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水文学原理 ppt课件
量或一次降雨的降雨量点绘在各自测站的位置上，然后按降雨 量相同的原则连成光滑曲线。
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
4、降雨空间变化的表示
a 等雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。 b 等雨量线所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于：
（1）雨量站位置 （2）雨量站数目
分别对不同历时的等雨 量线图点绘降雨深与面 积关系曲线，得到一组 以历时为参变数的降雨 深与面积关系线。
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
影响降雨的因素 降雨分类 降水成因
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
1、降水成因
水汽、上升运动和冷却凝结（凝结核）是形成降水的三个因素。
降雨
聚集
凝结核
冷却 大气中水汽
第四章 降 水 (Precipitation)
本章主要内容
降水要素及其时空变化表示方法
(Precipitation elements & Temporal and spatial variation)
降雨类型及其影响因素
(Types of rainfall and Affecting factors)
时间 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
累积降雨 0
11.5 60.0 77.0 78.5 80.7
时段降雨 0
11.5 48.5 17.0 1.5 2.2
历时
1 2 3 4 5 6
累积降雨
48.5 65.5 77.0 78.5 80.7 80.7
雨强
48.5 32.8 25.7 19.6 16.1 13.4
区域（流域）平均降雨量计算方法
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
4、降雨空间变化的表示
a 等雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。 b 等雨量线所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于：
（1）雨量站位置 （2）雨量站数目
分别对不同历时的等雨 量线图点绘降雨深与面 积关系曲线，得到一组 以历时为参变数的降雨 深与面积关系线。
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
影响降雨的因素 降雨分类 降水成因
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
1、降水成因
水汽、上升运动和冷却凝结（凝结核）是形成降水的三个因素。
降雨
聚集
凝结核
冷却 大气中水汽
第四章 降 水 (Precipitation)
本章主要内容
降水要素及其时空变化表示方法
(Precipitation elements & Temporal and spatial variation)
降雨类型及其影响因素
(Types of rainfall and Affecting factors)
时间 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
累积降雨 0
11.5 60.0 77.0 78.5 80.7
时段降雨 0
11.5 48.5 17.0 1.5 2.2
历时
1 2 3 4 5 6
累积降雨
48.5 65.5 77.0 78.5 80.7 80.7
雨强
48.5 32.8 25.7 19.6 16.1 13.4
区域（流域）平均降雨量计算方法
水文学原理
CM
A 小。 4
10
解：对A ψg= 10cm, ψp= 2cm, Φ=12cm
对B —B V= - 3×10-8 × （6-12）/10 =1.8 × 10-8m/s
B
三 非饱和土壤水运动的基本方程 l 非饱和水流的运动方程
V =−K(θ)dΦ ds
0
19
20
29
36
(H2O)2 41
58
59
50
51
(H2O)3 59
23
21
21
13
HH O
-+ -
+
O H O H H 液态水的闪动簇团模型
H HH
O
O H
H O
O
HO
H
H
OHO
H
HO
H H
H
H
H OH
H
O
H
H HO
H O
HH O
HH O H
H
HH O
OH
O
H
O H
HH
O
O H
H H OH
OH
海水密度的表示方法
水
水
量
量
湿润带
l 饱和带 l 水分传递带 l 湿润带 l 湿润锋
湿润锋
第二节 非饱和下渗理论
忽略重力作用的下渗 （一） 设D（θ）= D = 常数
f = (θ 0 − θ i )
D πt
（二） 设D为含水量θ的函数
f = 1 St 2 2
第三节 饱和下渗理论
一 基本假定 1. 水分分布带是完全饱和的。 2. 下渗锋面与下层土壤含水量具有明显
降水主要是降雨和降雪，其它形式 的降水还有露、霜、雹等。
水文学原理(九 地表水流)
13
Part 2 Kinematic wave and Diffusion wave
A
洪水运动的水力学描述 (Hydraulic description of flood wave movement)
B
洪水波的分类 (Classification of flood wave)
C
运动波及其特征 (Kinematic wave)
22
槽槽蓄蓄方方程程((SSttoorraaggee eeqquuaattiioonn))
33
洪洪水水波波运运动动的的水水文文学学方方法法
((HHyyddrroollooggiiccaall mmeetthhoodd ooff fflloooodd wwaavvee mmoovveemmeenntt))
44
特特征征河河长长((CChhaarraacctteerriissttiicc rriivveerr lleennggtthh))
55
28
槽槽蓄蓄曲曲线线的的特特性性
((NNaattuurree ooff SSttoorraaggee--ddiisscchhaarrggee ccuurrvvee))
水文学原理教学课件(for水文07)
第九章 地表水流 Surface Flow
Contents
11
洪洪水水波波的的形形成成及及传传播播 ((FFoorrmmaattiioonn aanndd pprrooppaaggaattiioonn ooff fflloooodd wwaavvee))
22
运运动动波波和和扩扩散散波波 ((KKiinneemmaattiicc wwaavvee aanndd DDiiffffuussiioonn wwaavvee))
Part 2 Kinematic wave and Diffusion wave
A
洪水运动的水力学描述 (Hydraulic description of flood wave movement)
B
洪水波的分类 (Classification of flood wave)
C
运动波及其特征 (Kinematic wave)
22
槽槽蓄蓄方方程程((SSttoorraaggee eeqquuaattiioonn))
33
洪洪水水波波运运动动的的水水文文学学方方法法
((HHyyddrroollooggiiccaall mmeetthhoodd ooff fflloooodd wwaavvee mmoovveemmeenntt))
44
特特征征河河长长((CChhaarraacctteerriissttiicc rriivveerr lleennggtthh))
55
28
槽槽蓄蓄曲曲线线的的特特性性
((NNaattuurree ooff SSttoorraaggee--ddiisscchhaarrggee ccuurrvvee))
水文学原理教学课件(for水文07)
第九章 地表水流 Surface Flow
Contents
11
洪洪水水波波的的形形成成及及传传播播 ((FFoorrmmaattiioonn aanndd pprrooppaaggaattiioonn ooff fflloooodd wwaavvee))
22
运运动动波波和和扩扩散散波波 ((KKiinneemmaattiicc wwaavvee aanndd DDiiffffuussiioonn wwaavvee))
水文学基础知识ppt课件
❖ 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。
19
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
3）锋面雨:
由于不同性质的气团相遇所形成的雨称 为锋面雨。
• 气团：
物理属性（物理属性主要是温度、湿度、 大气静力稳定度等物理量）在水平方向差异很 小的空气质点群体。其水平范围可达几百万平 方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。
14
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
（3）降雨的分类及其特性
按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种 类型：
• 对流雨 • 地形雨 • 锋面雨 • 气旋雨
15
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
4
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环示意图
5
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环的外因： 太阳辐射能和地球引力的存在
急行冷锋：
冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升 运动，锋面坡度较陡，介于1/40~1/80（41～820）。
急行冷锋雨 特点：
• 降雨在锋线附近， 降雨强度大
• 历时短、雨区窄
急行冷锋雨示意图
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
3）锋面雨:
由于不同性质的气团相遇所形成的雨称 为锋面雨。
• 气团：
物理属性（物理属性主要是温度、湿度、 大气静力稳定度等物理量）在水平方向差异很 小的空气质点群体。其水平范围可达几百万平 方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
（3）降雨的分类及其特性
按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种 类型：
• 对流雨 • 地形雨 • 锋面雨 • 气旋雨
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环示意图
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环的外因： 太阳辐射能和地球引力的存在
急行冷锋：
冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升 运动，锋面坡度较陡，介于1/40~1/80（41～820）。
急行冷锋雨 特点：
• 降雨在锋线附近， 降雨强度大
• 历时短、雨区窄
急行冷锋雨示意图
水文学原理
如果河段入流为单位入流函数ht则下断面出流为s曲线又称为单位过程线unithydrographhydrograph如果河段入流为单位入流函数ht则下断面出流为s曲线又称为单位过程线unit如果某河段上断面入流为单位瞬时脉冲入流t则河段下断面出流称为瞬时单位线u0t简写为ut线u0t简写为ut如果某河段上断面入流为单位瞬时脉冲入流t则河段下断面出流称为瞬时单位如果河段上断面入流为单位矩形入流则下断面出流称为时段单位线utt为时段单位线utt如果河段上断面入流为单位矩形入流则下断面出流称stdt000tstutdtuttsttdstut??1223basicsolution一般情况下先求u0t再求st最后求uttu0tu0tststuttutt1323basicsolution0sxtuxtdtt220qx00tlimxqxt0qqqctxxqt???????22cqqqctxx?????????????式中为常数是线性常微分方程满足叠加性应用laplace变换容易求得瞬时单位线的表达式为
10
2-3 Basic solution
简单入流的解称为基本解，又称为(河段)汇流曲线(flow concentration curve)。 如果河段入流为单位入流函 数H(t)，则下断面出流为S曲 线，又称为单位过程线(Unit Hydrograph) 如果某河段上断面入流为单 位瞬时脉冲入流δ(t)，则河 段下断面出流称为瞬时单位 线u(0,t)，简写为u(t)
6
2-2 Processing of inflow hydrograph
(1)简单入流过程(Simple inflow hydrograph)
a)单位入流过程(Unit Inflow hydrograph)：一直维持1个单位流量的入 流过程(例如 1m3/s)
10
2-3 Basic solution
简单入流的解称为基本解，又称为(河段)汇流曲线(flow concentration curve)。 如果河段入流为单位入流函 数H(t)，则下断面出流为S曲 线，又称为单位过程线(Unit Hydrograph) 如果某河段上断面入流为单 位瞬时脉冲入流δ(t)，则河 段下断面出流称为瞬时单位 线u(0,t)，简写为u(t)
6
2-2 Processing of inflow hydrograph
(1)简单入流过程(Simple inflow hydrograph)
a)单位入流过程(Unit Inflow hydrograph)：一直维持1个单位流量的入 流过程(例如 1m3/s)
水文学原理(全套课件上158P)
第三节 水文学的分支学科 (Major Branch Subjects of Hydrology) 1 、按理论或应用可分为：
2、按水体可分为：
3、按应用的对象可分为：
4、按水文学的研究方法分类：
第四节 水文学的研究方法
(Methodologies on Hydrology)
多学科交叉的研究途径 (Interdisciplinary appoach)
第一阶段：十九世纪
1856年，Darcy定律－渗流运动定律
1871年，圣维南(St. Venant)方程组 （明渠缓变不稳定流运动规律）
第二阶段：二十世纪初至五六十年代
1914年，Hazen，水文频率计算 1932年，Sherman，提出了单位线 1935年，Horton，产流量计算 1938年，MaCarthy ，提出Muskingum法
水文学是地球物理科学的一个分支 水文学又是水利工程科学的重要组成部分
水文学又具有社会科学性 水文学是水利工程科学的重要组 成部分（技术科学）
水文学是水资源开发利用的理论 基础（社会科学）
第二节 水文学发展的动力
(Driving force for the Development of hydrology)
研究地球系统中水的运动、循环和时空 分布规律，水的自然和社会属性、经济属性 ，水与生态环境相互关系（作用）以及在水 旱灾害防治、水资源合理开发利用和水环境 保护中的应用的科学称为水文学。
2、水文学的研究内容(Research fields of Hydrology)
揭示地球系统中水的运动规律、水的 循环机理和水的时空分布特点
实验途径(Experimental approach) 流域水文模拟(Hydrological Modelling) 确定性与随机性研究方法的结合 (Combination of deterministic and stochastic approaches)
水文学原理课件(第一章)
第一章绪论(Introduction)本章主要内容1水文学的研究对象2水文学的发展动力3水文学的分支学科4本课程内容及学习方法水是人类生活必需品，同样也是社会生产资料人类社会因水而得以延续，无水就会消亡；水是地球系统中的水圈、大气圈、岩石圈、生物圈和人类圈相互联系的桥梁，是多种物质交换的载体。
大气圈洪水与干旱水圈岩石圈人类圈生物圈地质灾害水资源生态环境AerosphereBiospherelithosphere AnthroposphereHydrosphere水问题的出现(60年代初)人口的快速增长起因工、农业的迅速发展人类活动的加剧引发的水问题水资源的量和质都不能满足需求水多、水少、水脏以及由水而引发的地质灾害问题水资源的短缺是人类今天面对的重要问题之一，它影响着数以百万计人的生计水问题已成为世界关注的问题水资源短缺及水环境恶化是全球性的大问题，据世行预测，按现有的耗水模式及速率，至2025年全球2/3的人将生活在水资源短缺之中。
世行为解决水资源、环境问题而投放到发展中国家的资金为每年700-800亿美元，全球需求量在未来15年内将增加2倍.✓联合国(UN) ---IHD(65-74)/IHP✓相关的国际或地区性的组织IAEA/UNDP/UNESCO✓非政府组织的广泛的关注Four major water issues in ChinaFloodsDroughtsSoil and water losses Water pollutionmorelessturbiddirty洪涝灾害频繁水多南京市(Nanjing)Floods水少水资源短缺突出Droughts2000年以来中国旱情实况时间涉及省市旱情2011长江中下游地区湖南、湖北、江西、江苏、安徽等地发生严重干旱2010西南五省旱灾云南、贵州、广西、重庆、四川5省（区、市）耕地受旱面积1.01亿亩，占全国的84%，作物受旱7907万亩，2088万人、1368万头大牲畜因旱饮水困难(分别占全国的80%、74%).2009我国多省遭遇严重干旱连续3个多月，华北、黄淮、西北、江淮等地15个省、市未见有效降水。
水文学原理(十二 流域汇流)
Lmax: 从流域出口断面 沿流而上至流域分水
线的最长距离。
max
Lmax
10
1-3 流域调蓄作用(Watershed storage effects)
造成流域调蓄作用的物理原因有二：
•每一水滴汇到出口断面的路径不一 （地貌因素） •每一水滴汇到出口断面的速度不一 （动力学因素）
涨洪时, 由于I(t)dt > Q(t)dt, 时段dt内流域蓄水量必将增加. 落洪时, 由于I(t)dt≤ Q(t)dt, 时段dt内流域蓄水量必将减小.
1 流域汇流的路径
Watershed flow paths
2 流域汇流时间 Watershed flow time of concentration
3 径流成因公式 Formula for computing the discharge at the watershed outlet
4 流域调蓄作用
1) 平均流域汇流时间 (Average watershed flow time of concentration)
idAi AA
直接利用左式计算平均流域汇流时间几乎不 可能，但水文学家已证明流域滞时是与平均 流域汇流时间等价的。流域滞时是指净雨中 心与相应的出流过程形心之间的时差。
8
1-2 流域汇流时间(Watershed flow time of concentration)
15
2-1 引言(Introduction)
叠加性原理：
I (t) I1(t) I2 (t)
n i 1
I i ( t )
n
i1
Ii (t)
Q1 t Q2 t
n
Q t Q i t i1
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一、水文学及其研究对象
• 2、研究对象
– 水文学是研究自然界中各种水体的形成、分布、循环 和与环境相互作用规律的一门科学。
– 水在地球上的分布：
–
形态：汽态、液态、固态
–
空间：空中、地面、地下和生物中
–
水圈：大气水、海洋水、陆地水和生物水
二、水文学研究内容
第一章 绪 论
第七章 蒸发与散发
第二章 水文循环
水文学原理
课程介绍
一、水文学原理的主要内容
1. 各种水体的形成、演变； 2. 水体形成的成因、演变的规律； 3. 研究水体形成成因、演变规律的方法。
二、学习目的
1.掌握水文现象的基本规律和研究方法； 2.本课程为专业基础课，为后继课程的学习做准备。
三、主要参考书
1. 山坡水文学，刘新仁译 2. 径流形成原理，芮孝芳编著 3. 土壤和水—物理原理和过程，D·希勒尔著 华孟译 4. 普通水文学，邓绶林编著 5. 工程水文学，（美）林斯莱著 6. 城市水文学，朱元甡、金光炎著
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。
五、发展史
• 水文学的分类
分类依据
划分的分类与分支学科
研究方法 研究对象
动力水文学、系统水文学、计算水文学、水文统计学、 随机水文学、地理水文学、同位素水文学、数字水文学 等
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
五、发展史
• 3、应用水文学发展阶段（1900-1950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，使应用水文学迅出著名的塞登定律； • ② 1924年H.A.福斯特建立了P-Ⅲ水文频率曲线计算
方法；
• ③ 1932年L.R.K.谢尔曼提出单位线法 • ④ 1935年G.T.麦卡锡建立了马斯京根河道洪水演算法。 • 这一时期我国水文学发展则比较落后。 • 4、现代水文学发展阶段（1950年-至今） • 随着计算机、遥感、遥测等高新技术的应用，使水文学发
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
第一章 绪论
第一节 水文学的内容和任务
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
水文学
研究对象 研究内容 研究方法 研究意义 发展史
一、水文学及其研究对象
• 1、水文学
International association of hydrological sciences
– 国际水文科学协会（IAHS）：研究地球上水文循环和大陆上各种水，
如地下水和地下水，雪和冰川及其物理的、化学的和生物学的变化过
海洋水文学 水文气象学
陆地水文学
地表水水文学 土壤水水文学
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······
水文学知识实例
• 1、黑龙江 全长4485公里，流域面积是89万平方公 里(只算国内)，仅次长江、黄河占第三位。年径流总 量达2720亿立方米，仅次于长江、黄河占第三位。
• 2、1998年长江流域特大洪水为百年一遇大洪水。 • 3、自从2010年9月23日以来，山东大部分地区近140
天基本无有效降水，发生了严重的秋冬春三季连旱。 分析显示，如果到2月底仍然没有大范围有效降水， 全省气象干旱将达到200年一遇，部分市将达到500 年一遇。 • 4、明天有小雨。
• 1（、2）给水量水不工足程时
以丰补欠，进行水量引取、蓄放和调节
密云水库
四、研究意义
• 2、 排水工程 • （1）雨水排泄 • （2）洪水防御
2006年7月韶关铁路成为河道
水中熄火的车辆
2006年7月韶关体育馆陷入汪洋
四、研究意义
五、发展史
• 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。
第八章 产流机制
第三章 流域和水系 第十章 地表水流
第四章 降 水
第十一章 洪水演算
第五章 土 壤 水 第六章 下 渗
第十二章 流域产流 第十三章 流域汇流
三、研究方法
• 1、水文现象的特点
• 水文现象：水在循环过程中的存在和运动形态。
• 水文现象时程变化的周期性与随机性的对立统一
–
（1） 周期性的体现
–
（2） 随机性的体现
–
（3） 二者对立统一
• 水文现象地区分布的相似性与特殊性的对立统一
–
（1） 相似性的体现
–
（2） 特殊性的体现
–
（3） 二者对立统一
• 小结：
– （1） 由水文现象具有时程上的随机性和地区上的特殊性，需要 对各个不同流域的各种水文现象进行年复一年的长期观测，积累
资料，进行统计，分析其变化规律。
程；各类形态的水与气候及其他物理的和地理的因素间的关系，以及
它们之间的相互作用；研究侵蚀和泥沙同水文循环的关系；检验在水
资源管理和利用中的水文问题；以及在人类活动影响下水的变化。
– 中国大百科全书：水文科学是地球上水的起源、存在、分布、循环、 运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系，水圈同大气 圈、岩石圈和生物圈等自然圈层的关系也是水文科学的研究领域。
– （2） 由水文现象具有地区上的相似性，可有目的选择代表性的 河流进行观测，并移用其成果于相似地区。
三、研究方法
• 2、研究方法
确定性规律
成因分析法
偶然性规律
数理统计法
区域性规律
地理综合法
四、研究意义
• 1、给水工程
主要与取水工程有关： (1) 水量丰沛时： 了解水位、泥沙及冰凌情况
四、研究意义
• 1、水文知识的萌芽阶段(公元1400年以前) – 这一时期中国的水文知识居于世界领先地位，如： – ① 公元前239年的《吕氏春秋》 ； – ② 2000年前建成的都江堰； – ③ 公元527年的《水经注》
• 2、水文科学基础形成阶段（1400-1900年） – 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。