水文学原理
水文学原理
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
------333---333333000000000 ------555---555555000000000
------444---444444000000000
坝 九龙港
横
------333---333333000000000
------222---222222000000000
十二圩港口 西界港口
– （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
沙 老
天生港 长 青 沙
000000000
000000000 000000000
------222---222222000000000
------222---222222000000000
海
洪北沙
000000000
------111---111111000000000 ------222---222222000000000
水文学原理
名词解释：1 下渗容量分配曲线：以地面下渗容量fp为纵坐标，以小于等于该地面下渗容量所占的流域面积比重为横坐标，则所得的曲线称为流域下渗容量分配曲线。
2 流域蓄水容量曲线：以包气带达到田间持水量时的土壤含水量w’m为纵坐标，以小于等于该W’m所占的流域面积比重a为横坐标，则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线。
3 最大流域汇流时间：流域中最长路径的水质点流到出口断面的时间。
4平均流域汇流时间：5 等流时线：是在流域上勾绘的一组等值线，每条等值线上各点的水质点，将同时到达出流断面。
两条等流时线间的面积称为等流时面积6 等流时面积：是在流域上勾绘的一组等值线，每条等值线上各点的水质点，将同时到达出流断面。
两条等流时线间的面积称为等流时面积7 流域面积：在地形图上定出流域（地面）分水线，然后量出它所包围的面积。
8 最大吸湿量：9 田间持水量：毛管悬着水达到最大时的土壤含水率称为田间持水量。
10 下渗容量：当土壤表面水分供应充足时，此时的下渗率称为下渗能力，下渗能力也称下渗容量。
11 下渗曲线：是干燥土壤在充分供水条件下流域下渗能力过程线。
12 特征河长：就是使下断面由水位引起的∆Q正好与由附加比降引起的∆Q抵消时的河长。
13 流域瞬时单位线：14 流域单位线：在给定的流域下，单位时段内均匀分布的单位地面（直接）净雨量，在流域出口断面形成的地面（直接）径流过程线，称为单位线。
15 径流系数：任意时段内径流深度R与同时段内降水深度P之比。
公式α=R/P简答：1、下渗过程中土壤水分剖面的变化如何？2、超渗地面径流的产流面积变化有何特点？（1）随着降雨历时的增加，产流面积有时增大，有时减小（2）产流面积的大小与降雨强度和初始土壤含水量有关；（3）一次降雨过程中，全流域超渗产流与局部流域超渗产流可能是交替出现的。
3、蓄满产流的产流面积变化有何特点？当W0=0时：（1）随着降雨量的不断增加，产流面积不断增大。
（2）产流面积的变化与降雨强度无关。
水文学原理
水文学原理
水文学原理是指研究地表水运动的科学，是一门关于水的科学。
它的研究内容涉及到水的物理、化学、生物学等多方面，是研究陆地水文过程的一门学科。
水文学的研究内容包括水的物理特性、水的地质特性、水的化学特性、水的生物学特性以及水的运动特性等，是研究地表水运动的科学。
水文学原理涉及到多个学科，如水文学、地理学、地质学、水文地质学、水质学、水利学等。
它的研究内容涉及到水的物理特性、水的地质特性、水的化学特性、水的生物学特性以及水的运动特性等，是研究地表水运动的科学。
水文学的研究可以帮助我们更好地了解水的特征和运动，以便对水的运动和利用进行合理规划。
水文学研究的结果可以帮助水利工程设计者和决策者更好地了解水的运动特征，以便制定有效的水利设施管理措施。
水文学研究的结果还可以用于水资源管理和开发，以及水资源管理和水污染控制等领域。
水文学对水资源的管理和利用有着重要的作用，它不仅是水资源管理的基础，而且也是水利工程的基础。
水文学的原理是关于水的科学，它的研究内容涉及到水的物理、化学、生物学等多方面，是研究陆地水文过程的一门学科。
它的研究
结果可以用于水资源管理、水利工程设计以及水资源管理和水污染控制等领域，为水资源的管理和利用提供了重要的参考。
《水文学原理》课件
水文学在水利工程中的应用
水利工程规划
水文学为水利工程提供基础数据 ，如流域的径流量、水位、流速 等，帮助规划者评估工程对流域
水文环境的影响。
洪水预测与管理
水文学通过分析历史洪水数据， 预测未来洪水趋势，为洪水预警
和防洪减灾提供科学依据。
水资源评价与开发
水文学研究流域的水资源量、分 布和变化规律，为水资源评价、 开发利用和保护提供重要依据。
意义
水循环是地球上水圈和大气圈相互作用的产物，是地球上水的重要运动和循环过 程，对地球表面的气候、生态系统和人类生活等方面都有重要影响。
水循环的环节与过程
环节
水循环包括蒸发、降水、径流等环节 。
过程
水从海洋蒸发后形成水汽，通过气流 输送到陆地，在陆地形成降水，再通 过地表径流和地下水等方式回到海洋 ，完成一个循环。
水文学观测的现代技术
遥感技术
利用卫星或飞机搭载的 遥感设备，对大面积水 体进行快速、准确的观
测。
自动监测技术
利用传感器、数据采集 器等设备，对水体各项
参数进行实时监测。
GIS技术
利用地理信息系统，对 水文学数据进行空间分
析和管理。
数学模型
利用数学模型模拟水文 学过程，预测水文学变
化趋势。
水文学观测数据的处理与分析
河流、湖泊、地下水等水体类型与特征
河流
地下水
河流是流动的水体，由雨水、融雪等 补给，具有水位、流量、流速等特征 ，是水循环的重要环节。
地下水是储存在地下的水体，主要由 降水、地表水渗透形成，具有水位、 水质、储量等特征，是重要的水资源 之一。
湖泊
湖泊是静止的水体，主要由河流、地 下水等补给，具有水深、水质、湖岸 线长度等特征，对周边生态环境有重 要影响。
(完整word)水文学原理
水文学原理•名词解释1、水文大循环和小循环：水文循环:地球上的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗及径流等环节，进行的周而复始的地理位置和物理形态的变换的运动过程。
水的三态转化特性是水文循环的内因，太阳辐射和重力作用是外因或动力。
1）水文大循环是发生于全球海洋与陆地之间的水分子交换过程。
由海洋上蒸发的水汽，被汽流带到大陆上空，遇冷凝结而形成降水.降水至地面后,一部分蒸发直接返回空中,其余部分都经地面和地下注入海洋。
2）水文小循环是指陆地上的水分经蒸发、凝结作用又降落到陆地上，或海洋面蒸发的水汽在空中凝结后，又以降水形式降落在海洋中。
前者可称为内陆小循环，后者称海洋小循环。
2、水量平衡：是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之差必等于该时段区域（或水体)内蓄水的变化量，即水在循环过程中,总体上水量是平衡的。
3、流域蒸发能力：是指充分供水条件下的流域日均总蒸发量。
4、田间持水量：土壤中所能保持的分子水和毛管悬着水的最大量5、凋萎系数：植物无法从土壤中吸收水而开始凋萎枯死时的土壤含水量6、水系: 在河流运动过程中，逐渐由小溪、小河集成大河，这样便构成脉胳相通的河流系统。
7、流域形状系数：是流域分水线的实际长度与流域同面积园的周长之比，R=A/L2R:形状系数, A：流域面积（km2）；L:流域长度(km)R值小，流域呈长形,流域水流变化缓和；反之，则水流变化剧烈.8、径流模数: 指流域出口断面流量与流域面积的比值。
M＝Q/F ，m3/s·km29、水质：水体质量的简称。
水分子H2O，化学成分复杂，水中有80多种化学元素.水中有8大离子：K+、Na+、Ca+、Mg+、Cl—、SO42—、HCO3—、CO32-10、最小值定律：植物生长取决于外界给它的所需养分中数量最少的一种.11、输沙率:单位时间内通过断面的泥沙含量.Q s=QP ,Q s－悬沙输沙率(kg/s）；Q－流量（m3/s）；P－断面平均含沙量（kg/m3）12、流域蓄水容量曲线:如果把全流域按蓄水容量大小划分成许多小块，然后把蓄水容量由小到大进行排列，并和其相应的面积（%)绘在一张图上，纵坐标是蓄水容量Wm’,横坐标是小于或等于蓄水容量Wm的各小块面积之和F0占全流域面积F的百分数（F0/F）、点绘的Wm’~F0/F关系曲线，称流域蓄水容量曲线。
水文学原理与应用
水文学原理与应用水文学是研究水文现象及其规律的一门科学。
它主要研究水文循环、水文过程、水文特性、水文数据的收集、分析和应用等方面的内容。
水文学与水力学、水资源学、环境水文学等学科紧密相关，是保障水资源合理利用和环境保护的重要基础。
一、水文学基本原理1、水文循环原理水文循环是指地球上水在不同形态之间不断转化的过程，包括蒸发、降水、地下水渗漏、径流、蒸散等。
水文循环对于水文学的研究至关重要。
2、水文过程原理水文学将水文过程分为几个不同的阶段，包括降雨、入渗、蓄水、径流、蒸发和蒸散等。
每个阶段的特征不同，需要采取不同的措施来管控。
3、水文特性原理水文特性是指水体在不同时间、空间和水量条件下表现出的性质和特点。
水文特性是不同水文参数（如水位、流量、速度等）的重要指标，反映了水体的变化趋势和状态。
二、水文学的应用领域1、水资源开发和利用水文学提供了水资源的定量分析和预测，能够为水资源的合理利用提供依据。
水文学在水库、水电站、灌区等方面具有广泛的应用。
2、水文灾害研究和预报水文学研究洪水、干旱、地质灾害等水文灾害，提供预报和预警服务，为灾害防治和抢险救援提供科学依据。
3、环境水文学研究水文学在环境保护领域具有重要的作用，能够协助制定环保标准和保护措施，提供水环境评估和监测数据，为环保科学评估提供依据。
三、水文学数据的收集和处理水文学需要大量准确的数据来支持研究，包括气象数据、水文数据、地形数据、水文观测数据等。
这些数据需要精确地测量和记录，再经过处理、分析和建模，才能揭示水文现象和规律。
四、水文模型在水文学中的应用水文模型是通过模拟水文过程、模拟流域水循环和水文特性，为水文学提供辅助决策和预测的工具。
研究人员可以依据实际情况，选择不同的水文模型来分析和预测水文数据和水文特性变化。
总之，水文学的研究和应用对于水资源的合理利用、水环境的保护以及灾害防治等方面都具有重要的作用。
未来将有更多的技术手段应用到水文学中，以支持水资源管理的科学化、系统化和精细化。
水文学原理
第一章1. 水文循环现象：水在太阳能和大气运动的驱动下，不断地从水面、陆面和植物的茎叶面，通过蒸发或散发，以水汽的形式进入大气圈。
在适当的条件下，大气圈中的水汽可以凝结成水滴，小水滴合并成大水滴，当凝结的水滴大到能克服空气阻力时，就在地球引力的作用下，以降水的形式降落到地球表面。
我们把水的这种既无明确的“开端”，也无明确的“终了”的永无休止的循环运动过程称为水文循环。
2发生原因：内因：水在常温下能实现“三态”转化；外因：太阳辐射地心引力3影响水文循环的因素：气象因素:风向、温度、湿度等；自然地理条件：地形、地质、土壤、湿度等；人类活动：农业措施、水利措施等；地理位置4.科学意义：1.形成各种地貌，塑造地球表面；2众多物质循环中最重要的物质循环，地球上生命生生不息，能千秋万代延续下去；3.形成一切水文现象，调节气候；4提供巨大的水利资源，水资源和水能资源具有再生性。
第二章1.水量平衡原理：针对一定长度的时间段，针对某一空间尺度2全球水量平衡（陆地、海洋）3. 流域水量平衡4. 水土植被系统的水量平衡方程式第三章1. 流域山峰、山脊、鞍部的连接线称分水线流域: 地面分水线包围的区域地面分水线与地下分水线重合的流域称为闭合流域；地面分水线与地下分水线不重合的流域称为非闭合流域。
2.水系流域中大大小小河道交汇形成的树枝状或网状结构称为水系3.坡地: 流域中除水系以外的部分称为坡地4 Strahler分级(1)直接发源于河源的小河流为一级河流；(2)两条同级别的河流汇合而成的河流级别比原来高一级（ω*ω= ω+1 ）；(3)两条不同级别的河流汇合而成的河流的级别为两条河流中的较高（ω*n=n,n>ω）;(4)整个河网中所有河流的级别的最大值取为整个河网的级别，也称流域级别。
5霍顿三大定律河数定律何长定律比降定律6.地形地貌与洪水关系第四章1降雨(水)基本要素降雨量（深）：指一定时段内降落在某一点或某一面积上的总雨量，用深度表示，以mm计。
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)
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1. 水文学的研究方法：1.考察法
2.成因分析法
3.地理综合法
4.数理统
计法5.长期观测法
2. 水文学研究方法的基本特点：1.多学科交叉渗透2.通过水文实验
揭示水文规律3.通过流域水文模型探索水文现象4.确定性与随机性研究方法相结合
3. 水文循环：指水圈中的各种水体在太阳辐射和地心引力的作用
下，通过不断的蒸发、凝结、水汽输送、降落、下神、地面径流和地下径流的循环王府放入过程成为水文循环。
4. 水文循环的三种尺度：全球水文循环2.流域水文循环3.水-土-植
系统水文循环
5. 水量平衡方程：
6. 流域：地面分水线包围的汇集降落在其中的雨水流至流域出口的
区域。
7. 闭合流域:地面分水线和地下分水线重合的流域。
8. 非闭合流域：地面分水线和地下分水线不重合的流域。
9. 霍顿四大定律：1.霍顿分级法2.比降定律3河数定律4河长定律5霍
顿面积定律。
10. 扩散模型：由于它的基础是由忽略惯性项的圣维南方程组所导得
的扩散波方程。
11. 降雨强度：单位时间的降雨量
12. 降雨量：时段内降落到地面上一点或一定面积上的降雨总量。
13. 降雨的三要素：1.降雨历时2.降雨强度3.降雨面积
14. 降雨时间变化的表示方法：1.降雨量累积过程线和降雨强度过程
线2.时段降雨量柱状图
15. 区域平均雨量的计算方法：1.等雨量线法2.泰森多边形法3.算术
平均法4.距离平方倒数法
16. 土壤质地：组成土壤的固体颗粒的主要粒径或粒径范围。
17. 砂砾、粉砾和粘砾
18. 土壤湿度：土壤中含有水分的情况
19. 1质量含水率2.容积含水率3.饱和度
20. 土壤水分的主要作用力：分子力、毛管力和重力作用
21. 吸湿、脱湿曲线
22. 下渗：水分透过土壤层面沿水平和垂直方向渗入土壤的现象
23. 下渗率：单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤的含水量
24. 下渗容量或下渗能力：如果供水条件充分大，则下渗率将达到同
初始土壤含水量和同土壤质地下渗容量的最大值
25. 下渗曲线：下渗容量岁时间的变化曲线
26. 累积下渗曲线：下渗曲线的积分曲线
27. 1.渗润阶段2.渗漏阶段3.渗透阶段
28. 从上而下：饱和带、水分传递带、湿润带和湿润锋
29. 下渗与降雨强度的关系：迈耶公式、华东水利学院公式
30. 影响蒸发的因素：1、土壤孔隙性2.地下水位3.温度梯度
31. 下渗经验公式：1霍顿公式2.霍尔坦公式3.考斯加柯夫公式
32. 植物散发：植物根系从土壤中吸收水分，经枝干输送后，水分从
叶面和枝干气孔逸出并进入大气的过程。
33. 植物散发的影响因素：1.植物的胜利条件2.气象条件
34. 流域蒸散发指：流域内所有蒸发面（水面、土壤表面、植物枝叶
面及潜水面）上的蒸发之和。
35. 河网汇流：在这一阶段，各种水源的径流汇集在一起，从低一级
河流汇入高一级河流，从上游到下游，最后汇集到流域出口断面。
36. 路面蒸发：土壤蒸发和植物散发合称
37. 包气带水分动态：指包气带中水分含量及水分剖面的增长和消退
过程。
38. 1包气带地面对降雨的再分配作用2.包气带土层对下渗水量的再
分配作用
39. 1.壤中水流2.饱和地面径流3.回归流4.山坡产流
40. 降雨产流受控于两个条件：1.降雨强度超过下渗容量2.包气带的
土壤含水量超过田间持水量
41. 产流的基本条件：1.从透水性看，大气层可认为是绝对透水的，
因此它与包气带的界面——地面就具备产流的基本条件；2不透水基岩或地下水面，可看做是绝对不透水的；3.在包气带内部，在两种不同透水性土壤界面上，当较强透水性的土壤位于界面以上时，也提供了产流的基本条件；4如果地下水面因土层饱和能达到地面。
地面就变成大气于水面的界面，大气是绝对透水的，水面是绝对不透水的，它们的界面就是产流的基本条件，这就是饱和地面径流产生的基本条件。
42. 1.“蓄满”产流模式2.“超渗”产流模式
43. 洪水波：突然有一定水量在此时注入河道，原来的水面就因受到
干扰而形成不稳定波动。
44. 波流量：这种由于突然注入一定水量而在河道里增加的流量
45. 洪水波的几何特征：1.波体2.波高3.波峰4.波长
46. 洪水波的运动特征：附加比降2.相应流量3.波速
47. 波高：波体轮廓线上任一点相对于稳定流水面的高度。
48. 洪水波的最大特征值：最大流量、最高水位、最大流速及最大比
降
49. 洪水的四类：1.运动波2.扩散波3.惯性波4.运动波
50. 浅水波：波长比水深大得多的不稳定波动
51. 深水波：波长远小于水深的不稳定波动
52. 特征河长：河段的槽蓄量一定与下断面流量呈单一关系，具有这
种特征的河段长。
53. 湿润锋：湿润带与下渗水尚未涉及到的土壤交界面
54. 蒸散发是包气带水分消退的主要原因。
55. 线性流域汇流系统：一个流域汇流系统如果既满足叠加性又满足
均匀性。
56. 回归流：原先为壤中水径流，后又渗出地面而变成饱和地面径流
的径流成分
57. 回归流的形成条件：山坡上土壤中流比较发育，而坡脚处不易形
成出露地面的饱和带
58. 饱和地面径流产生的物理条件：1.存在相对不透水层，且上层土
壤的透水性很强，而下层土壤的透水性却弱的很多2.上层土壤含水量达到饱和含水量
59. 缓不稳定流具有两个重要特征：1流线曲率很小，基本上互相平
行2.动水压力的分布大致与静水压力分布相同。