水文学原理课程复习.

课程复习第二章水文循环1.水文循环现象（内因、外因）2.水文循环的尺度3.水量平衡第四章降水降水的定义1降雨的基本要素2降雨的分类3面平均降雨量的计算4§1降水要素及其时空变化表示方法1降水的定义：大气中的液态水滴或固态冰雪颗粒，在重力作用下，克服空气阻力，从空中降落到地面的现象称为降水。雨雪露雹霜Unitmmmin,h,dmm/minmm/hkm2Definition指一定时段内降落在某一点或某一面积上的总雨量降雨从某时刻到另一时刻所经历的时间称为降雨历时单位时间内的降雨量称为降雨强度降雨笼罩范围的水平投影面积暴雨集中的较小的局部地区RainfallElements降雨量(深)Rainfall(depth)降雨历时(Rainfallduration)降雨强度(Rainfallintensity)降雨面积(Rainfallarea)暴雨中心(Stormcenter)降水基本要素§2降雨的分类及影响降雨的因素按降雨要素量级分按降雨动力冷却条件分对流雨地形雨台风雨气旋雨2降雨分类Wanilyfor水文07-版权所有二、降雨分类2、按降雨要素量级分类(Classificationbyrainfallamount,intensityandprocesses)暴雨(Storm)日雨量=50mmOr小时雨量=16mm(大暴雨and特大暴雨)暴雨型淫雨(Storm-patternexcessiverain)Example:梅雨对流作用冷暖气团交绥强度大，历时短，笼罩面积不大形成局部洪水历时较长、强度变化剧烈，平均强度较大大范围洪涝灾害要素定义形成原因特点危害淫雨(Excessiverain)历时很长，强度较小，降雨时断时续，且空气湿度较大的一种降雨冷暖气团交绥范围大形成内涝§3区域（流域）平均降雨量计算方法(Calculationmethodofaveragerainfalloveranarea)基本原理(Fundamentalprinciples)算术平均法(Arithmeticmeanmethod)泰森多边形法(Thiessenpolygonmethod)等雨量线法(Isohyetalmethod)距离平方倒数法(Inversedistance-squaredmethod)§3区域（流域）平均降雨量计算方法泰森多边形绘制方法：1)将计算区域内相邻的雨量站相连，构成若干个互不嵌套的三角形，且尽量形成锐角三角形；2)对每个三角形求出其外心位置(垂直平分线的交点)；3)将相邻两个三角形的外心相连(相邻：两个三角形共用一条边)；4)延长靠近边界处的垂直平分线直到流域边界(分水线)；5)擦掉中间过程中的辅助线及区域外的线；6)量取每个多边形的面积ai。2、泰森(Thiessen)多边形法(垂直平分法，加权平均法)Method适用条件优点缺点AMM（均）区域面积不大，地形起伏较小，雨量站分布比较均匀计算简单对所有雨量站采用同样的权重，无法考虑降雨时空变化TPM（泰）雨量站分布不均计算简单权重系数是固定的，不能反映降雨空间分布复杂多变的特点IsoM（等）足够多的雨量站资料，地形资料理论完善，考虑降雨空间分布不均不同场次降雨，其面积权重是变化的，所以每次降雨都必须绘制等雨量线图，工作量很大IDSM（倒）足够多的雨量站资料，地形资料(改进了站与站之间雨量呈线性变化的假设）便于计算机处理，可作为分布式模型输入计算过程复杂3土水势（重点）第五章土壤水1与土壤“三相”有关的物理量（相互转化关系）2土壤水的存在形态（作用力、类型、土壤水分常数）5.1.3土壤的“三相”关系Threephasesofsoilsystem与土壤“三相”有关的物理量：a)表示土壤中气、液相比例的物理量：swawatvVVVVVVVf孔隙度(Porosity)：孔隙比(Voidratio)：vtvsvVVVVVe两者关系：ffe15.1.3土壤的“三相”关系Threephasesofsoilsystem与土壤“三相”有关的物理量：b)表示土壤中固体比例的物理量：sssVM固体密度(Soliddensity)：awsstsbVVVMVM干容重(Drybulkdensity)：两者关系：sbf)1(5.1.3土壤的“三相”关系Threephasesofsoilsystem与土壤“三相”有关的物理量：c)表示土壤中液相比例的物理量：swMM质量含水率(Gravimetricwatercontent)：容积含水率(Volumetricwatercontent)：vswtwVVVVV饱和度(Saturationcoefficient):awwvwsVVVVV三者关系：wb5.1.3土壤的“三相”关系Threephasesofsoilsystem与土壤“三相”有关的物理量：d)表示土壤中气相比例的物理量：充气孔隙度(Aeratedporosityoraerationporosity)：awsataaVVVVVVf5.2.1土壤水的作用力Forcesgoverningsoilwater分子力(Molecularforce)：土壤颗粒表面的分子对水分子的吸引力称为分子力。毛管力(Capillaryforce)：土壤中的毛管现象引起的力称为毛管力。重力(Gravitationalforce)：土壤中水分受到的地心引力称为重力。5.2.2土壤水分类Soilwaterclassification毛管悬着水土壤水毛管上升水渗透重力水支持重力水毛管水重力水吸湿水膜状水束缚水自由水最大吸湿水量最大分子持水量凋萎含水量田间持水量毛管断裂含水量饱和含水量土壤水分常数5.2.3土壤水常数Soilwaterconstants5.2.3土壤水常数Soilwaterconstants最大分子持水量干燥最大吸湿量凋萎系数毛管断裂含水量田间持水量饱和含水量土壤水分常数作用力(×104Pa)9800030414761.30.78作用力类型分子力毛管力重力土壤水类型吸湿水膜状水毛管水重力水束缚水自由水土壤水分常数的水文学意义Hydrologicalsignificanceofsoilwaterconstants≈05.2.3土壤水常数Soilwaterconstants最大分子持水量干燥最大吸湿量凋萎系数毛管断裂含水量田间持水量饱和含水量土壤水分常数土壤水分常数的水文学意义Hydrologicalsignificanceofsoilwaterconstants下渗快缓慢稳定蒸散发少随θ增加而增加蒸散发能力稍大一些径流无地下径流产生地下径流可能产生地表径流根据土壤水分作用力的分类：重力势(Gravitationalpotential):把一定数量的土壤水分举起而克服重力所做的功。静水压力势(Pressurepotential):饱和土壤中的水分，因受到周围水分对它的压力作用所具有的势能。基模势(Matricpotential):由分子力和毛管力引起的土水势。5.3.1土水势Soilwaterpotential5.3.1土水势Soilwaterpotential土壤水的运动方向总是从总势大的地方指向总势小的地方。当土壤水总势梯度不等于零时，土壤水就处于运动状态；当总势梯度为零时，土壤水就处于静止状态。gp总势(Totalpotential)：各种分势的和势。gm饱和土壤非饱和土壤土水势(cm)ABCDEF1515151515157152535352180000000-10-20-20-6例题：有一“U”形土柱，一端浸泡在水槽中。水槽的水面保持不变，假定土柱无蒸发，土柱内也无土壤水运动。试确定土柱中各点的基模势。ABCDEF10cm10cm8cm7cm14cmgmp5.3.1土水势Soilwaterpotential第十章地表水流三种比降（附加、河床、摩阻）1洪水波的四种分类2大比降山区河床河流洪水运动特性3三种基本的槽蓄关系曲线4162-2Classificationoffloodwave运动方程的组成2-2Classificationoffloodwave1976年，英国人Ponce对洪水波进行了分类(classificationoffloodwave)17考察方程中各项的重要性，对方程进行简化分类×表示不予考略，√表示是重要组成项。182-2Classificationoffloodwave洪水波类型运动波扩散波惯性波动力波适用范围山区性河流、坡面流河流中下游，尤其中游湖泊性水库平原水网区、感潮河段区2-3Kinematicwave运动波的运动特征运动波波速0kQQCtLkdLCdt特征线方程0dQdt特征方程运动波总是向下传播，运动波沿特征线方向运动。物理意义：任一相位点的相应流量不发生变化（没有坦化变形）状况取决于Ck的值。Ck若是常数，不发生扭曲变形；大多数情况下Ck随水深与流量而发生变化，在传播过程中存在扭曲变形。坦化变形：扭曲变形：2-3Kinematicwave(1)特点：(2)dQdACC总是为正的，从上游向下游传播Cv运动波是无坦化变形的洪水波，可能发生扭曲变形。(3)河段槽蓄原理和蓄槽方程河段上下游两个断面间在任一时刻的蓄水量W(t)称为槽蓄量。槽蓄量与两断面的流量I(t)、Q(t)之间存在的函数关系称蓄泄关系蓄泄关系的解析形式称为槽蓄方程，几何形式称为槽蓄曲线。如何求得槽蓄方程表达式，是进行流量演算的关键(),ttWtfIQ对固定河段，绘制上、下两个断面在洪水波传输过程中的流量过程线I（t）与Q（t），利用两个流量过程线求得不同时刻的蓄水量dW，然后绘制Q与W=W0+dW的曲线，得到下面三种基本形状的蓄泄关系曲线，直观表述河段蓄水量与下断面流量的关系。蓄泄关系曲线的绘制WQWQWQQ(t)t上断面下断面顺时针——蓄泄关系河段在涨水流量增加过程中，河段槽蓄量大于稳定流时的槽蓄量。河段在落水流量减小过程中，河段槽蓄量小于稳定流时的槽蓄量WQ逆时针——蓄泄关系河段在涨水流量增加过程中，河段槽蓄量小于稳定流时的槽蓄量。河段在落水流量减小过程中，河段槽蓄量大于稳定流时的槽蓄量。WQ第十一章洪水演算洪水演进方法分类1特征河长的概念和特点2线性特征河长洪水演算3Part1Introduction演进方法分类基于质量守恒和动量守恒方程组或其简化方程组，用数值法求解。由于电子计算机的发展，水力学法在洪水演进中日益广泛地应用。根据对连续方程和运动方程中保留的项不同，水力学演进法又区分为完全动力波模型、运动波模型和扩散模型。水力学演进法分类：应用河段水量平衡方程和蓄泄关系代替圣维南方程组，根据河段水文资料进行计算。这类方法应用较广泛，如特征河长法、经验相关法、马斯京根法、滞后演进法和线性完全动力波模型等。水文学演进法分类：假设河段水面呈直线变化，选择一个河段，若河段中断面的水位不变，则不论比降如何变化，上、中断面之间河段的槽蓄变化量恰好与中、下断面之间河段的槽蓄变化量互为相反数，则河段的槽蓄量在涨洪与退洪过程中均保持不变,即有关系：满足这样关系的河段的长度，称特征河长。0ihdQQQ特征河长概念1.河段的槽蓄量在涨洪与退洪过程中均保持不变，槽蓄关系为单值对应。2.无论河段中有无洪水，固定的中断面水位值，对应一个唯一的流量值，满足单值一一对应。3.特征河长河段的长度与流量、水位、水面比降均呈单值对应关系。特征河长河段的特点特征河长河段的特点1.河段的槽蓄量在涨洪与退洪过程中均保持不变，槽蓄关系为单值对应。2.无论河段中有无洪水，固定的中断面水位值，对应一个唯一的流量值，满足单值一一对应。3.特征河长河段的长度与流量、水位、水面比降均呈单值对应关系。第三章流域和水系基本概念1河流分级2三大定律3第六章下渗基本概念1.下渗的物理过程2.非饱和下渗理论3.饱和下渗理论4.5.天然条件下的下渗第七章蒸发与散发基本概念蒸散发的分类及控制条件土壤蒸发规律流域蒸散发规