注册公用设备工程师给排水专业基础-水文学-1

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1、水文学Hydrology清华大学水文水资源研究所武晓峰wuxiaofeng@tsinghua.edu.cn13718007737目录水文学基本概念数理统计方法设计年径流计算设计洪水计算地下水基本概念地下水运动地下水资源评价水文学的研究领域：大气中的水海洋中的水陆地的水（地表水、地下水、土壤水等）水圈与大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系水文现象的基本规律及水文学的研究方法1）水文现象的基本规律：水文现象的确定性规律（Determination)水文现象的随机性规律(Randomness)水文现象的周期性变化；水文

2、现象的因果关系。水文现象在时间和数量上不重复。2）水文学的基本研究方法：—成因分析法(GeneticAnalysis):主要以数学和物理学原理为基础，通常建立某种形式的确定性模型，研究水文要素与影响因素之间定量关系。—数理统计法(MathematicalStatistics):以概率论和数理统计学为基础，通常建立某种概率模型，探讨水文现象的统计规律。水文循环的定义：地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分水，再从河

3、道以地表水或渗入地下以地下水形式补给河流，最终流入海洋。水分这种往返循环、不断转移交替的现象称为水文循环或水循环（WaterCirculation/Cycle）。1.水文循环(HydrologicCycle)水循环的外因：太阳辐射能和地球引力的存在。水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互转化。水循环的四个主要过程：蒸发(Evaporation)降水(Precipitation)入渗(infiltration)径流(Runoff)海洋上空大陆上空海洋地下陆面降水蒸发返回大气地面径流汇入河川海洋蒸发降水气流输运大循环：小

4、循环：自然界水循环据其规模及涉及的地域尺度可分为二类：地下径流水文循环1)天空、地面和地下之间通过降水、蒸发和入渗过程进行垂向水分交换。2)海洋和陆地之间水分交换特点：交换总的结果是：由海洋向陆地输送的水分是正的。海洋和陆地之间的水汽输送是双向交换，陆地还以地面径流和地下径流的形式向海洋输送水分;结论：水体类别更新时间世界大洋2500年深层地下水1400年湖泊水17年土壤水1年河流水16天大气水8天全球2400年地球上各种水体的更新速度中国的水文循环路径示意图42.0%23.5%22.5%12.0%年均净输入水汽量：23757亿m

5、3中国多年平均年降雨量分布图400800200干旱带<200半干旱带半湿润带湿润带800~16002.水量平衡水文学的最基本的原理之一。水量平衡是水文循环的定量描述，是水文循环遵守质量守恒定律的具体表现。水量平衡指地球某一区域(可以是某个流域、湖泊、沼泽、海洋或某个地区，也可以是整个地球)。在一定时段内(时段可以是日、月，也可以是一年、数十年或更长的时间)，输入该区域的水量与输出的水量之差等于该区域内的蓄水变化量(蓄水变量指时段始末区域内蓄水量之差)。水量平衡的数学表达式：来水量-出水量=区域内蓄水变量InflowOutflowS

6、toragechange式中:I：给定时段内输入研究区域的总水量O：给定时段内输出研究区域的总水量△W：时段内研究区域蓄水量的变化量I-O=△W(单位：m3或mm)用水量平衡方程表示：（1）若仅以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段△t内的水量平衡方程可写成：Pc－R－Ec=△Wc式中，Pc：在时段内陆地的降水量；Ec：在时段内陆地的蒸发量；R：时段内由陆地流入海洋的径流量；△Wc：在时段内陆地蓄水量的变化量。1）地球上的水量平衡地球由陆地和海洋两部分组成的，可分别写出水量平衡式（2）若仅以地球海洋为研究水量平衡对象，某时段△t内的

7、水量平衡方程可写成：Ps＋R－Es=△Ws式中，Es：在时段内海洋的蒸发量；Ps：在时段内海洋的降水量；R：时段内由陆地流入海洋的径流量；△Ws：在该时段内海洋蓄水量的变化量。式中上标‘’表示多年平均值。上二式相加得：或：式中：—陆地水量平衡方程—海洋水量平衡方程在多年平均的情况下，△Wc→0，△Ws→0，则2）河流流域的水量平衡（内容后述）全球的水量平衡式结论：根据全球的水量平衡式，表明对于全球而言，多年平均降水量是与多年平均蒸发量相等的接受一定区域内地表水和地下水补给，经常或间歇地沿着狭长凹地流动的水流称为河流。它是地球上

8、水文循环的重要路径，也是泥沙、盐类和化学元素等进入湖泊、海洋的通道。河川径流河流（包括干流、支流）和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统，称水系，又称河系或河网。1.河流的形成和特征：汇入干流的河流均称为一级支流，而汇入一级支流的