水文学原理学习教案.pptx

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1、会计学 1水文学原理(yunl)第一页，共232页。三、主要参考书三、主要参考书山坡水文学，刘新仁译山坡水文学，刘新仁译径流形成原理，芮孝芳编著径流形成原理，芮孝芳编著(binzh)(binzh)土壤和水土壤和水物理原理和过程，物理原理和过程，DD希勒尔著希勒尔著 华华孟译孟译普通水文学，邓绶林编著普通水文学，邓绶林编著(binzh)(binzh)工程水文学，（美）林斯莱著工程水文学，（美）林斯莱著城市水文学，朱元甡、金光炎著城市水文学，朱元甡、金光炎著第 2页/共 232页第二页，共232页。水文学知识(zh shi)实例n n 1 1、黑 黑龙 龙江 江 全 全长 长4485 4485公

2、公里 里，流 流域 域面 面积 积是 是89 89万 万平 平方 方公 公里 里(只 只算 算国 国内 内)，仅 仅次 次长 长江 江、黄 黄河 河占 占第 第三 三位 位。年 年径 径流 流总 总量 量达 达2720 2720亿 亿立 立方 方米 米，仅次于长江、黄河占第三位。仅次于长江、黄河占第三位。n n 2 2、1998 1998年长江流域特大洪水为百年一遇大洪水。年长江流域特大洪水为百年一遇大洪水。n n 3 3、自 自从 从(zcng)2010(zcng)2010年 年9 9月 月23 23日 日以 以来 来，山 山东 东大 大部 部分 分地 地区 区近 近140 140天 天基

3、基本 本无 无有 有效 效降 降水 水，发 发生 生了 了严 严重 重的 的秋 秋冬 冬春 春三 三季 季连 连旱 旱。分 分析 析显 显示 示，如 如果 果到 到2 2月 月底 底仍 仍然 然没 没有 有大 大范 范围 围有 有效 效降 降水 水，全 全省 省气 气象 象干 干旱 旱将 将达 达到 到200 200年一遇，部分市将达到 年一遇，部分市将达到500 500年一遇。年一遇。n n 4 4、明天有小雨。、明天有小雨。第 3页/共 232页第三页，共232页。水文学研究(ynji)对象研究(ynji)内容研究(ynji)方法研究意义发展史第 4页/共 232页第四页，共232页。一、

4、水文学及其研究(ynji)对象n n 1 1、水文学、水文学n n 国 国际 际水 水文 文科 科学 学协 协会 会（IAHS IAHS）：研 研究 究地 地球 球上 上水 水文 文循 循环 环和 和大 大陆 陆上 上各 各种 种水 水，如 如地 地下 下水 水(xi(xi shu shu)和 和地 地下 下水 水(xi(xi shu shu)，雪 雪和 和冰 冰川 川及 及其 其物 物理 理的 的、化 化学 学的 的和 和生 生物 物学 学的 的变 变化 化过 过程 程；各 各类 类形 形态 态的 的水 水与 与气 气候 候及 及其 其他 他物 物理 理的 的和 和地 地理 理的 的因 因素

5、 素间 间的 的关 关系 系，以 以及 及它 它们 们之 之间 间的 的相 相互 互作 作用 用；研 研究 究侵 侵蚀 蚀和 和泥 泥沙 沙同 同水 水文 文循 循环 环的 的关 关系 系；检 检验 验在 在水 水资 资源 源管 管理 理和 和利 利用 用中 中的 的水 水文 文问 问题 题；以 以及 及在 在人 人类 类活 活动 动影 影响 响下 下水 水(xi(xi shu shu)的变化。的变化。n n 中 中国 国大 大百 百科 科全 全书 书：水 水文 文科 科学 学是 是地 地球 球上 上水 水的 的起 起源 源、存 存在 在、分 分布 布、循 循环 环、运 运动 动等 等变 变化

6、 化规 规律 律和 和运 运用 用这 这些 些规 规律 律为 为人 人类 类服 服务 务的 的知 知识 识体 体系 系，水 水圈 圈同 同大 大气 气圈 圈、岩 岩石 石圈 圈和 和生 生物 物圈 圈等 等自 自然 然圈 圈层 层的 的关 关系 系也 也是水文科学的研究领域。是水文科学的研究领域。Internationalassociationofhydrologicalsciences第 5页/共 232页第五页，共232页。一、水文学及其研究(ynji)对象 n n 2 2、研究对象、研究对象n n 水文学是研究自然界中各种 水文学是研究自然界中各种(zh zh n n)水体的形成、分布、

7、循环和与环境相互作用规律 水体的形成、分布、循环和与环境相互作用规律的一门科学。的一门科学。n n 水在地球上的分布：水在地球上的分布：n n 形态：汽态、液态、固态 形态：汽态、液态、固态n n 空间：空中、地面、地下和生物中 空间：空中、地面、地下和生物中n n 水圈：大气水、海洋水、陆地水和生物水 水圈：大气水、海洋水、陆地水和生物水第 6页/共 232页第六页，共232页。第一章 绪 论第二章 水文(shuwn)循环第四章 降 水第五章 土 壤 水第六章 下 渗第七章 蒸发(zhngf)与散发第八章 产流机制(jzh)第十章 地表水流第十一章 洪水演算第十二章 流域产流第十三章 流域汇

8、流第三章 流域和水系二、水文学研究内容 第 7页/共 232页第七页，共232页。三、研究(ynji)方法 n n 1 1、水文现象的特点、水文现象的特点n n 水文现象：水在循环过程中的存在和运动形态。水文现象：水在循环过程中的存在和运动形态。n n 水文现象时程变化的周期性与随机性的对立统一 水文现象时程变化的周期性与随机性的对立统一n n（1 1）周期性的体现 周期性的体现n n（2 2）随机性的体现 随机性的体现n n（3 3）二者对立统一 二者对立统一n n 水文现象地区分布的相似性与特殊性的对立统一 水文现象地区分布的相似性与特殊性的对立统一n n（1 1）相似性的体现 相似性的体

9、现n n（2 2）特殊性的体现 特殊性的体现n n（3 3）二者对立统一 二者对立统一n n 小结：小结：n n（1 1）由 由水 水文 文现 现象 象具 具有 有时 时程 程上 上的 的随 随机 机性 性和 和地 地区 区上 上的 的特 特殊 殊性 性，需 需要 要对 对各 各个 个不 不同 同流 流域 域的 的各 各种 种水 水文 文现 现象 象进 进行 行年 年复 复一 一年 年的 的长 长期 期观 观测 测，积 积累 累资 资料 料，进 进行 行统 统计，分析其变化规律。计，分析其变化规律。n n（2 2）由 由水 水文 文现 现象 象具 具有 有地 地区 区上 上的 的相 相似 似性

10、 性，可 可有 有目 目的 的(md)(md)选 选择 择代 代表 表性 性的 的河 河流进行观测，并移用其成果于相似地区。流进行观测，并移用其成果于相似地区。第 8页/共 232页第八页，共232页。三、研究(ynji)方法n n 2、研究(ynji)方法成因分析法 确定性规律 偶然性规律 区域性规律 数理统计法 地理综合法 第 9页/共 232页第九页，共232页。四、研究(ynji)意义n n 1、给水(j shu)工程主要与取水工程有关(yugun)：(1)水量丰沛时：了解水位、泥沙及冰凌情况第 10页/共 232页第十页，共232页。四、研究(ynji)意义（2）水量不足时 以丰补欠

11、，进行(jnxng)水量引取、蓄放和调节n n 1、给水(j shu)工程密云水库第 1 1页/共 232页第十一页，共232页。四、研究(ynji)意义 n n 2、排水工程n n（1）雨水排泄n n（2）洪水(hngshu)防御2006 年7 月韶关铁路成为(chngwi)河道水中熄火的车辆2006 年7 月韶关体育馆陷入汪洋第 12页/共 232页第十二页，共232页。四、研究(ynji)意义 第 13页/共 232页第十三页，共232页。五、发展史 n n 水文学经历了由萌芽到成熟、由定性到定量、由经验到理论的发展过程。水文学经历了由萌芽到成熟、由定性到定量、由经验到理论的发展过程。n

12、 n 1 1、水文知识的萌芽阶段、水文知识的萌芽阶段(公元 公元1400 1400年以前 年以前)n n 这一时期中国的水文知识居于世界领先地位，如：这一时期中国的水文知识居于世界领先地位，如：n n 公元前 公元前239 239年的吕氏春秋 年的吕氏春秋；n n 2000 2000年前建成的都江堰；年前建成的都江堰；n n 公元 公元527 527年的水经注 年的水经注n n 2 2、水文科学基础形成阶段（、水文科学基础形成阶段（1400-1900 1400-1900年）年）n n 该时期，西欧的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 该时期，西欧的产业革命促进了水利事业的发

13、展，在水文观测方面，发明制造(zhzo)(zhzo)了雨 了雨量器、蒸发器、流速仪等，系统的水文测验为水文定量计 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。算及预报奠定了坚实基础。第 14页/共 232页第十四页，共232页。五、发展史 n n 3 3、应用水文学发展阶段（、应用水文学发展阶段（1900-1950 1900-1950年）年）n n 进 进入 入20 20世 世纪 纪，大 大规 规模 模的 的水 水利 利水 水电 电建 建设 设蓬 蓬勃 勃发 发展 展，需 需要 要科 科学 学的 的水文计算和水文预报，使应用水文学迅速发展起来。水文计算和水文预报

14、，使应用水文学迅速发展起来。n n 美国 美国1900 1900年 年J.A.J.A.塞登提出著名的塞登定律；塞登提出著名的塞登定律；n n 1924 1924年 年H.A.H.A.福斯特建立了 福斯特建立了P-P-水文频率曲线计算方法；水文频率曲线计算方法；n n 1932 1932年 年L.R.K.L.R.K.谢尔曼提出单位线法 谢尔曼提出单位线法n n 1935 1935年 年G.T.G.T.麦卡锡建立了马斯京根河道洪水演算法。麦卡锡建立了马斯京根河道洪水演算法。n n 这一时期我国水文学发展则比较落后。这一时期我国水文学发展则比较落后。n n 4 4、现代水文学发展阶段（、现代水文学发

15、展阶段（1950 1950年 年-至今）至今）n n 随 随着 着计 计算 算机 机、遥 遥感 感、遥 遥测 测等 等高 高新 新技 技术 术的 的应 应用 用，使 使水 水文 文学 学发 发展 展进 进入 入了 了一 一个 个新 新时 时代 代，流 流域 域(liy)(liy)数 数学 学模 模型 型、水 水资 资源 源学 学、水 水环 环境学、随机水文学相继形成。境学、随机水文学相继形成。第 15页/共 232页第十五页，共232页。五、发展史 n n 水文学的分类 水文学的分类(fn li)(fn li)分类依据 划分的分类与分支学科 研究方法动力水文学、系统水文学、计算水文学、水文统计

16、学、随机水文学、地理水文学、同位素水文学、数字水文学等研究对象河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、河口海岸水文学、水文气象学、地下水文学、海洋水文学和水资源学等应用范围工程水文学、农业水文学、土壤水文学、森林水文学、城市水文学、生态水文学等工作方式 水文测验学、水文调查学、水文实验学研究地域 区域水文学、全球尺度水文学（大尺度水文学）研究时段 古水文学、现代水文学第 16页/共 232页第十六页，共232页。第一章 绪论(xln)第一节 水文学的内容(nirng)和任务一、水文学的定义研究水的科学，核心水文循环。广义水文学按分布划分海洋水文学陆地水文学水文气象学地表水水文学土壤水水

17、文学地下水水文学河川水文学湖泊水文学冰川水文学河口水文学按应用分环境水文学、农业水文学、城市水文学第 17页/共 232页第十七页，共232页。1.1.水文测验 水文测验(或水文信息 或水文信息(xnx)(xnx)采集 采集)2.2.水文预报 水文预报3.3.水文水利计算 水文水利计算 二、传统 二、传统(chunt(chunt ng)ng)水文学的内容 水文学的内容第 18页/共 232页第十八页，共232页。一、水文学简史 英文Hydrology，来源于拉丁语，“水的知识”。经历了四个发展时期(shq)：1.萌芽期（公元1600年之前）2.奠基时期(shq)（公元1600-1900年）3.

18、实践时期(shq)（1900-1950年）4.现代化时期(shq)（1950年-）二、中国水文学的发展第二节 第二节 水文学的发展 水文学的发展(fzhn)(fzhn)第 19页/共 232页第十九页，共232页。一、水文现象 一、水文现象(xinxing)(xinxing)的基本特点 的基本特点1.1.时程变化上的周期性与随机性 时程变化上的周期性与随机性 2.2.空间变化上的相似性与 空间变化上的相似性与特殊性 特殊性第三节 第三节 水文 水文(shuwn)(shuwn)现象的基本特点及 现象的基本特点及研究方法 研究方法杨林天生港第 20页/共 232页第二十页，共232页。日潮位 日潮

19、位(chowi)(chowi)变化过程线 变化过程线第 21页/共 232页第二十一页，共232页。年最大流量变化年最大流量变化(binhu)(binhu)过程过程第 22页/共 232页第二十二页，共232页。年降水量变化 年降水量变化(binhu)(binhu)过程 过程第 23页/共 232页第二十三页，共232页。二、水文现象的研究 二、水文现象的研究(ynji)(ynji)方法 方法n n 成因分析法 成因分析法n n 以质量守恒、能量 以质量守恒、能量(动量 动量)守恒等定理为基 守恒等定理为基础，揭示水文现象运动变化的机理、规律。础，揭示水文现象运动变化的机理、规律。n n 数理

20、统计法 数理统计法n n 水文现象具有随机性，从而以概率理论为 水文现象具有随机性，从而以概率理论为基础，研究水文现象特征值的统计规律。基础，研究水文现象特征值的统计规律。n n 地理综合法 地理综合法n n 水文现象具有地区性，从而通过建立地区 水文现象具有地区性，从而通过建立地区经验公式 经验公式(gngsh)(gngsh)、绘制各种特征值等值线图，、绘制各种特征值等值线图，揭示水文特征值的地区规律。揭示水文特征值的地区规律。第 24页/共 232页第二十四页，共232页。第二章第二章 水文水文(shu(shuwn)wn)循环循环第一节 水的奇异物理性质水是仅次于空气的最活跃的物质之一；水

21、有三态变化，是自然界水文循环的基础；同其他氢化物相比，水有特别高的溶点和沸点；水有特别大的比热和蒸发潜热；水有反常的密度变化（4 C时密度最大）；水有较大的表面张力(biominzhngl)；水是各种盐类很好的溶剂；水具有几乎不可压缩性。第 25页/共 232页第二十五页，共232页。第二节 第二节 水文循环 水文循环(xnhun)(xnhun)现象 现象n n 水文循环 水文循环(xnhun)(xnhun)的原因（外因、内因）的原因（外因、内因）水的不断蒸发、输送、凝结(nngji)、降落、产流、汇流的往复循环过程降水P蒸发E地表径流R SEP陆地基岩下渗F海洋包气带地下径流R g壤中流R

22、SS蒸腾ET第 26页/共 232页第二十六页，共232页。第二节 第二节 水文 水文(shuwn)(shuwn)循环现象（续）循环现象（续）n n 大循环 大循环(xnhun)(xnhun)和小循环 和小循环(xnhun)(xnhun)n n 大循环 大循环(xnhun)(xnhun)：海洋：海洋 大气 大气 大 大陆 陆 海洋（纵向 海洋（纵向+横向）横向）小循环 小循环(xnhun)(xnhun)：海洋：海洋 大气 大气 海洋 海洋（海洋小循环（海洋小循环(xnhun)(xnhun)）大陆 大陆 大气 大气 大陆（内陆小循 大陆（内陆小循环 环(xnhun)(xnhun)）n n 水文循

23、环 水文循环(xnhun)(xnhun)的规律 的规律n n 海洋的蒸发量多于降水量；海洋的蒸发量多于降水量；n n 大陆的降水量多于蒸发量；大陆的降水量多于蒸发量；n n 大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平 大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡；衡；n n 大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。第 27页/共 232页第二十七页，共232页。第二节 第二节 水文循环 水文循环(xnhun)(xnhun)现象（续）现象（续）n n 水文循环的作用和意义 水文循环的作用和意义n n 地球上总水量 地球上总水量13.86 13.86亿 亿Km3 Km3，参与循环的

24、约，参与循环的约57.7 57.7万 万Km3 Km3，占，占0.0416%0.0416%。1 1、调节气候；、调节气候；n n 2 2、塑造了地球表面；、塑造了地球表面；n n 3 3、形成、形成(xngchng)(xngchng)了巨大的水利资源；了巨大的水利资源；n n 4 4、形成、形成(xngchng)(xngchng)一切水文现象。一切水文现象。第 28页/共 232页第二十八页，共232页。第三节 第三节 地球 地球(dqi)(dqi)系统中的水及水平衡 系统中的水及水平衡n n 水资源的概念（广义水资源、狭义 水资源的概念（广义水资源、狭义(xiy)(xiy)水资源）水资源）n

25、 n 地球上水的分布 地球上水的分布13.86亿km3淡水 2.53%咸水 97.47%13.86亿km3海洋 96.5%陆地 3.5%生物水 0.003%3500万km3淡 水永冻土层水 0.86%冰川雪盖 68.7%地下水 30.1%淡水湖 0.26%土壤水 0.05%大气水 0.04%河 水 0.006%第 29页/共 232页第二十九页，共232页。第三节 第三节 地球 地球(dqi)(dqi)系统中的水及水平衡 系统中的水及水平衡（续）（续）n n 水资源问题 水资源问题n n 原因 原因n n 水资源量时空分布不均匀；水资源量时空分布不均匀；n n 水资源分布与人口 水资源分布与人

26、口(rnk(rnk u)u)、耕地分布不相适、耕地分布不相适应；应；n n 水环境污染；水环境污染；n n 水资源浪费。水资源浪费。对策 时间和空间(kngjin)上的合理调配；积极开展水污染防治；节约用水。第 30页/共 232页第三十页，共232页。一、水量平衡 一、水量平衡(pnghng)(pnghng)1.1.通用水量平衡 通用水量平衡(pnghng)(pnghng)方程 方程wI OIO WRrEcPxEbqaRrRgRgI=Px+Ec+Rr+Rg O=Eb+qa+Rr+RgPx+Ec+Rr+Rg=Eb+qa+Rr+Rg W令E=Eb-Ec，Rr+Rg=RI，Rr+Rg=RO 则 P

27、x+RI=E+qa+RO W第三节 第三节 地球 地球(dqi)(dqi)系统中的水及水平衡 系统中的水及水平衡（续）（续）第 31页/共 232页第三十一页，共232页。一、水量 一、水量(shu(shu lin lin)平衡（续）平衡（续）2.2.河流流域水量平衡方程 河流流域水量平衡方程(fngchng)(fngchng)（1 1）闭合流域（没有流域来水）的水量平衡方程）闭合流域（没有流域来水）的水量平衡方程(fngchng)(fngchng)记 记Px=P Px=P，RI=0 RI=0，qa=0 qa=0，RO=R RO=R：某 某 时 时 段：段：P=E+R P=E+R W W多年平

28、均：P=R+E（2）不闭合(b h)流域（有外流域来水）的水量平衡方程 某 时 段：P=RO-R I+E W第 32页/共 232页第三十二页，共232页。3.3.全球水量平衡 全球水量平衡(pnghng)(pnghng)方程 方程一、水量(shu lin)平衡（续）时 段：Pl=El+R W大陆多年平均：Pl=El+R 时 段：Ps=Es-R W海洋多年平均：P s=Es-R 全球多年平均：P=E第 33页/共 232页第三十三页，共232页。二、热量 二、热量(rling)(rling)平衡（续）平衡（续）1.通用(tngyng)热量平衡方程 SSISOSISO S2.蓄水体热量平衡方程Hn=HI+H+Rn+Rat-Ho-He-Rb若时段较长 HI=Ho，则：Hn=Rn+Rat+H-He-Rb其中：He=LEHIH0Hn蓄热量变化量蒸发失热He感应热H太阳辐射Rn大气辐射Rat水体长波辐射Rb第 34页/共 232页第三十四页，共232页。