橋涵水文課件 1 緒論

橋涵水文主講：張學(xué)兵手機(jī)位：土木工程系《橋涵水文》課程的準(zhǔn)備工作和要求

教材

準(zhǔn)備工作薛明編著.橋涵水文,2002年11月(第1版).同濟(jì)大學(xué)出版社高冬光編著.橋涵水文,2003年8月(第3版).人民交通出版社鼎天然編著.橋涵水文,1993年4月(第1版).同濟(jì)大學(xué)出版社黃新,金菊良,李帆.橋涵水文(第1版).人民交通出版社參考書目

課堂要求

1.按時(shí)上、下課，不遲到，不早退

2.認(rèn)真聽講、做好筆記

課后要求

1.課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)

2.認(rèn)真做好作業(yè)

考察

1.形式：閉卷考試

2.成績：平時(shí)成績（20%）+考試成績（80%）課程要求第1章緒論內(nèi)容：1.1水文現(xiàn)象及水文循環(huán)1.2水文學(xué)的研究領(lǐng)域及發(fā)展1.3水文現(xiàn)象的特性1.4橋涵水文的研究意義1.5橋涵水文的研究方法1.6橋涵水文學(xué)課程的主要內(nèi)容重點(diǎn)：水文現(xiàn)象表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)形式；水文循環(huán)的定義和分類；水文現(xiàn)象的研究方法難點(diǎn)：水文現(xiàn)象的特性1.1水文現(xiàn)象及水文循環(huán)1.1.1水文現(xiàn)象指地球上的水受外部作用而產(chǎn)生的永無休止的運(yùn)動(dòng)形式。1)水的相關(guān)基本概念(1)水體：水的聚積體。(2)水圈：地球上的水以液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)的形式分布于海洋、陸地、大氣和生物機(jī)體中，這些水體構(gòu)成了地球的水圈。2)外部作用主要指太陽輻射、地心引力，還有其它如周圍星球的作用力。3)運(yùn)動(dòng)形式包括四種：降水、蒸發(fā)、滲流、徑流等。

(1)降水(Precipitation)：大氣中水汽凝結(jié)后以液態(tài)水或固態(tài)水降落到地面的現(xiàn)象。如雨、雪、露、霜、雹、霰等。

(2)蒸發(fā)(Evaporation)：水分子從水面、冰雪面或其它含水物質(zhì)表面以水汽形式逸出的現(xiàn)象。包括截留蒸發(fā)、地面蒸發(fā)、葉面散發(fā)、水蒸發(fā)等。

(3)徑流(Runoff)：陸地上的降水匯流到河流、湖庫、沼澤、海洋、含水層或沙漠的水流。包括地面徑流和地下徑流。

(4)滲流(Seepageflow)：水從地表滲入地下及在地下流動(dòng)的現(xiàn)象。包括入滲和滲透兩種現(xiàn)象。1.1.2水文循環(huán)1)

定義地球上或某一區(qū)域內(nèi)，在太陽輻射和重力的作用下，水分通過蒸發(fā)、水汽輸送、降水、入滲、徑流等過程不斷變化、遷移的現(xiàn)象。2)

分類

(1)

大循環(huán)：大區(qū)域（領(lǐng)域）內(nèi)的循環(huán)，也稱外循環(huán)。海洋云、大氣陸地海洋(2)小循環(huán)：小區(qū)域（領(lǐng)域）內(nèi)的循環(huán)，也稱內(nèi)循環(huán)。海洋云、大氣海洋陸地云、大氣陸地水汽輸送蒸發(fā)降水蒸發(fā)降水植物蒸騰湖地表徑流地下徑流海洋蒸發(fā)降水云云小循環(huán)小循環(huán)1113853)意義水文循環(huán)是地球上最重要、最活躍的物質(zhì)循環(huán)之一。認(rèn)識(shí)它的基本客觀規(guī)律，了解其各影響因素間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)合理開發(fā)和利用水資源，抗御洪旱災(zāi)害，改造自然，利用自然都有十分重要的意義。1.1.3影響水文循環(huán)的主要因素(1)氣候因素氣壓、氣溫、風(fēng)向、風(fēng)力等。

夏季：氣流（海洋→大陸）冬季：氣流（大陸→海洋）(2)下墊面因素各種自然地理?xiàng)l件地形、地貌、土壤、地質(zhì)構(gòu)造、植被情況(3)人類活動(dòng)因素1）有利影響修建水庫引水灌溉跨流域調(diào)水2）不利影響大面積濫伐森林排干湖、沼過度抽取地下水1.1.4水資源簡況

(1)水資源儲(chǔ)量海洋水湖泊咸水和地下咸水淡水冰川地下淡水其他淡水96.53%1.74%0.03%0.76%0.94%2.53%永凍土底冰湖泊淡水土壤水大氣水沼澤水河水生物水海洋水湖泊咸水和地下咸水淡水冰川地下淡水其他淡水海洋水湖泊咸水和地下咸水淡水海洋水湖泊咸水和地下咸水淡水冰川地下淡水其他淡水冰川地下淡水其他淡水96.53%0.94%2.53%永凍土底冰湖泊淡水土壤水大氣水沼澤水河水生物水96.53%96.53%0.03%72.37%0.03%27.6%0.94%2.53%0.94%2.53%永凍土底冰湖泊淡水土壤水大氣水沼澤水河水生物水世界前10名水資源占有國家8,2334,5073,0512,9022,8382,8302,1321,9131,897128302,0004,0006,0008,00010,000BrazilRussiaUSACanadaIndonesiaChinaColombiaPeruIndiaCongoNaturalRenewableWaterResource(km)3)各地區(qū)人均水資源量599,944314,963289,848259,547159,171126,78993,40592,81085,221847876,8592,1860200,000400,000600,000800,000IcelandGuyanaSurinameCongoP.N.GuineaGabonSolomonIs.CanadaNewZealandNorwayWorldAve.ChinaPerCapitaWaterResource(m3/person)Aridity中國缺水地區(qū)分布情況(2)水資源與水文循環(huán)的關(guān)系地球表層可供人類利用的水稱為水資源。包括水量、水質(zhì)、水能資源和水域。水文循環(huán)供給陸地源源不斷的降水、徑流，某一區(qū)域多年平均的年降水量或年徑流量，即該地區(qū)的水資源量，因此水文循環(huán)的變化將引起水資源的變化。各級(jí)水文部門根據(jù)水文、水質(zhì)觀測資料通過水文學(xué)分析計(jì)算進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)（包括水環(huán)境質(zhì)量）工作。

1.2水文學(xué)的研究領(lǐng)域及發(fā)展1.2.1水文學(xué)的研究領(lǐng)域1)水文學(xué)定義研究水存在于地球上的大氣層中和地球表面以及地殼內(nèi)的各種現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律及其內(nèi)在聯(lián)系的學(xué)科。包括水體的形成、循環(huán)和分布，水體的化學(xué)成分，生物、物理性質(zhì)以及它們對(duì)環(huán)境的效應(yīng)等。2)研究領(lǐng)域(分類)

水文學(xué)主要研究陸地表面的河流、湖泊、沼澤、冰川等，以后逐漸擴(kuò)展到地下水、土壤水、大氣水和海洋水。(1)傳統(tǒng)水文學(xué)按研究的水體來進(jìn)行劃分：河流水文學(xué)湖泊水文學(xué)沼澤水文冰川水文學(xué)海洋水文學(xué)地下水水文學(xué)土壤水文學(xué)大氣水文學(xué)(2)由水文學(xué)采用的實(shí)驗(yàn)方法，派生出三個(gè)分支學(xué)科：

水文測驗(yàn)學(xué)水文調(diào)查水文實(shí)驗(yàn)(3)由水文研究內(nèi)容分為：水文學(xué)原理水文預(yù)報(bào)水文分析與計(jì)算水文地理學(xué)河流動(dòng)力學(xué)(4)作為應(yīng)用科學(xué)，水文學(xué)分為：工程水文學(xué)_橋涵水文農(nóng)業(yè)水文學(xué)土壤水文學(xué)森林水文學(xué)城市水文學(xué)(5)隨新科學(xué)、新技術(shù)的發(fā)展和引進(jìn)，出現(xiàn)新分支：隨機(jī)水文學(xué)模糊水文學(xué)灰色系統(tǒng)水文學(xué)遙感水文學(xué)同位素水文學(xué)1.2.2水文學(xué)的發(fā)展水文學(xué)經(jīng)歷了由萌芽到成熟、由定性到定量、由經(jīng)驗(yàn)到理論的發(fā)展過程。1)20世紀(jì)以前是水文學(xué)的萌芽和奠基階段(1)萌芽時(shí)期(公元1400年以前)

這一時(shí)期中國的水文知識(shí)居于世界領(lǐng)先地位，如：①

公元前239年的《呂氏春秋》；②

2000年前建成的都江堰；③

公元527年的《水經(jīng)注》(2)奠基時(shí)期(公元1400～1900年)

該時(shí)期，西歐的產(chǎn)業(yè)革命促進(jìn)了水利事業(yè)的發(fā)展，在水文觀測方面，發(fā)明制造了雨量器、蒸發(fā)器、流速儀等，系統(tǒng)的水文測驗(yàn)為水文定量計(jì)算及預(yù)報(bào)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2)20世紀(jì)初至50年代，是應(yīng)用水文學(xué)興起階段進(jìn)入20世紀(jì)，大規(guī)模的水利水電建設(shè)蓬勃發(fā)展，需要科學(xué)的水文計(jì)算和水文預(yù)報(bào)，使應(yīng)用水文學(xué)迅速發(fā)展起來。①美國1900年J.A.塞登提出著名的塞登定律；②1924年H.A.福斯特建立了P-Ⅲ水文頻率曲線計(jì)算方法；③1932年L.R.K.謝爾曼提出單位線法④1935年G.T.麥卡錫建立了馬斯京根河道洪水演算法。

這一時(shí)期我國水文學(xué)發(fā)展則比較落后。3)20世紀(jì)60年代以來，是水文學(xué)的變革和發(fā)展階段，也是進(jìn)入現(xiàn)代水文學(xué)的一個(gè)新階段隨著計(jì)算機(jī)、遙感、遙測等高新技術(shù)的應(yīng)用，使水文學(xué)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，流域數(shù)學(xué)模型、水資源學(xué)、水環(huán)境學(xué)、隨機(jī)水文學(xué)相繼形成。1.3水文現(xiàn)象的特性1.3.1水文現(xiàn)象時(shí)程變化的周期性與隨機(jī)性的對(duì)立統(tǒng)一（1）周期性的體現(xiàn)（2）隨機(jī)性的體現(xiàn)

（3）二者對(duì)立統(tǒng)一1.3.2水文現(xiàn)象地區(qū)分布的相似性與特殊性的對(duì)立統(tǒng)一

（1）相似性的體現(xiàn)

（2）特殊性的體現(xiàn)

（3）二者對(duì)立統(tǒng)一小結(jié)：（1）由水文現(xiàn)象具有時(shí)程上的隨機(jī)性和地區(qū)上的特殊性，需要對(duì)各個(gè)不同流域的各種水文現(xiàn)象進(jìn)行年復(fù)一年的長期觀測，積累資料，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析其變化規(guī)律。

（2）由水文現(xiàn)象具有地區(qū)上的相似性，可有目的選擇代表性的河流進(jìn)行觀測，并移用其成果于相似地區(qū)。1.4橋涵水文的研究意義

(1)在橋涵規(guī)劃設(shè)計(jì)階段流量、水位、流速→位置、規(guī)模、基本尺寸

(2)在橋涵施工階段估算施工期設(shè)計(jì)洪水→安全性、經(jīng)濟(jì)性

(3)在橋涵運(yùn)行階段是否需要對(duì)橋涵工程進(jìn)行維修與改造，河床是否需要整治1.5橋涵水文現(xiàn)象的研究方法

以實(shí)際觀測資料為依據(jù)，對(duì)水文現(xiàn)象進(jìn)行分析研究。按不同目的要求，水文學(xué)常用的分析方法可歸納為：成因分析法、地區(qū)歸納法（地理綜合法）、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、。（1）成因分析法：由觀測資料，從物理成因上研究水文變化規(guī)律，只定性分析，在定量上不能滿足工程設(shè)計(jì)要求。

（2）地區(qū)歸納法（地理綜合法）：由地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式和等值線圖分析，揭示水文現(xiàn)象的地區(qū)分布規(guī)律。（3）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)理論對(duì)長期觀測的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以尋求其規(guī)律性。小結(jié)：在解決實(shí)際問題時(shí)，上述三種方法常同時(shí)使用，它們