工业集中地区和北方部分井、城市和工业集中地区和北方部分井灌地下水超采灌地下水超采

21、超采地下水资源，导致地下水资源枯竭超采地下水资源，导致地下水资源枯竭的同时引起地面沉降，进而直接危害城市建的同时引起地面沉降，进而直接危害城市建筑物和居住安全。加剧洪涝灾害，降低防洪筑物和居住安全。加剧洪涝灾害，降低防洪排涝工程效能（沿海地区海水入侵）。排涝工程效能（沿海地区海水入侵）。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 3 3、水质恶化，地表水和地下水均受到污染、水质恶化，地表水和地下水均受到污染 2005 2005年年1 1月监测表明，长江等月监测表明，长江等7 7大江河，劣大江河，劣类水占类水占28.4%28.4%。全国浅层地下水约。全国

22、浅层地下水约50%50%遭到一定污遭到一定污染，一般城市地下水污染严重，水污染已出现由染，一般城市地下水污染严重，水污染已出现由城市向农村蔓延、由地表向地下渗透的趋势。城市向农村蔓延、由地表向地下渗透的趋势。4 4、用水浪费，水的重复利用率低、用水浪费，水的重复利用率低 城市生活用水浪费严重，水的重复利用率低城市生活用水浪费严重，水的重复利用率低 5 5、水资源分散管理、水资源分散管理 6 6、水生态和环境安全也面临威胁。、水生态和环境安全也面临威胁。主主要要表表现现为为水水土土流流失失严严重重、干干旱旱成成灾灾。目目前前我我国国水水土土流流失失面面积积万万平平方方公公里里，占占国国土土面面积

23、积的的，每每年年流流失失的的土土壤壤总总量量达达亿亿吨吨。严严重重的的水水土土流流失失，导导致致土土地地退退化化、草草场场沙沙化化、生生态态恶恶化化，造造成成河河道道、湖湖泊泊泥泥沙沙淤淤积积，加加剧剧了了江江河河下下游游地地区区的的洪洪涝灾害。涝灾害。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 传传统统的的解解决决措措施施是是：修修水水库库调调节节分配不均的问题。分配不均的问题。建建国国之之后后已已修修建建大大小小水水库库八八万万六六千千多多座座，在在建建的的三三峡峡水水库库举举世世瞩瞩目目；跨跨流流域域引引水水解解决决空空间间分分布布不不均均的的问问题题，已已建建调调水水工工程程多多处处，

24、在在建建南南水水北北调调工工程程史无前例。史无前例。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学南水北调工程简介南水北调工程简介南南水水北北调调工工程程是是解解决决中中国国北北方方水水资资源源严严重重短短缺缺问问题题的的特特大大型型基基础础设设施施项项目目，建建设设的的目目的的是是通通过过跨跨流流域域的的水水资资源源合合理理配配置置，保障经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。保障经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。年年，江江泽泽民民提提出出要要抓抓紧紧南南水水北北调调等等跨跨世世纪纪特特大大工工程程的的兴兴建建，南南水水北北调调的的实实施施被被提提上上国国家家议议事事日日程程。经经过过广广

25、大大科科技技工工作作者者持持续续进进行行几几十十年年的的调调研研工工作作，在在分分析析比比较较了了多多种种方方案案的的基基础础上上，形形成成了了分分别别从从长长江江下下游游、中中游游和和上上游游调调水水的东线、中线和西线三条调水线路的东线、中线和西线三条调水线路。在在规规划划的的年年间间，南南水水北北调调工工程程总总体体规规划划分分三三个个阶阶段段实实施施，总投资将达亿元人民币。总投资将达亿元人民币。南水北调线路示意图南水北调线路示意图扬州江都扬州江都山东泰安山东泰安丹江口水库丹江口水库烟台烟台巴颜喀拉山巴颜喀拉山威海威海东线工程东线工程 从从长长江江下下游游江江苏苏省省扬扬州州江江都都抽抽引

26、引长长江江水水，利利用用京京杭杭大大运运河河及及与与其其平平行行的的河河道道逐逐级级提提水水北北上上，并并连连接接起起调调蓄蓄作作用用的的洪洪泽泽湖湖、骆骆马马湖湖、南四湖、东平湖。南四湖、东平湖。出出山山东东泰泰安安的的东东平平湖湖后后分分两两路路输输水水，一一路路向向北北，经经隧隧洞洞穿穿黄黄河河，流流经经山山东东、河河北北至至天天津津；一一路路向向东东，经经济济南南输输水水到到烟烟台台、威威海海。输水主干线长公里；输水主干线长公里；南水北调工程简介南水北调工程简介中线工程中线工程 从从长长江江中中游游北北岸岸支支流流汉汉江江加加坝坝扩扩容容后后的的丹丹江江口口水水库库引引水水，跨跨越越长

27、长江江、淮淮河河、黄黄河河、海海河河四四大大流流域域，可可基基本本自自流流到到北北京京、天天津津。输输水水总总干干线线全全长长公公里里。中中线线工工程程具具有有水水质质好好，覆覆盖盖面面大大，自自流流输输水等优点。水等优点。丹丹江江口口大大坝坝加加高高工工程程是是中中线线水水源源工工程程的的核核心心，是是南南水水北北调调中中线线重重要要的的节节点点和和控控制制性性工工程程，现现工工程程进进展展顺顺利利，5454个个需需要要加加高高的的混混凝凝土土坝坝段段已已经经有有3737个个加高至新坝顶高程。加高至新坝顶高程。南水北调工程简介南水北调工程简介西线工程西线工程 在在长长江江上上游游通通天天河河

28、、支支流流雅雅砻砻江江和和大大渡渡河河上上游游筑筑坝坝建建库库，开开凿凿穿穿过过长长江江与与黄黄河河的的分分水水岭岭巴巴颜颜喀喀拉拉山山的的输输水水隧隧洞洞，调调长长江江水水入入黄黄河河上上游游，补补充充黄黄河河水水资资源源的的不不足足，主主要要解解决决涉涉及及青青海海、甘甘肃肃、宁宁夏夏、内内蒙蒙古古、陕陕西西、山山西西等等黄黄河河上上中中游游地地区区和和渭河关中平原的缺水问题。渭河关中平原的缺水问题。现未开工，前期研究阶段。现未开工，前期研究阶段。南水北调工程简介南水北调工程简介1.3 1.3 自然界的水文循环自然界的水文循环1.1.含义：含义：地球上的水在太阳辐射作用下，不断地蒸发成地球

29、上的水在太阳辐射作用下，不断地蒸发成水汽进入大气，随气流输送到各地；输送中，水汽进入大气，随气流输送到各地；输送中，遇到适当的条件，凝结成云，重力作用下降落遇到适当的条件，凝结成云，重力作用下降落到地面，即降水；降水直接地、或以径流的形到地面，即降水；降水直接地、或以径流的形式补给地球上的海洋、河流、湖泊、土壤、地式补给地球上的海洋、河流、湖泊、土壤、地下和生态水等，如此永不停止的循环运动，如下和生态水等，如此永不停止的循环运动，如下图所示，称为下图所示，称为水文循环水文循环。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学2.2.分类：分类：大大循循环环：发发生生在在海海洋洋与与陆陆地地之之间间的

30、的水水文文循循环环，是是形形成成陆陆降降水水、径径流流的的主主要要形形式式 。小小循循环环：仅仅仅仅发发生生在在海海洋洋或或陆陆地地上的水文循环上的水文循环 。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学3.3.与水资源的关系：与水资源的关系：水水文文循循环环供供给给陆陆地地源源源源不不断断的的降降水水、径径流流，某某一一区区域域多多年年平平均均的的年年降降水水量量或或年年径径流流量量，即即该该地地区区的的水水资资源源量量，因因此此水水文文循循环环的的变变化化将将引引起起水水资资源源的的变化变化 。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学4 4、水量平衡、水量平衡:指指地地球球任任一一区区域域

31、(可可以以是是某某个个流流域域、湖湖泊泊、沼沼泽泽、海海洋洋或或某某个个地地区区，也也可可以以是是整整个个地地球球)，在在一一定定时时段段内内(时时段段可可以以是是日日、月月，也也可可以以是是一一年年、数数十十年年或或更更长长的的时时间间)，收收入入的的水水量量与与支支出出的的水水量量之之差差等等于于该该区区域域内内的的蓄蓄水水变变量量(蓄蓄水水变变量量指指时时段段始始末末区区域域内内蓄蓄水量之差水量之差)。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 式中式中:I:I 给定时段内输入研究区域的总水量；给定时段内输入研究区域的总水量；O O 给定时段内输出研究区域的总水量；给定时段内输出研究区域

32、的总水量；W W 时段内研究区域蓄水量的变化量。时段内研究区域蓄水量的变化量。I O=W水量平衡方程：水量平衡方程：水量平衡是水文循环的定量描述，是质量守恒水量平衡是水文循环的定量描述，是质量守恒定律在水文循环中的特定表现形式。定律在水文循环中的特定表现形式。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学5 5、水文循环的意义：、水文循环的意义：直接影响气候变化。直接影响气候变化。通通过过蒸蒸散散发发进进入入大大气气的的水水汽汽，是是产产生生云云、雨雨和和闪闪电电等等现现象象的的主主要要物物质质基基础础。蒸蒸发发产产生生水水汽汽，水水汽汽凝结成雨（冰、雪），吸收或放出大量潜热。凝结成雨（冰、雪），

33、吸收或放出大量潜热。空空气气中中的的水水汽汽含含量量直直接接影影响响气气候候的的湿湿润润或或干干燥燥，调节地面气候。调节地面气候。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学云云雨雨闪电闪电 改变地表形态。改变地表形态。降降水水形形成成的的径径流流，冲冲刷刷和和侵侵蚀蚀地地面面，形形成成沟沟溪江河；溪江河；水流搬运大量泥沙，可堆积成冲积平原；水流搬运大量泥沙，可堆积成冲积平原；渗渗入入地地下下的的水水，溶溶解解岩岩层层中中的的物物质质，富富集集盐盐分分，输输入入大大海海；易易溶溶解解的的岩岩石石受受到到水水流流强强烈烈侵蚀和溶解作用，可形成岩溶等地貌。侵蚀和溶解作用，可形成岩溶等地貌。第一节第一

34、节 水文学与水力学水文学与水力学冲积平原冲积平原岩溶岩溶 造成再生资源。造成再生资源。水水文文循循环环造造成成巨巨大大的的、可可以以重重复复使使用用的的再再生生水水资资源源，使使人人类类获获得得永永不不枯枯竭竭的的水水源源和和能能源源，为一切生物提供不可缺少的水分；为一切生物提供不可缺少的水分；大大气气降降水水把把天天空空中中游游离离的的氮氮素素带带到到地地面面，滋滋养养植植物物；陆陆地地上上的的径径流流又又把把大大量量的的有有机机质质送送入入海海洋洋，供供养养海海洋洋生生物物；而而海海洋洋生生物物又又是是人人类食物和制造肥料的重要来源。类食物和制造肥料的重要来源。第一节第一节 水文学与水力学

35、水文学与水力学 负面影响。负面影响。水水文文循循环环所所带带来来的的洪洪水水和和干干旱旱，也也会会给给人人类类和和生生物物造成威胁。造成威胁。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学1.4 1.4 河流河流 1.1.河流及其分段河流及其分段 河流：地表水在重力作用下，沿着陆地表面的凹地流河流：地表水在重力作用下，沿着陆地表面的凹地流动，依水量的大小可分为江、河、溪、沟、涧等，其动，依水量的大小可分为江、河、溪、沟、涧等，其间并无精确分界，统称为河流。一般较大的称江、河、间并无精确分界，统称为河流。一般较大的称江、河、川、水，较小的称溪、涧、沟、曲等。川、水，较小的称溪、涧、沟、曲等。河流分段

36、：河源河流分段：河源 上游上游 中游中游 下游下游 河口河口第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学河河源源：河河流流的的发发源源地地，多多为为泉泉、溪溪涧涧、沼沼泽泽、湖泊或冰川等。湖泊或冰川等。上上游游：紧紧接接河河源源，多多处处于于深深山山峡峡谷谷中中，水水流流湍湍急，落差大，冲刷强烈，常有急滩、瀑布。急，落差大，冲刷强烈，常有急滩、瀑布。中中游游：河河段段坡坡度度渐渐缓缓，河河槽槽变变宽宽，两两岸岸常常有有滩滩地，冲淤变化不明显，河床较稳定。地，冲淤变化不明显，河床较稳定。下下游游：与与河河口口相相连连，一一般般处处于于平平原原，河河槽槽宽宽阔阔，河河床床坡坡度度和和流流速速都都较较

37、小小，淤淤积积明明显显，浅浅滩滩和和河河湾较多。湾较多。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学河源河源上游上游中游中游下游下游河口河口河河口口：河河流流的的终终点点，即即河河流流注注入入海海洋洋或或内内陆陆湖湖泊泊的的地地方方。这这一一段段因因流流速速骤骤减减，泥泥沙沙大大量量淤淤积积，往往往往形形成成三三角角洲洲。注注入入海海洋洋的的河河流流成成为为外外流流河河，如如长长江江、黄黄河河等等。注注入入内内陆陆湖湖泊泊或或消消失失于于沙沙漠漠的的河河流流成成为为内内陆陆河河，如如新新疆疆的的塔塔里里木木河河、青青海海的的格格尔尔木木河河和和甘甘肃的石羊河等。肃的石羊河等。第一节第一节 水文学

38、与水力学水文学与水力学第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学在在世世界界各各大大河河的的入入海海处处，大大都都有有一一个个三三角角洲洲。如如埃埃及及尼尼罗罗河河(世世界界第第二二大大河河)入入海海处处，就就有有一一个个巨巨大大 的的 三三 角角 洲洲，面面 积积 达达24000平方千米；平方千米；美美国国密密西西西西比比河河(世世界界第第四四大大河河)入入海海处处的的三三角角洲洲，面积达面积达26000平方千米；平方千米；我我国国的的长长江江(世世界界第第三三大大河河)、黄黄河河(世世界界第第五五大大河河)以以及及珠珠江江入入海海处处，也也都都有面积很大的三角洲。有面积很大的三角洲。内内陆

39、陆（流流）河河指指的的就就是是在在大大陆陆内内部部，不不流流入入海海洋洋的的河河流流。它它们们一一般般不不长长，部部分分内内流流河河下下游游水水流流会会逐逐渐渐消消失失，有有的的会会注注入入湖湖泊泊，形形成成内内流流湖湖。但但它它们们水水一一般般比比较较咸咸，因因为为河河流流在在流流淌淌过过程程中中，从从河河岸岸带带走走大大量量盐盐分分，所所以以水水比比较较咸咸。中中国国第第一一大大内内流流河河为为塔塔里里木河木河。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 塔塔里里木木河河流流域域土土地地沙沙漠漠化化十十分分严严重重，根根据据19591959年年和和19831983年年航航片片资资料料统统计

40、计分分析析，2424年年间间塔塔里里木木河河干干流流区区沙沙漠漠化化土土地地面面积积上上升升了了15.6%15.6%。下下游游土土地地沙沙漠漠化化发发展展最最为为强强烈烈，2424年年间间沙沙漠漠化化土土地地上上升升了了22.05%22.05%，特特别别是是19721972年年以以来来，大大西西海海子子以以下下长长期期处处于于断断流流状状态态，土土地地沙沙漠漠化化以以惊惊人人的的速速度度发发展展。土土地地沙沙漠漠化化导导致致气气温温上上升升，旱旱情情加加重重，大大风风、沙沙尘尘暴暴日日数数增增加加，植植被被衰衰败败，交交通通道道路路、农农田田及及村村庄庄埋埋没没，严严重重威威胁胁绿绿洲洲生生存

41、和发展。存和发展。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学2.2.河流基本特征河流基本特征 (1)(1)河河长长L L：自自河河源源沿沿干干流流到到流流域域出出口口的的流流程程长长度度，以以kmkm计计 。如如长长江江6300km6300km、黄黄河河5464km5464km、黑黑龙龙江江3420km3420km、松松花花江江2308km2308km、珠珠江江2214km2214km等。等。(2)(2)河河流流横横断断面面：如如下下图图，分分单单式式断断面面和和复复式断面式断面 。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学有主槽无滩地的断有主槽无滩地的断面称为面称为单式断面单式断面 既有主槽

42、又有滩地的断既有主槽又有滩地的断面称为面称为复式断面复式断面 第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学(3)(3)河道纵断面：河道纵断面：沿河道纵向最大深线切取的断面。沿河道纵向最大深线切取的断面。(4)(4)河河道道坡坡度度（河河道道纵纵比比降降）：某某一一河河段段河河底底高高程程自自上上游向下游变化，其平均河道坡度游向下游变化，其平均河道坡度 J J 按下式计算：按下式计算：J=(hJ=(h0 0+h+h1 1)L)L1 1+(h+(h1 1+h+h2 2)L)L2 2+(h+(hn-1n-1+h+hn n)L)Ln n-2h-2h0 0L/LL/L 第一节第一节 水文学与水力学水文学与

43、水力学(5)(5)水水位位（StageStage）：自自由由水水面面相相对对于于某某一一基基面的高程。面的高程。(6)(6)流流速速（VelocityVelocity）：水水的的质质点点在在单单位位时时间间内沿流程移动的距离。内沿流程移动的距离。(7)(7)流流量量（DischargeDischarge）：单单位位时时间间内内通通过过河河渠或管道某一过水断面的水体体积。渠或管道某一过水断面的水体体积。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学3 3、水水系系：各各条条河河流流构构成成脉脉络络相相通通的的系系统统，称称为为水水系系。由由干干流流和和支支流流组组成成水水系系用用斯斯特特拉拉勒勒（S

44、trahlerStrahler）法来分级：）法来分级：直接发源于河源的小河流为一级河流；直接发源于河源的小河流为一级河流；两条相同河流汇合成比原来河流高一级的河流；两条相同河流汇合成比原来河流高一级的河流；两两条条不不同同级级别别的的河河流流会会合合后后形形成成的的河河流流，保保留留原原来较高一级的河流。来较高一级的河流。干干流流是是在在水水系系中中汇汇集集全全流流域域径径流流的的河河流流。是是水水系系中最高级别的河流。中最高级别的河流。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学斯斯特特拉拉勒勒分分级级法法黄黄河河干干流流4 4、流域、流域 1 1）流

45、域及其分类）流域及其分类 流流域域（WatershedWatershed，BasinBasin）：地地表表水水和和地地下下水水的的分分水水线线所所包包围围的的集集水水区区域域或或汇汇水水区区，习习惯惯上上指指地地表表水水的的集集水水区区域域。如如下下图图包包围围的的区区域域，地地面面分分水水线线包包围围区区域域为为地面集水区地面集水区，地下分水线包围区域为，地下分水线包围区域为地下集水区地下集水区。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学流流域域之之间间的的分分水水地地带带称称为为分分水水岭岭，分分水水岭岭上上最最高高点点的的连连线线为为分分水水线线，即即集集水水区的边界线区的边界线 流流域

46、域面面积积（集集水水面面积积）（Drainage Drainage areaarea）：流流域分水线所包围区域的平面投影面积。域分水线所包围区域的平面投影面积。闭闭合合流流域域（Enclosed Enclosed basinbasin）：在在垂垂直直方方向向地地面面、地地下下分分水水线线重重合合，地地面面集集水水区区上上降降水水形形成成的的径径流流正正好好由由流流域域出出口口断断面面流流出出，一一般般的的大大中中流流域域均均属属此类。此类。不不闭闭合合流流域域（Non-enclosed Non-enclosed basinbasin）：地地表表水水分分水水线线与与地地下下水水分分水水线线不不重

47、重合合的的流流域域，如如岩岩溶溶地地区区的河流和一些很小的流域。的河流和一些很小的流域。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学2 2）流域的基本特征）流域的基本特征 流流域域面面积积 ：流流域域分分水水线线包包围围区区域域的的平平面面投投影影面面积积，可以用求积仪量出。用可以用求积仪量出。用F F表示，以表示，以kmkm2 2计。计。河河网网密密度度：流流域域内内河河流流的的总总长长度度与与流流域域面面积积之之比比，以以km/kmkm/km2 2计。计。流流域域长长度度：从从流流域域出出口口到到流流域域最最远远点点的的流流域域轴轴线线长度。用长度。用L L表示，以表示，以kmkm计。计。流

48、流域域平平均均宽宽度度：流流域域面面积积与与流流域域长长度度之之比比，B B=F/LF/L，以，以kmkm计。计。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学流域形状系数流域形状系数 ：流流域域的的平平均均宽宽度度和和流流域域长长度度之之比比，K K=B/LB/L。扇形流域扇形流域K K值大，狭长流域值大，狭长流域K K值小。值小。流域的平均高度和平均坡度：流域的平均高度和平均坡度：将将流流域域地地形形划划分分为为100100个个以以上上的的正正方方形形，依依次次定定出出每每个个方方格格交交叉叉点点上上的的高高程程以以及及与与等等高高线线正正交交方方向向的的坡坡度度，取取平平均均值值即即为为流流

49、域域的的平平均均高度和平均坡度。高度和平均坡度。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学5 5、径流（、径流（RunoffRunoff）：）：陆陆地地上上的的降降水水汇汇流流到到河河流流、湖湖泊泊、沼沼泽泽、海海洋、含水层或沙漠的水流。洋、含水层或沙漠的水流。径流形成过程可概括为如下的图式：径流形成过程可概括为如下的图式：降降雨雨过过程程 扣扣除除损损失失 净净雨雨过过程程流流域域汇汇流流流量过程流量过程。其其中中降降雨雨转转化化为为净净雨雨的的过过程程称称产产流流过过程程；净净雨转化为河川流量的过程称汇流过程。雨转化为河川流量的过程称汇流过程。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学第一

50、节第一节 水文学与水力学水文学与水力学 1 1）产流过程）产流过程 降雨的损失：降雨中不能形成径流的那降雨的损失：降雨中不能形成径流的那一部分雨量一部分雨量 。植物截留植物截留 ；填洼填洼 ；雨期蒸发雨期蒸发 ；初渗：补充土壤缺水量初渗：补充土壤缺水量 ；这些部分将耗于流域蒸、散发，不会形这些部分将耗于流域蒸、散发，不会形成径流，因此称之为损失。成径流，因此称之为损失。第一节第一节 水文学与水力学水文学与水力学2 2）净雨过程）净雨过程净净雨雨过过程程：降降雨雨过过程程减减去去损损失失过过程程，即即得得净雨过程。净雨过程。净净雨雨又又可可分分为为地地面面净净雨雨、表表层层流流净净雨雨和和地地下