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，以及水體對環(huán)境的影響和作用，包括對生物特別是對人類的影響。冰川水體冰山水體海洋水體湖泊水體水庫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個方面。從水量角度，實用水資源通常指逐年可以得到恢復(fù)和更新的淡水，主要是江河湖庫和淺層地下水水量，大氣降水是補(bǔ)給源。我國：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，中國為628mm，其中轉(zhuǎn)換為江河年徑流量的水量折合水深284mm。我國水資源量僅次于巴西、前蘇聯(lián)、加拿大、美國及印尼，居世界第六位。但因為人口眾多，只有世界人均占有量的1/4。按耕地平均分?jǐn)偹繛槭澜缙骄鶖?shù)的3/4。

中國降水量的地區(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)包括水文計算、水利計算和水文預(yù)報等內(nèi)容。

工程水文學(xué)的定義：水文學(xué)的一個重要分支，將水文學(xué)方面的知識應(yīng)用于水利水電工程，為工程的規(guī)劃設(shè)計、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)容包括水文計算和水文預(yù)報。

工程水文學(xué)主要內(nèi)容分二方面：（1）水文預(yù)測（水文分析計算）：從統(tǒng)計的角度測算工程實施中和完成后很長時期內(nèi)可能遇到的各種機(jī)會（概率）的水文現(xiàn)象的大小與過程。如預(yù)測長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)計提供依據(jù)。（2）水文預(yù)報：預(yù)報指定地點(diǎn)或地區(qū)一定時期內(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)貫穿于水利工程實施過程：

1.水利工程的規(guī)劃設(shè)計階段：

水文計算的主要任務(wù)是確定工程規(guī)模。

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工程投資、風(fēng)險三者的關(guān)系。2.水利工程施工階段水利工程施工期一般較長，工程水文學(xué)的任務(wù)就是要：1）為臨時性建筑物如圍堰、引水隧洞或渠道等，提供整個施工期的天然來水情勢預(yù)報（水文計算）；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（水文預(yù)報）。3.水利工程管理運(yùn)營階段水文計算的長期平均情勢與水文預(yù)報短期水情相結(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)計過程水電站（水庫）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。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。也可就水利工程對環(huán)境的影響作出正確而深入評價與處理。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水文系統(tǒng)。水文系統(tǒng)模型的用途是由輸入預(yù)測輸出。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。通過觀測資料和實驗資料研究，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)報中應(yīng)用廣泛。2.數(shù)理統(tǒng)計法根據(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)計方法，可以求取長期水文特征值系列的概率分布，從而得出工程規(guī)劃設(shè)計所需要的設(shè)計水文特征值。在水文計算中運(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階段：萌芽時期（1400年以前）奠基時期（1400～1900年）應(yīng)用水文學(xué)的形成（1900～1950年）現(xiàn)代水文學(xué)時期（1950年后）一、萌芽時期（1400年以前）這一時期中國的水文知識居于世界領(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；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、奠基時期（1400～1900年）該時期，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)的水文測驗為水文定量計算及預(yù)報奠定了堅實基礎(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)的水文計算和水文預(yù)報，使應(yīng)用水文學(xué)迅速發(fā)展起來。1900年的美國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水文頻率曲線計算方法等等，這一時期我國則比較落后。四、現(xiàn)代水文學(xué)時期（1950年后）隨著計算機(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)入了一個新時代，流域數(shù)學(xué)模型、水