水文学原理 第4章

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工程水文学水文第四章统计3

工程水文学水文第四章统计3
(2)在一张频率格纸上要求同时优选三个参数较 困难,采用经验比值,有时很难从水文现象 本身去解释。
二、优化适线法
优化适线是在一定的适线原则下,求解与经 验点据拟合最优的频率曲线的参数的方法
优化适线拟合最优的准则: (一)、离差平方和最小准则
离差平方和最小
n
2
SL ( ) = xi − f (Pi; ) i = 1,2,.....n
绝对值和最小准则的基本假定是,绝对值误差不随系列而变, 也迁就了大洪水,但其影响不及上法。
相对离差平方和最小准则的基本假定是系列相对误差不变。 这个假定较前两假定更符合实际资料条件。可获得较好的精度。
第六节 相关分析
一、相关分析的概念 前面分析的只是一种随机变量的变化规律。自然界中常遇到
两种或两种以上的随机变量,这些变量之间存在一定的联系。 相关分析:研究两个或两个以上随机变量之间的关系
4、由 X P = X (1+ CV )
计算不同的P 对应的 X P

5、点绘 (P , X P )
点据,分析人员凭经验判断调整 参数,看与经验点据配合的情况
若不理想,则修改参数再次计算。
由于频率曲线含有三个参数,无法同时判断哪种组合最优 修改参数时,先考虑改变 CS
其次考虑改变 CV 必要时调整 X
研究2个变量的相关关系,称为简相关,在水文中常见 研究3个或3个以上变量的相关关系------复相关
按相关图形可分为: 直线相关
非直线相关
3.相关分析的内容 (1)判断变量之间是否存在相关 (2)确定相关关系的数学形式和相关的 密切程度 (3)插补延长倚变量,并作误差分析。
二、简单直线相关 1、相关图解法
建立回归方程 第一步:确定线型——直线,

水文学原理-第4章 河流与流域

水文学原理-第4章 河流与流域

2020年2月1日
5
沿水流方向河流可分为:河 源、上游、中游、下游和河口 河源:河流的发源地,可以 是冰川、泉水、沼泽、湖泊等 上游:深山峡谷,落差大, 水流急,急滩瀑布 中游:两岸有滩地,河床较 稳定 下游:平原,河槽宽,比降 小,水流缓,浅滩河湾 河口:河流的终点,河口三 角洲
2020年2月1日
2020年2月1日
25
河口
③流域平均宽度
流域平均宽度(B)——流域面积与流域长度的比值
B F L
若两个流域面积相等,L越大,则B越小,水的流程也越长,这 样的流域,洪峰流量较小。 反之,L小,B就大,这样的流域,洪水威胁就大。
2020年2月1日
26
④流域形状 流域形状系数——流域平均宽度与流域长度的比值。
2020年2月1日
31
(3)流域的自然地理特征主要包括: 地理位置 气候特征 下垫面条件
2020年2月1日
32
流域地理位置:一般用流域中心或其边界的经纬度表示,如黄河 流域位于北纬32~42和东经96~11 9。还需要说明流域距离海洋 的远近以及与其他流域和周围较大山脉的相对位置,影响水汽的输 送条件,直接导致降雨量的大小和时空分布的不同。 流域气候条件:包括降水、蒸发、气温、湿度、气压、风速等。 降水量的大小及分布,直接影响河流年径流的多少;蒸发量则对年、 月径流有重大影响。气温、湿度、风速、气压等主要通过影响降水 和蒸发,从而间接影响流域径流。 流域下垫面条件:下垫面是相对于大气层而言的地球表面,流域 的下垫面条件指流域的地形地貌、地质构造、土壤和岩石性质、植 被、湖泊、沼泽、河网等情况。
6
第二松花江与嫩江汇合流向东 北,经哈尔滨、佳木斯、同江等 市县,于同江县东北约7km处由 右岸注入黑龙江。 根据松花江干流的地形及河道 特性,可分为上、中、下三段, 即由三岔河至哈尔滨市为上段, 上段全长240km,区间集水面 积3万km2,河道流经松嫩平原 的草原、湿地。哈尔滨市至佳木 斯市是松花江干流中段,穿行于 断崖、低丘和草地之间。由佳木 斯至同江是松花江干流下段。

水文学原理

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




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(4-5章)

水文学原理(4-5章)

a 2 t
)
z y y0erfc ( ) 2 Dt
z 2 Dt
y y0erfc( )
2

e

2
d
问题求解(续)
得到原问题的解为: ( z, t ) i
2( s i )

e

2
d
f p V | z 0 ( D ) z 0 ( D ) z 0 z z (D ( s i )
???zkzkzykyxkxt?????????????????????????zkzkzykyxkxt????????????????????????????????????????三非饱和水流的基本微分方程续zkzkzykyxkxt?????????????????????????????????????????d扩散系数?d?dkdddddd????????????????????????????z??????zzyyxxt?水平方向
二、土壤水分的存在形式
土粒分子从空气中吸附的水分。约几个分子厚度,为紧束缚 水,与水文现象关系不大。
薄膜水
吸湿水外面,土粒剩余分子力所吸持的水分。为受束缚水。
毛管水
a)
支持毛管水——地下水面以上受毛管力支持而存在于土壤孔 隙中的水分。
b)
毛管悬着水——受毛管力支持而悬吊于土壤孔隙中的水分。
第三节
重力水
p= e/(1+e)
第二节
1.
土壤含水量
重量含水量()
同一土样中水分重量占干土重量的百分比。
=(Ww / Ws)*100%
2.
体积含水量()
同一土样中水分体积占总体积的百分比。 = (Vw /V ) *100%

《水文学原理》Chapter 4 Evaporation

《水文学原理》Chapter 4 Evaporation
condensation occurs.
Saturation vapor pressure (SVP) ➢Calm conditions: Water vapor into overlying air → increase the water content → vapor pressure increases → condensation equalized with vaporization → evaporation ceases The air is called to be saturated. The vapor pressure at saturation called saturated (saturation) vapor pressure e°
Chapter 4 Evaporation
4.1 Introduction & definitions 4.2 The process of evaporation 4.3 Estimation of evaporation 4.4 Evaporation from different surfaces 4.5 The components of E from vegetation covers 4.6 Modeling evaporation 4.7 Progress in understanding evaporation equations
Two groups of factors A. the evaporating surface B. the atmospheric conditions
A. the evaporating surface For bare soil or open water 1. reflection coefficient 2. roughness of the surface 3. heat storage capacity For a cropped surface, two additional factors 4. soil cover, Sc 5. Crop resistance

水文学原理(第四章 降水)复习过程

水文学原理(第四章  降水)复习过程

3)减少降水量
森林能抑制地面温度升高,削弱对流, 减少降水量;植物叶面对降水量截留可占总 降水量的10-20%,全部用于蒸发,间接减少 了降水量;森林对降水的影响研究受到典型 性、测试条件、测试精度等影响,有待于进 一步研究。
5 水体的影响 大面积水体表面光滑,阻力小,易产
生对流,减少降水量;水面易产生逆温 现象,上升气团稳定,不易形成降水。
一 降水的形式 ► 1 定义:降水是指液态或固态的水汽凝结 物从云中降落到地面的现象。 ► 2 形式:雨、雪、雹、露、霜、霰等
3 意义:
降水是水循环最活跃的因子;人类用水 的基本来源(可再生水资源);降水资料是 分析河流洪枯水情、流域旱情的基础;是水 资源开发利用和管理规划的依据。
4 降水的形成 蒸发蒸腾——水汽上升——气压降低、
6 人类活动影响 一般都是通过改变下垫面条件而间接影
响降水,其影响或减少降水,或增大降水。 植树造林、大规模砍伐森林、修建水库、
灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽…… “雨岛效应”—即城市的增雨作用。其影
响的程度、增雨量的大小,与城市的规模、 工厂的多少、当地气候湿润的程度等有关。
第三节 降雨资料的分析与插补
时段
0
1
2
3
雨量(mm)
0
15
30
9
降雨强度(mm/h)
0
累计降雨量(mm)
0
Hale Waihona Puke 3) 等降水量线(等雨量线)
在一个区域某段时间内,降水量相等点的连 线所构成的等值线。
降水量等值线表示了给定时段内降水量随空 间的变化规律;
4) 降水特征综合曲线(如下图所示)
第二节 降水的类型及影响因素
一 降雨的类型

水文学原理四降水ppt课件

水文学原理四降水ppt课件
第四章 降 水
1
主要内容
HHU
1 降水要素及其时空变化表示方法 2 降雨类型及其影响因素 3 区域(流域)平均降雨量计算方法 4 降雨资料的检验
2
§1 降水要素及其时空变化表示方法 H H U
降水的定义 降雨的基本要素 降雨时间变化的表示方法 降雨空间变化的表示方法 降雨要素的综合曲线
3
§1 降水要素及其时空变化表示方法 H H U
1 降水的定义:
大气中的液态水滴或固态冰雪颗粒,在重力作用下,克服 空气阻力,从空中降落到地面的现象称为降水。





4
§1 降水要素及其时空变化表示方法 H H U
2 降雨的基本要素
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。
降雨历时:降雨从某时刻到另一时刻所经历的时间称为降雨历时;
2)对每个三角形各边作垂直平分线,再用这些垂直平分
线构成以每个测站为核心的多边形;
3)量取每个多边形的面积fi。
计算公式: P 1
F
n
Pi fi
i 1
适用条件:雨量站分布不均
缺点:
1)没有考虑地形影响,假定雨量呈线性变化; 2)权重系数是固定的,不能反映降雨空间分布复杂多变 的特点。
28
29
§3 区域(流域)平均降雨量计算方法 H H U
3 降雨时间变化的表示
(1)时段降雨量柱状图:时段降雨量与相应时段之间的关
系图称为时段降雨量柱状图。
时间 13:42 14:00 14:30 15:34 17:00 18:10 19:00
时段降雨 0
11.5 33.5 31.9 1.6 2.2

第四章 水文统计基本原理与方法 工程水文学

第四章 水文统计基本原理与方法 工程水文学

求的安全率称设计频率标准。
§4-2经验累积频率曲线与理论累积 频率曲线
§4-2经验累积频率曲线与理论累积频率曲线
一、频率密度曲线与频率分布曲线
1.频率密度函数与分布函数
水文现象中的变量为连续型随机变量,其累积频率P(x≥xi)、
P(x≤xi)可以用一连续函数F(x)来表示,即P(x≥xi)=F(x), F(x) 称该随机变量的分布函数。
例 4-2 :某城市在不同河流上建有独立运行的两水泵站。 A 泵 站受到洪水淹没破坏的概率为 2%,B泵站破坏的概率为 5%,求 洪水期它们同时遭到破坏的概率有多大?
1 P( AB ) P( A) P( B ) 2% 5% 10000
六、累积频率与重现期
1. 累积频率 1)定义:一定范围内,水文特征值出现的总可能性即累积频率。 (累积频率可以预测多个水文特征值未来发生的概率。)
2、安全率:建筑物保持正常运转的可能性大小(即概率)称
为安全率,其值为1-P。
3、保证率:建筑物在n年内保持安全运转的可能性大小称之为 保证率,由概率的乘法定理,保证率为(1-P)n。 4、风险率:n年内安全运转遭到破坏的可能性的大小则称之为 风险率,为1-(1-P)n。 5、设计频率标准:国家根据工程的重要性和建筑物等级制定 的建筑物允许破坏率或要求的安全率。这一允许的破坏率或要
均系数表。后经雷布京等人的修正,成为专用水文计算表。
1961年中国科学院水文研究所又对此离均系数ФP计算表进行 修正扩展,加密点据,将ФP值补充到Cs=6.4。 x K p 1 pCv;xP KP x 理论累计频率曲线的坐标值:令 K
xP x(1 P Cv )
P与 xP一一对应。以x为纵坐标,P为横坐标,可绘出一条P~
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208.2 mm
时间 (hr)
降水特性综合曲线
1. 雨强-历时曲线 2. 降水平均深度—面积—历时关系曲线
3. 降雨强度—历时—频率曲线 IDF 等雨量线(也可表述降水的时空分布特性)
雨强-历时曲线
对同一场暴雨,选定不同的历时, 分别统计各选定历时内的最大平均雨强, 然后以雨强位纵坐标,历时位横坐标, 点汇得到不同历时的雨强分布曲线。 得到:同一场降雨,雨强随历时的增加而减小。 不同场 的降雨 ,雨强—历时曲线不同。
若时段长取得比较小
成为光滑曲线 瞬时降水强度过程线 (教材中图4.3 左图)
降水累积曲线
以时间为横轴、
以降水开始至各个时刻的累积降水量为纵轴、
绘制而成的圆滑曲线。
200
160
累计降水 (mm)
120 78.0 mm 80 30 分钟 141.2 mm 40 1 小时 0 0 30 60 90 2 hr 120 150
5. 降水数据完整性及代表性,降水数据是否经得起检验,
水循环过程
P = R + ET + ST 蒸散发 蒸发 蒸散发 R = 径流(地表径流.地下径流、融雪径流等)
ET = 蒸散发(降水截留蒸发、土壤、蒸腾等) 截留 ST = 储存(土内储存,下渗等)
洼蓄 降水
壤中流 R 输入 P、输出
水文模型
下渗 地表径流
降水概念1
降水量:在一定时段内,从大气降落到地面的降水在地平 面上所积聚的水层厚度。 一般是指某一时段(小时或日)内的总降水量。 每天定时观测,单位mm。 日降水量以8时为日分界,每日8时至次日8时降水量总和
降水历时 降水过程中某两个时刻间,降雨持续的时间
次降水历时:从降水开始到降水结束,经历的时段。 降水强度 单位时间内的降水量,一般用mm/h 表示
20cm土湿 6.0 4.0
2.0 4.0 0.0
233 234 235 236 237 238 239 239 240 241 mm mm
40cm土湿
80cm土湿
120cm土湿
99年8月21——9月11日阳坡草地降水
99年8月21——9月11日阳坡草地降水

242 243 244 245 246 247 248 249 250 250 251 252
降水的表示方法
怎么表示降水的时间与空间分布?
1. 降水过程线、降水强度过程线、瞬时雨强过程线
2. 降水累计曲线
3. 降水特性综合曲线
4. 等雨量线是一种特殊的降水特性综合曲线
时段降水量 (每 5小时
10 15 20 25 0 5
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150
99年8月21——9月11日阳坡草土壤各结点湿度变化
0.2
0.2
0.15
0.15 0.1 0.1 233 233
6.0
土壤含水量变化
天 天
235 235 237 237 239 239 241 241 243 243 245 245 247 247 249 249 251 251 253 253
20cm土湿 40cm土湿 80cm土湿 120cm土湿
大量资料的统计成果表明,暴雨强度和历时的关系可用 指数方程来表达,它反映一定频率某历时的平均降雨强 度 it , p 与该历时 t 的关系,称为短历时暴雨公式
it,P 历时为t,频率为P的平均暴雨强度,mm/h SP 频率为P,历时为1h的平均暴雨强度(又称雨力) mm/h n 暴雨递减指数或暴雨衰减指数
参数化
边界条件与初始条件
深层地下水
t
流量历时曲线
地下水流
河道汇流
降水是水文模型的驱动与输入
P = Pn = I = ET = Si = So = Gi = Go = T = V = t = 降水 净降水 降水截留损失 蒸散发 表面径流流入量 表面径流流出量 地下径流流入量 地下径流流出量 潮水涌入涌出量 流域储水量的变化 时间
降水 强度 等级 划分
降水概念3
净雨(或称为有效降雨)降雨到达地表后,总降雨量扣除 地表植被截留、添洼、下渗和蒸发损失后,用于形成径 流的那部分降水。 有效降雨在农业中指蓄存于土壤里并供给作物生长 的那部分降水(effective rainfall) 降雨损失 总降雨量因植物截留、入渗、洼蓄、 蒸发及蒸散作用而减少的雨量。 初期降雨 洼地全部填满之前的降雨量
大气中水汽因气温降低,使得未饱和的水汽趋于饱和, 而由汽态转为复杂固态冰晶体的凝结与下落过程。
水平降水
大气中的水汽以露、霜的形式凝结到地表附近
降水类型(气)
降水类型 露 雾滴 细雨,毛毛雨 降雨 雨夹雪,霰 雪花 雪粒,粒状雪 冰雹 主要特征 dew 一般夜间发生,主要发生在植物表面 fog drip 水滴直径在0.001-0.2mm之间。 drizzle 水滴直径在0.02mm-0.5mm之间 rainfall 水滴直径大于0.5mm,一般1.0-2.0mm sleet 湿雪、雨滴、雪的混合物 snowflake 长度几厘米左右 snow grain 一般在小雪事件产生 hail 不规则球状冰晶,直径一般5.0-50.0mm
项 目 小雨、阵雨 小雨—中雨 中雨 中雨—大雨 大雨 大雨—暴雨 暴雨 暴雨—大暴雨 大暴雨 大暴雨—特大暴雨 特大暴雨 24小时降水总量 (mm) 0.1-9.9 5.0-16.9 10.0-24.9 17.0-37.9 25.0-49.9 33.0-74.9 50.0-99.9 75.0-174.9 100.0-249.9 175.0-299.9 ≥250.0 12小时降水总量 (mm) ≤4.9 3.0-9.9 5.0-14.9 10.0-22.9 15.0-29.9 23.0-49.9 30.0-69.9 50.0-104.9 70.0-139.9 105.0-169.9 ≥140.0
霰xiàn sleet

hail
降雨( Rainfall) 降水( Precipitation ) 降雪(snowfall)
水平降水 (horizontal precipitation)
降雨、降雪、水平降水 降雨
大气中的水汽因气温降低,使得未饱和的水汽趋于饱和, 由汽态转为液态的凝结、下落过程。
降雪
学习要求
了解 降水成因、类型
掌握
了解
降水基本要素特征值及其概念
降水观测方法、误差修正
了解
了解
降水形态判别方法
影响流域降水分布的因素
掌握
计算面降水量的方法
降水
降水
Precipitation
高空的水汽因气温降低凝结后,
由汽态转为液态或固态,
从云中降落(或从空气中沉降)到 地面的现象。
降水形态 雨rain 雪snow
2.0 0.0
降水过程

233
234
235
236
237
238
239
239
240
241
242
243
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246
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248
249
250
250
251
252
降水截留
第四章 降水
降水定义 降水定义、类型、降水在水循环与水量平衡中的作用 降水成因 对流型、锋面型、地形雨、气旋雨 降水要素 历时、强度、面积、次降水,有效降雨、初期雨量、降雨损失 降水图示 过程曲线、累积曲线、强度-历时曲线、深度-面积-历时曲线 降水观测 记录式与非记录式 影响因素 纬度、海拔高程、风、地形、离水源远近 时空分布 等雨量线(绘制水文特征的等值线---地理综合法) 降水误差 误差修正,降水随海拔的变化规律,降水形态的判别 降水计算 算术平均法,加权平均法,泰森多边形法,客观运行法 降水变化 降水区域变化趋势 降水截留 植被对降水的截留过程的描述及计算
成都与重庆市1950~2000年的年降水量
成都年均降水量912mm,重庆1092mm
1600 1400 1200
年降水量/mm
1000 800 600 400 200 0 1950 1955 成都年降水量 重庆年降水量 年 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
干旱——持久无降雨
次生地质灾害泥石流、滑坡——降雨诱因
水文模型的运转————降雨是驱动变量之一
降水问题
1. 驱动水文模型运行,区域水资源状况、评价的基础
2. 降水形态 ?
3. 研究区降水特征 、降水的时空分布 ?
4. 观测的降水数据是否有误差 ? 是否可用? 6. 降水数据序列长短? 7. 水文模型中如何处理降水截留?
10.0
14.0 12.0 10.0 241 243 245 247 249 251 253
cm3/cm3 cm3/cm3
土壤温度变化
239
241 40cm土温
243
245 80cm土温
247
249
251
253

120cm土温
0.3
0.3 0.25 0.25
99年8月21——9月11日阳坡草土壤各结点湿度变化 20cm土温 40cm土温 80cm土温 120cm土温
降水平均深度—面积—历时关系曲线
对不同历时的降雨, 以降水面积为横坐标,
以降雨平均深度为纵坐标,点绘曲线,
此组曲线即为降雨平均深度与面积和历时关系曲线。
IDF曲线:降雨强度—历时—频率曲线
IDF曲线平率分析
1. 2. Get annual maximum series of precipitation depth for a given duration Use EV1/Gumbel distribution to find precipitation depth for different return periods
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