環(huán)境與市政工程學院.ppt

水 文 學,水文學課程的準備工作和要求,教 材,準備工作,詹道江, 葉守澤. 工程水文學(第三版). 北京: 人民交通出版社 雒文生, 水文學. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社 金光炎, 水文水資源分析研究. 南京: 東南大學出版社 金光炎. 水文統(tǒng)計原理與方法. 北京: 中國水利水電出版社 王家祁. 中國暴雨. 北京: 中國水利水電出版社,黃廷林, 馬學尼. 水文學(第四版).北京:中國建筑工業(yè)出版社,參考書目,課堂要求 1. 按時上、下課，不遲到，不早退 2. 認真聽講、做好筆記 課后要求 1. 課前預習、課后復習 2. 認真做好作業(yè) 結 業(yè) 1. 形式：開卷考試 2. 成績：平時成績（30%）+ 卷面成績（70%）,課程要求,第一章 緒論,內 容： 1.1 水文現(xiàn)象及水文循環(huán) 1.2 水文學的研究領域及發(fā)展 1.3 水文學與給水排水工程的關系 1.4 水文現(xiàn)象的特性 1.5 水文現(xiàn)象的研究方法 重 點： 水文現(xiàn)象表現(xiàn)的運動形式； 水文循環(huán)的定義和分類； 水文現(xiàn)象的研究方法 難 點： 水文現(xiàn)象的特性,1.1 水文現(xiàn)象及水文循環(huán),1.1.1 水文現(xiàn)象 指地球上的水受外部作用而產生的永無休止的運動形式。 (1) 水的相關基本概念 1) 水體：水的聚積體。 2) 水圈：地球上的水以液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)的形式分布于海洋、陸地、大氣和生物機體中，這些水體構成了地球的水圈。 (2) 外部作用 主要指太陽輻射、地心引力，還有其它如周圍星球的作用力。,(3) 運動形式 包括四種：降水、蒸發(fā)、滲流、徑流等。 降水(Precipitation)： 大氣中水汽凝結后以液態(tài)水或固態(tài)水降落到地面的現(xiàn)象。如雨、雪、露、霜、雹、霰等。 2) 蒸發(fā)(Evaporation)： 水分子從水面、冰雪面或其它含水物質表面以水汽形式逸出的現(xiàn)象。包括截留蒸發(fā)、地面蒸發(fā)、葉面散發(fā)、水蒸發(fā)等。,3) 徑流(Runoff)： 陸地上的降水匯流到河流、湖庫、沼澤、海洋、含水層或沙漠的水流。包括地面徑流和地下徑流。 4) 滲流(Seepage flow)： 水從地表滲入地下及在地下流動的現(xiàn)象。包括入滲和滲透兩種現(xiàn)象。,1.1.2 水文循環(huán) (1) 定義 地球上或某一區(qū)域內，在太陽輻射和重力的作用，水分通過蒸發(fā)、水汽輸送、降水、入滲、徑流等過程不斷變化、遷移的現(xiàn)象。 (2) 分類 1) 大循環(huán)：大區(qū)域（領域）內的循環(huán)，也稱外循環(huán)。,2) 小循環(huán)：小區(qū)域（領域）內的循環(huán)，也稱內循環(huán)。,(3) 意義 水文循環(huán)是地球上最重要、最活躍的物質循環(huán)之一。 認識它的基本客觀規(guī)律，了解其各影響因素間的內在聯(lián)系，對合理開發(fā)和利用水資源，抗御洪旱災害，改造自然，利用自然都有十分重要的意義。,水汽輸送,蒸發(fā),降水,蒸發(fā),降水,植物蒸騰,湖,地表徑流,地下徑流,海洋,蒸發(fā),降水,1.1.3 水資源簡況 (1) 水資源儲量,世界前10名水資源占有國家,各地區(qū)人均水資源量,Aridity,中國缺水地區(qū)分布情況,(2)水資源與水文循環(huán)的關系 地球表層可供人類利用的水稱為水資源。包括水量、水質、水能資源和水域。 水文循環(huán)供給陸地源源不斷的降水、徑流，某一區(qū)域多年平均的年降水量或年徑流量，即該地區(qū)的水資源量，因此水文循環(huán)的變化將引起水資源的變化 。 各級水文部門根據(jù)水文、水質觀測資料通過水文學分析計算進行水資源評價（包括水環(huán)境質量）工作。,1.2 水文學的研究領域及發(fā)展 1.2.1 水文學的研究領域 (1) 水文學定義 研究水存在于地球上的大氣層中和地球表面以及地殼內的各種現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律及其內在聯(lián)系的學科。包括水體的形成、循環(huán)和分布，水體的化學成分，生物、物理性質以及它們對環(huán)境的效應等。 (2) 研究領域(分類) 水文學主要研究陸地表面的河流、湖泊、沼澤、冰川等，以后逐漸擴展到地下水、土壤水、大氣水和海洋水。,1) 傳統(tǒng)水文學按研究的水體來進行劃分： 河流水文學 湖泊水文學 沼澤水文 冰川水文學 海洋水文學 地下水水文學 土壤水文學 大氣水文學 2) 由水文學采用的實驗方法，派生出三個分支學科： 水文測驗學 水文調查 水文實驗,3) 由水文研究內容分為： 水文學原理 水文預報 水文分析與計算 水文地理學 河流動力學 4) 作為應用科學，水文學分為： 工程水文學 農業(yè)水文學 土壤水文學 森林水文學 城市水文學,5) 隨新科學、新技術的發(fā)展和引進，出現(xiàn)新分支： 隨機水文學 模糊水文學 灰色系統(tǒng)水文學 遙感水文學 同位素水文學,1.2.2 水文學的發(fā)展 水文學經歷了由萌芽到成熟、由定性到定量、由經驗到理論的發(fā)展過程。 (1) 20世紀以前是水文學的萌芽和奠基階段 1) 萌芽時期(公元1400年以前) 這一時期中國的水文知識居于世界領先地位，如： 公元前239年的呂氏春秋 ； 2000年前建成的都江堰； 公元527年的水經注,2) 奠基時期(公元14001900年) 該時期，西歐的產業(yè)革命促進了水利事業(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 算及預報奠定了堅實基礎。 (2) 20世紀初至50年代，是應用水文學興起階段 進入20世紀，大規(guī)模的水利水電建設蓬勃發(fā)展，需要科學的水文計算和水文預報，使應用水文學迅速發(fā)展起來。 美國1900年J.A.塞登提出著名的塞登定律； 1924年H.A.福斯特建立了P-水文頻率曲線計算方法； 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。 這一時期我國水文學發(fā)展則比較落后。,(3) 20世紀60年代以來，是水文學的變革和發(fā)展階段，也是進入現(xiàn)代水文學的一個新階段 隨著計算機、遙感、遙測等高新技術的應用，使水文學發(fā)展進入了一個新時代，流域數(shù)學模型、水資源學、水環(huán)境學、隨機水文學相繼形成。,1.2.3 本課程的學習內容,(1) 內容 主要涉及工程水文學的范疇。以敘述和研究從降水到徑流入海的過 程中，關于河川徑流的運動規(guī)律，量測方法以及在給排水工程中的應用等問題。 (2) 目的 1) 為今后專業(yè)方向課的學習打基礎； 2) 通過認識和熟練運用水文規(guī)律、合理規(guī)劃、開發(fā)、節(jié)約水資源。 (3) 要求 認真學習水文的經驗和規(guī)律、掌握量測和統(tǒng)計分析方法。,1.3 水文學與給水排水工程專業(yè)的關系,1.3.1 給水工程 主要與取水工程有關： (1) 水量豐沛時： 了解水位、泥沙及冰凌情況,（2）水量不足時 以豐補欠，進行水量引取、蓄放和調節(jié),密云水庫,大型的水量引取工程： 西安的黑河引水工程； 北京的東水西調； 引灤入津； 引黃保泉(黃河 濟南) 引黃濟青(黃河 青島),1.3.2 排水工程 （1）雨水排泄 （2）洪水防御,2006年7月韶關鐵路成為河道,水中熄火的車輛,2006年7月韶關體育館陷入汪洋,1.4 水文現(xiàn)象的特性,1.4.1 水文現(xiàn)象時程變化的周期性與隨機性的對立統(tǒng)一 （1） 周期性的體現(xiàn) （2） 隨機性的體現(xiàn) （3） 二者對立統(tǒng)一 1.4.2 水文現(xiàn)象地區(qū)分布的相似性與特殊性的對立統(tǒng)一 （1） 相似性的體現(xiàn) （2） 特殊性的體現(xiàn) （3） 二者對立統(tǒng)一 小結： （1） 由水文現(xiàn)象具有時程上的隨機性和地區(qū)上的特殊性，需要對各個不同流域的各種水文現(xiàn)象進行年復一年的長期觀測，積累資料，進行統(tǒng)計，分析其變化規(guī)律。 （2） 由水文現(xiàn)象具有地區(qū)上的相似性，可有目的選擇代表性的河流進行觀測，并移用其成果于相似地區(qū)。,1.5 水文現(xiàn)象的研究方法,以實際觀測資料為依據(jù)，對水文現(xiàn)象進行分析研究。按不同目的要求，水文學常用的分析方法可歸納為：成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計法、地理綜合法。 （1）成因分析法：由觀測資料，從物理成因上研究水文變化規(guī)律，只定性分析，在定量上不能滿足工程設計要求。 （2）數(shù)理統(tǒng)計法：運用概率統(tǒng)計理論對長期觀測的資料進行統(tǒng)計計算，以尋求其規(guī)律性。 （3）地理綜合法：由地區(qū)經驗公式和等值線圖分析，揭示水文現(xiàn)象的地區(qū)分布規(guī)律。 小結：在解決實際問題時，上述三種方法常同時使用，