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第一部分水文水资源一、水文循环和水量平衡基本知识1.水文学：研究地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分布及变化规律的科学。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。2.水文循环概念：地球上的水在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水和径流等方式进行的周而复始的运动过程。3.水文循环分类:按水文循环的规模与过程,可分为大循环和小循环。大循环：海洋和陆地之间的水分循环小循环：海洋内或者陆地内的水分循环（1）水循环的外因：太阳辐射能和地球引力的存在（2）水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互转化4.水文循环：（1）地球上水的存在形式：汽态、液态、固态（2）存在位置：空气中、地表、地下、生物体内5.水文循环的意义：（1）直接影响气候变化（2）改变地表形态（3）造成再生资源（4）负面影响：干旱，洪涝灾害6.水量平衡基本知识：是指在一个确定的用水系统内，输入水量之和等于输出水量之和。通用水量平衡方程流域水量平衡方程7.地球上的水量平衡若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段△t内的水量平衡方程可写成：△Wc=Pc－R－Ec式中:Ec：在时段内陆地的蒸发量；Pc：在时段内陆地的降水量；R：时段内由陆地流入海洋的径流量；△Wc：在时段内陆地蓄水量的变化量。若以海洋为研究水量平衡对象，某时段△t内的水量平衡方程可写成：△Ws=Ps＋R－Es式中:Es：海洋在时段内的蒸发量；Ps：海洋在时段内的降水量；R：时段内由陆地流入海洋的径流量；△Ws：海洋在该时段内蓄水量的变化量。在多年平均的情况下，△Wc→0，△Ws→0，则全球多年平均水量平衡为：蒸发＝降水闭合流域：REP二、水文学基础知识（含降雨、蒸发及入渗，流域与河系，河川径流及水文统计学的基本知识）1.降雨：（1）概念：是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。（2）降水基本条件：一是空气中要有水汽，降温，降至露点温度以下，或空气冷却，大气中存在吸水性的微粒(凝结核)（3）露点：空气中水汽达到饱和时的温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必要条件。（4）大气凝结核：指飘浮在大气中的尘粒，其直径约10-3~10μm。（5）降水类型：锋面雨：由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。地形雨：暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。因气流（空气）的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而不同。地形作用一般使山的迎风面的降水量大，而背风面降水量减少。对流雨：地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云浓积云积雨云），形成降雨。气旋雨：在低气压中心区，气流从四周向中心辐合，垂直方向上运动是上升的，即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结降水现象。可出现大范围降雨和大风的天气现象，称为气旋雨。气旋：北（南）半球，由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋转的大型涡旋。在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气旋和温带气旋（6）降雨基本要素：降雨量、降雨历时、降雨时段、降雨强度、降雨面积及降雨中心、降雨走向。（7）降雨资料图示：降雨过程线、雨量积累曲线（8）降水量一般分为7级（9）按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种暴雨(50mm/24h)（暴雨：50~100、大暴雨：100~200、特大暴雨：200）大雨：25~50mm/24h中雨：10~25mm/24h小雨：10mm/24h（10）测量雨量仪器：雨量器，自计雨量计（虹吸式、翻吸式）2．蒸发（1）定义：水由液态或固态转化为气态的现象，是水分子运动的结果（2）蒸发包括：水面蒸发：蒸发面为水面时称为水面蒸发土壤蒸发：蒸发面为土壤表面时称为土壤蒸发植物蒸发：蒸发面是植物茎叶则称为植物散发陆面蒸发：因为植物是生长在土壤中,植物散发与植物所生长的土壤上的蒸发总是同时存在的,通常将二者合称为陆面蒸发（3）水面蒸发观测：水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。确定水面蒸发量的大小,通常有两种途径:器测法和间接计算法。设备：E601蒸发皿，环形水圈,K接近1.0（4）水面蒸发影响因素：水汽饱和水压差，水面温度，风速，湍流3．下渗（1）定义：水分从土壤表面深入地下的现象，又称入渗（2）三个阶段：渗润阶段渗漏阶段渗透阶段（3）下渗率或下渗强度：单位时间内渗入单位面积土壤中的水量称为下渗率或下渗强度,记为f,以mm/min或mm/h计。（4）下渗能力：在充分供水条件下的下渗率则称为下渗能力。（5）下渗能力曲线：下渗能力随时间的变化过程线,简称下渗曲线,并以f（t）~t表示。（6）土壤水不同形式：吸湿水，薄膜水，毛管水（毛细水），重力水（7）常用水分常数：最大吸湿量，最大分子持水量，凋萎含水量，田间持水量，饱和含水量（8）下渗量的测定：直接测定法，水文分析法4．河川径流（1）定义：指降落在流域表面上的降水，途经地面及地下流入河川，流出流域出口断面的水量。（2）水源：雨水、冰雪融水、地下水（3）形成：产流和汇流产流过程：我们把降雨扣除损失成为净雨的过程称为产流过程净雨：降雨扣除损失后的雨量称为净雨汇流过程：净雨沿坡面从地面和地下汇入河网,然后再沿着河网汇集到流域出口断面的过程。（4）河网汇流过程:各种成分径流经坡地汇流注入河网,从支流到干流,从上游向下游,最后流出流域出口断面,这个过程称为河网汇流或河槽集流过程。（5）表示方法：流量Q径流总量W径流深R径流模数M径流系数ɑ径流变率K（6）径流量：径流量指时段T内通过河流某一断面的总水量,记为W,以m3、万m3或亿m3计,有时也用时段平均流量与时段的乘积为单位,如(m3/s)·d、(m3/s)·M等。（7）径流深：将径流量平铺在整个流域面积上所得的水层深度,记为R,以mm计。R=W/1000F=QT/1000F式中W--时段T内径流量,d;Q--计算时段内平均流量,m3/s;T--计算时段,s;F--流域面积,km2。（8）径流模数：流域出口断面流量与流域面积之比值称为径流模数,记为M,以L/(s-km)计。M=1000Q/F（9）径流系数：某一时段的径流深R与相应时段内流域平均降雨深度P之比值称为径流系数,记为α。α=R/P因RP,故α1。5．河系特征（1）河系：地表水在重力作用下，沿陆地的凹地流动，按其大小可分为江、河、溪和沟，这些统称为河流，而流域中河流（包括干流、支流）和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统，称水系，又称河系或河网。（2）分类：扇形水系、羽状水系、平行水系、混合状水系（3）河流的形成与分段：一条河流沿水流方向,自高向低可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。（4）河流基本特征：河流的长度：自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度,简称河长,以km计。河流断面：河流断面有横断面和纵断面。垂直于水流方向的断面称为横断面,简称断面河道纵比降：单位河长的落差称为河道纵比降,简称比降,用小数或千分数表示。6．流域（1）定义：汇集地面水和地下水的区域称为流域,也就是分水线包围的区域。（2）闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合,称为闭合流域（3）几何特征：流域面积：流域分水线包围区域的平面投影面积,称为流域面积,记为F,以km2计。流域的长度和平均宽度：流域长度就是流域轴长。以km计。流域形状系数和流域不对称系数：流域平均宽度与流域长度之比称为流域形状系数。河网密度：流域内河流干支流总长度与流域面积的比值称为河网密度,以Km/km2计。（4）流域地形特征：流域平均高度、流域平均坡度、面积－－高程曲线（5）流域自然地理特征：流域的地理位置：流域的地理位置以流域所处的经纬度来表示,它可以反映流域所处的气候带,说明流域距离海洋的远近,反映水文循环的强弱。流域的气候条件：包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素。它们是河流形成和发展的主要影响因素,也是决定流域水文特征的重要因素。流域的土壤、岩石性质和地质构造、流域的植被、流域内湖泊与水库7．水文统计学（1）数理统计方法：频率计算P(A)=m/n（2）随机变量的统计参数均值：均方差：变差系数：偏差系数：当系列对于x对称时，CS＝0；当系列对于x不对称时，CS0，若CS＞0，称为正偏；若CS＜0，称为负偏，（3）经验频率计算式：P=m/(n+1)*100%（4）常用理论频率曲线：皮尔逊Ⅲ型曲线，简称p_Ⅲ型曲线频率与重现期的关系:设计频率P＜50％，则T=1/P设计频率P＞50％，则T=1/(1-P)（5）理论频率曲线绘制：适线法适线法(或称配线法)是以经验频率点据为基础,在一定的适线准则下,求解与经验点据拟合最优的频率曲线参数,是我国估计水文频率曲线统计参数的主要方法。适线法主要有两大类,即目估适线法和优化适线法。均值x对频率曲线的影响:当皮尔逊Ⅲ型频率曲的两个参数cv和cs不变时，x越大，线越陡变差系数cv对频率曲线的影响：cv值越大越分散，cv值越小越集中偏态系数cs对频率曲线的影响：cs愈大，均值对应的频率愈小，频率曲线的中部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈平缓。σ对频率曲线影响：σ值越大越分散，σ值越小越集中（6）相关分析：研究两个或两个以上随机变量之间关系（7）两个随机变量之间关系：完全相关（函数关系）、零相关（没有关系）、统计相关（相关关系）（8）简相关、负相关三、水文测验及水文资料整编的主要内容1．水文测验：（1）定义：系统收集和整理水文资料的各种技术工作的总称。狭义的水文测验指水文要素的观测。（2）内容：A建立和调整水文站网B研究水文测验的方法，制定出统一的技术标准C研制水文测验的各种测验仪器、设备D按统一的技术标准在各类测站上进行水位观测,以获得实测资料。E对一些没有必要作驻站测验的断面或地点，进行定期巡回测验。F水文调查2．资料整编主要内容：水位观测资料的整理：计算日/月/年平均水位水位过程线水文资料的收集：水文年鉴，各地区的水文手册和各种水文图册，水质资料，•各种调查资料：洪水调查、暴雨调查、枯水调查3.观测水流仪器：流速仪（旋杯式、旋浆式），浮标法四、水资源分类及计算方法1．水资源分类：从水资源分类上来划分：地表水资源系统、地下水资源系统、土壤水资源系统、非常规水资源系统（降水资源系统、污水资源系统、微咸水水资源系统等）；从用途上进行划分：农业水资源系统、工业水资源系统、生活水资源系统；从城市化角度进行划分：城镇水资源系统、农村水资源系统。2．计算方法：成因分析法：通过对观测资料或试验资料分析，建立某一水文特征值与其影响因素之间的函数关系，从而预测未来的水文情势。地理综合法：利用已有固定观测站点的长期观测资料确定河流水文特征值在区域内的时空分布规律，预估无资料流域未来水文情势的方法。数理统计法：根据水文现象的随机性特征，运用概率论和数理统计的方法，分析河流水文特征值系列的统计规律，并进行概率预估，从而得出水资源开发利用工程所需的设计水文特征值。数学模型法：概念型模型和机理性模型3、降水时空分布：东多西少、南多北少、夏秋多春冬少径流的时空分布：季节性强；东南向西北递减4、地下水：埋藏在地表以下空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水称之为地下水。地下水的分类：上层滞水（土壤水）、潜水、承压水五、水资源供需平衡及预测的原理和计算方法1．供需平衡：指可供水量与实际需水量间的关系需水预测应按用水统计口径进行预测供水预测采用长系列系统分析方法2.预测原理：近期和远期相结合流域和区域相结合综合利用和保护相结合3.目的：弄清水资源总量的供需现状和存在的问题预测不同时期不同部门的水资源余缺状况针对供需矛盾，进行水资源的总体规划4．计算方法：水资源紧缺地区采用长系列调节计算方法资料缺乏地区采用典型年法进行计算5.供水系统：按工程上分类：蓄水工程、引水工