水文学要点

绪论1 水资源及其开发利用一、水资源的涵义1广义的水资源2狭义的水资源二、水资源的开发利用兴水利除水害保护水环境三、我国水资源的特点 1水资源总量多，但人均、亩均占有量少。 2水资源地区分布不均匀，水土资源配置不均衡。 3水资源年际、年内变化大，水旱灾害频繁。 4水土流失和泥沙淤积严重。5天然水质好，但人为污染严重。2 水文现象及其研究方法一、水文现象及其基本特点 1水文现象：是由自然界中各种水体的循环变化所形成的一种自然现象。 2特性确定性（必然性）随机性（偶然性）地区性二、水文学的基本研究方法成因分析法确定性数理统计法随机性地区综合法地区性三、水文学的主要内容1水文学定义2分类 水文气象学 陆地水文学：又可分为河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学 海洋水文学 地下水文学3 本课程在水资源开发利用工程中的应用一、本课程的主要内容： 工程水文学：水文学的一个重要分支，为工程规划设计、施工建设、运行管理提供水文依据。 水利水电规划：确定水利水电工程的开发方式、规模和效益，以及拟订水利水电工程的合理管理运用方 式。二、工程建设中的应用 1规划设计阶段：预估河流未来水文情势，进行径流调节计算，以确定工程规模，确定设计方案； 2施工阶段：研究施工期的水文问题，确定临时建筑物的尺寸，以及编制工程初期蓄水方案； 3管理运用阶段：根据预报的水文情况，编制工程调度运行计划，充分发挥工程效益。三、实例讲解：长江三峡工程规划设计中的工程水文学及水利水电规划问题 设计年径流预测（以确定正常蓄水位、装机容量、平均年发电量等）：平均年径流量径流年际变化径流年内变化 设计洪水预测（以确定校核洪水位、设计洪水位、防洪限制水位、防洪库容、溢洪道尺寸等）：校核洪水（万年一遇） 设计洪水（千年一遇） 水文预报（指导发电、防洪等）：长期年、月径流预报 中、短期暴雨洪水预报Ch1 水分循环及径流形成1-1 水分循环一、水循环的概念1定义2. 动画演示：水循环二、水循环的原因 内因：水的物理性质，即 三态 转化； 外因：太阳辐射和地球引力作用。三、水循环的基本类型 大循环：海洋与陆地之间的水分交换过程，又称外循环。 小循环：小海洋或陆地上的局部水分交换过程。1-2 河流与流域一、河流及其特征1. 河流（1）河流定义：自然界中脉络相通的排泄降水径流的天然输水通道,其中分为各级支流及干流。（2）河流分段：河源、上游、中游、下游、河口（3）河系：扇形水系、羽形水系、平形水系、混合水系2. 河流的特征（1）纵横断面河流横断面：分单式断面和复式断面（2）河流长度：一条河流，自河口到河源沿中泓线量计的平面曲线长度。（3）河道纵比降：单位河长的河床落差。住尹即& 4洛我皿4亠目戸亠取忑一眈上河道的平均纵比降：河流纵断面示意图二、流域及其特征1. 流域、分水线 流域：河流某一断面以上的集水区域称为河流在该断面的流域。分水线：相邻两流域的界限线称为分水线。闭合流域：地面分水线与地下分水线完全重合的流域。一般大中流域均可看成闭和流域。非闭合流域：地面、地下分水线不重合的流域。如岩溶地区的河流和一些很小的流域。2. 流域特征（1）流域几何特征 流域面积（F）:河流某一断面以上，由地面分水线所包围的不规则图形的面积。 流域长度（Lf :流域几何中心铀的长度。 流域平均宽度（B） 流域形状系数（2）流域的自然地理特征1-3 降水降水：空气中的水汽以液态或固态形式从大气到达地面的各种水分的总称。 气团：水平方向物理性质比较均匀的大块空气。一、降雨的成因与分类暖湿空气一抬升冷却一凝结为大量的水滴一降落成雨基本条件：空气中要有一定量的水汽；空气要有动力上升冷却。分类：（一）锋面雨（1） 冷锋雨 特点：降雨面积小、强度大、历时短。 动画演示：冷锋雨的形成（2） 暖锋雨 特点：降雨面积大、强度小、历时长。 动画演示：暖锋雨的形成（二）地形雨 动画演示：地形雨的形成（三）对流雨 特点：强度大、范围小、历时短，并常伴有雷电，又称雷阵雨。（四）台风雨二、点降雨特性及其分析方法 点降雨量：一个雨量观测站承雨器（口径为 20 cm ）所在地点的降雨。（一）点降雨特性 1降雨量：一定时段内降落在单位水平面积上的雨水深度，单位用 mm 表示。 2降雨历时：场降雨从开始到结束所经历的叫间，常以小时为单位。 3降雨强度：单位时间内的降水量 ，单位用 mmmin 或 mmh 表示。4降雨面积：降雨所笼罩的水平面积，单位用以km2表示。 5降雨中心：一次笼罩面积上降雨量最为集中且范围较小的局部地点。（二）降雨资料的图示法1 时段降雨量过程线2降雨量累积曲线3等雨量线图三、面雨量概念与计算方法（一）面雨量：一定区域面积上的平均雨量。二）流域面平均雨量的计算方法1 算术平均法：当流域内地形变化不大,雨量站数目较多、分布较均匀时2泰森多边形法（垂直平分线法）：当流域地形起伏大，雨量站分布不均匀时多用此法。3. 等雨量线法：降雨在地区上或流域上分布很不均匀，地形起伏大4降雨点面关系法：流域内雨量站少，或各雨量站观测不同步1-4 蒸发与下渗一、蒸发1 概念：水由液态或固态转化为气态的物理变化过程。U,分类：水面蒸发主要损失流域蒸发 土壤蒸发植物散发二、下 渗1 概念：水分从土壤表面向土壤内部渗入的物理过程，以垂向运动为主要特征。2 下渗的物理过程渗润阶段T渗漏阶段T渗透阶段3下渗的变化规律一下渗能力（容量）曲线1-5 径流一、河川径流的补给源雨水、冰雪融水、地下水和人工补给等。二、降雨径流的形成过程 降雨径流：指雨水降落到流域表面上，经过流域的蓄渗等过程分别从地表面和地下汇集到河网，最终流出流域出口 的水流。（一）产流过程（扣损过程）净雨过程： 降雨过程减去损失过程，即得净雨过程。 损失：植物截留、 填洼 、雨期蒸发、补充土壤缺水量的下渗等。产流方式：蓄满产流、超渗产流地面径流径流 壤中流 次径流(产流量) 浅层地下径流 深层地下径流(基流)(二) 汇流过程 坡面汇流河网汇流动画演示：河川径流的形成讨稈 、径流的表示方法及单位(1) 流量Q：单位时间内通过某一断面的水量，单位为m3/s。(2) 径流量W： 定时段内通过河流某一断面的水量，单位有m3、万m3、亿m3。 W=QTY = (3) 径流深Y：将一定时段的径流总量平均铺在流域面积上所得到的水层深度，单位为mm。(4) 径流模数M：单位流域面积上所产生的流量，常用单位为L/ (s km2)或m3/(s.km2) 心(5) 径流系数a：流域某时段内径流深与形成这一径流深的流域平均降水量的比值, 实例分析：【例 1-1】四、次雨洪径流过程及其特征洪水流量过程线三要素：洪峰流量Q，洪水总量W,洪水总历时T，T=t +t。1-6 流域水量平衡m涨 退一、水量平衡原理一般的水量平衡方程I-O=W2-WW式中I时段内输入区域的各种水量之和；0时段内输出区域的各种水量之和；W时段初区域内的蓄水量；W2时段末区域内的蓄水量； W时段内区域蓄水量的变化量。二、流域水量平衡 闭合流域的水量平衡方程H-(E+Y) = W多年平均情况下，闭合流域的水量平衡方程补充例题H0=E0+Y0本章小结、复习Ch2 水文资料的收集2-1 水文测站一、水文测站的任务及分类 根据测站的性质和作用，水文测站可分为：基本站、实验站、专用站二、水文测站的设立(一) 选择测验河段 基本条件：(二) 布设测验断面水文站各种断面布设图(三) 布设基线长度视河宽而定，应不小于河宽的0.6倍。三、水文站的日常工作内容2-2 降水与蒸发的观测一、降水观测（一）人工雨量筒观测通常采用二段制，观测时间为8h和20h。视雨情变化增加测次，如四段制、八段制。（二）自记雨量计简介动画演示：虹吸式雨量计、翻斗式雨量计（三）降水资料整理 编制汛期降水量摘录表；统计不同时段最大降水量；计算日、月、年降水量等。二、蒸发观测（一）水面蒸发观测目前常采用E-601型蒸发器和口径为80cm带套盆的蒸发器。（二）土壤蒸发观测 常通过流域水量平衡法和经验公式法进行估算。（三）蒸发资料整理E =kE2-3 水位观测与资料整编一、水位观测的目的水位：天然水体某时刻的自由水面相对于某一固定基面的高程，其单位以m表示。二、水位观测（一）人工水尺观测水位 = 水尺读数 + 水尺零点高程动画演示:直立式水尺（二）自记水位计观测动画演示：自记水位计三、水位资料的整理日平均水位的计算 1算术平均法：适用一日内水位变化缓慢，或水位变化虽较大但观测是等时距的。2面积包围法：适用于水位变化大，一日内观测为不等距。2-4 流量测验与资料整编一、概述 测量流量的方法：流速面积法、水力学法、化学法、物理法、直接法等。二、流量测验（一）过水断面测量1 、测量起点距（1）断面索观法（2）测角交会法（3）GPS 定位确定2、测量水深 测深杆、测深锤或测深铅鱼、回声测深仪等。（二）流速测量v = K+CT1、流速仪及其测速原理2、测速垂线和测点布设 垂线布设：在测流断面上布设足够的测速垂线（可在测深垂线中选取）测点布设：在各条测速垂线上选取合适的测点，测点位置和数目随水深而异。3、测点流速的测定（三）流量计算1 、垂线平均流速计算2、部分平均流速计算3、部分面积计算4、部分流量计算5、断面流量计算（四）浮标法测流 浮标测流法是一种简便的测流方法。在洪水较大或水面漂浮物较多，特别是在使用流速仪测流有困难的情况 下采用。Q=KfQ 虚三、流量资料整编（一）水位流量关系1稳定的水位流量关系曲线水位与流量之间呈现单一关系 通常在绘制水位流量关系曲线的同一张图纸上，一并绘出水位-过水断面积及水位平均流 速关系曲线，作为分析水位流量关系曲线的辅助。2不稳定的水位流量关系曲线 受河床冲淤、变动回水、洪水涨落等因素的影响，水位流量关系点据分布散乱。在这种情况 下，一般多采用“连时序法”确定水位流量关系曲线。 河床受冲曲线右移 河床受淤一一曲线左移 洪水涨落曲线呈逆时针绳套状 3水位流量关系曲线的延长（1）高水延长 根据水位面积、水位流速关系延长 根据水力学公式延长（2）低水延长 一般采用趋势法延长（二）水位流量关系的应用及流量资料的整编 根据确定的水位流量关系曲线推求逐时流量、逐日平均流量以及月、年平均流量。2-5 泥沙测验与资料整编 全沙：河流向下游输送的不同颗粒大小泥沙的总称。 悬移质（悬沙）：悬浮于水中随水流一起运动的泥沙。 推移质（底沙）：在河床床面上以滑动、滚动或跳跃的方式运动的泥沙。一、泥沙的计量单位（1）含沙量P单位体积浑水中所含泥沙的质量，以kg/m3计。（2）输沙率 Qs单位时间内通过河流某断面的泥沙质量，以 kg/s 计。Qs= P Q（ 3）输沙量 Ws某时段内通过河流某断面的泥沙质量，以kg或t计。W=Q Tss（ 4 ） 侵蚀模数 Mss单位流域面积上的输沙量，以 t/km2 计。Ms = Ws /F二、悬移质泥沙测验 S（一）含沙量测验与流速测验相似动画演示：含沙量的测量（二）断面输沙率测算与流量计算相似（三）断面平均含沙量计算2-6 水文调查一、洪水的调查（一）调查的内容和方法（二）估算洪峰流量1、水位流量关系法： 如果调查河段附近有水文站，则可利用水文站的水位流量关系曲线加以延长，以求得洪峰流量。2、比降法： 当在调查洪水河段上，水深和流速变化不大，并能同时取得两个以上洪痕时，可推算出水面比降， 此时可用水力学的曼宁公式推算洪峰流量。二、暴雨调查 暴雨调查的主要内容有：暴雨中心发生的时间、地点、暴雨量级、雨区范围、暴雨起迄时间、暴雨变化过程等。三、枯水调查 与洪水调查同步进行2-7 水文资料的收集一、水文年鉴二、水文手册和水文图集三、水文资料数据库 本章小结、复习Ch3 水文统计的基本方法3-1 概述一、水文现象的统计规律 水文现象是一种自然现象，它具有必然性的一面，也具有偶然性的一面。偶然现象仍然是有规律的，一般称 为统计规律。二、水文统计及其任务 概率论与数理统计学应用到水文分析与计算上则称为水文统计。水文统计的任务就是研究和分析水文随机现象的统计变化特性。并以此为基础对水文现象未来可能的长期变 化作出在概率意义下的定量预估，以满足工程规划、设计、施工以及运营期间的需要。3-2 概率、频率、重现期一 、概率(一)随机试验与随机事件1、随机试验2、事件：随机试验中所有可能出现或不可能出现的事情。3、事件分类：(1) 必然事件。即在一定条件下肯定会发生的事件。(2) 不可能事件。即在一定条件下肯定不会发生的事件。(3) 随机事件。即在一定的条件情况下有可能发生，也有可能不发生的事件。(二)概率1、定义：概率就是用来描述某一随机事件发生可能性大小的数量指标。2、概率计算公式：OW P (A)W1二 、频率1、含义：随机事件A在n次随机试验中，实际出现了 m次，2、频率计算公式：3、频率和概率的区别和联系 区别：概率是抽象数是个理论值；频率是具体数，是个经验值。 联系：频率随实验次数的增多而逐渐稳定并趋近于概率。称为多少年一遇，用字母T表示。三、重现期1、定义：某随机事件在长期过程中平均是多少年比现一次，72、频率P与重现期T的关系：(1) 在研究暴雨洪水问题时，一般设计频率P50%，则：3-3 随机变量及其频率分布一、随机变量1、定义：( 1 )随机变量： (2)总体：随机变量所取数值的全体。( 3)样本：从总体中任意抽取的一部分。(4) 样本容量：样本的项数。2、类型：( 1)离散型随机变量( 2)连续型随机变量二、随机变量的频率分布1、离散型随机变量的概率分布随机变量各个取值与其概率之间一一对应 概率分布为P (X=xi) =pi (i=l,2.)2、连续型随机变量的频率分布研究随机变量X取值大于或等于某一数值的概率分布，即P (Xx.)oi 实例分析：【例 3-1】三、随机变量的统计参数(一)算术平均数表示样本系列的平均情况，反映系列总体水平的高低。二）均方差和变差系数1、均方差均方差则表示系列中各个值相对于均值的离散程度：2、变差系数C（离差系数）可比较均值不等的系列的离散程度：（三）偏差系数Cs （偏态系数）M_A另（X-云尸另他-1尸 - =旦反映系列中各值在均值两侧分布是否对称或不对称（偏态）程度的一个参数，Cs=O,正态分布；随机变量在均值两边对称分布。Cs0,正偏分布；取值大于均值的机会比取值小于均值的机会少。Cs0,负偏分布；取值大于均值的机会比取值小于均值的机会多。 实例分析：【例 3-2】四、抽样误差1、定义：由于从总体中随机抽取的样本与总体有差异而引起的误差,称为抽样误差。2、大小：随样本的均方差、变差系数及偏差系数的增大而增大；随样本容量的增大而减小。3-4 样本审查与相关分析 一、样本资料的审查（一）样本资料的可靠性审查与修正 1可靠性：可靠程度,即是否存在着种种较大的误差或错误。2审查内容：测验方法、测验成果、整编方法与邻近测站对比3常用审查方法：对比法 与上下游测站对比 径流资料与降雨资料对比（二）样本资料的一致性审查与还原1. 一致性：样本资料前后是否是在同一条件下产生。2审查内容：影响因素气候因素下垫面因素 主要（三）样本资料的代表性审查与展延1代表性：样本的统计特性（如统计参数）能否很好地反映总体的统计特性。2审查方法：通常可由其他长系列的参证资料作对比分析推论。二、相关分析（一）相关分析的基本概念相关的种类：1、根据变量之间相互关系的密切程度,可分为：完全相关、零相关、统计相关。2、根据相关的形式,可分为直线相关、曲线相关 。3、根据相关变量的多少,可分为简单相关、复相关。（二）简单直线相关y=a+bx1 相关图解法目估定线可能会带来较大的偏差。fly-y=r（x-x）=R.（x-x）2相关计算法y 倚 x 的回归方程：或 x 倚 y 的回归方程：A,_M龙（X -巳仏-刀艺傀-叮傀- ur = = 拒（X刁孰汀脸-1吃傀-1尸相关系数r表示x、y两系列间的密切程度，计算式为J=0零相关|r|=1 完全相关（函数相关）|r|1 统计相关* （三）相关分析的误差1回归线的误差 2相关系数的误差 实例分析【例 3-6】3-5 频率计算一、概述二、经验频率曲线 （一）经验频率曲线由实测资料绘制而成的, 它是水文频率计算的基础, 具有一定的实用性。（二）经验频率计算计算公式 : 三）曲线的绘制（1）将样本资料系列由大到小排队；（2）计算各值的经验频率（累积频率）；（ 3）在频率格纸上点绘经验点；4）日估过点群中心绘制经验频率曲线。（四）应用中存在的问题人为因素大、曲线外延困难、不便于地区综合比较三、理论频率曲线（一）理论频率曲线的概念指具有一定数学方程的频率曲线。（二） PIII型曲线实例分析：例 3-8（三）三个统计参数对PIII型曲线的影响1、cv、CS一定时，均值影响曲线的高低，均值越大，曲线越高2、均值、CS一定时，CV值影响曲线的陡缓，CV值越大，曲线越陡3、均值、CV定时，CS值影响曲线的弯曲，C/直越大，曲线越弯VSS四、适线法1 、计算点绘经验频率点据2、估算统计参数初值3、适线（调整参数，使曲线与经验点拟合最佳）实例分析：例 3-9 本章小结、复习Ch4 设计年径流的分析计算4-1 概述一、年径流及其特征1、定义：在一个年度内，通过河流某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。2、表示方法：年径流总量（万m3或亿m3）、年平均流量（m3/s）、年径流深（mm）、年径流模数m3/（s km2）日历年度1T2月年度 水文年度 以水文现象的循环规律来划分 水利年度 以水库蓄泄周期来划分的3、年径流的变化特征（1）年内变化：丰水期（洪水期）和枯水期，或汛期与非汛期。（2）年际变化 ：丰水年、中水年（平水年）、枯水年（3）年径流的多年变化：丰水年组和枯水年组交替出现。二、影响年径流的因素1 、气候因素 2、下垫面因素 3、人类活动三、设计年径流计算的目的和任务1 、计算目的：提供在设计条件下所需要的年径流资料。2、任务：（1）设计的长期年、月径流系列；（2）代表年的年径流量及其年内分配。4-2 具有实测径流资料时设计年径流的分析计算一、年径流资料的审查（一）资料的可靠性（二）资料的一致性（三）资料的代表性二、设计年径流量的计算1 、计算时段的确定 根据工程需要确定计算时段，将径流资料按水利年度重新进行整理，构成新的径流计算系列。2、频率计算（适线法） 有较长实测径流资料时适线法 具有较短实测年径流资料时 先展延，再频率计算。三、设计年径流量年内分配的计算计算方法：典型缩放法1 典型年的选择从实测径流资料中选择，原则：（1）水量相近 （2）对工程不利2同倍比法缩放倍比：Ky = Wp /WD以K乘典型年的逐月平均流量，即得设计年径流量过程。3、同频率法（多倍比法） 将代表年各月（旬）的径流量分段按不同的倍比缩放。实例分析：【例 4-1 】4-3 缺乏实测径流资料时设计年径流量的分析计算一、设计年径流量的推求（一）等值线图法1、多年平均径流深的估算 （1）在等值线图上描出设计流域的分水线，然后定出流域的形心。（2）如果流域面积较大，流域内通过多条等值线，采用面积加权法推求。（3）在小流域中，流域内通过的等值线很少，按通过流域形心的直线距离比例内插法计算。2、年径流 Cv 值的估算 与年径流均值估算方法类似。3、年径流 Cs 值的估算用水文手册上分区给出的CS与C的比值Sv（二）水文比拟法将参证流域的某一水文特征量移用到设计流域上来。1、多年平均年径流量的计算（1）直接移用丫严=丫乞（2）修正后移用Q =KrQ2、年径流变差系数CV的估算C =KCVY设 VY参3、年径流量偏态系数CS的估算在实际工作中，常采用 CS=2CV。二、设计年径流年内分配的计算 查各省（区）水文手册、水文图集或水资源分析成果中各分区的各种年型的典型分配过程。本章小结、复习Ch5 设计洪水的分析计算5-1 设计洪水概述一、洪水与设计洪水1. 设计洪水的定义（1）洪水： 由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨的一种水文现象。（2）设计洪水： 作为水工建筑物设计依据的洪水称为设计洪水。2. 设计洪水三要素（1）设计洪峰流量 Qm（m3/s）m设计洪水的最大流量。（2）设计洪水总量 W（m3） 洪水起涨至落平的径流总量，即流量过程线与时间轴包围的面积。（3）设计洪水过程线 Q t二、设计标准1. 防洪标准 担任防洪任务的水工建筑物，应具备的防御洪水能力的洪水标准。常用重现期表示。2. 选定防洪标准的原则安全和经济统一三、设计洪水计算的内容和途径1. 内容设计洪峰流量 Qmm设计洪量 W设计洪水过程线 Q t2. 途径（1）有资料由流量资料推求 由暴雨资料推求 由水文气象资料推求（2）无资料 地区等值线插值法 经验公式法5-2 由流量资料推求设计洪水一、 洪水资料审查与选样（一）审查1 资料可靠性的审查与改正2 资料一致性的审查与还原3 资料代表性的审查与插补延长（二）选样1什么是选样？ 在现有的洪水记录中选取若干个洪峰流量或某一历时的洪量组成样本，作为频率计算的依据。2选样方法年最大值法 每年只选一个最大洪峰流量及某一历时的最大洪量。二、 设计洪峰流量和洪量系列的频率计算 （一）特大洪水及其重要性（1）特大洪水 比一般洪水大得多的稀遇洪水。 （2）为什么要考虑特大洪水？ 提高系列的代表性，使计算成果更加合理、准确。（3）特大洪水处理 研究有特大洪水时的频率计算方法（二）连序系列与不连序系列连序系列:实测的短系列（n年）不连序系列:包括历史洪水的长系列（N年）三）洪水经验频率的估算 独立样本法一般洪水的经验频率为:m=1,2,，n；特大洪水的经验频率为:MM=l,2,，a；统一样本法特大洪水的经验频率为：M四）五）一般洪水的经验频率为：a均值：M=l,2,，a；m=l+1, l+2,n；统计参数的计算 _彳假定：X = XW7由假定推导出：变差系数：娜根据弘比值按经验估算偏态系数：设计洪水频率计算的适线 适线时应注意（1）（2）（3）尽量照顾点群趋势，使曲线通过点群中央 使曲线尽量靠近精度较高的点 对于特大洪水，在误差范围内调整，使曲线不脱离点群太远 （六）计算成果的合理性分析（1） 误差来源（2）合理性分析方法实例分析例 5-2 设计洪水流量过程线一）典型洪水过程线的选择1、从资料完整、精度较高、接近设计值的实测大洪水过程线中选择2、具有代表性的、对防洪偏于不利二）典型洪水过程线的放大1、同倍比放大法把典型洪水过程线的纵高都按同一比例系数放大， 即为设计洪水过程线2、同频率放大法按洪峰和不同历时的洪量分别采用不同的倍比实例分析：例 5-35-3 由暴雨资料推求设计洪水一、概述步骤：暴雨资料T设计暴雨T设计净雨T设计洪水二、设计暴雨的计算（一）设计暴雨的推求1. 暴雨资料充分时（1）面暴雨量的选样（年最大值法）（2）面暴雨量的频率计算2. 暴雨资料短缺时设计点雨量T设计面雨量（1）设计点雨量计算 实例分析： 例 5-4（2）设计面雨量计算 流域降雨点面关系（二）设计暴雨的时程分配1. 选择典型暴雨的原则（1）设计条件下比较容易发生（2）对工程不利2. 放大方法 与设计洪水的典型过程缩放计算基本相同，一般均采用同频率放大法。 实例分析： 例 5-5三、设计净雨的推求 （一）径流系数法（二）降雨径流相关图法 HPaY实例分析： 例 5-6（三）初损后损法a四、设计洪水过程线（一） 等流时线法 . 1 、基本概念流域汇流时间流域上最远点的净雨流到出口的历时。汇流时间（T）流域各点的地面净雨流达出口断面所经历的时间。等流时线净雨汇流时间相同的点连成的等值线。等流时面积两条相邻等流时线间所包围的面积。g _瓦十十虬ifn十 十化2、出口断面流量计算通式二） 经验单位线法1、单位线：一个流域上，单位时段/t内均匀降落单位深度（10mm）的地面净雨，在流域出口断面所形成的 地面径流过程线。2、基本假定Ch6 水库兴利调节计算6-1 概述一、水库的调节作用1、径流调节： 按人们的需要，利用水库控制并在时间或地区上重新分配径流，称为径流调节。其作用是协调来水与用水在时间 分配上和地区分布上的矛盾，以及统一协调各用水部门需求之间的矛盾。2、兴利调节： 为兴利而提高枯水径流的水量调节。3、防洪调节： 为削减洪峰流量，利用水库拦蓄洪水，以消除或减轻下游洪涝灾害的调节。二、兴利调节分类1、 调节周期：库空(死水位)T库满(正常蓄水位)T库空(死水位)2、兴利调节分类：(1) 日调节和周调节 0 2%3% 为短周期调节，一般用于发电水库。(2) 年调节 3%5%W0 30%50% 常为以灌溉为主的水库。将丰水年多余水量拦蓄在库中，补充枯水期供水量之不足，为跨年度调节。三、设计代表年设计枯水年 P = P 设设设计平水年P = 50%设计丰水年P = 1P设6-2 水库特性一、水库特性曲线1. 水库的作用(1) 拦蓄洪水：除害 (2)调节河川天然径流：兴利(3)集中落差：发电2. 水库的分类( 1)河道型：河流的坡降较陡 ( 2)湖泊型：库区内的地形平坦，开阔3. 水库特性曲线 反映水库地形特征的曲线称为水库特性曲线。( 1)水库水位面积关系曲线，简称为水库面积曲线，(2) 水库水位容积关系曲线，简称为水库容积曲线。4. 静库容与动库容二、水库特征水位和库容1. 死水位和死库容2. 正常蓄水位和兴利库容3. 防洪限制水位和结合库容4. 防洪高水位和防洪库容5. 设计洪水位和拦洪库容6. 校核洪水位和调洪库容6-3 兴利用水与水库水量损失一、兴利用水及综合需水图(一) 给水(二) 农业灌溉用水(三) 水力发电用水(四) 航运用水(五) 其他部门需水 根据各部门年和逐月的需水图，即可绘制综合需水图。综合需水图的编制应考虑到一水多用的可能性，不能简单的 将各部门的需水量同步累加。二、水资源综合利用实例分析水资源综合利用即协调各用水部门之间的矛盾，做到统筹兼顾,“先用后耗”，力争“一水多用,一库多能”。三、水库的水量损失(一)水库的蒸发损失由陆面面积变为水面面积所增加的额外蒸发量。 蒸发资料充分时：作出与来、用水对应的水库年蒸发损失系列。其年内分配即采用当年实测的年 内分配。 蒸发资料不充分时：采用多年平均的年蒸发量和多年平均的年内分配。实例分析： 例 6-1（二）渗漏损失（1）经过能透水的坝身以及闸门、水轮机等的渗透。（2）通过坝基及大坝两翼的渗漏。（3）通过库底向较低的透水层及库外的渗漏。 生产实际中，常根据水文地质情况，定出一些经验性的数据，作为估算渗漏损失的依据。（三）其他损失6.4 水库死水位的确定一、根据淤积要求确定死水位和死库容Z = Z + 管底超高 + 引水管外径 + 管顶安全超高死淤二、根据灌溉要求确定死水位一Z死=Z渠+ D内/2 + H最小+ iL三、根据水利发电要求确定死水位考虑最低水头和最佳消落深度四、其他用水部门对死水位的要求1水产养殖2库区航运3库区环境卫生6-5 年调节水库兴利调节计算一、兴利计算原理 目的：提高枯水期的供水量，以满足各用水部门的需要。因此，必须按兴利要求来调节径流。 原理：水量平衡原理W来出=（Q 来-Q 出） = W W W = W = V = V V.二、年调节水库的运行情况（一）一次运用在调节周期内只有一次连续蓄水、供水（二）两次运用 在一个调节周期内连续供水、蓄水二次（三）多次运用 在一个调节年度内，充蓄、泄放多于两次。确定兴利库容可从空库时刻起算（V兴=0）,按顺时序或逆时序方法进行计算：（1）逆时序计算（遇余则减，遇缺则加）2）顺时序计算（遇余则加,遇缺则减）三、根据用水要求确定兴利库容 计算起点：库空之时,即供水期末。（一）典型年法顺时序向前推算：V 月（旬）末= V 月（旬）初 + （W来-W用）月 （旬）末 月 （旬）初来 用顺时序向前推算:1不计损失的列表计算 实例分析：例 6-32计入损失的列表计算 实例分析：例 6-4 （二）长系列法V月（旬）初=V月（旬）末-（W来-W用）四、根据兴利库容确定调节流量 简化水量平衡方程调节计算 1不计损失时V = W T -EW兴月调 供供来W = （ EW +V ） /T月调供来 兴供2计入损失时V = W T + EW -EW兴月调 供供损供来W = （ EW - EW + V ） / T月调供来供损 兴供应注意：（ 1）水库的调节性能，必须为年调节。（ 2 ）划定蓄、供水期问题。实例分析：例 6-5本章小结、复习Ch 7 水电站水能计算7-1 概述一、水电站水能计算的内容、目的和基本资料（一）内容： 确定水电站的动能指标 保证出力和多年平均年发电量 相应的主要参数 装机容量和水库的正常蓄水位（二）目的： 在规划设计阶段，选择水电站及水库的主要参数和动能指标； 在运行阶段，计算水电站在各时段的出力和发电 量。（三）基本资料： 特性曲线、水文资料、用水资料等二、水能利用的原理及开发方式（一）水能利用的原理（ 1 ）水能：河流中流动着的水流中蕴藏的能量。（2）原理：N = 9.81QH （kw）N=AQH（kw） E = AQH T （kwh）A= 6.5-75。A 为出力系数， 在初步规划设计估算时， 大中型水电站可取 A=7.5-8.5 ；小型水电站可取（二）开发方式 :1、坝式 （蓄水式 ）水电站2、引水式水电站3、混合式水电站7.2 水电站 的保证出力和发电量计算 一、水电站的保证出力与保证电能计算（一）无调节、日调节水电站水能计算方法相同点：都以“日”为计算时段，日平均出力。 差异：日调节水电站的上下游水位，随一日之内的用水量不同而发生变化。 无调节水电站保证出力计算： 实例分析： 例 7-1（二）年调节水电站的保证出力与保证电能计算1、 等流量法Qp供=（W供+V兴）/T供Qp蓄=（W蓄-V兴）/T蓄实例分析： 例 7-22、等出力法试算法 实例分析： 例 7-33、长系列法（三）多年调节水电站的保证出力与保证电能计算时历法二、 水电站多年平均年发电量计算（一）代表年法：以三个代表年的年发电量的平均值作为水电站多年平均年发电量。（二）长系列法7-3 电力系统负荷与容量组成一、电力系统及电力负荷图（一）电力系统 1、定义：统一的电力生产与输配系统。 2、用电户：工业用电、农业用电、市政用电、交通运输用电（二）电力负荷图 将所有用电户对电力系统求的电力电 量叠加起来，绘制出力与时间的关系曲线。1、日负荷图 表示一日内电力系统的负荷变化过程线，称为日负荷图。（1）日负荷图的特征值与分区特征值是：日最大负荷 N”、日平均负荷 N和日最小负荷 N。 分区：基荷、峰荷、腰荷（2）负荷特征系数基荷指数（a ），日最小负荷率（0 ），日平均负荷率（Y ）（ 3）日电能累积曲线 定义：日负荷所需出力与相应的电能之间的关系曲线。 作用：确定水电站在电力系 统负荷图中的位置。2、年负荷图一年内电力系统的负荷变化过程线。3、水电站的设计水平年 二、电力系统的容量组成最大工乍容量N”工、备用容量N备、重复容量N重三、水电站、火电厂的工作特点 7-4 水电站装机容量的选择一、水电站最大工乍容量的确定二、水电站的备用容量三、水电站的重复容量确定四、水电站装机容量简化估算1、 保证出力倍比法N 装 =CNp2、装机容量年利用小时数法 装t装=E年/N装7-5 水库防洪特征水位的选择一、 防洪限制水位的选择举例一、 防洪高水位的选择三、设计洪水位及校核洪水位的选择 本章小结、复习Ch8 水库防洪调节计算8.1 水库的调洪乍用和计算原理一、 水库的调洪乍用 当入库洪水很大时，为确保水库大坝和下游地区的安全，临时将部分洪水拦蓄在水库中，待洪峰过后再陆续放出。 设计洪水、溢洪道尺寸、最大下泄流量与调洪库容之间相互联系、互为影响。二、水库调洪计算的任务 根据设计洪水计算成果，通过调节计算，确定水库防洪库容、最高洪水位、坝高和泄洪建筑物尺寸。计算过程：（1）基本资料的收集、计算（2）拟定比较方案（3）防洪调节计算（4）方案选择 对于已建水库，调洪计算在于求出某种频率洪水在不同防洪限制水位时，水库洪水位与最大泄流量的关系。三、水库泄洪建筑物的类型和计算公式一）溢洪道二）泄洪洞四、水库防洪调节的基本原理（一）水量平衡方程（二）蓄泄方程q=f（V）已知Q，Q2和时段初的qi, V,联立求解上述方程组，即可求得时段末的q2, V28.2 无闸门控制的水库调洪计算一、列表试算法实例分析：例 8-二、半图解法-双曲线辅助法 实例分析：例 8-2- 单曲线辅助法 实例分析： 例 8-3三、简化三角形法、假定如下：（）设计洪水过程线近似为三角形。（2）洪水来临前库水位与溢洪道堰顶齐平，溢流方式为无闸门控制的自由溢流，下泄流量过程线近似为直线2、方法：简化三角形解析法 实例分析：例 8-4简化三角形图解法 实例分析：例 8-5