水文與水文地質(zhì)PPT課件

1、2021-11-281第1頁/共121頁2021-11-282第2頁/共121頁2021-11-283 通過本章節(jié)的介紹，主要了解有關(guān)的水文概念，對水文學的學習有個粗略的認識。重點第3頁/共121頁2021-11-2841、水文現(xiàn)象11 水文現(xiàn)象及水分循環(huán)地球上的水在太陽的輻射和地心引 力的作用下，所發(fā)生的降水、蒸發(fā)、 滲流和徑流現(xiàn)象統(tǒng)稱為水文現(xiàn)象。第4頁/共121頁水文的四大表現(xiàn)形式：降水蒸發(fā)滲流徑流（1）降水指 雨 、 雪 、 霧、雹、 霰。降水的形式下雪前降落的小冰粒第5頁/共121頁2021-11-286（2）蒸發(fā)指：截流蒸發(fā)地面蒸發(fā)葉面蒸發(fā)水面蒸發(fā)海洋蒸發(fā) 水上升為水汽的五種形式。第

2、6頁/共121頁2021-11-287包含入滲滲透地表水經(jīng)過土壤表面進入土壤的過程。水分在土壤中的運動。（3）滲流第7頁/共121頁2021-11-288（4）徑流地下徑流地面徑流分為指水流沿地下一定路徑流動。指水流沿地面一定路徑流動。2、本水文學研究的主要對象河川徑流第8頁/共121頁2021-11-2893、水分循環(huán)（1）大循環(huán)由海洋蒸發(fā)的水汽降到陸地后又流入海洋的循環(huán)。由海洋蒸發(fā)的水汽成為降水后又直接落入海洋， 或者降落在陸地上的水在流入海洋之前就又蒸發(fā) 到空中，這種局部循環(huán)稱為小循環(huán)。 （2）小循環(huán)第9頁/共121頁2021-11-28104、水分循環(huán)圖示：圖11水文循環(huán)示意圖第10頁

3、/共121頁2021-11-281112 水文學的研究領(lǐng)域及發(fā)展水文學是研究地球上各種水體的形成、運 動變化規(guī)律以及地理分布的科學。 1、水文學概念第11頁/共121頁2021-11-2812（1）按研究水體可分為：2、分類河流水文學湖泊水文學河川水文學沼澤水文學海洋水文學地下水文學土壤水文學大氣水文學第12頁/共121頁2021-11-2813（2）據(jù)所采用的實驗方法可分為：水文測驗學水文調(diào)查學水文實驗第13頁/共121頁2021-11-2814（3）據(jù)研究內(nèi)容可分為：水文分析與計算水文地理學水文學原理水文預(yù)報水文動力學第14頁/共121頁2021-11-2815（4）據(jù)應(yīng)用分類工程水文學土

4、壤水文學農(nóng)業(yè)水文學城市水文學森林水文學研究流域規(guī)劃、水文計算、水文預(yù)報第15頁/共121頁2021-11-2816（5）隨著科技發(fā)展，又有：隨機水文學模糊水文學等第16頁/共121頁2021-11-2817水文學是與給排水工程密切相關(guān)的一門學科。主要研究從降水到徑流入海這一段中地面徑流的規(guī)律、測量方法及在工程中的應(yīng)用。13 水文學與給排水工程的關(guān)系第17頁/共121頁2021-11-281814 水文現(xiàn)象的特性1、水文現(xiàn)象時程變化的的對立統(tǒng)一周期性隨機性2、水文現(xiàn)象地區(qū)分布的特殊性相似性的對立統(tǒng)一第18頁/共121頁2021-11-281915 水文學的研究方法成因分析法數(shù)理統(tǒng)計法地理綜合法第

5、19頁/共121頁2021-11-2820第20頁/共121頁2021-11-2821重點掌握水位流量關(guān)系曲線的繪制及延長了解河川徑流的基本概念掌握一般的測流方法，能進行有關(guān)問題的計算。第21頁/共121頁2021-11-2822直接注入海洋、湖泊的河流。1、干流一、干流、支流和水系2河流與流域一般取長度、流量最大的河第22頁/共121頁2021-11-28232、支流流入干流的河流。又可分為一級支流二級支流直接注入干流的河流注入一級支流的河流第23頁/共121頁2021-11-2824河流的干流及全部支流所構(gòu)成的脈絡(luò)相 通的河流系統(tǒng)，稱為河系或水系。3、水系 常用干流名稱來命名第24頁/共1

6、21頁2021-11-28251、河長從河源到河口的距離。是確定河流落差、比降 和能量 的基本參數(shù)。河道全長與河源到河口直線距離之比。2、彎曲系數(shù)二、河長及彎曲系數(shù)表示河流 平面形狀彎曲程度的參數(shù)第25頁/共121頁2021-11-2826三、河槽的基本特征一般可以用下面幾個參數(shù)來表示1、河流的平面形態(tài)圖2.1第26頁/共121頁2021-11-2827圖2.1 河流等深線圖第27頁/共121頁2021-11-2828黃河花園口游蕩型河段長江下荊江蜿蜒型河段順直型河段長江南京附近八卦洲分汊型河段第28頁/共121頁2021-11-2829（1）橫斷面 與水流方向正交的斷面1基本河槽 枯水期水流

7、通過的部分2洪水河槽 洪水期被洪水淹沒的部分有單式斷面和復(fù)式斷面2、河流橫斷面主槽或枯水河槽河漫灘或河灘第29頁/共121頁2021-11-2830圖23河流橫斷面圖示第30頁/共121頁2021-11-2831沿河流深泓線的剖面3、河流的縱剖面可明顯的表示出河底縱坡和落差分布深泓線即溪線 沿河流各過流斷面最大水深點的連線中泓線沿河流各過流斷面最大流速點的連線第31頁/共121頁2021-11-2832是單位河長的落差（河段兩端的河底高程差）4、河流的比降 即河流的坡度河流長度 沿溪線測量的長度 可在適當比例 的地圖上量得第32頁/共121頁2021-11-2833lzzs21計算：其中：、

8、若為河面高程差，則 s 為 河面比降 ；若為河底高程差，則 s 為 河底比降。如果一條河流各段比降不同，一般可用分段計算法，求得平均比降。第33頁/共121頁2021-11-28342012211102)()()(lzlzzlzzlzzslnnn+L（1）*縱比降計算式： 631式（p186） 其中：Z1 、Z2 Zn為各斷面高程。L1 、 L2 Ln為各相鄰兩斷面之間的距離。第34頁/共121頁2021-11-2835地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力；河流彎道處所受離心力；流速分布的不均勻性。（2）橫比降 指水面的橫向比降。1 產(chǎn)生橫比降的原因 ：第35頁/共121頁2021-11-2836FF地球自轉(zhuǎn)

9、偏力作用：地球由西向東自轉(zhuǎn)，其自轉(zhuǎn)偏力將造成自北向南流動的河流右岸受沖刷；自南向北流動的河流左岸受沖刷。第36頁/共121頁2021-11-2837彎段橫比降及水內(nèi)環(huán)流現(xiàn)象 a)彎段河道螺旋流 b)重力與離心力作用 c)斷面單環(huán)流現(xiàn)象 d)斷面沖淤現(xiàn)象 e)平面河流呈蜿蜒曲折平面形態(tài)凹岸水深大，水質(zhì)好，是取水口的最佳位置。第37頁/共121頁2021-11-2838直段橫比降及水內(nèi)環(huán)流現(xiàn)象(a)(c)(b)a)直段河道螺旋流：原因是橫向與垂線流速不均勻。b)退水時河道螺旋流：退水時，河中水位下降快，兩岸退水慢，水流 一面向下游流動，一面向河道集中，且呈兩螺旋流，橫斷面呈凹形水面。c) 漲水時河

10、道螺旋流：漲水時，河中央上漲較快，斷面呈中高岸低的“水拱”形，且呈兩螺旋流。漲水時水流沖刷兩岸，故常出現(xiàn)崩岸，泥沙向河中搬運；退水時，河中受沖刷，泥沙向兩岸搬運而淤積。第38頁/共121頁2021-11-28392 造成的后果：在過水斷面上形成一封閉的環(huán)流，與縱向水流結(jié)合形成漩渦流，從而將沖刷凹岸，淤積凸岸，影響取水口位置的選擇。第39頁/共121頁2021-11-2840四、河流的分段1、河流 江、河、溪、溝統(tǒng)稱河流。2、形成 地面上的水在重力作用下，沿著陸地 表面上的線性凹地流動，從而形成河 流。 3、分段 一條發(fā)育完整的河流，按河段的不同 特性，可分為以下幾部分：第40頁/共121頁20

11、21-11-2841（1）河源河流的發(fā)源地。即開始具有地面水流的地方。例如：泉水、冰川、溪澗第41頁/共121頁2021-11-2842（2）上游緊接河源上端，奔流于深山峽谷中的一段河流。特點水流急，落差大，沖刷強烈。第42頁/共121頁2021-11-2843（3）中游上游以下的一段河流。 特點比降變緩，沖淤近乎平衡，流量增大。第43頁/共121頁2021-11-2844（4）下游河流的最下一段。 特點流速小，坡度變緩，泥沙淤積，沙洲眾多，斷面復(fù)雜。第44頁/共121頁2021-11-2845（5）河口河流的終點。河流注入海洋、湖泊 或其它河流的地方。特點斷面變大，流速驟減，極易形成沙洲或三

12、角洲。第45頁/共121頁2021-11-2846五、分水線及流域1、有關(guān)概念：指河流的集水區(qū)域。凡降落在該流域的水最終都將匯入該條河流中。流域 分水線 即流域四周的邊界線。地勢最高點的連線。第46頁/共121頁2021-11-2847閉合流域 地面分水線與地下分水線所重合的流域。非閉合流域 地面分水線與地下分水線 不重合的流域。流域面積 流域分水線所包圍的面積。第47頁/共121頁2021-11-2848地面分水線與地下分水線重合第48頁/共121頁2021-11-28492、流域的基本特征：主要指流域的幾何特征、自然地理特征及人類活動的影響。決定著每一區(qū)域河流形成過程的具體環(huán)境，并影響徑流

13、的變化規(guī)律。第49頁/共121頁2021-11-2850（1）流域的幾何特征主要指流域面積的大小和分布情況。流域的形狀平均高程平均坡度流域的面積平均寬度不對稱系數(shù)等第50頁/共121頁2021-11-2851地理位置；地形；植被；土壤；湖泊率；地質(zhì)構(gòu)造。（2）自然地理特征地理位置下墊面因素氣象條件后詳敘（3）人類活動第51頁/共121頁2021-11-285222 河川徑流及表示方法 一、河川徑流的基本概念1、徑流降落在地表上的雨水沿著一定 的路徑流動的水流。 徑流是水循環(huán)中的一個重要環(huán)節(jié)。降落到地面上的水除了下滲和蒸發(fā)等損失外，其余水流均以徑流的形式注入河流。地面徑流地下徑流第52頁/共12

14、1頁2021-11-28532、河川徑流降落到地面上的水，由地面和地下匯集 到河系并沿河槽流動的水流，統(tǒng)稱河川 徑流。河川徑流的水源主要是大氣降水。其中枯水期以地下徑流為主，洪水暴雨期以地面徑流為主。 第53頁/共121頁2021-11-28541、流量 Q 單位時間通過某河流 過流斷面的水量。單位：m3/s二、河川徑流的表示方法河川徑流的幾個特征值2、徑流總量W 一段時間內(nèi)通過某河 流過流斷面的總水量。 單位: m3計算式： W=Q T第54頁/共121頁2021-11-28554、徑流深度 R將計算時段內(nèi)的徑流總量 均勻的分布于測站以上的 整個流域面積上，所得到 的平均水層厚度。3、徑流模

15、數(shù) M 單位流域面積上平 均產(chǎn)生的流量。單位: m單位: m/s計算式：M =FQ計算式：R =FW第55頁/共121頁2021-11-28565、徑流系數(shù)同一時段內(nèi)，流域上徑流深度 與降水量之比。P同一時段內(nèi)的降 水量。計算式： =PR因為 R P ， 所以 流速儀的主要 構(gòu)造（1）流速儀法：尾翼旋轉(zhuǎn)器信號記錄器2 工作原理：流水沖擊旋轉(zhuǎn)器使其旋轉(zhuǎn)，據(jù)流速儀所指示的轉(zhuǎn)速計算流速第88頁/共121頁2021-11-2889方法在測流斷面上，布置數(shù)條垂線，每條垂線上布置若干測點。用流速儀測出各點的流速，最終求得整條垂線上的平均流速，并進而求得部分斷面的平均流速。點流速垂線上的平均流速 部分斷面的

16、平均流速 流量即第89頁/共121頁2021-11-2890二點法五點法三點法一點法注意測速垂線及測點的布設(shè)原則和數(shù)量應(yīng)視實際的測流斷面，據(jù)有關(guān)規(guī)范而定。垂線上測點的布設(shè)方法一般有：第90頁/共121頁2021-11-2891用于測水面流速測某深水點處的流速由上部的小浮標和下部的大浮標及細繩組成（2）浮標法：凡是能浮于水面上的物體，均可做成浮標。深水浮標水面浮標據(jù)浮標通過上、下游的時間來測算速度。測速原理：第91頁/共121頁2021-11-2892深水浮標：深水浮標用于測某水深點處的流速，它由上部小浮標 (指示標)和下部大浮標(深水部分)其間用細繩連成一體，見圖。上浮標做成流線形，以減少水流

17、阻力，露出水面部分體積宜小，以減少空氣阻力。下浮標為十字形以利接近流速浮移。上下浮標所連細繩長度應(yīng)使下浮標位居測速點的深度。據(jù)上浮標漂浮速度計算下浮標速度。水面浮標深水浮標第92頁/共121頁2021-11-2893（1）河床質(zhì)泥沙三、泥沙測算懸移質(zhì)輸沙率推移質(zhì)輸沙率指1、泥沙的分類據(jù)河流泥沙的運動狀態(tài)組成河床的泥沙第93頁/共121頁2021-11-2894（2）懸移質(zhì)泥沙（懸沙）粒徑較小，其沉降速度小于水流垂直方向的脈動速度，可懸于水中，隨水下移， 其較粗的部分顆?？膳c推移質(zhì)交換。（3）推移質(zhì)（底沙）沿著河底滾動，滑動，或躍動，并經(jīng)常與河床質(zhì)發(fā)生交換。第94頁/共121頁2021-11-2

18、8952、懸移質(zhì)輸沙率 Qs 單位時間內(nèi)通過測流斷面的懸移質(zhì)泥沙重量。（1）計算式：SSQCQ Q 測流斷面的流量斷面的平均含沙量SC第95頁/共121頁2021-11-2896（2）含沙量 CS 的測算： 在河流中選定的測點處取含沙的水樣，然后測出體積，將泥沙沉淀，過濾，烘干，并稱出其泥沙的重量，計算出該點的含沙量。 第96頁/共121頁2021-11-2897（3）計算 ：nSnSSSqCqCqCQ+2211由點含量垂線平均含沙量部分斷面的平均含沙量Cs 部分斷面的平均含沙量（N/m3）q 部分斷面的流量（m3/s）其中：第97頁/共121頁2021-11-2898橫式沙洋采集器（懸移質(zhì)泥

19、沙）1、儲水筒；2、筒蓋；3、彈簧；4、撐爪；5、鐵錘；6、鋼索第98頁/共121頁2021-11-28993、推移質(zhì)輸沙率 單位時間內(nèi)通過測流斷面的推移質(zhì)泥沙重量利用推移質(zhì)采樣器，在測沙垂線底部取泥沙，以求得各測沙垂線處單位寬度內(nèi)的輸沙率， 進而計算整個斷面的輸沙率。測算：第99頁/共121頁2021-11-281001、外殼； 2一鉛板； 3、跳板；4、橡皮板；5、底盤托板； 6、尾翼； 7、吊杯推移質(zhì)采樣器（推移質(zhì)泥沙）6第100頁/共121頁2021-11-28101四、水文資料的收集 來源水文數(shù) 據(jù)庫水文年 鑒水文手 冊水文圖 集水文調(diào) 查氣象部門水文資料第101頁/共121頁202

20、1-11-281022-6 水位與流量關(guān)系曲線水位與流量關(guān)系曲線 由斷面實測水位與相應(yīng)的流 量點繪而成的曲線。一、曲線的繪制1、方法：在繪制水位流量 關(guān)系曲線的同時，將水位面積 曲線及水位流速 曲線按比例一同繪制在坐標紙上。第102頁/共121頁2021-11-281032、意義：由于相對于流量觀測，水位觀測要容易些，故可以利用水位流量 曲線從水位變化過程推算流量變化過程，從而計算出不同歷時的平均流量。3、曲線：（1）水位流量曲線第103頁/共121頁2021-11-28104（2）河床發(fā)生沖淤變化時對HQ 曲線的影響 G（水位）Q未沖淤前淤后沖后（3）江河中洪水漲落時對HQ曲線的影響 G（水

21、位）Q穩(wěn)定時落水漲水第104頁/共121頁2021-11-28105第105頁/共121頁2021-11-281061、意義：二、曲線的延長一般地說，曲線都是由中、低、高水位的測點點繪而成。如果能將其作適當?shù)难娱L，便可以得到特大或特小的點，以滿足設(shè)計要求。第106頁/共121頁2021-11-281072、方法：低水位延長法高水位延長法直接延長法史梯文斯延長法斷面特征法形態(tài)斷面法第107頁/共121頁2021-11-28108用于河床無嚴重沖淤的斷面。第一.高水位延長法1直接延長法：A、當延長的水位變幅 史梯文斯延長法： 三條曲線作出QH RQRH第111頁/共121頁2021-11-28112C、將在高水位區(qū)作直線延長。RQB、將繪至高水位。RHQH D、找出對應(yīng)點，延長曲線。高水位時近似常數(shù)Jck 第112頁/共121頁2021-11-28113HQHQRQ RRH H第113頁/共121頁2021-11-28114（2）低水位