工程水文學(xué)第一章

工程水文學(xué)第一章第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日第一章緒論第一節(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。第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日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

第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、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。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)第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日三、工程水文學(xué)(EngineeringHydrology)及其任務(wù)

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)。第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日

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(shí)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)。第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日工程水文學(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。第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日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。第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日第二節(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。第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、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。第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、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(shí)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。第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日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。第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日第三節(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

一般了解即可第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日第三節(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）第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日一、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。第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、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(shí)基礎(chǔ)。第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日三、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。第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日四、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、水資源學(xué)、水環(huán)境學(xué)、隨機(jī)水文學(xué)相繼形成。第二十一頁，共二十二頁，2022年，8月28