工程水文學(xué)第1章緒論

工程水文學(xué)第一章緒論一、水文學(xué)二、水資源三、工程水文學(xué)第一章緒論第一節(jié)水文學(xué)一、水文學(xué)(hydrology)水體：大氣中的水汽、地面上的江河、湖沼、海洋和地下水等，統(tǒng)稱水體。水文學(xué)：研究各種水體的存在、循環(huán)和分布，物理和化學(xué)特性，以及水體對(duì)環(huán)境的影響和作用，包括對(duì)生物特別是對(duì)人類的影響。冰川水體冰山水體海洋水體湖泊水體水庫(kù)水體積云水體河流水體水源總量（103km3）占總量（%）占淡水（%）更新所需時(shí)間海洋133800096.5

2650年冰川與永久雪24064.11.7468.7

地面冰（永凍）3000.0220.8610000年地下水咸水128700.94

地下水淡水105300.7630.1

咸水湖85.40.006

17年淡水湖910.0070.26

17年沼澤11.470.00080.035年河流2.120.000020.00616日土壤水16.50.0010.051年大氣水12.90.0010.048日地球上各種水體的水量全球各水體水量分布（億km3）：

大氣:

0.000129(0.1%)

陸地:

0.48(3.5%)

海洋:

13.38(96.5%)

∑:

13.86

全世界各種用途水的比例二、水資源(waterresources)

地球表層可供人類利用的水稱為水資源。水資源包括水量、水質(zhì)、水能資源和水域。水資源特征包含量、質(zhì)、溫、能4個(gè)方面。從水量角度，實(shí)用水資源通常指逐年可以得到恢復(fù)和更新的淡水，主要是江河湖庫(kù)和淺層地下水水量，大氣降水是補(bǔ)給源。我國(guó)：1.水資源總量居世界第六位，但人均占有僅2400m3，只有世界人均占有量的1/4，排在世界百位以后。耕地平均分?jǐn)偹恐挥惺澜缙骄鶖?shù)的3/4。2.水資源地區(qū)分布很不均勻——南水北調(diào)

全球陸地上多年平均年降水量約為800mm，中國(guó)為628mm，其中轉(zhuǎn)換為江河年徑流量的水量折合水深284mm。我國(guó)水資源量?jī)H次于巴西、前蘇聯(lián)、加拿大、美國(guó)及印尼，居世界第六位。但因?yàn)槿丝诒姸?，只有世界人均占有量?/4。按耕地平均分?jǐn)偹繛槭澜缙骄鶖?shù)的3/4。

中國(guó)降水量的地區(qū)分布不均勻，南部和東南沿海平均年降水量大于1600mm；臺(tái)灣省達(dá)2540mm；華北和東北為400~800mm；西北大部分地區(qū)200~400mm；沙漠邊緣地區(qū)少于100mm；新疆塔里木盆地和青海柴達(dá)木盆地小于25mm。

降水和徑流時(shí)空分布極不均勻，年際變化大，年內(nèi)分配十分集中，使水資源利用困難，并造成洪澇和干旱災(zāi)害。

我國(guó)徑流豐沛，地形有利，水能資源豐富。在可開發(fā)容量和年發(fā)電量方面，均居世界第一位。全國(guó)水能蘊(yùn)藏量約6.91億kW，可開發(fā)裝機(jī)容量3.83億kW。三、工程水文學(xué)(EngineeringHydrology)及其任務(wù)

進(jìn)入20世紀(jì)以后，大量興起的防洪，灌溉、水電、航運(yùn)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)及城市建設(shè)，向水文科學(xué)提出了許多新課題，并率先形成最重要的分支學(xué)科—工程水文學(xué)。工程水文學(xué)包括水文計(jì)算、水利計(jì)算和水文預(yù)報(bào)等內(nèi)容。

工程水文學(xué)的定義：水文學(xué)的一個(gè)重要分支，將水文學(xué)方面的知識(shí)應(yīng)用于水利水電工程，為工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行管理提供水文依據(jù)的一門科學(xué)。

工程水文學(xué)是應(yīng)用水文知識(shí)于工程建設(shè)（主要是水利工程）的一門學(xué)科。主要內(nèi)容包括水文計(jì)算和水文預(yù)報(bào)。

工程水文學(xué)主要內(nèi)容分二方面：（1）水文預(yù)測(cè)（水文分析計(jì)算）：從統(tǒng)計(jì)的角度測(cè)算工程實(shí)施中和完成后很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)可能遇到的各種機(jī)會(huì)（概率）的水文現(xiàn)象的大小與過程。如預(yù)測(cè)長(zhǎng)江三峽工程未來千年一遇的洪水有多大？主要為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（2）水文預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)指定地點(diǎn)或地區(qū)一定時(shí)期內(nèi)（稱預(yù)見期）水文現(xiàn)象的大小及變化過程。如預(yù)報(bào)某河流斷面處從現(xiàn)在起以后24h的水位有多高？主要為現(xiàn)場(chǎng)施工及工程管理提供水文依據(jù)。工程水文學(xué)貫穿于水利工程實(shí)施過程：

1.水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：

水文計(jì)算的主要任務(wù)是確定工程規(guī)模。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工程投資、風(fēng)險(xiǎn)三者的關(guān)系。2.水利工程施工階段水利工程施工期一般較長(zhǎng)，工程水文學(xué)的任務(wù)就是要：1）為臨時(shí)性建筑物如圍堰、引水隧洞或渠道等，提供整個(gè)施工期的天然來水情勢(shì)預(yù)報(bào)（水文計(jì)算）；2）為日常工作的安排提供近期（如幾天內(nèi)）確切的水情預(yù)報(bào)（水文預(yù)報(bào)）。3.水利工程管理運(yùn)營(yíng)階段水文計(jì)算的長(zhǎng)期平均情勢(shì)與水文預(yù)報(bào)短期水情相結(jié)合，確定最經(jīng)濟(jì)合理的調(diào)度方式，是建成的工程充分發(fā)揮作用。

工程水文學(xué)課程將揭示水的循環(huán)，徑流形成、水資源再生能力等水文規(guī)律，預(yù)估當(dāng)?shù)匚磥硭Y源可能補(bǔ)充量的大小，為水利工程，水資源開發(fā)與利用，以及為城鄉(xiāng)建設(shè)提供合理的水情依據(jù)。工程水文學(xué)：水資源開發(fā)利用方面水利規(guī)劃設(shè)計(jì)過程水電站（水庫(kù)）特征值其他參數(shù)：裝機(jī)容量平均年發(fā)電量壩高壩形等

工程水文學(xué)研究洪水形成原因和規(guī)律，通過各種途徑預(yù)估未來可能出現(xiàn)的洪水情勢(shì)。研討城市與鄉(xiāng)村防洪與排水的工程與非工程措施的合理性和可行性。2工程水文學(xué)：防洪與排水方面內(nèi)澇潰堤洪水河塘干旱景象草原干旱景象湖泊干旱景象河流干旱景象

水環(huán)境中水質(zhì)的演變是與水體中水的運(yùn)動(dòng)和變化緊密聯(lián)系的。工程水文學(xué)這門課程有助于解和掌握這方面的理論和方法。也可就水利工程對(duì)環(huán)境的影響作出正確而深入評(píng)價(jià)與處理。3工程水文學(xué)：水環(huán)境方面河流污染污水排放太湖藍(lán)藻黃河甘肅白銀市段第二節(jié)工程水文學(xué)的研究方法一、系統(tǒng)流域是指匯集于一條河流的集水區(qū)域。分水嶺是流域匯水的分界線。沿流域分水嶺的界面在向上與頂面和底面包圍成一個(gè)水文系統(tǒng)。水文系統(tǒng)模型的用途是由輸入預(yù)測(cè)輸出。二、水文現(xiàn)象的基本規(guī)律1.水文現(xiàn)象的確定性規(guī)律——成因規(guī)律水文現(xiàn)象的發(fā)生都有其客觀的原因和具體的形成條件——因果關(guān)系。例如徑流的豐枯變化（周期性），降雨徑流關(guān)系等。2.水文現(xiàn)象的隨機(jī)性規(guī)律——統(tǒng)計(jì)規(guī)律水文現(xiàn)象又受偶然因素的影響，在一定程度上表現(xiàn)出非確定性——隨機(jī)性。例如河流某斷面每年出現(xiàn)最大洪峰流量的大小和出現(xiàn)的時(shí)間。二、水文研究的基本方法1.成因分析法利用水文現(xiàn)象的確定性規(guī)律來解決水文問題。通過觀測(cè)資料和實(shí)驗(yàn)資料研究，建立水文現(xiàn)象與其影響因素之間的定量關(guān)系。在水文現(xiàn)象基本分析和水文預(yù)報(bào)中應(yīng)用廣泛。2.數(shù)理統(tǒng)計(jì)法根據(jù)水文現(xiàn)象的隨機(jī)性，以概率論為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，可以求取長(zhǎng)期水文特征值系列的概率分布，從而得出工程規(guī)劃設(shè)計(jì)所需要的設(shè)計(jì)水文特征值。在水文計(jì)算中運(yùn)用廣泛。第三節(jié)水文學(xué)的發(fā)展內(nèi)容提要

水文學(xué)發(fā)展的各個(gè)階段與特點(diǎn)學(xué)習(xí)要求

一般了解即可第三節(jié)水文學(xué)的發(fā)展水文學(xué)的發(fā)展，就是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水工程發(fā)展的需要，從萌芽到成熟、由經(jīng)驗(yàn)到理論逐步發(fā)展起來的。今后的發(fā)展仍將遵循這一規(guī)律更快地向前發(fā)展，以滿足社會(huì)繼續(xù)發(fā)展的需求。水文學(xué)的發(fā)展，大體可分為以下幾個(gè)階段：萌芽時(shí)期（1400年以前）奠基時(shí)期（1400～1900年）應(yīng)用水文學(xué)的形成（1900～1950年）現(xiàn)代水文學(xué)時(shí)期（1950年后）一、萌芽時(shí)期（1400年以前）這一時(shí)期中國(guó)的水文知識(shí)居于世界領(lǐng)先地位，如2000年前建成的都江堰，至今仍在發(fā)揮巨大作用，其中就體現(xiàn)著成功的水文知識(shí)；又如527年的《水經(jīng)注》，是早于歐洲1000多年的水文地理巨著；公元前239年的《呂氏春秋》最先提出水文循環(huán)的概念。二、奠基時(shí)期（1400～1900年）該時(shí)期，西歐的文藝復(fù)興和產(chǎn)業(yè)革命促進(jìn)了水利事業(yè)的發(fā)展，在水文觀測(cè)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(cè)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)。三、應(yīng)用水文學(xué)的形成（1900～1950年）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。1900年的美國(guó)J.A.塞登提出著名的塞登定律、1932年L.R.K.謝爾曼提出單位線法、1935年G.T.麥卡錫建立了馬斯京根河道洪水演算法，1924年H.A.福斯特完整地建立了P-Ⅲ水文頻率曲線計(jì)算方法等等，這一時(shí)期我國(guó)則比較落后。四、現(xiàn)代水文學(xué)時(shí)期（1950年后）隨著計(jì)算機(jī)、空間信息技術(shù)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