水文学与水文地质学复习--课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,ppt课件,*,水文学与水文地质学,总复习,第一章 绪论,第二章 水文学基本知识,第三章 水文统计基本原理与方法,第四章 河川径流情势特征值分析与计算,第五章 小流域暴雨洪峰流量的计算,第八章 地下水基本知识,第十章 地下水的渗流运动,1,ppt课件,1,、水文学的含义,水文学是研究自然界中各种水体的形成、分布、循环和环境相互作用规律的一门科学。,2,、水文循环的概念,存在于地球上各种水体中的水，以蒸发、降水、入渗和径流方式进行的往复交替的,运动过程，称为,水文循环或水循环,。,分类：,大循环,（,Long cycle,）,海陆之间的水文循环,小循环,（,Short cycle,）,海洋或陆地的局部水文循环,陆地小循环,第一章 绪论,2,ppt课件,3,、水文现象的基本规律,水文现象受上界面气象要素、下垫面因素和人类活动的影响。,水文规律分为三类的，即成因规律、统计规律和地区综合规律,4,、水量平衡原理,在自然界水循环过程中，任意区域在一定时段内，输入水量与输出水量之差等于该区域的蓄水变化量。,水量平衡方程、径流系数（,=R/P,）。,4,、工程水文学的基本研究方法,根据水文现象的基本规律，按不同的条件和要求，工程水文学的研究方法通常分为三类：成因分析法、数理统计法和地理综合法。实际工作中，这三种方法相辅相成、互为补充。,3,ppt课件,第二章 水文学基本知识,1,、河流与流域,（,1,）河流,河流分为河源、上游、中游、下游及河口五段。,河流的基本特征：河流长度、河流断面（横断面、纵断面、中泓线）、河道纵比降的计算。,（,2,）流域,流域：汇集地表和地下径流的区域。,闭合流域：地面分水线和地下分水线相重合的流域。,非闭合流域：地面与地下分水线不重合的流域。,流域的基本特征：流域面积、流域长度和平均坡度、流域自然地理特征等（地理位置、气候特征和下垫面条件）。,4,ppt课件,2,、降水与下渗,（,1,）降水的定义,是指大气中的水分以各种形式降落到地面。,（,2,）降水的三要素,常用降水量、降水历时、降水强度、降水面积和暴雨中心等来描述降水特征。,降水量：,一定时段内降落在某处或某面积上的总水量,(,mm,).,降水历时：,降水所经历的时间。,(,annual,month,day,hour,min,),。,降水强度,单位时间内的降水量,(,mm/min,，,mm,/h,).,5,ppt课件,（,3,）降水的特征表示方法,降水累积曲线,降水过程线,等雨量线,（,4,）流域平均降水量,雨量站观测的降雨量只代表那一点的降雨，而形成河川径流的则是整个流域上的降雨量，对此，可用流域平均雨量（或称面雨量）来反映。主要有算术平均法、等雨量线法、泰森多边形法,6,ppt课件,（,5,）下渗,下渗,是指地面上的雨水从地表渗入土壤的运动过程。,充分,供水条件下的下渗率为,下渗能力,。,对于比较干燥的土壤，充分供水条件下，下渗的物理过程可分为三个阶段，它们依次,为,渗润阶段,渗漏阶段,-,渗透阶段,下渗曲线确切地说，应称,下渗能力曲线,，指地面充分供水条件下下渗率随时间的变化过程线。,7,ppt课件,3,、河川径流,径流形成过程：,流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。,径流形成过程,径流形成过程可概括为：降雨过程扣除损失净雨过程流域汇流流量过程，其中降雨转化为净雨的过程称为,产流过程,；净雨转化为河川流量的过程称为,汇流过程,。,径流形成过程,产流过程,汇流过程,坡地汇流,河网汇流,8,ppt课件,降雨损失量,包括雨期蒸发、植物截留、填洼和补充土壤缺水的下渗量。,径流常用流量、径流量、径流深、流量模数、径流系数来表示。（计算）,（,1,）流量,Q,单位时间通过河流某过水断面的水量，单位为,m,3,/s,、,L/s,。,（,2,）径流总量,指一定时段内通过河流某一过水断面的总水量。常用单位为,m,3,，,万,m,3,，,亿,m,3,等。,（,3,）径流深,Y,将计算时段内的径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以,mm,为单位。,（,4,）径流模数,M,(L/s/km,2,）,流域出口断面流量与流域面积的比值,（,5,）径流系数,某一时段的径流深度与相应的降雨量的比值,=,Y,/,P,9,ppt课件,4,、水文测量与信息采集,（,1,）水位,河流某时刻在某断面的自由水面相对于某一基面的高程。,目前全国统一基面：,黄海基面,水位,=,水尺零点高程,+,水尺读数,水位观测设备：,水尺、自记水位计,日平均水位计算方法：,算术平均法：,一日内水位变化平缓，或起伏大但等时距观测,面积包围法：,一日内水位变幅大，观测次数多但观测时距不等,（,2,）流量,流量测量包括过水断面测量、流速测量和流量计算三部分。,流速测量有一点、两点、三点（,0.2H,、,0.6H,、,0.8H,）或五点法。,10,ppt课件,(3),水文流量关系曲线的延长,测站测流时，因施测条件限制或其他原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。,（,1,）根据水位面积、水位流速关系外延,（,2,）根据水力学公式外延,（,3,）水位流量关系曲线的延长,一般要求高水部分不应超过当年实测流量所占水位变幅的,30%,，低水部分延长不应超过,10%,。,11,ppt课件,一、概率论及数理统计基本知识,水文现象的特性：必然性和偶然性。偶然现象的规律称为统计规律。,水文统计的基本方法和内容：,（,1,）根据已有的资料（样本），进行频率计算，推求指定频率的水文特征值；（,2,）研究水文现象之间的统计关系，应用这种关系延长、插补水文特征值和作水文预报；,二、累积频率,可理解为等量或超量值的累积频数,(m),与总观测次数,(n),之比。,需要知道大于或者等于某一特征值的频率是多少，指的就是累积频率。工程上习惯将累积频率简称为频率。,第,3,章 水文统计基本原理和方法,12,ppt课件,重现期表示方法：,实测水文系列,(,洪峰流量、洪水位、暴雨,),由最大值组成时，设计频率标准,50%,，有,或：,例如，某枯水位频率为,p=95%,，那么此枯水位的重现期,T=20,年。则称平均,20,年中有一年的水位低于该枯水位，或称为二十年一遇。,14,ppt课件,可靠性：,鉴定资料的可靠程度。,一致性：,是指同一系列的水文资料属于同一成,因、同一类型的。,代表性：,是指现有,n,年实测资料组成的特定样本系,列和总体的接近程度,。,四、水文资料审查的要求：,15,ppt课件,五、,随机变量的统计参数,随机变量统计规律的数字特征，称为随机变量的统计参数。水文计算中常用的样本统计参数有,均值,、,均方差,、,变差系数,和,偏态系数,。,（,1,）均值,：,表示系列的分布中心，代表随机变量系列的平均水平。,或,式中 称为模比系数。,（,2,）均方差：,反映系列中各变量集中或离散的程度。均方差越大，系列越分散，数值变化越大。,16,ppt课件,（,3,）变差系数：衡量系列的相对离散程度。,（,4,）偏态系数：衡量系列不对称程度。,Cs,对密度曲线的影响,要求：,计算公式，理解各,统计参数的意义。,17,ppt课件,六、,经验（累积）频率曲线和理论频率曲线,水文分析计算中使用的概率分布曲线俗称水文频率曲线，习惯上把由实测资料（样本）绘制的频率曲线称为,经验频率曲线,，而把由数学方程式所表示的频率曲线称为,理论频率曲线,。,（,1,）经验,频率,计算公式,维泊尔公式：,式中：,p,为经验频率；,m,为序号；,n,为系列的总项数。,（,2,）,理论（累积）频率曲线,皮尔逊,III,型曲线,比较符合水文随机变量的分布，我国基本上都是采用该理论线型。,18,ppt课件,绘制理论频率曲线步骤：,已知,Cs,，查表，得,P=0.01,0.1,1,99.9%,p,=,已知 、,Cv,值,，代入,（或 ）,；,以,Xp,(,或,Kp,),为纵坐标，以,P(%),为横坐标，绘出一条与三个统计参数相符的理论曲线；在曲线上求出设计频率对应的设计值。,（要求会查表计算）,19,ppt课件,七、频率曲线参数估计方法,由样本估计总体参数的方法主要有矩法、三点法、权函数法等。,矩法：,采用无偏估计。由样本系列无偏估计计算出来的统计参数与总体更接近些。,抽样误差：,用样本统计参数代替总体统计参数引起的误差。,样本容量大，对总体的代表性就好，其抽样误差就小,20,ppt课件,八、水文频率计算适线法,1,、统计参数对频率曲线的影响,2,、目估适线法,以经验频率点据为基础，给它们选配一条符合较好的理论频率曲线，并以此来估计水文要素总体的统计规律。,目估配线法的作法与步骤,3,、优化适线法,在一定的适线准则（即目标函数）下，求解与经验点据拟合最优的频率曲线的统计参数的方法。,21,ppt课件,九、相关分析,1,、相关的种类及,在水文上的应用,完全相关（函数关系）：,两变量,x,与,y,之间，每给定一个,x,值，就有一个完全确定的,y,值与之对应。,零相关（没有关系）：,两变量之间毫无联系。,相关关系：,两个变量的关系界于完全相关和零相关之间。两变量相关关系称为,简相关,；三个或以上变量相关关系称为,复相关,。相关形式有直线相关和非直线相关。,2,、简单直线相关,通过最小二乘进行估计，得回归方程和相关系数为,3,、曲线相关,水文上常采用幂函数、指数函数两种曲线，基本作法是将其转换为直线，再进行直线回归分析。,22,ppt课件,一、年径流及其特性,一年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。,1,、径流的年际变化和年内变化,径流过程的不重复,径流的年际变化：丰水年、平水年和枯水年。,径流的年内变化：丰水期（或洪水期）和枯水期，或汛期与非汛期。,2,、设计年径流量：,设计（频率）标准下的年径流量。,第,4,章河川径流情势特征值分析与计算,23,ppt课件,二、设计年径流量的推求,（,1,）据长期观测资料,(,目估,),适线法；,（,2,）资料不足 相关分析法,+,适线法；,（,3,）缺乏资料 水文比拟法,参数等值线图法,3,、年径流分析计算的目的和内容,目的,：推求不同保证率的年径流量及其分配过程。,内容,：搜集和审查资料；年径流量的频率分析计算；提供设计年径流的时程分配；对分析成果进行合理性检查,24,ppt课件,三、有较长资料时设计年径流频率分析计算,年径流系列长度不小于,30,年。,1,、“三性”审查,可靠性,：检查原始水位资料，水位流量关系曲线及上、下游站和区间径流量的水量平衡。,一致性,：年径流系列都应是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面上获得的。,代表性,：样本对年径流总体的接近程度。分析方法：周期性分析（包含丰、平、枯，且丰、枯水段大致对称分布）；与更长系列参证变量进行比较。,2,、设计年、月径流量系列的选取和频率分析,采用,P-,型频率分布曲线，估算均值（）、变差系数（,Cv,）和偏态系数（,Cs,）三个参数。,3,、实际代表年年、月径流量系列的选取,选出一个实际干旱年作为代表，用其年径流分配过程与该年的用水过程相配合而进行调节计算。,25,ppt课件,四、短缺资料时设计年径流频率分析计算,径流实测资料,30,年，或完全没有径流实测资料。,1,、有较短年径流系列时,寻求有较长观测系列的,参证变量,，通过相关关系，将设计断面年径流系列适当地加以延长至规范要求的长度。,（,1,）参证变量的选择条件（,P87,）,最常采用的参证变量有：设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降水量。,（,2,）年径流系列的展延,2,、缺乏实测径流资料时,（,1,）参数等值线图法，如利用年径流深等值线图及,Cv,等值线图。,（,2,）经验公式法,（,3,）水文比拟法：移置（经过修正）水文相似区内相似流域的实测水文特征。,26