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1、水文基本原理2020年5月1 1水文循环水文循环2 2河流河流3 3流域流域4 4径流径流5 5流量流量6 6流量资料整编流量资料整编目录目录1.水文循环水文循环降水降水下渗下渗径流径流蒸蒸发2.河流河流河流一般可以分为五段：河流一般可以分为五段：河源、上游、中游、下游、河口。河源、上游、中游、下游、河口。河流的断面：河流的断面：横断面：横断面：河流某处垂直于流向的断面河流某处垂直于流向的断面。纵断面：纵断面：河流最深点的连线为溪线或中泓线河流最深点的连线为溪线或中泓线。河流的比降：河流的比降：河流纵比降河流纵比降、河流横比降河流横比降2.河流河流河流纵比降河流纵比降：也称为坡度，是指单位河长
2、上的落差。也称为坡度，是指单位河长上的落差。落差：落差：河底落差河底落差、水面落差水面落差 总落差：总落差：河底总落差河底总落差、水面总落差水面总落差 当河段纵断面或水面近似于直线时当河段纵断面或水面近似于直线时（我们最常用的）（我们最常用的）：2.河流河流平均纵比降平均纵比降L LL LA AB BC C3.3.流域流域流域是指河流某一控制断面以上汇集地面水和地下水的区域流域是指河流某一控制断面以上汇集地面水和地下水的区域称为河流在该断面以上的流域。称为河流在该断面以上的流域。集水面积、流域面积集水面积、流域面积 分水线：分水线：相邻流域的分界线相邻流域的分界线。地面分水线地面分水线 、地下
3、分水线地下分水线 流域：流域：闭合流域闭合流域、非闭合流域非闭合流域 4.径流径流径流形成过程径流形成过程 从降雨从降雨(或融雪或融雪)开始到水流流经流域开始到水流流经流域(或河流或河流)出口断面终止出口断面终止的整个物理过程。的整个物理过程。降雨降雨P植物截留植物截留In填洼填洼D植物散植物散发ET 下渗下渗f蒸蒸发E下渗下渗f 在该阶段，不产生径流的那部分降水称为损失量。在该阶段，不产生径流的那部分降水称为损失量。降雨量降雨量-损失量损失量=产流量。产流量。4.径流径流河网汇流过程河网汇流过程tQ洪峰洪峰流量流量Qm洪水洪水历时洪水洪水总量量W涨水段水段退水段退水段峰段峰段tQ4.径流径流
4、流量过程线及其组成流量过程线及其组成4.径流径流河流水源补给河流水源补给 雨水补给雨水补给 、冰雪补给、地下水补给、冰雪补给、地下水补给河川径流河川径流 在一年内和多年期间的变化特性称为径流情势。在一年内和多年期间的变化特性称为径流情势。年内变化年内变化（年内分配年内分配）、年际变化）、年际变化 Series1,冰雪融水,36.40%Series1,降水径流,42.00%Series1,地下水,21.60%冰雪融水降水径流地下水XX沟河沟河径流的组成径流的组成4.径流径流径流的计量单位径流的计量单位流量流量Q(m3/s)径流总量径流总量W W径流模数径流模数M(l/s/km2)径流深径流深R(
5、mm)R(mm)=W(m3)/1000/A(km2)径流系数径流系数 径流深度径流深度R R与产生它的降水深度与产生它的降水深度P P之比。之比。=R R/P P 4.径流径流实例实例XXXX站断面以上集水面积站断面以上集水面积481km481km2 2，20192019年平均流量为年平均流量为1.89m1.89m3 3/s/s，20192019年流域平均降水量为年流域平均降水量为310mm310mm（非水文站），（非水文站），求该站求该站20192019年年径流量、径流深和径流模数。年年径流量、径流深和径流模数。年年径流径流量量W W=365*24*3600*1.89365*24*3600*
6、1.89 =0.5960*100.5960*108 8 m m3 3径径 流流 深深 R =0.5960*10 0.5960*108 8/1000/481/1000/481 =123.9 mm径流系数径流系数 =123.9/310=0.40径流模数径流模数M =1.89/481 =3.93*10-3 m m3 3/（s*kms*km2 2）流量是指单位时间内通过某一过水断面的液体体积。流量是指单位时间内通过某一过水断面的液体体积。常用单位常用单位m m3 3/s s，以符号，以符号Q Q表示。表示。单位时间通过该微小面积的流量单位时间通过该微小面积的流量Q Qu uA A 单位时间通过该过水断
7、面的流量单位时间通过该过水断面的流量Q QQ Q 5.流量流量质量守恒定律质量守恒定律5.流量流量过水断面过水断面及断面水力要素及断面水力要素断面水力要素及计算断面水力要素及计算 过水面积过水面积A湿湿 周周水力半径水力半径R水力半径反映了过水断面的过流能力或通畅率水力半径反映了过水断面的过流能力或通畅率5.流量流量 谢谢才才曼宁公式曼宁公式断断面面平平均均流流速速谢谢才才系系数数水水力力半半径径水水面面坡坡降降或或底底坡坡粗糙系数，或糙率粗糙系数，或糙率水力半径单位均采用米水力半径单位均采用米比降面积法测流比降面积法测流5.流量流量梯形断面水力要素的计算梯形断面水力要素的计算 bh1mB底宽
8、底宽水深水深边坡系数边坡系数水面宽水面宽 过水断面面积过水断面面积 湿周湿周水力半径水力半径 5.流量流量单式断面单式断面:根据根据某河道洪水调查资料知道，在相距为某河道洪水调查资料知道，在相距为1000m的一顺的一顺直河段上，其过水断面形状近似为宽浅的矩形断面，河直河段上，其过水断面形状近似为宽浅的矩形断面，河段上下游断面洪痕高程分别是段上下游断面洪痕高程分别是z158.5m，z258.0m，断面平均水深断面平均水深 ，水面宽，水面宽B200m，根据河段，根据河段情况采用糙率情况采用糙率n0.04，求通过河道的洪峰流量。，求通过河道的洪峰流量。5.流量流量解：解：过水面积过水面积 湿湿 周周
9、 水力半径水力半径 水面坡降水面坡降 洪水流量洪水流量 Bh5.流量流量5.流量流量Bh糙率0.040糙率0.032糙率0.040糙率计算糙率计算：aabb分别计算：分别计算：5.流量流量复式断面复式断面某某顺直河段的平均断面，形状、尺顺直河段的平均断面，形状、尺寸如图所示，边坡近似为零，河底寸如图所示，边坡近似为零，河底底坡底坡i=0.0004i=0.0004，试估算此河段的流，试估算此河段的流量。量。解：对于河槽解：对于河槽5.流量流量例：某顺直河段的平均断面，形例：某顺直河段的平均断面，形状、尺寸如图所示，边坡近似为状、尺寸如图所示，边坡近似为零，河底底坡零，河底底坡i=0.0004i=
10、0.0004，试估算，试估算此河段的流量。此河段的流量。解：对于河滩解：对于河滩5.流量流量6.流量资料整编流量资料整编（1）关系曲线的绘制关系曲线的绘制在同一张方格纸上，以水位为纵坐标，自左至右，依次以流量、面积、流速为横坐标，点绘实测点：纵横比例尺要选取1、2、5的的10的的n次方次方倍倍，以便方便地读图；要使水位流量、水位面积、水位流速关系曲线，分别与横轴大致成450、600、600的交角，并使三条关系线互不相交。6.流量资料整编流量资料整编（2）低水放大图的绘制低水放大图的绘制在一般情况下，水位流量关系曲线的低水部分，都要另绘放大图，其目的是为保证读图精度。按照规范标准规定：读图的最大
11、误差应小于或等于小于或等于2.5%，不论流量比例如何，放大界限一律位于从零点算起的20毫米处。其根据如下：在推流时，一般读图误差不超过方格图纸的半个小格（1小格为1毫米），设放大界限为X格，则读数相对误差为0.5/x，为满足精度要求，应有 解得：6.流量资料整编流量资料整编（3）编制推流时段表编制推流时段表全年各个时期水位流量关系曲线定好后，要按顺序注上线号，并在图内适当空挡处，编写推流时段表，推流时段表如下表所示。线号推流时段依据测次接头附注起止水位流量月日时分月日时分1110：002812：00112.1135.622812:003420:0014113.3243.233420:00518
12、23:001526113.5650.56.流量资料整编流量资料整编（4）水位流量关系曲线不确定度及系统误差估算水位流量关系曲线不确定度及系统误差估算 1）测点标准差的计算第 次实测流量（作为单值化处理的单一线中第 次校正流量或校正流量因素）；第 次实测流量 相应的曲线上的流量（或作为单值化处理的单一线中第 次校正流量或校正流量因素相应的曲线上的校正流量或校正流量因素）；测点总数。6.流量资料整编流量资料整编 2）随机不确定度的计算 3）水位流量关系定线系统误差估算 实测关系点据与关系线无明显系统偏离时，系统误差可采用测点（或校正点）对关系线相 对误差的平均值。6.流量资料整编流量资料整编水位流
13、量关系定线精度指标表水位流量关系定线精度指标表站类定线方法定线精度指标系统误差(%)随机不确定度(%)一类精度的水文站单一曲线法18水力因素法210二类精度的水文站单一曲线法110水力因素法212三类精度的水文站单一曲线法211水力因素法3156.流量资料整编流量资料整编（5）水位流量关系曲线定线检验水位流量关系曲线定线检验 1）符号检验）符号检验判断两个随机变量 X和 Y 的概率分布是否 存在显著性差异。公式：K为正号或负号的个数当 u小于临界值 ，则原假定成立，说 明关系线合理。6.流量资料整编流量资料整编2）适线检验）适线检验 适线检验是对实测点与关系线正负偏离值排列情况的检验，即检验关
14、系曲线是否有系统偏差。检验方法：将实测点按水位递增顺序排列递增顺序排列统计出每个实测点偏离曲线的正负号，再从最低水位第2点起，依次与前一个符号相比，同符号记为同符号记为“0”，不同符号，不同符号记为记为“1”，然后统计出，然后统计出“1”的个数。的个数。出现出现“1”的个数越多，曲线就越合理；否则，说明的个数越多，曲线就越合理；否则，说明测点有系统偏差。测点有系统偏差。6.流量资料整编流量资料整编6.流量资料整编流量资料整编3）偏离数值检验 检查测点偏离关系线的平均偏离值（即平均 相对误差）是否在合理范围以内，借以数据 论证关系曲线定得是否合理。6.流量资料整编流量资料整编（6）水位流量关系曲
15、线的延长）水位流量关系曲线的延长水位流量关系曲线延长的范围，一般要求高水部分延长不应超高水部分延长不应超过当年实测流量所占水位变幅的过当年实测流量所占水位变幅的30%；低水部分不超过低水部分不超过15%。高水延长是指将关系曲线向当年最高洪水位或调查洪水位方向的延长。低水延长是指将关系曲线向断流水位方向所作的延长。6.流量资料整编流量资料整编（7）编制水位流量关系表编制水位流量关系表（流率表）（流率表）流量 水位（cm）（m3/s）水位级（m）0123456789流量差30.0022.924.025.126.227.328.429.430.531.632.710.9 1033.835.236.638.039.440.842.143.544.946.313.9 2047.749.351.052.654.355.957.559.260.862.516.4 3064.166.268.370.372.474.576.678.780.782.86.流量资料整编流量资料整编