《水文学原理》复习思考题

水文学原理 思考题 第一章 绪论 1 水文学主要研究那些内容 水文学是研究地球上水的分布 循环 运动变化规律及其与地理环境 人类社会活动之间 的相互关系的学科 研究地球上的各种水体的形成 循环和分布 探讨水体的化学和物 理性质以及它们队环境的反应 包括它们与生物的关系 2 人类面临的主要水问题有哪些 如何解决 水资源缺水问题 水多了 水少了 水脏了 3 什么是水文现象 水文现象有哪些基本规律和特性 水文现象 降水 蒸发径流以及河流的结冰封冻等 基本规律 1 确定性规律 2 随机性规律 特性 1 时程变化的周期性与随机性对立统一 2 地区分布的相似性与特殊性 对立统一 4 水文学有哪些主要分支学科 1 按应用范畴分 工程水文学 农业水文学 城市水文学 森林水文学 2 按研究方法分 水文统计法 随机水文法 地理水文学 实验水文学 同位素水文学 实验水文学 动力水文学 数值水文学 水文测验学 3 按研究对象分 河流水文学 河口水文学 海洋水文学 河口水文学 地下水文学 冰川水文学 湿地水文学 环境水文学 生态水文学 5 水文学经历了哪些发展阶段 1 萌芽时期 2 奠基时期 3 时间时期 4 现代化时期 6 简述水文学研究的特点 水文现象的基本特点 1 成因上的自然性和认为性 2 时程上的周期性和偶然性 3 地域上的相似性和差异性 4 运动的同在性和独立性 第二章 水文循环 1 水有哪些自然属性 社会属性 2 水循环有哪些环节 降水 蒸散发 下渗 地面径流与地下径流 2 研究水文循环有哪几种尺度 1 全球水文循环 2 流域或区域水文循环 3 水 土壤 植物系统水文循环 3 水循环的主要表现形式 水文现象 有哪些 降水 蒸发 径流和下渗 4 全球和流域 区域 水量平衡及方程式 全球水量平衡方程 如研究区域为地球上的全部海洋 所取计算时段为年 则某一年的 1 水量平衡方程为 P 洋 R E 洋 Ws 式中 P 洋 海洋上某 年的降水量 R 大陆流入海洋的某年径流量 E 洋 海洋上某一年的蒸发量 W 海洋某一年的 储水增量 流域水量平衡方程 P E R Qo W 式中 Qo 为流域内国民经济的净耗水量 其中灌溉耗水量消耗于蒸发 可计入流域总蒸发 E 之中 工业净耗水量一部分消耗于蒸发 一部分是产品带水 消耗于蒸发部分也计入 E 之 中 而产品带水则数量相对很小 可略去不计 于是对闭合流域给定时段的水量平衡方程可 写为 P E R W 5 发生水文循环的内因 外因各是什么 内因 太阳辐射 地心引力 外因 水的 三相 变化 6 大气中的水分以 13000km3 计 多年平均全球年降水量 577000 km3 试计算 大气水的更新期 a S Q 13000 577000 0 00225 年 8 2 天 7 根据对水循环及水量平衡规律的了解 谈一谈对合理利用水资源 节约水资 源的认识 第三章 河流与流域 1 何谓流域 流域有几种类型 以什么来区分 流域有哪些主要特征 流域 汇集地面水和地下水的区域称为区域 区分 长度 宽度 面积大小 特征 形状特 征 地形特征 自然地理特征 2 河流有哪些主要特征 3 水系形状大致可归纳为几种 不同水系对汇流有什么影响 1 扇形水系 各支流较集中地汇于干流 流域呈扇形或圆形 如新安江支流的练江水系为扇 形水系 扇形水系在降雨时 各支流的洪水几乎同时到达流域出口处 因此 这种水系很容 易发生危害性洪水 2 羽状水系 干流较长 支流从左右岸相间呈羽状汇入干流 如滦河水系 安庆地区的太 湖河都是羽状水系 这种水系由于干流较长 各支流汇入干流的时间有先有后 河网汇流时 间较长 调蓄作用大 洪水过程较为平缓 3 平行水系 若干近似乎行的支流汇入干流 如淮河蚌埠以上地区的水系就是平行水系 这种水系的洪水状况与暴雨中心的走向 分布关系密切 如流域内降雨均匀 各支流的洪水 同时汇入干流 流量的时程变化小 如暴雨中心由上游向下游移动 易造成大洪水 反之则 比较平缓 4 混合状水系 大多数河流的水系并不是由单一的某种水系过程 一般都包括上述两种或三 种形式 把这种由两种以上的水系复合而成的水系为混合状水系 如长江在金沙江近似于平 行排列 宜宾以下为羽毛状排列 3 某闭合流域面积 A 1000km2 流域多年平均降水量 x0 1400mm 多年平均流量 Q0 20m3 s 现拟在此流域修建水库 由此增加的水面面积 A 100km 2 当地 实际多年平均年蒸发总量 Z0 器 2000mm 蒸发器折算系数 K 0 8 试问建库以 后多年平均流量 Q0是多少 4 某流域多年平均年降水量为 476 1mm 多年平均年径流深为 66 1mm 试求多 年平均年蒸发总量 并计算其多年平均径流系数及蒸发系数 第四章 降水 1 降水基本要素有哪些 降水量 降水历时 降水强度 降水面积 暴雨中心 2 如何表示降水随时间 空间的变化 降雨强度过程线 时间 降水累积曲线 时间 等雨量线及降水特征综合曲线 空间 3 降雨量过程线与降雨强度过程线有何联系 4 降雨大致可分几种类型 1 气旋雨 2 对流雨 3 地形雨 4 台风 5 影响降雨量的因素是有哪些 气候 流域 下垫面 人类活动 1 地理位置 2 气旋 台风途径及其它气象因素 3 地形 4 其它因素 5 森林对降水 6 水 体 7 人类活动 6 我国降水的时空分布有什么特点 1 年降水量的地区分布不均 2 降水量的年际变化 3 降水的年内分配 7 计算区域 流域 平均降雨量的方法有哪些 每一种计算方法有哪些适用条件 方法 1 算术平均法 适用条件 区域流域面积不大 地形起伏较小 降水分布均匀 测 站较多且分布均匀 常采用算术平均法 2 泰森多边形法 垂直平分法 适用条件 流域内雨量站分布不均匀 且有的站偏于一角 3 等雨量线法 使用条件 适用于地形变化大 区域内有足够的测站 能够根据降水资料结合 地形变化绘出等雨量线 4 客观运行法 第五章 土壤水与下渗 1 土壤水有哪些存在形式 各受哪些力的作用 存在形式 1 吸湿水 被风干土壤颗粒所吸附在土粒表面的水汽分子 称为吸湿水 在 水汽饱和的空气中 土壤吸湿水达最大数量 称为吸湿系数 土壤质地越细 土粒的表 面能越大 吸湿系数也越大 2 膜状水 在土粒吸湿水层的外面仍可再吸附液态的水分子而形成水膜 这种土壤水分 称为膜状水 当膜状水达到最大数量时 称为土壤的最大分子持水量 3 毛管水 毛管水是由毛管孔隙中水分弯月面的毛管力所保持的水分 4 重力水 进入土壤的水分超过土壤所能保持的田间持水量时 那些超出的水分因受重 力作用沿较大的孔隙向下渗透 这种受重力作用而下渗的水分即称为重力水 当土壤为 重力水所饱和时 即土壤全部孔隙都充满水分时 其土壤含水量称饱和含水量 2 土壤水分如何测定 用什么表示 3 土壤水分常数有哪些 各表征什么物理量 1 最大吸湿量 在饱和空气中 土壤能吸收的最大水汽量称为最大吸湿量 它表示土壤吸着 气态水的能力 2 最大分子持水量 由于土粒分子力所结合的水分的最大值称为最大分子持水量 此时 薄 膜水厚度达到最大值 3 凋萎含水量 植物无法从土壤中吸收水分 从而开始永久凋萎时的土壤含水率 植物根系 的吸力约为25 个大气压 即当土壤水分的吸力等于15 个大气压时土壤含水率就是凋萎 含水量 由此可见 大于凋萎含水量的水分才是参加水分交换的有效水量 4 毛管断裂含水量 毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水率 当土壤含水率大于此值时 悬着水就能向土壤水分的消失点或者消失面运行 在此值以下 连续供水状态遭到破坏 其土壤水分为结合水和薄膜水 这时 水分交换以薄膜水和水汽形式进行 5 田间持水量 又称为田间最大持水量 饱和土壤排水两天后 过多的重力水已经排除 土 壤中保持最大毛管悬着水时的土壤含水率 相当于0 1 0 3 个大气压 悬着水不作重力 流动 当土壤含水率超过田间持水量时 过剩的水分不能保持在土壤中 会以自由重力 水的形式向下渗透 它是划分土壤持水量和向下渗透水分的重要标志 6 饱和含水量 土壤中所有孔隙全部被水分充满时的土壤含水率 约相当于0 001Pa 它决 定于土壤孔隙的大小 从田间持水量到饱和含水量 是受重力作用向下运动的自由重力水 地下潜水面以下 土壤含水量经常处于饱和状态 属于饱和渗透水流特性 4 土壤水的能量状态用什么表征 土水势有哪些分势 5 土壤水分特性曲线反映什么关系 如何获得土壤水分特性曲线 6 非饱和土壤水运动的基本方程是什么 7 供水强度 下渗率 下渗能力是如何定义的 什么是下渗曲线 下渗率 单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量 下渗能力fp 充分供水条件下的下渗率 8 下渗的物理过程 三个阶段 有哪些 什么力起主要作用 含水率如何变化 三个阶段 1 渗润阶段 下渗水分主要在分子力作用下 被土壤颗粒吸附而成薄膜水 在土 壤干燥时 这一阶段非常明显 当土壤含水量大于最大分子持水量时 这一阶段逐渐消失 2 渗漏阶段 下渗水分主要在毛管力和重力作用下 在土壤孔隙中向下作不稳定流动 并逐 步填充土壤孔隙 直至全部孔隙为水填满而饱和 通常也将以上两个阶段合称为渗漏阶段 3 渗透阶段 当土壤孔隙被水分充满达到饱和状态时 水分主要受重力作用 呈稳定流动 9 影响下渗的主要因素有哪些 何为下渗容量 影响因素 1 土壤特性 土壤特性对下渗的影响 主要决定于土壤的透水性能及土壤的 前期含水量 其中透水性能又和土壤的质地 孔隙的多少与大小有关 一般来说土壤颗粒 愈粗 孔隙直径愈大 其透水性能愈好 土壤的下渗能力亦愈大 2 降水特性 降水特性包括降水强度 历时 降水时程分配及降水空间分布等 降水强 度没有影响土壤下渗强度及下渗水量 在降水强度等于下渗率f 的条件下 降水全部渗入 土壤 下渗过程受降水过程制约 在相同土壤水分条件下 下渗率随雨强增大而增大 此 外 降水的时程分布对下渗也有一定的影响 如在相同条件下 连续性降水的下渗量要小 于间歇性下渗量 3 植被地形 通常有植被的地区 由于植被及地面上枯枝落叶具有滞水作用 增加下渗 时间 从而减少了地表径流 增大了下渗量 而地面起伏 切割程度不同 影响地面漫流 的速度和汇流时间 在相同的条件下 地面坡度大 漫流速度快 历时短 下渗量就小 4 人类活动的影响 人类活动对下渗的影响 既有增大的一面 也有抑制的一面 例如 各种坡地改梯田 植树造林 蓄水工程均增加水的滞留时间 从而增大下渗率 反之砍伐 森林 过度放牧 不合理的耕作 则加剧水土流失 从而减少下渗量 在地下水资源不足 的地区采用人工回灌 则是有计划 有目的的增加下渗水量 反之在低洼易涝地区 开挖 排水沟渠则是有计划有目的控制下渗 控制地下水的活动 11 写出几个有代表性的经验下渗曲线公式 第六章 蒸发与散发 1 自然界的蒸发有几种类型 影响的主要因素有哪些 类型 水面蒸发 土面蒸发和植物散发 2 什么是蒸散发 就是指水分子从物体表面向大气逸散的一种自然现象 3 确定水面蒸发量的理论方法有哪些 热量平衡发法 空去动力学法 综合法 水量平衡法 4 土壤蒸发大致分几个阶段 影响土壤蒸发的因素有哪些 76页 阶段 1 稳定蒸发阶段 土壤含水量大于田间持水量 土壤十分湿润 水充满全部孔隙 并 存在自由重力水 可以充分供给土壤蒸发 2 蒸发强度随含水率下降阶段 由于土壤蒸发耗水 毛管水连续状态不断遭到破坏 当土壤 含水量减少到毛管断裂含水量以后 土壤蒸发进入第三阶段 3 水汽扩散阶段 土壤含水量减小到小于毛管断裂含水量以后 毛管水不再以连续状态存在 毛细管的传导作用遭到破坏 土壤水分只能以薄膜水和气态水的形式向上移动 此时土壤内 部水分通过汽化 并经土壤孔隙向大气运行 因而蒸发主要为水汽扩散输送 影响土壤蒸发的因素 1 土壤含水率 2 土壤孔隙性 3 温度梯度 4 地下水埋深 5 简述植物散发过程 植物散发有什么规律 6 流域蒸散发的计算主要有哪几种 1 水量平衡法 2 热量平衡法 3 各模式计算法 第七章 径流 1 1 简述径流的形成过程 四个阶段 产流过程 汇流过程 流域过程 河槽过程 由降水开始到水流流经流域出口断面的整个物理过程 称为径流形成过程 降水过程 流域蓄渗过程 地面和地下的坡面汇流过程 河槽集流 河网汇流过程 径流形成中通常将流域蓄渗过程 到形成地面径流及早期的表层流过程 称为产流过程 坡 地汇流与河网汇流合称为流域汇流过程或汇流过程 2 什么叫净雨 净雨指降雨量中扣除植物截留 下渗 填洼与蒸发等各种损失后所剩下的那部分量 也叫做 有效降雨 降雨转化为净雨的过程为产流过程 净雨沿着地面和地下汇入河网 然后经河 网汇流形成流域出口的径流过程 称为汇流过程 3 影响径流的因素有哪些 1 气象气候因素 降水 蒸发 气温 风 湿度等 2 流域下垫面因素 地理位置 如纬度 距海远近等 3 面积 形状 地貌特征 如山地 丘陵 盆地 平原 谷地 湖沼等 地形特征 如高程 坡度 坡向 地质条件 如构造 岩性 植被特征 如类型 分布 水理性质 阻水 吸水 持水 输水性能 等 三 人类活动因素 人类活动对径流的影响主要是通过改变下垫面条件 直接或间接地影 响径流的质量 数量和径流过程 4 径流的表示方法有哪几种 各种度量单位之间是怎样换算的 1 流量 是指单位时间通过某一断面的水量 单位为 m3 s 常用的流量还有日平均流量 月平均流量 年平均流量 最大流量 最小流量等 2 径流总量 W 表示时段 T 内通过河流某一断面的总水量 单位为 m3 或亿 m3 在流量过 程线上时段 T 内流量过程线以下的面积 即为时段 T 的径流总量 有时也用其时段平均流量 与时段的乘积表示 即 W Qi Ti 3 径流模数 M 是指流域出口断面流量与流域面积的比值 即单位时间单位面积上产生 的水量 单位 L s km2 M Q F 4 径流深 R 是指将计算时段内径流总量 均匀分布于测站以上的整个流域面积上所求 得的平均水层深度 单位为 mm 计算公式为 R QT 1000F 5 径流系数 是指同一时 段内径流深与降雨量的比值 无量纲 0 则实际下渗率为 其余部分 形成地面径流 若 则实际下渗率为 全部降雨都渗入土壤中 因此 按 和 的大小 包气带地面把其所承受的降雨划分为下渗的水量和地面径 流两部分 对一场总降雨量为 的降雨过程来说 雨强时大时小 有时 有时 二 包气带土层对下渗水量的再分配作用 下渗到包气带土层的水量 一部分首先被土壤颗粒吸收 成为土壤含水量的增量 一部分以蒸散发的形式逸出地面 返回大气 包气带达到田间持水量时的蓄水量称为包气带蓄水容量 记为 另令 表示降雨 开始时包气带的起始蓄水量 则 为包气带的缺水量 当出现 时 表示降雨结束时包气带达到田间持水量 下渗水量中的 部分在重力 作用下成为可以在包气带中自由运动的重力水包括壤中流和地下径流 当出现 时 表示降雨结束时包气带的蓄水量 未达到田间持水量 下渗水量 全 部被包气带土壤吸收 成为包气带蓄水量的增量 2 试简述霍顿产流理论 126 127 霍顿观念 1 径流过程是由两种径流成分所组成 2 一旦降雨强度超过下渗能力 则在全流域产生地面径流 3 地下径流产生的物理条件 整个包气带土壤含水 量达到田间持水量 3 什么叫产流机制 127 三种基本产流机制是什么 127 132 产流机制就是指水分沿土层剖面的垂向运行中 在一定供水与下渗条件下 各种径流成分的 产生原理和过程 三种基本产流机制 1 超渗地表径流产流机制 2 壤中流产流机制 3 地下径流 产流机制 4 超渗地面径流 壤中径流 地下径流及饱和地面径流的产流条件各是什么 134 超渗地面产流机制 是指供水与下渗矛盾发生于包气带上界面 地面 的产流机制 条件 1 要有供水 它是一个必要条件 2 要有一个界面 即地面 它是包 气带的上界面 也是一个必要条件 3 要降雨强度大于下渗能力 它是产流的 充分条件 壤中径流产流机制 1 壤中径流的产流是发生在非均质或层次性土壤中易透水层与相对不透水层界面 上的产流机制 是土壤水分在这类土壤中运行时 供水和下渗矛盾在界面发生的直 接后果 2 产生条件 1 要有供水 2 要有下层比上层下渗能力小的界面 3 供水强度大于 下渗强度 4 产生临时饱和带 5 有产生侧向流动的动力条件即坡度 6 水流归 槽条件 地下径流产流机制 地下径流产流机制是指包气带较薄地下水位较高时的地下水径流形成机制 1 产生条件 1 可以发生在非均质或层次性土壤中 也可以发生在均质土壤中 还可以发生在风化裂隙岩层中 2 产流界面是包气带下界面 3 包气带的下界面以 上存在着一个支持毛管水带 它具有一个稳定的水分分布带 且随着地下水位的 升降而升降 对均质土层地下径流水量平衡方程 非均质土层地下径流水量平衡方程 饱和产流机制 Rsat 机制 这里所谓的较强是相对的 即指在天然情况下 绝 大多数的暴雨降雨强度都不能满足表层土壤的下渗能力 条件 1 必须具备壤中 流的发生条件 2 界面以上的饱和积水带 必须达到上层的全部 5 自然界大致可划分出哪几种产流类型 134 135 1 Rs 型 它具有单一的超渗地面产流机制 它实际发生的下垫面条件是包气带 很厚 透水性较差的均质或非均质土壤 2 Rs Rss型 径流有地表径流和壤中流两种径流组成 发生的下垫面条件是包 气带虽很厚 但在近地面有相对不透水层 土壤透水性中等 有孔穴 裂隙或其 它透水通道或包气带为中等厚度 下有基岩 3 Rsat Rss型 多发生在相对不透水层或基岩以上土层较薄 且土壤透水性较强 的山区或森林流域 4 Rs Rg型 包气带中等或薄 下有地下水 土层为均质 透水性较差 5 Rg型 包气带不厚 土壤透水性强 雨强几乎不超过地面下渗能力 降雨历 时长 6 Rss Rg型 包气带中等以上厚度 土壤透水性强 有裂隙或孔洞等 tgtcdrfoWt00 tgtgtcft 000 7 R ss型 中等厚度的均质强透水层 下有基岩 土壤有孔洞 根穴 裂隙等 8 Rs Rss Rg型 包气带厚度中等 有层次土壤 透水性中等 9 Rsat Rss Rg型 包气带厚度中等 有层次土壤 上层透水性强 下层透水性中 等 6 什么是流域蓄水容量曲线 141 流域蓄水容量曲线 如果把全流域按蓄水容量小到大划分成许多小块 然后把 蓄水容量由小到大进行排列 并和其相应的面积 绘在一张图上 纵坐标是蓄水 容量 Wm 横坐标是小于或等于蓄水 容量 Wm 的各小块面积之和 F0 占全流域 面积 F 的百分数 F0 F 点绘的 Wm F0 F 关系 曲线 称流域蓄水容量曲线 7 什么是流域下渗容量分配曲线 141 它有哪些基本性质 141 下渗容量分配曲线 以地面下渗容量 fp 为纵坐标 以小于等于该地面下渗容量所 占的流域面积比重为横坐标 则所得的曲线称为流域下渗容量分配曲线 8 何谓蓄满产流 142 产流量用哪些方法计算 144 145 蓄满产流 饱和地表的产流条件是上层整层达到饱和 凡是满足包气带最大蓄 水容量的面积即产生饱和地表径流 9 何谓超渗产流 143 产流量用哪些方法计算 147 148 超渗产流 当降雨强度大于下渗强度时 即产生地表径流 10 流域产流的主要影响因素 150 1 降水特性的影响 降雨的时程分布和空间分布等 2 流域下垫面的影响 地形坡度越陡 汇流速度越快 汇流时间越短 流量过 程线越陡 流域内植被覆盖情况 3 流域蒸发的影响 蒸发的时程分布和空间分布等 4 人类活动情况 主要通过改变流域下垫面因素而影响产流 第十章 流域汇流 1 什么叫流域汇流 173 一般划分为几个阶段 173 流域汇流可划分为 坡面汇流和河网汇流两个阶段 2 流域汇流计算的实质是什么 175 是依据净雨过程推求出口断面流量过程 目前进行汇流计算有多种方法 如系统分析法 概念性模型和数学物理方法等 共同点在于反应流域汇流过 程的基本特征 因而 了解流域内净雨转化为出口断面流量过程的特征是流 域汇流计算的基础 3 流域汇流系统的分析 研究 的两类问题是什么 180 4 已知某流域一次降水的地面净雨分别为 5 5 162 3 37 2 15 6mm 该流 域的时段单位线分别为 0 8 4 49 6 33 8 24 6 17 4 10 8 7 0 4 4 1 8 0m 3 s 试推求 1 本次降雨的地面出流过程 可以列表 2 本次洪水的洪峰流量 5 某流域等流时线如图所示 各等流时面积 1 2 3 4 分别为 20km2 40km 2 35km 2 10km 2 时段 t 2h 若流域上有一次降雨 净雨在流域上 分布均匀 其净雨有两个时段 各时段净雨 依次为 18mm 36mm 试求该降雨形成的洪 峰流量和峰现时间及地面径流出流过程 洪峰 流量以 m3 s 计 时间以 h 计