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1、WUHEE工程水文学工程水文学WUHEE第一章第一章 绪论绪论F第一节第一节 水文学水文学一、水文学一、水文学(hydrology)(hydrology)水体：大气中的水汽、地面上的江河、湖沼、海洋和地水体：大气中的水汽、地面上的江河、湖沼、海洋和地下水等，统称水体。下水等，统称水体。水文学：研究各种水体的存在、循环和分布，物理和化水文学：研究各种水体的存在、循环和分布，物理和化学特性，以及水体对环境的影响和作用，包括对生物学特性，以及水体对环境的影响和作用，包括对生物特别是对人类的影响。特别是对人类的影响。WUHEEWUHEE全球各水体水量分布（亿km3）：大气:0.000129(0.1%)
2、陆地:0.48(3.5%)海洋:13.38(96.5%):13.86WUHEEWUHEE二、水资源二、水资源(water resources)地球表层可供人类利用的水称为水资源。水资源地球表层可供人类利用的水称为水资源。水资源包括包括水量水量、水质水质、水能资源水能资源和和水域水域。我国：我国：1.水资源总量居世界第六位，但人均占有仅水资源总量居世界第六位，但人均占有仅2400m3，只只有世界人均占有量的有世界人均占有量的1/4，排在世界百位以后。耕地平，排在世界百位以后。耕地平均分摊水量只有世界平均数的均分摊水量只有世界平均数的3/4。2.水资源地区分布很不均匀水资源地区分布很不均匀南水北调
3、南水北调WUHEE三、工程水文学三、工程水文学(Engineering Hydrology)(Engineering Hydrology)及其任务及其任务 工程水文学的定义工程水文学的定义：水文学的一个重要分支，将水文学方面的知识应用于水利水电工程，为工程的规划设计、施工建设、运行管理提供水文依据的一门科学。WUHEE工程水文学是应用水文知识于工程建设（主要是水利工程）的一门学科。主要内容包括水文计算和水文预报。工程水文学主要内容分二方面：（1）水文预测（水文分析计算）：从统计的角度测算工程实施中和完成后很长时期内可能遇到的各种机会（概率）的水文现象的大小与过程。如预测长江三峡工程未来千年一遇
4、的洪水有多大？主要为规划设计提供依据。（2）水文预报：预报指定地点或地区一定时期内（称预见期）水文现象的大小及变化过程。如预报某河流断面处从现在起以后24h的水位有多高？主要为现场施工及工程管理提供水文依据。WUHEE工程水文学贯穿于水利工程实施过程：工程水文学贯穿于水利工程实施过程：1.1.水利工程的规划设计阶段水利工程的规划设计阶段：水文计算的主要任务是确定工程规模。水文计算的主要任务是确定工程规模。设计标准、设计标准、工程投资、风险三者的关系工程投资、风险三者的关系。WUHEE2.2.水利工程施工阶段水利工程施工阶段 水利工程施工期一般较长，工程水文学的任务就是要：水利工程施工期一般较长
5、，工程水文学的任务就是要：1 1）为临时性建筑物如围堰、引水隧洞或渠道等，提供整）为临时性建筑物如围堰、引水隧洞或渠道等，提供整个施工期的天然来水情势预报（水文计算）；个施工期的天然来水情势预报（水文计算）；2 2）为日常工作的安排提供近期（如几天内）确切的水情）为日常工作的安排提供近期（如几天内）确切的水情预报（水文预报）。预报（水文预报）。3.3.水利工程管理运营阶段水利工程管理运营阶段 水文计算的长期平均情势与水文预报短期水情相水文计算的长期平均情势与水文预报短期水情相结合，确定最经济合理的调度方式，是建成的工程充结合，确定最经济合理的调度方式，是建成的工程充分发挥作用。分发挥作用。WU
6、HEEWUHEEF第二节第二节 工程水文学的研究方法工程水文学的研究方法一、一、系统系统 流域是指汇集于一条河流的集水区域。流域是指汇集于一条河流的集水区域。分水岭是流域汇水的分界线。沿流域分水岭分水岭是流域汇水的分界线。沿流域分水岭的界面在向上与顶面和底面包围成一个水文的界面在向上与顶面和底面包围成一个水文系统。系统。水文系统模型的用途是由输入预测输出。水文系统模型的用途是由输入预测输出。WUHEE二、二、水文现象的基本规律水文现象的基本规律1.1.水文现象的确定性规律水文现象的确定性规律成因规律成因规律 水文现象的发生都有其客观的原因和水文现象的发生都有其客观的原因和具体的形成条件具体的形
7、成条件因果关系。例如径因果关系。例如径流的丰枯变化（周期性），降雨径流关流的丰枯变化（周期性），降雨径流关系等。系等。2.2.水文现象的随机性规律水文现象的随机性规律统计规律统计规律 水文现象又受偶然因素的影响，在一水文现象又受偶然因素的影响，在一定程度上表现出非确定性定程度上表现出非确定性随机性。随机性。例如河流某断面每年出现最大洪峰流量例如河流某断面每年出现最大洪峰流量的大小和出现的时间。的大小和出现的时间。WUHEE二、水文研究的基本方法二、水文研究的基本方法1.1.成因分析法成因分析法 利用水文现象的确定性规律来解决水文问利用水文现象的确定性规律来解决水文问题。题。通过观测资料和实验资
8、料研究，建立水文通过观测资料和实验资料研究，建立水文现象与其影响因素之间的定量关系。在水文现现象与其影响因素之间的定量关系。在水文现象基本分析和水文预报中应用广泛。象基本分析和水文预报中应用广泛。WUHEE2.2.数理统计法数理统计法 根据水文现象的随机性，以概率论根据水文现象的随机性，以概率论为基础，运用数理统计方法，可以求取为基础，运用数理统计方法，可以求取长期水文特征值系列的概率分布，从而长期水文特征值系列的概率分布，从而得出工程规划设计所需要的设计水文特得出工程规划设计所需要的设计水文特征值。在征值。在水文水文计算中运用广泛。计算中运用广泛。WUHEE第三节第三节 水文学的发展水文学的
9、发展F内容提要内容提要 水文学发展的各个阶段与特点F学习要求学习要求 一般了解即可WUHEE第三节第三节 水文学的发展水文学的发展水文学的发展，就是随着社会经济发展和水工程发展的需要，从萌芽到成熟、由经验到理论逐步发展起来的。今后的发展仍将遵循这一规律更快地向前发展，以满足社会继续发展的需求。水文学的发展，大体可分为以下几个阶段：萌芽时期（1400年以前）奠基时期（14001900年）应用水文学的形成（19001950年）现代水文学时期（1950年后）WUHEEF一、萌芽时期（一、萌芽时期（1400年以前）年以前）这一时期中国的水文知识居于世界领先地位，如2000年前建成的都江堰，至今仍在发挥
10、巨大作用，其中就体现着成功的水文知识；又如527年的水经注，是早于欧洲1000多年的水文地理巨著；公元前239年的吕氏春秋最先提出水文循环的概念。WUHEEF二、奠基时期（二、奠基时期（14001900年）年）该时期，西欧的文艺复兴和产业革命促进了水利事业的发展，在水文观测方面，发明制造了雨量器、蒸发器、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。WUHEEF三、应用水文学的形成（三、应用水文学的形成（19001950年）年）进入20世纪，大规模的水利水电建设蓬勃发展，需要科学的水文计算和水文预报，使应用水文学迅速发展起来。1900年的美国J.A.塞登提出著名的塞登定律、193
11、2年L.R.K.谢尔曼提出单位线法、1935年G.T.麦卡锡建立了马斯京根河道洪水演算法，1924年H.A.福斯特完整地建立了P-水文频率曲线计算方法等等，这一时期我国则比较落后。WUHEEF四、现代水文学时期现代水文学时期（1950年后）随着计算机、空间信息技术等高新技术的应用，使水文学发展进入了一个新时代，流域数学模型、水资源学、水环境学、随机水文学相继形成。WUHEE小结小结F研究对象研究对象：自然界中水体变化基本规律。F研究内容研究内容：水文学与工程水文学，水资源，水文变化基本规律与计算方法。F研究目的研究目的：了解水文学与工程水文学的意义、主要内容及作用，理解水文变化基本规律及基本研究方法。