工程水文計(jì)算學(xué)總復(fù)習(xí)ppt課件

1、工程水文計(jì)算工程水文計(jì)算Engineering Hydrology Calculation主講馬嵐主講馬嵐2021年年1月月7日日: 10167639 : mlpczsina北京林業(yè)大學(xué)水土堅(jiān)持學(xué)院北京林業(yè)大學(xué)水土堅(jiān)持學(xué)院總復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí)第一章 緒論第二章 水文循環(huán)與徑流構(gòu)成第三章 水文信息采集與處置第四章 流域產(chǎn)匯流計(jì)算第五章 設(shè)計(jì)年徑流第六章 由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水第七章 由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水1、水文學(xué)、水資源和工程水文學(xué) 水文學(xué)：研討地球上，包括大氣層、地表和地下在內(nèi)的一切各種水體的存在、分布、循環(huán)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門學(xué)科，討論水體的物理和化學(xué)特性、時(shí)空變化以及它們與環(huán)境的相互作用。 水資源：

2、地球表層可供人類利用的水，包括水量、水質(zhì)、水能資源和水域。對(duì)人類最為適用的水資源是陸地上每年可以更新的降水量、江河流水量和淺層地下水的淡水量。 工程水文學(xué)：為水資源開發(fā)工程和其它有關(guān)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)用提供水文根據(jù)的學(xué)科。第一章第一章 緒論緒論 2、工程水文學(xué)的主要研討內(nèi)容 運(yùn)用于水利工程，主要研討水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)轉(zhuǎn)管理中有關(guān)水文計(jì)算、水利計(jì)算和水文預(yù)告的根本實(shí)際和方法。 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：確定工程規(guī)模；施工階段：提供施工期設(shè)計(jì)洪水；運(yùn)營管理階段：分析長期來水情勢(shì)結(jié)合短期水文預(yù)告，編制調(diào)度方案。3、水文景象的根本規(guī)律 水文景象受氣候要素、下墊面要素和人類活動(dòng)的影響。表現(xiàn)

3、為周期性或確定性、隨機(jī)性和地域性規(guī)律。4、工程水文學(xué)的根本研討方法 根據(jù)水文景象的根本規(guī)律，按不同的條件和要求，工程水文學(xué)的研討方法通常分為三類：成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法和地理綜合法。實(shí)踐任務(wù)中，這三種方法相輔相成、互為補(bǔ)充。1、河流及流域特征 1河流 河流分為河源、上游、中游、下游及河口五段。注入海洋的河流為外流河，注入內(nèi)陸湖泊或消逝于沙漠的河流為內(nèi)陸河。 河流的根本特征：河流長度、河流斷面橫斷面、縱斷面、中泓線、河道縱比降。 水系及河流地貌定律：斯特拉勒Strahler河流分級(jí)法。 2流域 閉合流域和非閉合流域。 流域的根本特征：流域面積、河網(wǎng)密度、流域長度和平均寬度、流域外形系數(shù)、流域的平

4、均高度和平均坡度、流域自然地理特征地理位置、氣候特征和下墊面條件。第二章第二章 水文循環(huán)與徑流構(gòu)成水文循環(huán)與徑流構(gòu)成2、降水及其分類 降水包括雨、雪、霰、雹、露、霜等從空中降落到地表的各種液態(tài)水和固態(tài)水，是水文循環(huán)中最活潑的因子。常用降水量、降水歷時(shí)、降水強(qiáng)度、降水面積和暴雨中心等來描畫降水特征。日降水量到達(dá)或超越50mm的降水稱為暴雨。 與降水有關(guān)的氣候要素：氣溫、氣壓、風(fēng)、濕度。 降水的分類：按空氣抬升構(gòu)成動(dòng)力冷卻的緣由分為對(duì)流雨、地形雨、鋒面雨和氣旋雨。3、土壤水、下滲與地下水 1土壤水 土壤水的存在方式：吸濕水、薄膜水、毛管水、重力水。 土壤水分常數(shù)：最大吸濕量、最大分子持水量、凋萎含

5、水量、毛管斷裂含水量、田間持水量、飽和含水量。2下滲 下滲的物理過程：根據(jù)水分下滲過程中所受的力分子力、毛管力和重力和運(yùn)動(dòng)特征，下滲過程可分為滲潤、滲漏和浸透三個(gè)階段。滲潤和滲漏屬非飽和水流運(yùn)動(dòng)或土壤水運(yùn)動(dòng)，而浸透屬于穩(wěn)定的飽和水流運(yùn)動(dòng)或地下水運(yùn)動(dòng)。 下滲率、下滲才干、下滲才干曲線；初始下滲率、穩(wěn)定下滲率。3地下水 地下水類型：潛水和承壓水。4、蒸分發(fā) 按蒸發(fā)面的不同，蒸分發(fā)分為水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)和植物分發(fā)。在充分供水的條件下，某一蒸發(fā)面上的蒸發(fā)量稱為能夠最大蒸發(fā)率或蒸發(fā)才干。 5、徑流構(gòu)成過程 徑流構(gòu)成過程可概括為：降雨過程扣除損失凈雨過程流域匯流流量過程，其中降雨轉(zhuǎn)化為凈雨的過程稱為產(chǎn)流過

6、程；凈雨轉(zhuǎn)化為河川流量的過程稱為匯流過程。 降雨損失量包括雨期蒸發(fā)、植物截留、填洼和補(bǔ)充土壤缺水的下滲量。凈雨分為地面凈雨、表層流凈雨和地下凈雨。 匯流過程包括坡地匯流坡面漫流、表層流徑流和坡地地下匯流和河網(wǎng)匯流。 徑流常用流量、徑流量、徑流深、流量模數(shù)、徑流系數(shù)來表示。1、測(cè)站與站網(wǎng) 水文測(cè)站按其觀測(cè)工程可分為水位站、流量站、雨量站等；按其性質(zhì)又可分為根本站和公用站兩類。 水文站網(wǎng)布站的原那么：經(jīng)過所設(shè)站網(wǎng)采集到的水文信息經(jīng)過整理分析后，到達(dá)可以內(nèi)插流域內(nèi)任何地點(diǎn)水文要素的特征值，這也就是水文站網(wǎng)的作用。 水文測(cè)站的設(shè)立要求測(cè)站的水位與流量之間呈良好的穩(wěn)定關(guān)系單一關(guān)系和便于布設(shè)基線、水準(zhǔn)點(diǎn)和

7、各種斷面根本水尺斷面、流速儀測(cè)流斷面、浮標(biāo)測(cè)流斷面、比降斷面。 水文檢驗(yàn)的方式：駐測(cè)、巡測(cè)、間測(cè)和自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。第三章第三章 水文信息采集與處置水文信息采集與處置2、水位觀測(cè) 水位的觀測(cè)包括根本水尺和比降水尺的水位。 日平均水位計(jì)算：假設(shè)一日內(nèi)水位變化緩，或系等時(shí)距人工觀測(cè)或從自記水位計(jì)上摘錄，采用算術(shù)平均值；假設(shè)一日內(nèi)水位變化較大、且系不等時(shí)距觀測(cè)或摘錄，那么采用面積包圍法。3、流量檢驗(yàn) 流量丈量的根本方法為流速面積法，丈量內(nèi)容包括斷面丈量和流速丈量兩部分。流速測(cè)定方法包括流速儀法、浮標(biāo)法等。一、降雨徑流要素計(jì)算一、降雨徑流要素計(jì)算1、降雨特性分析、降雨特性分析 降雨強(qiáng)度過程線、降雨量累積曲

8、線和降雨強(qiáng)度降雨強(qiáng)度過程線、降雨量累積曲線和降雨強(qiáng)度歷時(shí)曲線。歷時(shí)曲線。第四章第四章 流域產(chǎn)匯流計(jì)算流域產(chǎn)匯流計(jì)算某水文站一次降雨過程某水文站一次降雨過程1：降雨強(qiáng)度過程線；：降雨強(qiáng)度過程線；2：瞬：瞬時(shí)雨強(qiáng)過程線；時(shí)雨強(qiáng)過程線；3：降雨量累：降雨量累積曲線積曲線 2、流域平均雨量計(jì)算、流域平均雨量計(jì)算 1算術(shù)平均法算術(shù)平均法 2泰森多邊形法泰森多邊形法 3等雨量線法等雨量線法等雨量線法等雨量線法泰森多邊形法泰森多邊形法3、徑流量計(jì)算、徑流量計(jì)算 1洪水場(chǎng)次劃分洪水場(chǎng)次劃分 2流量過程的分割：流量過程的分割：基流、地下徑流和直接基流、地下徑流和直接徑流。徑流。 3退水曲線：采用退水曲線：采用多

9、次實(shí)測(cè)洪水退水過程多次實(shí)測(cè)洪水退水過程的下包線。的下包線。洪水場(chǎng)次劃分洪水場(chǎng)次劃分流量過程的分割流量過程的分割流域地下水退水曲線流域地下水退水曲線4、前期影響雨量的計(jì)算、前期影響雨量的計(jì)算二、流域產(chǎn)流分析與計(jì)算二、流域產(chǎn)流分析與計(jì)算 1、包氣帶對(duì)降雨的再分配作用、包氣帶對(duì)降雨的再分配作用 地面對(duì)降雨的再分配作用：按下滲才干與降雨強(qiáng)度的對(duì)地面對(duì)降雨的再分配作用：按下滲才干與降雨強(qiáng)度的對(duì)比關(guān)系，地面把降雨分成下滲水量和地面徑流兩部分。比關(guān)系，地面把降雨分成下滲水量和地面徑流兩部分。 包氣帶對(duì)下滲水量的再分配作用：土壤含水量的添加和包氣帶對(duì)下滲水量的再分配作用：土壤含水量的添加和重力水。重力水最終構(gòu)

10、成壤中徑流和地下徑流。重力水。重力水最終構(gòu)成壤中徑流和地下徑流。 2、蓄滿產(chǎn)流與超滲產(chǎn)流、蓄滿產(chǎn)流與超滲產(chǎn)流 蓄滿產(chǎn)流：只需在包氣帶到達(dá)田間持水量后才產(chǎn)生徑流。蓄滿產(chǎn)流：只需在包氣帶到達(dá)田間持水量后才產(chǎn)生徑流。 超滲產(chǎn)流：由于降雨強(qiáng)度超越地面下滲率而產(chǎn)生徑流，超滲產(chǎn)流：由于降雨強(qiáng)度超越地面下滲率而產(chǎn)生徑流，包氣帶未到達(dá)田間持水量。包氣帶未到達(dá)田間持水量。3、產(chǎn)流計(jì)算、產(chǎn)流計(jì)算降雨徑流相關(guān)圖法降雨徑流相關(guān)圖法 三變量降雨徑流相關(guān)圖三變量降雨徑流相關(guān)圖(P+Pa)R 方式的降雨徑流相關(guān)圖方式的降雨徑流相關(guān)圖三、流域匯流分析與計(jì)算三、流域匯流分析與計(jì)算 1、流域匯流分析、流域匯流分析 流域匯流分為兩

11、個(gè)階段：坡地匯流流域匯流分為兩個(gè)階段：坡地匯流和河網(wǎng)匯流。和河網(wǎng)匯流。流域匯流流域匯流坡地匯流坡地匯流河網(wǎng)匯流河網(wǎng)匯流地面徑流地面徑流壤中流壤中流地下徑流地下徑流直接徑流匯流直接徑流匯流地面徑流地面徑流 2、流域匯流計(jì)算、流域匯流計(jì)算單位線法單位線法 單位線概念單位線概念 單位時(shí)段內(nèi)均勻降落單位單位時(shí)段內(nèi)均勻降落單位深度的地面凈雨，在流域出口深度的地面凈雨，在流域出口斷面構(gòu)成的地面徑流過程線。斷面構(gòu)成的地面徑流過程線。 倍比假定：如單位時(shí)段內(nèi)倍比假定：如單位時(shí)段內(nèi)的凈雨不是一個(gè)單位而是的凈雨不是一個(gè)單位而是 k 個(gè)個(gè)單位，那么構(gòu)成的流量過程是單位，那么構(gòu)成的流量過程是單位線縱標(biāo)的單位線縱標(biāo)的

12、k 倍。倍。 疊加假定：假設(shè)凈雨不是疊加假定：假設(shè)凈雨不是一個(gè)時(shí)段而是一個(gè)時(shí)段而是m個(gè)時(shí)段，那么個(gè)時(shí)段，那么構(gòu)成的流量過程是各時(shí)段凈雨構(gòu)成的流量過程是各時(shí)段凈雨構(gòu)成的部分流量過程錯(cuò)開時(shí)段構(gòu)成的部分流量過程錯(cuò)開時(shí)段疊加。疊加。 單位線單位線一、年徑流變化 1、徑流的年際變化和年內(nèi)變化 徑流的年際變化：豐水年、平水年和枯水年。 徑流的年內(nèi)變化：豐水期或洪水期和枯水期，或汛期與非汛期。 2、年徑流分析計(jì)算的目的和內(nèi)容 目的：推求不同保證率的年徑流量及其分配過程。 內(nèi)容：搜集和審查資料；年徑流量的頻率分析計(jì)算；提供設(shè)計(jì)年徑流的時(shí)程分配；對(duì)分析成果進(jìn)展合理性檢查。第五章第五章 設(shè)計(jì)年徑流設(shè)計(jì)年徑流二、有

13、較長資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流頻率分析計(jì)算“三性審查 可靠性：檢查原始水位資料，水位流量關(guān)系曲線及上、下游站和區(qū)間徑流量的水量平衡。 一致性：年徑流系列都應(yīng)是在同樣的氣候條件、同樣的下墊面條件和同一測(cè)流斷面上獲得的。 代表性：樣本對(duì)年徑流總體的接近程度。三、短缺資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流頻率分析計(jì)算 徑流實(shí)測(cè)資料短，或完全沒有徑流實(shí)測(cè)資料。1、有較短年徑流系列時(shí) 尋求有較長觀測(cè)系列的參證變量，經(jīng)過相關(guān)關(guān)系，將設(shè)計(jì)斷面年徑流系列適當(dāng)?shù)丶右匝由熘烈?guī)范要求的長度。1參證變量的選擇 最常采用的參證變量有：設(shè)計(jì)斷面的水位、上下游測(cè)站或臨近河流測(cè)站的徑流量、流域的降水量。2年徑流系列的展延2、缺乏實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)1參數(shù)等值線圖

14、法，如利用年徑流深等值線圖及Cv等值線圖。2閱歷公式法3水文比較法：移置經(jīng)過修正水文類似區(qū)內(nèi)類似流域的實(shí)測(cè)水文特征。四、設(shè)計(jì)年徑流的時(shí)程分配設(shè)計(jì)代表年法 在長系列徑流資料中選擇一個(gè)典型的年內(nèi)分配過程，并按此典型計(jì)算設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配。選擇原那么是年徑流量與設(shè)計(jì)值接近，對(duì)工程較為不利。年內(nèi)分配的計(jì)算1同倍比法 按年徑流量的比值分別乘典型年各月的徑流量。2同頻率法 根據(jù)頻率分析求得的不同時(shí)段徑流量，按與代表年一樣時(shí)段徑流量的比值進(jìn)展縮放。因此，各時(shí)段的縮放比不同。 第六章第六章 由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水 對(duì)永久性建筑物采用二級(jí)規(guī)范：設(shè)計(jì)規(guī)范和校核規(guī)范。 設(shè)計(jì)洪水：建筑物的尺

15、寸由設(shè)計(jì)洪水確定，當(dāng)這種洪水發(fā)生時(shí)，建筑物應(yīng)處于正常運(yùn)用形狀。 校核洪水：起校核作用，當(dāng)其降暫時(shí)，主要建筑物要確保平安，但工程可處在非常情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，即允許堅(jiān)持較高水位，電站、船閘等正常任務(wù)允許遭到破壞。 設(shè)計(jì)洪水三要素：設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪水總量和設(shè)計(jì)洪水過程線。 設(shè)計(jì)洪水的推求方法：按所用資料不同分為由流量資料推求和由暴雨資料推求。一、設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪量的計(jì)算1、選樣 年最大值法，即每年只選一個(gè)最大洪峰流量及某一歷時(shí)的最大洪量。2、特大洪水 比系列中普通洪水大得多的洪水稱為特大洪水，并且經(jīng)過洪水調(diào)查可以確定其量值大小及其重現(xiàn)期者。 3、不連序系列閱歷頻率和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算 將特大洪水的閱歷

16、頻率與普通洪水的閱歷頻率分別計(jì)算。1獨(dú)立樣本法 把包括歷史洪水的長系列N年和實(shí)測(cè)的短系列n年看作是從總體中隨機(jī)抽取的兩個(gè)獨(dú)立樣本，各項(xiàng)洪峰值可在各自所在系列中排位。2一致樣本法 將實(shí)測(cè)普通洪水系列與特大值系列共同組成一個(gè)不連序系列作為代表總體的樣本，不連序系列的各項(xiàng)可在調(diào)查期限N年內(nèi)一致排位。二、設(shè)計(jì)洪水過程線的推求1、典型洪水選擇 選擇典型洪水的原那么。2、典型洪水過程線的放大1同倍比放大法 按峰放大或按量放大。2同頻率放大法 按洪峰和不同歷時(shí)的洪量分別采用不同的倍比，使放大后的過程線的洪峰及各種歷時(shí)的洪量分別等于設(shè)計(jì)洪峰和設(shè)計(jì)洪量，即“峰、量同頻率放大。第七章第七章 由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水

17、由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水的步驟：由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水的步驟： 推求設(shè)計(jì)暴雨：用頻率分析法求設(shè)計(jì)雨量及暴雨過程。推求設(shè)計(jì)暴雨：用頻率分析法求設(shè)計(jì)雨量及暴雨過程。 推求設(shè)計(jì)凈雨：設(shè)計(jì)暴雨扣除損失產(chǎn)流計(jì)算。推求設(shè)計(jì)凈雨：設(shè)計(jì)暴雨扣除損失產(chǎn)流計(jì)算。 推求設(shè)計(jì)洪水：用單位線法等對(duì)設(shè)計(jì)凈雨進(jìn)展匯流匯流計(jì)算。推求設(shè)計(jì)洪水：用單位線法等對(duì)設(shè)計(jì)凈雨進(jìn)展匯流匯流計(jì)算。根本假定：洪水與暴雨同頻率。根本假定：洪水與暴雨同頻率。一、直接法推求設(shè)計(jì)面暴雨量一、直接法推求設(shè)計(jì)面暴雨量 1、暴雨資料的搜集、審查和統(tǒng)計(jì)選樣、暴雨資料的搜集、審查和統(tǒng)計(jì)選樣 資料搜集：向水文、氣候部門搜集；資料搜集：向水文、氣候部門搜集； 資料審查：可靠性、一致性和代表性；資料審查：可靠性、一致性和代表性； 統(tǒng)計(jì)選樣：選取固定時(shí)段如統(tǒng)計(jì)選樣：選取固定時(shí)段如1、3、7、15天等年最大值法。天等年最大值法。 2、特大暴雨的處置、特大暴雨的處置 關(guān)鍵是確定重現(xiàn)期：經(jīng)過調(diào)查，關(guān)鍵是確定重現(xiàn)期：經(jīng)過調(diào)查，結(jié)合歷史文獻(xiàn)記載估計(jì)。結(jié)合歷史文獻(xiàn)記載估計(jì)。二、設(shè)計(jì)暴雨時(shí)空分配的計(jì)算二、設(shè)計(jì)暴雨時(shí)空分配的計(jì)算 1、選擇典型暴雨的原那么。、