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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
水文学第1、2章共122页PPT资料
海洋水文学
地下水文学
2019/10/6
土壤水文学
大气水文学
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（2）据所采用的实验方法可分为：
水文测验学
水文调查学
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水文实验
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（3）据研究内容可分为：
水文学原理
水文地理学
水文动力学
水文预报
水文分析与计算
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（4）据应用分类
农业水文学
土壤水文学
城市水文学
工程水文学
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（1）*纵比降计算式：
6—31式 （p186）
s
(z0 +
z1 ) l1 + ( z1 +
z 2 )l2 + L + ( z n 1 + l2
zn )ln 2 z0l
其中： L1 、 L2 …… Ln——为各相邻两断面之间的距离。 Z1 、Z2 …… Zn——为各断面高程。
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图2.1 河流等深线图
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黄河花园口游荡型河段
长江下荆江蜿蜒型河段
长江南京附近八卦洲 分汊型河段
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顺直型河段
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2、河流横断面
有单式断面 和复式断面
（1）横断面 —— 与水流方向正交的断面
1>基本河槽 —— 枯水期水主流槽通或过枯的水部河分槽
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水文的四大表现形式：
降水 渗流
蒸发 径流
（1）降水 ——指 雨 、 雪 、 雾 、雹、 霰。
降水的形式
下雪前降落 的小冰粒
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。
第八章 径流(runoff) 水文学原理课件
6 加积
3236 69.30 54.20 52.30 65.50 74.00 123.00
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
正常径 流量数
25.30 19.80 7.72 3.65 2.39 1.64 7.47
8.66 12.30 3.74 2.81 2.09 1.32 3.81
78.20 95.50 33.30 13.10 9.77 6.34 23.50
地下分水线
地面分水线 地面分水线
• 分水线是相邻两流
透水层
域间的界线。
地面分水线与地下分水线示意图
一、分水线
• 地面分水线和地下 地下分水线 分水线可能不一致。
地面分水线
• 定义：当流域的地
不透水层
面、地下分水线重 合时，称闭合流域；
地面分水线
反之，称非闭合流 地下分水线
域。
不透水层 地面分水线与地下分水线示意图
第三节 河流的水情
一、河流的水源补给 1. 降雨（主要来源）
1. 水情变化较大，年内、季节变化 明显，年际也有一些周期变化。
2. 冰雪融水 1. 水情变化小，年季变化明显；年际 周期长。
3. 地下水补给 年内变化小，年际变化大。
二 径流情势
（一）径流的计量单位
1. 流量Q：单位时间内通过某过水断面的水 量。
３ ３
２ ２
２
１ １１ １
２２
１ １ １
２ １
２
１
Байду номын сангаас
１
３３
干 流
干 流
河流等级 有两种计算方法： a、 从河口（干流）算起
b、从河源开始算起
《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。
水文学_第一章事件和概率.ppt
事件之差
• 如果 定义事件C为“事件A发生，而 事件B不发生”，则称事件C为事件 A与事件B的差。
Ω
A
B
C
• 记为:C=A-B
例如：掷一颗骰子，观察它出现的点 数。设A表示事件“出现偶数点”， B表示事件“出现2点”，则事件 A-B是一个事件C，它表示“出现 4点或6点”。
的对立事件（逆事件）。记为A= A 或B= B
Ω
A
A
• 若B是A的对立事件，则A也是B的对立事件。 • A的对立事件是由基本空间中不属于A的基本事件组
成。
注意:！
• 两事件A，B对立与互斥的差别：
共同点：A，B不能同时发生。
不同点：互斥不要求A、B中一定有一个 发生，而对立要求A、B中必有 一个发生。
– 例如：若上抛一枚质地均匀的硬币次数足够多，则落下 后出现正面和反面朝上的次数大致相等。
– 例如：若在同一条件下对靶射击次数足够多，就会发现， 命中大体对称地分布于靶心周围，且命中点的密度从靶 心向边缘递减。
随机试验与事件
随机试验的特性： • 可以在相同的条件下重复进行。 • 每次试验的可能结果不止一个，但事先
水文统计
第一章
事件与概率
• §1－1 事件及其运算 • §1－2 概率的定义与性质 • §1－3 条件概率与事件的独立性
§1－1 事件及其运算
两种自然现象
• 必然现象（确定性现象） • 偶然现象（随机现象）
必然现象（确定性现象）
必然现象特点是在一定条件下， 某种结果一定会发生(或出现) 。
例如：在标准大气压下，将纯净水加热 到100℃，必然沸腾。
设该地最大 年降水量为PMP。
E3：一个盒中装有完全相同的10个球， 分别标以号码1，2，…，10，从中 随机抽取一个球，观察球的标号。
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。
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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)
第五节 本课程内容及主要的学习方法
内容：水文学的物理原理+计算方法
水文学原理
(Principles of Hydrology)
第一章 绪 论 （Introduction)
主要内容： 水文学的研究对象 水文学发展的动力 水文学的分支学科 水文学研究方法 本课程内容及主要的学习方法
第一节 水文学的研究对象
1、水文学的定义 (Definition of Hydrology)
1. 水 文 学 发 展 简 史 (History of Hydrology)
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
究。法国塞纳河流域：年径流系数为1/6 UNESCO and WMO：1674定为水文学的生日
第一阶段：十九世纪 第二阶段：二十世纪初至五六十年代 第三阶段：二十世纪70年代 第四阶段：二十世纪80年代 第五阶段：上世纪展的动力(Driving force for the Development of Hydrology)
经济社会发展的需要 人类追求真理的愿望
3、水文学新机遇 (New opportunities) 水问题 （water issues)
水旱灾害是人类面临的主要自然灾害 全球气候变暖增加了解决水问题的困难 水污染加剧的势头还未得到有效的控制 不合理的工程措施和管理产生了负面影响
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
揭示水与生态的相互关系、污染物在 水中的迁移转化规律
研究在防灾、水资源利用、水环境保 护工程建设中必须的水文水利计算技 术
3、水文学的性质(Nature of Hydrology)
水文学是地球物理科学的一个分 支（自然科学）
第三阶段：二十世纪70年代 流域水文模型（Hydrological Mode) 水资源水文学 环境水文学
第四阶段：二十世纪80年代 全球尺度水文学（Global Scale Hydrology)
第五阶段：上世纪末本世纪初
生态水文学的兴起与发展
1. 水 文 学 发 展 简 史 (History
of
第二节 水文循环的现象及尺度(Water Cycle and its scales)
水文循环现象 水文循环的意义 水文循环的尺度
1、水文循环现象(Water cycle)
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 止的循环运动过程称为水文循环 。
主要内容： 水的奇异的物理性质 水文循环的现象及尺度 地球系统中的水和水平衡
第一节 水的奇异的物理性质 (Remarkable physical properties of water)
1、水的密度(Water Density) 2、水的冰点和沸点(freezing point and boiling point) 3、水的比热(specific heat of water) 4、水的热传性(heat conductivity) 5、水的表面张力(surface tension force) 6、水的压缩性(Water Compressibility)
方法： 认真听讲，认真做笔记 要在理解上下功夫（物理概念强），不要死记硬
背，不要钻入数学公式的牛角尖 善于归纳，总结，举一反三 认真完成作业——理解所学的内容，掌握解决问题
的方法，提高解决问题的能力 多与老师交流（学术交流、人格交流、教学相长
（互动））
第二章 水文循环(Hydrological Cycle)
1、水文循环现象(Water cycle)
水分由海洋输送到 大陆，又回到海洋 的循环称为大循 环。
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 止的循环运动过程称为水文循环 。