水文学原理2011学习教案.pptx

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1、会计学1水文学原理水文学原理(yunl)2011第一页，共39页。主要参考书：主要参考书：主要参考书：主要参考书：1 1芮芮芮芮孝孝孝孝芳芳芳芳.水水水水文文文文学学学学原原原原理理理理.北北北北京京京京，中中中中国国国国水水水水利利利利水水水水电电电电出出出出版社，版社，版社，版社，2004.2004.2 2胡胡胡胡方方方方荣荣荣荣，侯侯侯侯宇宇宇宇光光光光 水水水水文文文文学学学学原原原原理理理理（一一一一），北北北北京京京京，中国水利水电出版社，中国水利水电出版社，中国水利水电出版社，中国水利水电出版社，1988.1988.3 3于于于于维维维维忠忠忠忠水水水水文文文文学学学学原原原原理

2、理理理（二二二二），北北北北京京京京，中中中中国国国国水水水水利水电出版社，利水电出版社，利水电出版社，利水电出版社，198819884 4 M.J.M.J.柯柯柯柯克克克克比比比比主主主主编编编编，刘刘刘刘新新新新仁仁仁仁等等等等译译译译.山山山山坡坡坡坡水水水水文文文文学学学学.哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1989.1989.5 5 R.R.赫赫赫赫尔尔尔尔曼曼曼曼水水水水文文文文学学学学导导导导论论论论（中中中中译译译译本本本本）哈哈哈哈尔尔尔尔滨滨滨滨，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨工业大学出版社

3、，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨工业大学出版社，1989.1989.6 6雷雷雷雷志志志志栋栋栋栋，杨杨杨杨诗诗诗诗秀秀秀秀，谢谢谢谢森森森森传传传传.土土土土壤壤壤壤水水水水动动动动力力力力学学学学.清清清清华大学出版社，华大学出版社，华大学出版社，华大学出版社，1988.1988.7 7工工工工程程程程水水水水文文文文学学学学，任任任任树树树树梅梅梅梅，朱朱朱朱仲仲仲仲元元元元主主主主编编编编，中中中中国国国国农业大学出版社，农业大学出版社，农业大学出版社，农业大学出版社，20002000授课授课授课授课(shuk)(shuk)学时：学时：学时：学时：5656学时学时学时学时,3.5,3.5

4、学分学分学分学分第2页/共39页第二页，共39页。第一章第一章 绪论绪论(xln)(xln)第3页/共39页第三页，共39页。水的自然属性：水的自然属性：(1)水具有周而复始循环运动；水具有周而复始循环运动；(2)水是良好的溶剂；水是良好的溶剂；(3)水具有势能水具有势能(shnng)、动能、压、动能、压力能和化学能等。力能和化学能等。1.1 人类面临的主要人类面临的主要(zhyo)水问题水问题 水的社会属性：(1)水是维持生命的不可(bk)替代的物质，是生命之源；(2)水可引起灾害；(3)水资源可以再生，但有时空变化；(4)水资源有价值；(5)水资源成为社会不稳定的一个因素。第4页/共39页

5、第四页，共39页。人类面临的主要水问题人类面临的主要水问题 (1)水、旱灾害是人类面临的主要自水、旱灾害是人类面临的主要自然灾害；然灾害；(2)水资源短缺制约地区经济水资源短缺制约地区经济(jngj)的发展，而且问题越的发展，而且问题越来越突出；来越突出；(3)全球气候变暖增加了解决水问题全球气候变暖增加了解决水问题的难度；的难度；(4)水污染加剧的势头还未得到有效水污染加剧的势头还未得到有效的控制；的控制；(5)不合理的工程措施和管理产生了不合理的工程措施和管理产生了负面影响负面影响。第5页/共39页第五页，共39页。1.2 水文水文(shuwn)现象现象及水文及水文(shuwn)学学 地球

6、上水的总量大致不变，以地球上水的总量大致不变，以气态、液态或固态的形式气态、液态或固态的形式(xngsh)(xngsh)存存在于水圈、大气圈、岩石圈和生物在于水圈、大气圈、岩石圈和生物圈中。圈中。以一定方式存在于某一环境中，以一定方式存在于某一环境中，具有一定特征和变化规律的水，称具有一定特征和变化规律的水，称为水体。为水体。与水的运动变化、存在有关的自与水的运动变化、存在有关的自然现象，如：降水、蒸发、渗流、然现象，如：降水、蒸发、渗流、径流（河流水量、水位的变化）以径流（河流水量、水位的变化）以及水的冰冻与消融（冰情变化、冰及水的冰冻与消融（冰情变化、冰川进退）等，湖泊中的水位涨落、川进退

7、）等，湖泊中的水位涨落、地下水的运动和水质变化等，统称地下水的运动和水质变化等，统称为水文现象。为水文现象。第6页/共39页第六页，共39页。水文学作为地球物理科学的一水文学作为地球物理科学的一个分支，主要研究地球系统中各个分支，主要研究地球系统中各种水体的存在、运动、循环和分种水体的存在、运动、循环和分布，水体的物理化学性质，水体布，水体的物理化学性质，水体与环境相互作用与影响，水体与与环境相互作用与影响，水体与生物（特别是人类）的相互作用生物（特别是人类）的相互作用与影响。与影响。水文学既有理论科学的特征，水文学既有理论科学的特征，也有应用科学的性质。也有应用科学的性质。水文学原理水文学原

8、理(yunl)是水文科学是水文科学的基础课程，主要阐明各种水文的基础课程，主要阐明各种水文现象、水文过程形成的原因和机现象、水文过程形成的原因和机理，为定量研究水文过程奠定基理，为定量研究水文过程奠定基础。础。第7页/共39页第七页，共39页。1.3 水文学发展简史水文学发展简史 水文学的发展大致经历了四个时期：水文学的发展大致经历了四个时期：1.萌芽时期（公元萌芽时期（公元1400年以前）年以前）对水文循环对水文循环(xnhun)的认识的认识 测量水位、测量水位、测量降雨、测量降雨、测量流速测量流速 观测论证了水循环观测论证了水循环(xnhun)，一些，一些水文学的基本原理开始形成。水文学的

9、基本原理开始形成。第8页/共39页第八页，共39页。2.2.奠基时期（公元奠基时期（公元14001400年年19001900年）年）水文循环概念水文循环概念(ginin)(ginin)的完善的完善喷泉的起源（喷泉的起源（16741674）一书的出版）一书的出版 水文测验仪器制造成功：雨量计、流速水文测验仪器制造成功：雨量计、流速仪、比托管，等仪、比托管，等 水文计算公式的提出：伯努利定理、谢水文计算公式的提出：伯努利定理、谢才公式、达西定律、道尔顿才公式、达西定律、道尔顿 蒸发公式、蒸发公式、曼宁公式等曼宁公式等 第9页/共39页第九页，共39页。3.3.实践时期（实践时期（19001900年

10、年19501950年）年）正规的水文站、雨量站的建立正规的水文站、雨量站的建立 应用水文学的发展应用水文学的发展 水文学理论水文学理论(lln)(lln)的成熟：入渗的成熟：入渗方程、统计学在水文上的应用（频方程、统计学在水文上的应用（频率分析）率分析）非饱和渗流、单位线的应用、入非饱和渗流、单位线的应用、入渗理论渗理论(lln)(lln)、极值定律，等等。、极值定律，等等。第10页/共39页第十页，共39页。4.4.现代化时期（现代化时期（19501950年年 现在）：现在）：水文科学理论的深入研究和有关水文科学理论的深入研究和有关学科的渗透，促使水文计算和水文预学科的渗透，促使水文计算和水

11、文预报出现了许多新方法；报出现了许多新方法；计算机的应用大大改变计算机的应用大大改变(gibin)(gibin)了水文科学的面貌，遥感、了水文科学的面貌，遥感、遥测、核技术、模拟技术的应用遥测、核技术、模拟技术的应用 3S 3S技术在水文学中的应用技术在水文学中的应用1.1.全球定位系统（全球定位系统（Global Global Positioning SystemPositioning System）2.2.地理信息系统（地理信息系统（Geographic Geographic Information SystemInformation System）3.3.遥感遥测系统（遥感遥测系统（Re

12、mote Sensing Remote Sensing SystemSystem）第11页/共39页第十一页，共39页。1.4 水文学的主要分支水文学的主要分支(fnzh)学科学科 分类分类(fn li)的依据不同，水文学的分支的依据不同，水文学的分支学科的数量和名称不完全相同。学科的数量和名称不完全相同。（1）按基础理论与应用分：）按基础理论与应用分：水文学原理水文学原理(或称理论水文学或称理论水文学)和应用水文和应用水文学。学。（2）按研究方法分：）按研究方法分：动力水文学、系统水文学、计算水文学、动力水文学、系统水文学、计算水文学、确定性水文学、水文统计学、随机水文学、确定性水文学、水文

13、统计学、随机水文学、地理水文学、实验水文学、同位素水文学、地理水文学、实验水文学、同位素水文学、数字水文学等。数字水文学等。第12页/共39页第十二页，共39页。（3）按研究对象分：）按研究对象分：水文学原理、水文气象学、河流水文学、水文学原理、水文气象学、河流水文学、湖泊水文学、冰川水文学、地下水文学、湖泊水文学、冰川水文学、地下水文学、河口海岸水文学、海洋水文学、水文测验河口海岸水文学、海洋水文学、水文测验学、水资源学等。学、水资源学等。（4）按应用范围分：）按应用范围分：工程水文学、农业水文学、森林水文学、工程水文学、农业水文学、森林水文学、城市城市(chngsh)水文学、环境水文学、生

14、水文学、环境水文学、生态水文学、数字水文学等。态水文学、数字水文学等。第13页/共39页第十三页，共39页。1.5 水文现象的基本规律与研究水文现象的基本规律与研究(ynji)方法方法一、水文现象的基本规律一、水文现象的基本规律 1 1确定性规律（成因确定性规律（成因(chngyn)(chngyn)规规律）律）2 2随机性规律（统计规律）随机性规律（统计规律）二、水文现象的基本特性二、水文现象的基本特性 1时程变化的周期性与随机性对立时程变化的周期性与随机性对立统一统一 2地区地区(dq)分布的相似性与特殊分布的相似性与特殊性对立统一性对立统一第14页/共39页第十四页，共39页。三、研究方法

15、三、研究方法(fngf)与特点与特点 1多学科多学科(xuk)的交叉与渗的交叉与渗透透水动力学、热力学水动力学、热力学 动力水文学动力水文学 系统论、控制论系统论、控制论 系统水文学系统水文学 计算机技术计算机技术 计算水文学和实时水计算水文学和实时水文预报技术文预报技术 时间序列分析和蒙特一卡洛方法时间序列分析和蒙特一卡洛方法 随机水文学随机水文学河系地貌定律和统计物理学方法河系地貌定律和统计物理学方法 地貌瞬时单位线理论地貌瞬时单位线理论 第15页/共39页第十五页，共39页。2通过水文实验揭示通过水文实验揭示(jish)水文水文规律规律 水文站网：水文站网：在大范围在大范围(fnwi)内

16、对基本水文要素进行长期内对基本水文要素进行长期连续观测。连续观测。实验流域：实验流域：在某一区域（流域）内对所研究的水文要素及在某一区域（流域）内对所研究的水文要素及其它项目进行试验研究。其它项目进行试验研究。实验室试验实验室试验：根据所揭示的内容进行专项试验。根据所揭示的内容进行专项试验。第16页/共39页第十六页，共39页。3应用流域水文应用流域水文(shuwn)模型探索水模型探索水文文(shuwn)规律规律 流域水文模型是由描述流域降雨流域水文模型是由描述流域降雨(jin y)径流形成过程的各函数构成的一种物理径流形成过程的各函数构成的一种物理结构或概念性结构，或者说是通过一组耦结构或概

17、念性结构，或者说是通过一组耦合函数关系及相应参数来模拟流域降雨合函数关系及相应参数来模拟流域降雨(jin y)径流形成过程的一种结构，它严径流形成过程的一种结构，它严格满足流域水量平衡原理。格满足流域水量平衡原理。输入：降雨输入：降雨(jin y)、产流、汇流、蒸、产流、汇流、蒸散发能力等散发能力等 输出：流量过程、蓄水过程、蒸散发过输出：流量过程、蓄水过程、蒸散发过程等程等第17页/共39页第十七页，共39页。4确定性与随机性研究方法确定性与随机性研究方法(fngf)的结合的结合 第18页/共39页第十八页，共39页。1.6 本课程的学习本课程的学习(xux)方法方法1.1.理解水文理解水文

18、理解水文理解水文(shu(shu wn)wn)现象的机理现象的机理现象的机理现象的机理2.2.悉心观测水文悉心观测水文悉心观测水文悉心观测水文(shu(shu wn)wn)现象现象现象现象3.3.掌握描述水文掌握描述水文掌握描述水文掌握描述水文(shu(shu wn)wn)现象的数学方现象的数学方现象的数学方现象的数学方法法法法4.4.了解相关学科的进展了解相关学科的进展了解相关学科的进展了解相关学科的进展5.5.培养兴趣培养兴趣培养兴趣培养兴趣第19页/共39页第十九页，共39页。本章复习思考题本章复习思考题 1.水文学主要研究那些内容？水文学主要研究那些内容？2.人类面临的主要水问题有哪些

19、人类面临的主要水问题有哪些？3.什么什么(shn me)是水文现象？水是水文现象？水文现象有哪些基本规律和特性？文现象有哪些基本规律和特性？4.水文学有哪些主要分支学科水文学有哪些主要分支学科?5.水文学经历了哪些发展阶段？水文学经历了哪些发展阶段？6.简述水文学研究的特点简述水文学研究的特点 第20页/共39页第二十页，共39页。洪涝灾害洪涝灾害“水多水多”第21页/共39页第二十一页，共39页。第22页/共39页第二十二页，共39页。中国中国(zhn u)(zhn u)灾情报告灾情报告1949-19951949-1995年统计年统计 水旱灾害2000多年历史多年历史(lsh)资料统计：平均

20、每两年发生一次较大洪水资料统计：平均每两年发生一次较大洪水洪涝灾害仍是心腹之患洪涝灾害仍是心腹之患(xn (xn f zh hun)f zh hun)第23页/共39页第二十三页，共39页。水资源水资源短缺短缺“水少水少”第24页/共39页第二十四页，共39页。第25页/共39页第二十五页，共39页。水土流失水土流失“水浑水浑”第26页/共39页第二十六页，共39页。我国水资源总量为我国水资源总量为2.82.8万亿万亿m3m3，人均水资源量不到，人均水资源量不到2200 m3 2200 m3，不足，不足世界人均的世界人均的1/4 1/4；旱灾的特点是范围广，损失大。旱灾的特点是范围广，损失大。

21、“十五十五”期间，农田受旱面积年均期间，农田受旱面积年均达达3.853.85亿亩，平均每年因旱减产粮食亿亩，平均每年因旱减产粮食350350亿公斤。亿公斤。我国有我国有40%40%以上的人口生活以上的人口生活(shnghu)(shnghu)在缺水地区，全国农村有在缺水地区，全国农村有3.23.2亿人饮水不安全亿人饮水不安全,饮水安全是一个突出问题饮水安全是一个突出问题 。水水水水资资资资源源源源短短短短缺缺缺缺(dunqu)(dunqu)严严严严重重重重制制制制约约约约经经经经济济济济社会发展社会发展社会发展社会发展 第27页/共39页第二十七页，共39页。供水供水SupplySupply需水

22、需水Demand正常年份缺水达正常年份缺水达正常年份缺水达正常年份缺水达400400400400亿亿亿亿m mm m3 33 3 水水水水资资资资源源源源短短短短缺缺缺缺(dunqu)(dunqu)严严严严重重重重制制制制约约约约经经经经济济济济社社社社会会会会发发发发展展展展第28页/共39页第二十八页，共39页。城市缺水问题城市缺水问题(wnt)(wnt)严重严重全国全国661661座城市座城市(chngsh)(chngsh)有有400400多座缺水，其中多座缺水，其中110110座严重缺水，座严重缺水，1.61.6亿多城市亿多城市(chngsh)(chngsh)居民的正常生活受影响居民的

23、正常生活受影响 。水水水水资资资资源源源源短短短短缺缺缺缺严严严严重重重重(ynzhng)(ynzhng)制制制制约约约约经经经经济济济济社社社社会发展会发展会发展会发展第29页/共39页第二十九页，共39页。地下水平均地下水平均地下水平均地下水平均(pngjn)(pngjn)每年超采约每年超采约每年超采约每年超采约100 100 亿亿亿亿m3m3 超采面积达超采面积达超采面积达超采面积达1919万万万万km2km2，深层地下水超采区面积达，深层地下水超采区面积达，深层地下水超采区面积达，深层地下水超采区面积达9km29km2水水水水资资资资源源源源短短短短缺缺缺缺严严严严重重重重(ynzhn

24、g)(ynzhng)制制制制约约约约经经经经济济济济社社社社会会会会发展发展发展发展第30页/共39页第三十页，共39页。如果不采取有力措施，我国有可能出现严重的水危机。20302030年人口年人口年人口年人口1616亿亿水资源短缺严重水资源短缺严重水资源短缺严重水资源短缺严重(ynzhng)(ynzhng)制约经济社会发展制约经济社会发展制约经济社会发展制约经济社会发展第31页/共39页第三十一页，共39页。全球全球全球全球(qunqi)(qunqi)(qunqi)(qunqi)气候气候气候气候变变化化化化趋势趋势在全球在全球变暖的大背暖的大背景景(bijng(bijng)下，近百下，近百年

25、来中国年来中国的气候也的气候也在在变暖。暖。2023/5/2632第32页/共39页第三十二页，共39页。环北极(bij)冰盖的变化（NASA，2005）1980年2003年气候变化气候变化 严重严重(ynzhng)影响自然生态系统影响自然生态系统（北极冰盖消退）（北极冰盖消退）第33页/共39页第三十三页，共39页。马尔代夫群岛国家，平均海拔马尔代夫群岛国家，平均海拔.米。全球米。全球(qunqi)(qunqi)变暖，变暖，“旅游天堂旅游天堂”的马尔代夫可能的马尔代夫可能消失消失准备举国搬迁准备举国搬迁气候变化严重气候变化严重(ynzhng)影响人类生存和发展影响人类生存和发展（岛国的灭顶之

26、灾）（岛国的灭顶之灾）马尔代夫(m r di f)首都马累（Male）海底议会（2009.10.09）第34页/共39页第三十四页，共39页。水环境恶化水环境恶化“水脏水脏”3 3 3 3 水污染严重水污染严重水污染严重水污染严重(ynzhng)(ynzhng)(ynzhng)(ynzhng)趋势未趋势未趋势未趋势未有效控制有效控制有效控制有效控制第35页/共39页第三十五页，共39页。水污染严重水污染严重水污染严重水污染严重(ynzhng)(ynzhng)(ynzhng)(ynzhng)趋势未有效趋势未有效趋势未有效趋势未有效控制控制控制控制20062006年年，全全国国(qun(qun u

27、)u)废废污污水水排排放放总总量量731731亿亿吨，吨，比比20002000年增加年增加111111亿吨。亿吨。第36页/共39页第三十六页，共39页。20052005年年13.313.3万公里评价河长水质评价结果万公里评价河长水质评价结果水质四类水质四类(s li)(s li)和劣于四类和劣于四类(s li)(s li)的河的河长占总评价河长的长占总评价河长的37.7%37.7%，特别是劣五类水，特别是劣五类水河长占河长占20.3%20.3%，比，比20002000年增加近年增加近5 5个百分点。个百分点。一类水一类水5.75.7四类水四类水10.310.3三类水三类水27.627.6二类

28、水二类水2929劣五类水劣五类水20.320.3五类水五类水7.17.1水污染严重趋势未有效水污染严重趋势未有效水污染严重趋势未有效水污染严重趋势未有效(yuxio)(yuxio)(yuxio)(yuxio)控制控制控制控制第37页/共39页第三十七页，共39页。水水水水土土土土流流流流失失失失(shutlish)(shutlish)(shutlish)(shutlish)及及及及生生生生态态态态环环环环境境境境问题突出问题突出问题突出问题突出20052005年年普普查查资资料料：全全国国水水土土流流失失(lish)(lish)面面积积356356万万km2km2，占占国国土土面面积积的的37%37%，其其中中:水水蚀蚀165165万万km2km2，每每年年江江河河流流失失(lish)(lish)表土表土5151亿亿t t。大量泥沙流入河道。大量泥沙流入河道。黄土高原黄土高原(hun(hun t o yun)t o yun)第38页/共39页第三十八页，共39页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第39页/共39页第三十九页，共39页。