水文学原理全套精品课件
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水文学原理 ppt课件
量或一次降雨的降雨量点绘在各自测站的位置上，然后按降雨 量相同的原则连成光滑曲线。
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
4、降雨空间变化的表示
a 等雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。 b 等雨量线所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于：
（1）雨量站位置 （2）雨量站数目
分别对不同历时的等雨 量线图点绘降雨深与面 积关系曲线，得到一组 以历时为参变数的降雨 深与面积关系线。
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
影响降雨的因素 降雨分类 降水成因
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
1、降水成因
水汽、上升运动和冷却凝结（凝结核）是形成降水的三个因素。
降雨
聚集
凝结核
冷却 大气中水汽
第四章 降 水 (Precipitation)
本章主要内容
降水要素及其时空变化表示方法
(Precipitation elements & Temporal and spatial variation)
降雨类型及其影响因素
(Types of rainfall and Affecting factors)
时间 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
累积降雨 0
11.5 60.0 77.0 78.5 80.7
时段降雨 0
11.5 48.5 17.0 1.5 2.2
历时
1 2 3 4 5 6
累积降雨
48.5 65.5 77.0 78.5 80.7 80.7
雨强
48.5 32.8 25.7 19.6 16.1 13.4
区域（流域）平均降雨量计算方法
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
第一节 降水要素及其时空变化表示方法
4、降雨空间变化的表示
a 等雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。 b 等雨量线所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于：
（1）雨量站位置 （2）雨量站数目
分别对不同历时的等雨 量线图点绘降雨深与面 积关系曲线，得到一组 以历时为参变数的降雨 深与面积关系线。
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
影响降雨的因素 降雨分类 降水成因
第二节 降雨的分类及影响降雨的因素
1、降水成因
水汽、上升运动和冷却凝结（凝结核）是形成降水的三个因素。
降雨
聚集
凝结核
冷却 大气中水汽
第四章 降 水 (Precipitation)
本章主要内容
降水要素及其时空变化表示方法
(Precipitation elements & Temporal and spatial variation)
降雨类型及其影响因素
(Types of rainfall and Affecting factors)
时间 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
累积降雨 0
11.5 60.0 77.0 78.5 80.7
时段降雨 0
11.5 48.5 17.0 1.5 2.2
历时
1 2 3 4 5 6
累积降雨
48.5 65.5 77.0 78.5 80.7 80.7
雨强
48.5 32.8 25.7 19.6 16.1 13.4
区域（流域）平均降雨量计算方法
水文学原理
CM
A 小。 4
10
解：对A ψg= 10cm, ψp= 2cm, Φ=12cm
对B —B V= - 3×10-8 × （6-12）/10 =1.8 × 10-8m/s
B
三 非饱和土壤水运动的基本方程 l 非饱和水流的运动方程
V =−K(θ)dΦ ds
0
19
20
29
36
(H2O)2 41
58
59
50
51
(H2O)3 59
23
21
21
13
HH O
-+ -
+
O H O H H 液态水的闪动簇团模型
H HH
O
O H
H O
O
HO
H
H
OHO
H
HO
H H
H
H
H OH
H
O
H
H HO
H O
HH O
HH O H
H
HH O
OH
O
H
O H
HH
O
O H
H H OH
OH
海水密度的表示方法
水
水
量
量
湿润带
l 饱和带 l 水分传递带 l 湿润带 l 湿润锋
湿润锋
第二节 非饱和下渗理论
忽略重力作用的下渗 （一） 设D（θ）= D = 常数
f = (θ 0 − θ i )
D πt
（二） 设D为含水量θ的函数
f = 1 St 2 2
第三节 饱和下渗理论
一 基本假定 1. 水分分布带是完全饱和的。 2. 下渗锋面与下层土壤含水量具有明显
降水主要是降雨和降雪，其它形式 的降水还有露、霜、雹等。
水文学原理(九 地表水流)
13
Part 2 Kinematic wave and Diffusion wave
A
洪水运动的水力学描述 (Hydraulic description of flood wave movement)
B
洪水波的分类 (Classification of flood wave)
C
运动波及其特征 (Kinematic wave)
22
槽槽蓄蓄方方程程((SSttoorraaggee eeqquuaattiioonn))
33
洪洪水水波波运运动动的的水水文文学学方方法法
((HHyyddrroollooggiiccaall mmeetthhoodd ooff fflloooodd wwaavvee mmoovveemmeenntt))
44
特特征征河河长长((CChhaarraacctteerriissttiicc rriivveerr lleennggtthh))
55
28
槽槽蓄蓄曲曲线线的的特特性性
((NNaattuurree ooff SSttoorraaggee--ddiisscchhaarrggee ccuurrvvee))
水文学原理教学课件(for水文07)
第九章 地表水流 Surface Flow
Contents
11
洪洪水水波波的的形形成成及及传传播播 ((FFoorrmmaattiioonn aanndd pprrooppaaggaattiioonn ooff fflloooodd wwaavvee))
22
运运动动波波和和扩扩散散波波 ((KKiinneemmaattiicc wwaavvee aanndd DDiiffffuussiioonn wwaavvee))
Part 2 Kinematic wave and Diffusion wave
A
洪水运动的水力学描述 (Hydraulic description of flood wave movement)
B
洪水波的分类 (Classification of flood wave)
C
运动波及其特征 (Kinematic wave)
22
槽槽蓄蓄方方程程((SSttoorraaggee eeqquuaattiioonn))
33
洪洪水水波波运运动动的的水水文文学学方方法法
((HHyyddrroollooggiiccaall mmeetthhoodd ooff fflloooodd wwaavvee mmoovveemmeenntt))
44
特特征征河河长长((CChhaarraacctteerriissttiicc rriivveerr lleennggtthh))
55
28
槽槽蓄蓄曲曲线线的的特特性性
((NNaattuurree ooff SSttoorraaggee--ddiisscchhaarrggee ccuurrvvee))
水文学原理教学课件(for水文07)
第九章 地表水流 Surface Flow
Contents
11
洪洪水水波波的的形形成成及及传传播播 ((FFoorrmmaattiioonn aanndd pprrooppaaggaattiioonn ooff fflloooodd wwaavvee))
22
运运动动波波和和扩扩散散波波 ((KKiinneemmaattiicc wwaavvee aanndd DDiiffffuussiioonn wwaavvee))
水文学基础知识ppt课件
❖ 地形作用一般使山的迎风面的降水 量大，而背风面降水量减少。
19
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
3）锋面雨:
由于不同性质的气团相遇所形成的雨称 为锋面雨。
• 气团：
物理属性（物理属性主要是温度、湿度、 大气静力稳定度等物理量）在水平方向差异很 小的空气质点群体。其水平范围可达几百万平 方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。
14
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
（3）降雨的分类及其特性
按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种 类型：
• 对流雨 • 地形雨 • 锋面雨 • 气旋雨
15
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
4
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环示意图
5
第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环的外因： 太阳辐射能和地球引力的存在
急行冷锋：
冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升 运动，锋面坡度较陡，介于1/40~1/80（41～820）。
急行冷锋雨 特点：
• 降雨在锋线附近， 降雨强度大
• 历时短、雨区窄
急行冷锋雨示意图
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
3）锋面雨:
由于不同性质的气团相遇所形成的雨称 为锋面雨。
• 气团：
物理属性（物理属性主要是温度、湿度、 大气静力稳定度等物理量）在水平方向差异很 小的空气质点群体。其水平范围可达几百万平 方公里，铅直厚度可达几公里至十几公里。
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
（3）降雨的分类及其特性
按气流上升运动的原因，常把降雨分成四种 类型：
• 对流雨 • 地形雨 • 锋面雨 • 气旋雨
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环示意图
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第一讲
水文水资源基础 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
水循环的外因： 太阳辐射能和地球引力的存在
急行冷锋：
冷锋运移速度较快，使得暖湿气团产生剧烈的上升 运动，锋面坡度较陡，介于1/40~1/80（41～820）。
急行冷锋雨 特点：
• 降雨在锋线附近， 降雨强度大
• 历时短、雨区窄
急行冷锋雨示意图
水文学原理
如果河段入流为单位入流函数ht则下断面出流为s曲线又称为单位过程线unithydrographhydrograph如果河段入流为单位入流函数ht则下断面出流为s曲线又称为单位过程线unit如果某河段上断面入流为单位瞬时脉冲入流t则河段下断面出流称为瞬时单位线u0t简写为ut线u0t简写为ut如果某河段上断面入流为单位瞬时脉冲入流t则河段下断面出流称为瞬时单位如果河段上断面入流为单位矩形入流则下断面出流称为时段单位线utt为时段单位线utt如果河段上断面入流为单位矩形入流则下断面出流称stdt000tstutdtuttsttdstut??1223basicsolution一般情况下先求u0t再求st最后求uttu0tu0tststuttutt1323basicsolution0sxtuxtdtt220qx00tlimxqxt0qqqctxxqt???????22cqqqctxx?????????????式中为常数是线性常微分方程满足叠加性应用laplace变换容易求得瞬时单位线的表达式为
10
2-3 Basic solution
简单入流的解称为基本解，又称为(河段)汇流曲线(flow concentration curve)。 如果河段入流为单位入流函 数H(t)，则下断面出流为S曲 线，又称为单位过程线(Unit Hydrograph) 如果某河段上断面入流为单 位瞬时脉冲入流δ(t)，则河 段下断面出流称为瞬时单位 线u(0,t)，简写为u(t)
6
2-2 Processing of inflow hydrograph
(1)简单入流过程(Simple inflow hydrograph)
a)单位入流过程(Unit Inflow hydrograph)：一直维持1个单位流量的入 流过程(例如 1m3/s)
10
2-3 Basic solution
简单入流的解称为基本解，又称为(河段)汇流曲线(flow concentration curve)。 如果河段入流为单位入流函 数H(t)，则下断面出流为S曲 线，又称为单位过程线(Unit Hydrograph) 如果某河段上断面入流为单 位瞬时脉冲入流δ(t)，则河 段下断面出流称为瞬时单位 线u(0,t)，简写为u(t)
6
2-2 Processing of inflow hydrograph
(1)简单入流过程(Simple inflow hydrograph)
a)单位入流过程(Unit Inflow hydrograph)：一直维持1个单位流量的入 流过程(例如 1m3/s)
水文学原理(全套课件上158P)
第三节 水文学的分支学科 (Major Branch Subjects of Hydrology) 1 、按理论或应用可分为：
2、按水体可分为：
3、按应用的对象可分为：
4、按水文学的研究方法分类：
第四节 水文学的研究方法
(Methodologies on Hydrology)
多学科交叉的研究途径 (Interdisciplinary appoach)
第一阶段：十九世纪
1856年，Darcy定律－渗流运动定律
1871年，圣维南(St. Venant)方程组 （明渠缓变不稳定流运动规律）
第二阶段：二十世纪初至五六十年代
1914年，Hazen，水文频率计算 1932年，Sherman，提出了单位线 1935年，Horton，产流量计算 1938年，MaCarthy ，提出Muskingum法
水文学是地球物理科学的一个分支 水文学又是水利工程科学的重要组成部分
水文学又具有社会科学性 水文学是水利工程科学的重要组 成部分（技术科学）
水文学是水资源开发利用的理论 基础（社会科学）
第二节 水文学发展的动力
(Driving force for the Development of hydrology)
研究地球系统中水的运动、循环和时空 分布规律，水的自然和社会属性、经济属性 ，水与生态环境相互关系（作用）以及在水 旱灾害防治、水资源合理开发利用和水环境 保护中的应用的科学称为水文学。
2、水文学的研究内容(Research fields of Hydrology)
揭示地球系统中水的运动规律、水的 循环机理和水的时空分布特点
实验途径(Experimental approach) 流域水文模拟(Hydrological Modelling) 确定性与随机性研究方法的结合 (Combination of deterministic and stochastic approaches)
水文学原理课件(第一章)
第一章绪论(Introduction)本章主要内容1水文学的研究对象2水文学的发展动力3水文学的分支学科4本课程内容及学习方法水是人类生活必需品，同样也是社会生产资料人类社会因水而得以延续，无水就会消亡；水是地球系统中的水圈、大气圈、岩石圈、生物圈和人类圈相互联系的桥梁，是多种物质交换的载体。
大气圈洪水与干旱水圈岩石圈人类圈生物圈地质灾害水资源生态环境AerosphereBiospherelithosphere AnthroposphereHydrosphere水问题的出现(60年代初)人口的快速增长起因工、农业的迅速发展人类活动的加剧引发的水问题水资源的量和质都不能满足需求水多、水少、水脏以及由水而引发的地质灾害问题水资源的短缺是人类今天面对的重要问题之一，它影响着数以百万计人的生计水问题已成为世界关注的问题水资源短缺及水环境恶化是全球性的大问题，据世行预测，按现有的耗水模式及速率，至2025年全球2/3的人将生活在水资源短缺之中。
世行为解决水资源、环境问题而投放到发展中国家的资金为每年700-800亿美元，全球需求量在未来15年内将增加2倍.✓联合国(UN) ---IHD(65-74)/IHP✓相关的国际或地区性的组织IAEA/UNDP/UNESCO✓非政府组织的广泛的关注Four major water issues in ChinaFloodsDroughtsSoil and water losses Water pollutionmorelessturbiddirty洪涝灾害频繁水多南京市(Nanjing)Floods水少水资源短缺突出Droughts2000年以来中国旱情实况时间涉及省市旱情2011长江中下游地区湖南、湖北、江西、江苏、安徽等地发生严重干旱2010西南五省旱灾云南、贵州、广西、重庆、四川5省（区、市）耕地受旱面积1.01亿亩，占全国的84%，作物受旱7907万亩，2088万人、1368万头大牲畜因旱饮水困难(分别占全国的80%、74%).2009我国多省遭遇严重干旱连续3个多月，华北、黄淮、西北、江淮等地15个省、市未见有效降水。
水文学原理(十二 流域汇流)
Lmax: 从流域出口断面 沿流而上至流域分水
线的最长距离。
max
Lmax
10
1-3 流域调蓄作用(Watershed storage effects)
造成流域调蓄作用的物理原因有二：
•每一水滴汇到出口断面的路径不一 （地貌因素） •每一水滴汇到出口断面的速度不一 （动力学因素）
涨洪时, 由于I(t)dt > Q(t)dt, 时段dt内流域蓄水量必将增加. 落洪时, 由于I(t)dt≤ Q(t)dt, 时段dt内流域蓄水量必将减小.
1 流域汇流的路径
Watershed flow paths
2 流域汇流时间 Watershed flow time of concentration
3 径流成因公式 Formula for computing the discharge at the watershed outlet
4 流域调蓄作用
1) 平均流域汇流时间 (Average watershed flow time of concentration)
idAi AA
直接利用左式计算平均流域汇流时间几乎不 可能，但水文学家已证明流域滞时是与平均 流域汇流时间等价的。流域滞时是指净雨中 心与相应的出流过程形心之间的时差。
8
1-2 流域汇流时间(Watershed flow time of concentration)
15
2-1 引言(Introduction)
叠加性原理：
I (t) I1(t) I2 (t)
n i 1
I i ( t )
n
i1
Ii (t)
Q1 t Q2 t
n
Q t Q i t i1
水文学原理课件
水文学原理课件
目录 Contents
• 水文学概述 • 水文循环与水体 • 水文要素及其测量 • 水文学研究方法 • 水文学应用 • 未来水文学研究展望
01
水文学概述
水文学的定义与研究对象
定义
水文学是研究地球上水的起源、 分布、循环、物理化学性质及水 与环境相互关系的科学。
研究对象
包括大气水、地表水、地下水、 冰川、湖泊、河流、水库、土壤 水、近海水域和生物体内的水等 。
水资源调查与评价
通过水文监测、水文实验、水文计算等手段，对水资源的数量、质量、
时空分布等进行全面调查和评价，为水资源管理提供科学依据。
02 03
水资源规划与配置
根据社会经济发展需求、生态环境保护要求以及水资源条件，制定水资 源开发利用和保护的规划，合理配置和调度水资源，以满足生产、生活 和生态用水的需求。
水权与水市场管理
通过建立水权制度，明确水资源产权关系，规范水资源的取用、转让和 交易行为，发挥市场机制在水资源配置中的作用，促进水资源的节约、 保护和高效利用。
水利工程设计与建设
水利工程规划
根据河流流域的水文、地形地貌、 气候等自然条件以及社会经济状 况，进行水利工程的规划设计， 以满足防洪、灌溉、发电、供水
流向
流向是指水流的方向，可 以通过流向仪进行测量。
水温、水质、水深的测量
水温
水温是指水体的温度，可 以通过温度计进行测量。
水质
水质是指水体的物理、化 学和生物特性，可以通过 水质监测仪进行测量。
水深
水深是指水体的深度，可 以通过水深测量仪进行测 量。
04
水文学研究方法
实地调查法
总结词
实地调查法是水文学研究中最基础的方法之一，通过实地考察和测量获取第一手 数据。
目录 Contents
• 水文学概述 • 水文循环与水体 • 水文要素及其测量 • 水文学研究方法 • 水文学应用 • 未来水文学研究展望
01
水文学概述
水文学的定义与研究对象
定义
水文学是研究地球上水的起源、 分布、循环、物理化学性质及水 与环境相互关系的科学。
研究对象
包括大气水、地表水、地下水、 冰川、湖泊、河流、水库、土壤 水、近海水域和生物体内的水等 。
水资源调查与评价
通过水文监测、水文实验、水文计算等手段，对水资源的数量、质量、
时空分布等进行全面调查和评价，为水资源管理提供科学依据。
02 03
水资源规划与配置
根据社会经济发展需求、生态环境保护要求以及水资源条件，制定水资 源开发利用和保护的规划，合理配置和调度水资源，以满足生产、生活 和生态用水的需求。
水权与水市场管理
通过建立水权制度，明确水资源产权关系，规范水资源的取用、转让和 交易行为，发挥市场机制在水资源配置中的作用，促进水资源的节约、 保护和高效利用。
水利工程设计与建设
水利工程规划
根据河流流域的水文、地形地貌、 气候等自然条件以及社会经济状 况，进行水利工程的规划设计， 以满足防洪、灌溉、发电、供水
流向
流向是指水流的方向，可 以通过流向仪进行测量。
水温、水质、水深的测量
水温
水温是指水体的温度，可 以通过温度计进行测量。
水质
水质是指水体的物理、化 学和生物特性，可以通过 水质监测仪进行测量。
水深
水深是指水体的深度，可 以通过水深测量仪进行测 量。
04
水文学研究方法
实地调查法
总结词
实地调查法是水文学研究中最基础的方法之一，通过实地考察和测量获取第一手 数据。
水文学原理
3) Q(t), I(t) and u(0,t)三者矩之间的关系
原点矩：M1(Q) = M1(u) + M1(I ) 式中下“1”表示原点矩的阶数 中心矩：N (Q = N (u) + N (I) 式中下“2”表示中心矩的阶数 )
2 2 2
⎧ τ = M 1 (Q ) − M 1 ( I ) ⎪ ⇒ τ = M 1 (u ) ⎨ ⎪ M 1 (u ) = M 1 (Q ) − M 1 ( I ) ⎩
L ：拉普拉斯变换
令：A( p) = am D m +1 + am −1 D m + ⋅⋅⋅ + a0 D − 1 B( p) = bn D n +1 + bn −1 D n + ⋅⋅⋅ + b0 D + 1
A( p) L[u (0, t )] = − L[δ (t )] Q L 则有 B( p)
再取上式的逆拉普拉斯变换，得
• 状态路径 (State paths)：由各状态按流域汇流的物理顺序组成 的集合。
状态：水滴在流域上所处的空间位置，指某级坡面或某级河流。 对一个Ω=3级的流域，水滴可能取的路径为：
S1 : r1 → C1 → C2 → C3 → C4 S 2 : r1 → C1 → C3 → C4 S3 : r2 → C2 → C3 → C4 S 4 : r3 → C3 → C4
18
2-3 流域瞬时单位线和卷积公式
(Watershed instantaneous unit hydrograph and Convolution formula)
2)卷积公式(Convolution formula)
当I (t ) = δ (t ), Q(t ) = u (0, t )
水文学原理(水文水资源绪论及第一章)PPT课件
%
淡水亿 km3
%
96.54
0
0
地表水
0.242541
1.75
0.2417
69.0
地下水
0.23700
1.71
0.1083
30.916
土壤水
0.000165
0.001
0.000165
0.047
大气水
0.000129
0.0009
0.000129
0.037
生物水
0.0000112
0.00001
0.0000112
承压水
大气降水
水汽水平运动
地面 蒸发 根系吸收
蒸腾 内陆
海陆间
海上
滴落 地表径流
根系吸收 地下径流
蒸腾
滴落 根系吸收
水面蒸发 海洋
2.水文学的研究内容：
水文学作为地球物理科学的一个分 支，主要研究地球系统中水的存在、分 布、运动和循环变化规律，水的物理性 质、化学性质，以及水圈与大气圈、岩 石圈和生物圈的相互关系。
各省会城月市份 分月降雨量
400 350 300 250 200 150 100
50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份
降雨量（mm）
北 京 天 津 石家庄 太 原 呼和浩特 哈尔滨 长 春 沈 阳
上 海 南 京 合 肥 杭 州 福 州 南 昌 武 汉 长 沙 南 宁
香 港 澳 门 台 北
年径流量（亿m3） 牋巴西 牋俄联邦 牋加拿大 牋美国 牋印度尼西亚
中国 牋印度 牋日本
各主要国家的年径流总量
60000 50000 40000 30000 20000 10000
水文学原理课堂PPT
土壤水 0.05%
大气水 0.04%
河 水 0.006%
第三节 地球系统中的水及水平衡（续）
水资源问题 原因 水资源量时空分布不均匀； 水资源分布与人口、耕地分布不相适应； 水环境污染； 水资源浪费。
对策 时间和空间上的合理调配； 积极开展水污染防治； 节约用水。
三、主要参考书 山坡水文学，刘新仁译 径流形成原理，芮孝芳编著 土壤和水—物理原理和过程，D·希勒尔著 华孟译 普通水文学，邓绶林编著 工程水文学，（美）林斯莱著 城市水文学，朱元甡、金光炎著
第一章 绪论
第一节 水文学的内容和任务 一、水文学的定义 研究水的科学，核心——水文循环。
广义水文学 按分布划分
二、按降雨强度及过程特征分类
暴雨——历时短、强度大、笼罩面积不大。 气象方面规定：日降雨量> 50mm ——暴雨； 日降雨量>100mm ——大暴雨； 日降雨量>200mm ——特大暴雨。 主要影响小流域洪水。 暴雨型霪雨——历时较长、强度变化大。 影响区域洪水。 霪雨——历时很长、强度小、笼罩面积大。 影响大流域洪水。
第一章 绪 论
第二章 水文循环
第四章 降 水
第五章 土 壤 水
第六章 下 渗
第七章 蒸发与散发
第八章 产流机制
第十章 地表水流
第十一章 洪水演算
第十二章 流域产流
第十三章 流域汇流
第三章 流域和水系
课程介绍
一、水文学原理的主要内容 1. 各种水体的形成、演变； 2. 水体形成的成因、演变的规律； 3. 研究水体形成成因、演变规律的方法。 二、学习目的 1.掌握水文现象的基本规律和研究方法； 2.本课程为专业基础课，为后继课程的学习做准备。
第二章 水文循环
大气水 0.04%
河 水 0.006%
第三节 地球系统中的水及水平衡（续）
水资源问题 原因 水资源量时空分布不均匀； 水资源分布与人口、耕地分布不相适应； 水环境污染； 水资源浪费。
对策 时间和空间上的合理调配； 积极开展水污染防治； 节约用水。
三、主要参考书 山坡水文学，刘新仁译 径流形成原理，芮孝芳编著 土壤和水—物理原理和过程，D·希勒尔著 华孟译 普通水文学，邓绶林编著 工程水文学，（美）林斯莱著 城市水文学，朱元甡、金光炎著
第一章 绪论
第一节 水文学的内容和任务 一、水文学的定义 研究水的科学，核心——水文循环。
广义水文学 按分布划分
二、按降雨强度及过程特征分类
暴雨——历时短、强度大、笼罩面积不大。 气象方面规定：日降雨量> 50mm ——暴雨； 日降雨量>100mm ——大暴雨； 日降雨量>200mm ——特大暴雨。 主要影响小流域洪水。 暴雨型霪雨——历时较长、强度变化大。 影响区域洪水。 霪雨——历时很长、强度小、笼罩面积大。 影响大流域洪水。
第一章 绪 论
第二章 水文循环
第四章 降 水
第五章 土 壤 水
第六章 下 渗
第七章 蒸发与散发
第八章 产流机制
第十章 地表水流
第十一章 洪水演算
第十二章 流域产流
第十三章 流域汇流
第三章 流域和水系
课程介绍
一、水文学原理的主要内容 1. 各种水体的形成、演变； 2. 水体形成的成因、演变的规律； 3. 研究水体形成成因、演变规律的方法。 二、学习目的 1.掌握水文现象的基本规律和研究方法； 2.本课程为专业基础课，为后继课程的学习做准备。
第二章 水文循环
《水文学概论》课件
河流生态与保护
河流生态系统
河流生态系统包括河道、湖泊、湿地和沿岸带等生物多样性丰富的环境，对生态平衡和水资源保护起着重要作 用。
保护措施
保护河流生态需要保护河道水质、减少河流的水生物破坏、恢复湿地和改善沿岸土地利用等措施。
水文模型与预测
水文模型是通过数学算法和地理信息系统模拟水文过程，用于预测洪水、干 旱、水资源供应和水质变化等。
《水文学概论》PPT课件
本节课件介绍《水文学概论》课程的大纲，探讨了水文学的历史、水循环与 气候变化、水量观测与测站网络等内容。
什么是水文学
水文学是研究水在地球上、地下循环、分布及其与土壤、气候、植物和人类 活动的相互关系的科学。
水文学的历史
水文学有着悠久的历史。早在古代，人们就开始观察和记录水文现象，以帮 助城市规划、灌溉和解决水资源问题。
3
水资源管理
城市水利与供水需要科学合理的水资源管理，包括水资源规划、节水设施和污水处理等方面。
水质保护与污染控制
水质保护
保护水体的水质非常重要，包括减少污染物排放、保护生态系统和提高水处理技术。
污染控制
控制水体污染是保护水资源的关键，包括减少工业废水和农业面源污染等措施。
水处理技术
水处理技术可以改善水质，包括过滤、消毒、深度处理和再生利用等方法。
洪水灾害与防御
1 洪水灾害
洪水灾害是由降雨过多、河流泛滥等因素引起的水灾，对人类安全、农田和城市造成严 重威胁。
2 防御措施
洪水防御包括堤坝建设、引水排洪、流域管理、土地利用规划和水资源保护等一系列措 施。
3 洪水预警
通过水文测量和气象预报技术，实施洪水预警系统，提前预警和警报，减少洪灾造成的 损失。
水文学原理(全套课件上158P)
第二节 水文循环的现象及尺度(Water Cycle and its scales)
水文循环现象 水文循环的意义 水文循环的尺度
1、水文循环现象(Water cycle)
水在太阳能和大气运动的驱动下，不断地从水面、陆面和植物的茎叶面，通过蒸发或散 发，以水汽的形式进入大气圈。在适当的条件下，大气圈中的水汽可以凝结成水滴，小水 滴合并成大水滴，当凝结的水滴大到能克服空气阻力时，就在地球引力的作用下，以降水 的形式降落到地球表面。我们把水的这种既无明确的“开端”，也无明确的“终了”的永无 止的循环运动过程称为水文循环 。
1、水文循环现象(Water cycle)
Precipitation over land Water surface evaporation infiltration
Moisture from oceans to land
Plant transpiration Soil evaporation
Precipitation over oceans
水文学是地球物理科学的一个分支 水文学又是水利工程科学的重要组成部分 水文学又具有社会科学性
揭示水与生态的相互关系、污染物在 水中的迁移转化规律
研究在防灾、水资源利用、水环境保 护工程建设中必须的水文水利计算技 术
3、水文学的性质(Nature of Hydrology)
水文学是地球物理科学的一个分 支（自然科学）
第三阶段：二十世纪70年代 流域水文模型（Hydrological Mode) 水资源水文学 环境水文学
第四阶段：二十世纪80年代 全球尺度水文学（Global Scale Hydrology)
第五阶段：上世纪末本世纪初
生态水文学的兴起与发展
水文学原理课件
尼 罗 河 三 角 洲
这些特征是从上向下逐渐变化的。 上游的特点是：河谷呈“V”字形，河床多为基岩 或砾石；比降大；流速大；下切力强；流量小; 水位变幅大。 中游的特点是：河谷呈“U”字形；河床多为粗 砂；比降较缓；下切力不大而侧蚀显著；流量 较大；水位变幅较小。 下游的特点是：河谷宽广,呈“︶”形,河床多为细 砂或淤泥；比降很小；流速也很小；水流无侵 蚀力，淤积显著；流量大；水位变幅较小。
• • • • • • • u2为收入超过支出时的增量； w1为进入流域的地下径流量； z1为地表及土壤中凝结的水量； w2为由地下径流方式流出的水量； z2为雪面、土面、叶面、水面蒸发量; u1为支出超过收入时的减量； y为以地表径流方式流出的水量。
以上所有数值都用水深表示，则一条河流任意时段的水量 平衡方程式可写为： x=y+(z2-z1)+(w2-w1)+(u2-u1) 令 z=z2-z1; u=u2-u1; w=w2-w1。 u、w可正可负，则平 衡方程变为：x=y+z + u + w 当其它条件相同时，流域面积越大，w就越小，因此， 当计算大流域时，w可忽略，即公式变为： x=y+z + u 当计算一年的时： x=y+z + u年 ； 当计算多年水量平衡时： xo=yo+zo; xo为多年平均降水量， yo为正常径流量zo为正常蒸发量。 • 对于内陆流域，多年水量平衡式为: xo=zo, 即多年 平均降水量等于多年平均蒸发量。
三、河川径流
• （一）径流的形成和集流过程 径流的形成是一个连续的过程，但是可 以划分为几个不同的特征阶段。了解这些 阶段的特点，对于水文分析是重要的。
• 1.停蓄阶段 • 降水落到流域内一部分被植物截留，另一部分 被土壤吸收，然后经过下渗，进入土壤和岩石 孔隙中，形成地下水。所以降水初期不能立即 产生径流。降水进行到大于上述消耗时，便在 一些分散洼地停蓄起来。这种现象称为填洼。 停蓄于洼地的水也不能立即变为径流，所以这
水文学原理(九 地表水流)
i0
i
i i0 i
i较小
涨洪段（波前），i 是正的，落洪段（波后） i是负的.
7
1-2 Flood wave characteristics
3) 相应流量与相应水位
(Corresponding discharge (water levels, stages))
洪水波轮廓线（水面线）上某一位相的流量称为相应流量，某一 位相水位称为相应水位. 峰值的位相最重要.相应于洪峰位相的流量或水位称为相应洪峰 流量或相应洪峰水位.
8
1-2 Flood wave characteristics
4) 波速(Wave velocity)
洪水波的运动速度。 相应流量或相应水位的传播速度。
9
1-3 Movement of flood wave
在某一固定断面，可以测得Q t 和 H t 过程。
为了比较洪水过程随河长的变化，可以在河段内设置上、下两 个断面，进行 Q, H 观测，得 Q上（H上）-t 和 Q下（H下）-t。
13
Part 2 Kinematic wave and Diffusion wave
A
洪水运动的水力学描述 (Hydraulic description of flood wave movement)
B
洪水波的分类 (Classification of flood wave)
C
运动波及其特征 (Kinematic wave)
I(t) O(t)
t
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1-3 Movement of flood wave
在某一固定断面，可以测得Q t 和 H t 过程。
为了比较洪水过程随河长的变化，可以在河段内设置上、下两 个断面，进行 Q, H 观测，得 Q上（H上）-t 和 Q下（H下）-t。
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一、水文学及其研究对象
• 2、研究对象
– 水文学是研究自然界中各种水体的形成、分布、循环 和与环境相互作用规律的一门科学。
– 水在地球上的分布：
–
形态：汽态、液态、固态
–
空间：空中、地面、地下和生物中
–
水圈：大气水、海洋水、陆地水和生物水
二、水文学研究内容
第一章 绪 论
第七章 蒸发与散发
第二章 水文循环
水文学原理
课程介绍
一、水文学原理的主要内容
1. 各种水体的形成、演变； 2. 水体形成的成因、演变的规律； 3. 研究水体形成成因、演变规律的方法。
二、学习目的
1.掌握水文现象的基本规律和研究方法； 2.本课程为专业基础课，为后继课程的学习做准备。
三、主要参考书
1. 山坡水文学，刘新仁译 2. 径流形成原理，芮孝芳编著 3. 土壤和水—物理原理和过程，D·希勒尔著 华孟译 4. 普通水文学，邓绶林编著 5. 工程水文学，（美）林斯莱著 6. 城市水文学，朱元甡、金光炎著
展进入了一个新时代，流域数学模型、水资源学、水环境 学、随机水文学相继形成。
五、发展史
• 水文学的分类
分类依据
划分的分类与分支学科
研究方法 研究对象
动力水文学、系统水文学、计算水文学、水文统计学、 随机水文学、地理水文学、同位素水文学、数字水文学 等
河流水文学、湖泊水文学、沼泽水文学、冰川水文学、 河口海岸水文学、水文气象学、地下水文学、海洋水文 学和水资源学等
五、发展史
• 3、应用水文学发展阶段（1900-1950年） • 进入20世纪，大规模的水利水电建设蓬勃发展，需要科学
的水文计算和水文预报，使应用水文学迅出著名的塞登定律； • ② 1924年H.A.福斯特建立了P-Ⅲ水文频率曲线计算
方法；
• ③ 1932年L.R.K.谢尔曼提出单位线法 • ④ 1935年G.T.麦卡锡建立了马斯京根河道洪水演算法。 • 这一时期我国水文学发展则比较落后。 • 4、现代水文学发展阶段（1950年-至今） • 随着计算机、遥感、遥测等高新技术的应用，使水文学发
应用范围
工程水文学、农业水文学、土壤水文学、森林水文学、 城市水文学、生态水文学等
工作方式 水文测验学、水文调查学、水文实验学
研究地域 区域水文学、全球尺度水文学（大尺度水文学）
研究时段 古水文学、现代水文学
第一章 绪论
第一节 水文学的内容和任务
一、水文学的定义
研究水的科学，核心——水文循环。
广义水文学 按分布划分
水文学
研究对象 研究内容 研究方法 研究意义 发展史
一、水文学及其研究对象
• 1、水文学
International association of hydrological sciences
– 国际水文科学协会（IAHS）：研究地球上水文循环和大陆上各种水，
如地下水和地下水，雪和冰川及其物理的、化学的和生物学的变化过
海洋水文学 水文气象学
陆地水文学
地表水水文学 土壤水水文学
地下水水文学
河川水文学 湖泊水文学 冰川水文学 河口水文学
按应用分 环境水文学、农业水文学、城市水文学······
水文学知识实例
• 1、黑龙江 全长4485公里，流域面积是89万平方公 里(只算国内)，仅次长江、黄河占第三位。年径流总 量达2720亿立方米，仅次于长江、黄河占第三位。
• 2、1998年长江流域特大洪水为百年一遇大洪水。 • 3、自从2010年9月23日以来，山东大部分地区近140
天基本无有效降水，发生了严重的秋冬春三季连旱。 分析显示，如果到2月底仍然没有大范围有效降水， 全省气象干旱将达到200年一遇，部分市将达到500 年一遇。 • 4、明天有小雨。
• 1（、2）给水量水不工足程时
以丰补欠，进行水量引取、蓄放和调节
密云水库
四、研究意义
• 2、 排水工程 • （1）雨水排泄 • （2）洪水防御
2006年7月韶关铁路成为河道
水中熄火的车辆
2006年7月韶关体育馆陷入汪洋
四、研究意义
五、发展史
• 水文学经历了由萌芽到成熟、由定性到定量、由经验到理 论的发展过程。
第八章 产流机制
第三章 流域和水系 第十章 地表水流
第四章 降 水
第十一章 洪水演算
第五章 土 壤 水 第六章 下 渗
第十二章 流域产流 第十三章 流域汇流
三、研究方法
• 1、水文现象的特点
• 水文现象：水在循环过程中的存在和运动形态。
• 水文现象时程变化的周期性与随机性的对立统一
–
（1） 周期性的体现
–
（2） 随机性的体现
–
（3） 二者对立统一
• 水文现象地区分布的相似性与特殊性的对立统一
–
（1） 相似性的体现
–
（2） 特殊性的体现
–
（3） 二者对立统一
• 小结：
– （1） 由水文现象具有时程上的随机性和地区上的特殊性，需要 对各个不同流域的各种水文现象进行年复一年的长期观测，积累
资料，进行统计，分析其变化规律。
程；各类形态的水与气候及其他物理的和地理的因素间的关系，以及
它们之间的相互作用；研究侵蚀和泥沙同水文循环的关系；检验在水
资源管理和利用中的水文问题；以及在人类活动影响下水的变化。
– 中国大百科全书：水文科学是地球上水的起源、存在、分布、循环、 运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系，水圈同大气 圈、岩石圈和生物圈等自然圈层的关系也是水文科学的研究领域。
– （2） 由水文现象具有地区上的相似性，可有目的选择代表性的 河流进行观测，并移用其成果于相似地区。
三、研究方法
• 2、研究方法
确定性规律
成因分析法
偶然性规律
数理统计法
区域性规律
地理综合法
四、研究意义
• 1、给水工程
主要与取水工程有关： (1) 水量丰沛时： 了解水位、泥沙及冰凌情况
四、研究意义
• 1、水文知识的萌芽阶段(公元1400年以前) – 这一时期中国的水文知识居于世界领先地位，如： – ① 公元前239年的《吕氏春秋》 ； – ② 2000年前建成的都江堰； – ③ 公元527年的《水经注》
• 2、水文科学基础形成阶段（1400-1900年） – 该时期，西欧的产业革命促进了水利事业的发展，在 水文观测方面，发明制造了雨量器、蒸发器、流速仪 等，系统的水文测验为水文定量计 算及预报奠定了坚 实基础。