史上最全工程水文学知识点归纳

工程水文学
第一章绪论
工程水文学：水文学的一个重要分支,为工程规划设计、施工建设、运行管理提供水文依据的一门科学。

工程水文学基本内容：①水文资料收集、整理、刊布；②水文分析与计算——推求设计值；③水文预报——预报预见期内发生的预报预见期内发生的水文现象。

水资源：①狭义上:水资源是指人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水。

②广义的:水资源是指能够直接或间接使用的各种水和水中的物质，在社会生活中具有使用价值和经济价值的水都可称为水资源。

简言之，水资源是一种参与自然界水分循环，可恢复的动态资源。

在确定水资源定义时，要包括三个方面：①可恢复的动态资源，②参与自然界水分循环，③地球水圈中可以利用并且利用的具有资源价值的水。

水资源的复杂性表现为：①水的类型繁多，具有运动性;②用途广泛;③量与质在一定条件下可以改变;④开发利用受经济技术条件、社会条件和环境条件的制约。

水资源的特点：①水利和水害的两重性；②综合利用；③水资源的再生性；
④水流的随机可变性；⑤水利资源的地区性和整体性；⑥某些意义的不可取代性。

我国水资源的特点：①总量不算少，但人均水量低；②地区上分布极不均匀；③与耕地、人口的分布不相匹配；④年内、年际变化大。

这些对我国水资源的开发利用是不利的。

水文研究的基本方法：①成因分析法；②数理统计法；③地理综合法。

第二章径流及径流形成过程
径流：降水形成的，沿着流域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。

径流形成过程：在流域中，从降水到达地面至水流汇集于流域出口断面的物理过程。

3为产流过程，后2为汇流过程）
产流过程：降雨扣除损失成为净雨的过程。

净雨：降雨扣除损失后的雨量称为净雨，净雨和它形成的径流在数量上是相等的。

但二者的过程却完全不同，
汇流阶段：净雨通过坡地、河网汇集到流域出口断面的过程，可细分为坡地汇流和河网汇流。

坡地汇流：坡面漫流+表层流径流+坡地地下汇流
河网汇流：从支流到干流，从上游到下游，到流域出口断面的过程；
第三章水文信息采集与处理
水文测站：在流域内一定地点(或断面)按统一标准对所需要的水文要素作系统观测，以获取信息并进行处理为即时观测信息，这些指定的地点称为水文测站。

观测项目：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等。

分类：①按测验项目，水文站、水位站、雨量站、水质站；
②按测站性质和作用，基本站、专业站、实验站。

水文站网：单个测站观测到的水文要素其信息只代表了站址处的水文情况，而流域上的水文情况则须在流域内的一些适当地点布站观测，这些测站在地理上的分布网称为水文站网。

广义的站网是指测站及其管理机构所组成的信息采集与处理体系。

布站原则：通过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，达到可以内插领域内任何地点水文要素的特征值的目的。

规划的任务：就是研究测站在地区上分布的科学性、合理性、最优化等问题。

水文测站应布设：基线、水准点和基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面及比降断面。

手机水文信息的基本途径：驻测、巡测、间测、水文调查和自动测报系统。

水位：指河流、湖泊、水库及海洋等水体自由水面相对于某一基面的高程，称为水位，单位m。

我国统一采用青岛附近黄海海平面为标准基面。

水位观测的作用：①直接为水利、水运、防洪、治涝提供资料；②可用水位推求其他水文数据。

水位观测的基面类型：绝对基面、假定基面、测站基面、冻结基面。

观测水文的设备和方法：①水尺—人工观测（直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式）②自记水位计
水尺优缺点：优点，构造简单、经济、使用方便；缺点：观测条件差，工作量大。

自记水位计优缺点：优点，节省人力，自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来，不遗漏任何突然的变化和转折，有的还能将所观测的数据以数字或图像的形式远传室内，使水位观测工作趋于自动化和远传化；
缺点，结构比较复杂，造价、管理费用也比较高。

水文调查：为弥补水文基本站网定位观测之不足或为某个特定目的，采用勘测、调查、考证等方式收集某些水文要素等有关资料的工作，称之为水位调查。

洪水调查内容：洪水痕迹、发生时间、灾情测量、洪水痕迹的高程，河槽、断面情况，推算洪水总量、洪峰流量、洪水过程线及重现期，调查报告。

洪水调查方法：①河道踏勘；②深入调查确定洪水痕迹；③洪水调查的测量。

延长精度：高水外延部分不超过当年实测流量所占水位变幅的30％，低水外延部分不超过10％。

第四章流域产汇流计算
产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，剩下的部分称为净雨，它在数量上等于它所形成的径流深。

在我国常称净雨量为产流量，降雨转化为净雨的过程为产流过程，关于净雨的计算称之为产流计算。

汇流计算：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，关于流域汇流过程的计算称之为汇流计算。

流域蓄水量：在流域降雨能够影响的土层内土壤含蓄的吸着水、薄膜水和悬着毛管水，不包括重力水，是土壤能够保持而不在重力作用下流走的水分。

时18.93mm，是由前面计算得到的，为
解：设 fc= 2.0mm/h ，得∑RG= 47.1mm ，不等于38.1mm 。

再假
设 fc= 1.6 mm/h ，∑RG= 38.6 mm ，与 38.1 mm 相差很小。

最后fc=
1.6 mm/h 。

初损：产流以前的总损失水量。

t0 内全部降雨量 后损：流域产流以后下渗的水量，以平均下渗率表示。

初损的确定:①对于较小流域，因汇流时间短，出口断面的起涨点大体可作为产流开始时刻，因此，起涨点前的累积雨量可作为初损I0近似值 ； ②对于较大流域，需考虑流域内各雨量站至流域出口断面回流时间不同的问题。

已知某流域设计标准为百年一遇的24h 暴雨过程如下表，设计暴雨初损为30mm ，后期平均下渗能力为2.0mm/h 。

试求该流域设计24h 设计地面净雨过程? 已知某流域某次实测降雨径流资料如下表（该流域面积等于100km2），试分析该场暴雨洪水的净雨过程？
流域汇流时间：流域上最远点的净雨流到出口的历时。

湿润地区某流域流域面积F＝5290km2，由多次退水过程分析得Kg =228h。

1985年4月该流域发生一场洪水，起涨流量50m3/s ，计算时段=6h。

通过产流计算求得该次暴雨产生的地下净雨过程Rg如下表。

试计算该次洪水地下径流的出流过程？
解：将F＝5290km2， Kg=228h，∆t=6h代入；得该流域地下径流的演算式为：
取第一时段起始流量50m3/s ，逐时段连续演算，结果见下表：
某流域一次雨洪的地下径流过程计算
单位线:在给定的流域上,单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨，在流域出口断面形成的地面径流过程线，称为单位线。

倍比假定：同一流域上有2场净雨，历时相同,但净雨深不同，在出口形成的地面径流过程完全相似，即总历时相同，相应流量成比例，等于净雨深之比。

叠加假定：若流域上有一次降雨，净雨由几个单位时段的净雨（假设为Rs1、Rs2）组成，该降雨在出口形成的地面径流过程等于它们各自在出口形成的过程相叠加。

单位线分析计算表
将时段6h的单位线转换为时段3h的单位线
S 曲线：设想流域上有一场净雨强度为10mm/△t 持续不断的降雨，在出口形成的地面径流过程线
第五章 水文预报
水文预报的作用：①水文预报可充分利用水资源，最大限度发挥水利工程的效益；
②在防洪斗争中，水文预报能事先提供洪水的发生和发展，为防汛抗险提供情报；
③通过水文预报，实现水利工程的优化调度，更好地处理防洪和兴利的矛盾。

预见期：预报发布与预报要素出现的时间间距。

洪水波的展开：洪水波在传播过程中，波长不断加大，波高不断减小。

洪水波的扭曲：洪水波在传播过程中，波峰向它的起点逼近，波前长度减小。

1
,21,12,02,下上上下Q C Q C Q C Q ++=
练习题：某河段马斯京根法流量演算的参数Δt=18h、k =18h、x=0.15，已知上游站入流过程和下游站起始的流量如下表，试列表计算下游站出流
过程？
对于水位的预报：许可误差的上限为1.0m，下限为0.1；（上限为最大变幅许可误差，下限为变幅为0的许可误差）。

对于流量预报：算出的许可误差小于测验误差时，以测验误差为下限。

洪峰出现的许可误差上限：预报根据时间至实测洪峰出现时间间距的30％；下限：3小时为下限。

第七章水文统计
矩法估计：优点是X和Cv估计较准，缺点是Cs误差较大。

三点法估计：优点是非常简单，缺点是难以得到三个点的精确位置，系统误差。

权函数法估计：优点是估计Cs较准，缺点是只能估计Cs，不能估计和Cv。

概率权重矩法：优点：计算简便，客观，估计量具有较好的统计特性；重现期：是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。

频率P与重现期T的关系：
①当为了防洪研究暴雨洪水问题时，一般设计频率P＜50％，则：T=1/P
②当考虑水库兴利调节研究枯水问题时，设计频率P＞50％，则：T=1/(1-P) 统计参数对频率曲线的影响:
均值X:当皮尔逊Ⅲ型频率曲的两个参数Cv和Cs不变时，由于均值的不同，可以使频率曲线发生很大的变化，增大X，频率曲线的位置就会升高，坡度会变陡。

变差系数Cv：X固定随着Cv的增大，频率曲线的增大，曲线偏离程度也随之显得越来越陡。

Cs固定，CV变大，使频率曲线顺时针旋。

偏态系数Cs：正偏情况下，Cs愈大，均值对应的频率愈小，频率曲线的中部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈平缓。

X、Cv固定，Cs变大，使频率曲线上端变陡，中间曲率变大，下端趋于水平，Cs2>Cs1
优化适线法：在一定的适线准则下，求解与经验点据拟合最优的频率曲线的统计参数的方法。

相关分析在水文计算中的应用：可以用来延长和插补短系列、水文预报等。

第八章设计年径流计算
径流：在河槽里运动的水流叫做河川径流，简称径流。

径流量：在一定时段内，通过河流某一断面的累积水量称为径流量。

年径流：一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。

水文年：是以水文现象的循环周期作为一年，即从每年的汛期开始到第二年的枯水期结束为一年（对于春汛河流，应以春汛开始作为水文年的起点）。

水利年：是以水库的蓄泄循环周期作为一年，即从水库蓄水开始到第二年水库供水结束为一年。

年径流的影响因素：
①气候因素，P-R-E=ΔW式中，P、E属于气候因素。

R随P增大而增大，随E增大而减少，E又与气温、湿度有关，气候因素是影响径流的主要因子，属急变因素；
②下垫面因素，地理因素包括地理位置、地形、植被、流域大小等；
③人类活动因素,人类在流域上进行的各种活动，包括兴建水利工程、大面积灌溉、水土保持措施、土地利用方式等。

直接影响：引水工程如南水北调，修建水库，间接影响：植树造林，都市化。

设计保证率P：水资源利用工程的设计标准，反映了水资源的利用程度，
即工程规划设计的既定目标不被破坏的年数占运用年数的百分比。

（破坏率q, p = 1-q)
年径流系列的“三性”审查：可靠性、一致性、代表性。

可靠性：①水位、流量测验有无差错②水位流量关系曲线绘制及高、低水延长是否恰当③上、下游水量是否平衡。

一致性：资料是否来自同一气候、下垫面条件和同一测站。

人类活动的影响最显著。

否则进行还原计算。

、方法：a. 降雨径流相关法b. 水量平衡法。

代表性：样本的经验分布Fn(x)与总体分布F(x)接近程度。

越接近，代表性越好。

一般样本系列越长，代表性越好。

代表性高低判断方法：长短序列对比法。

设计年径流量及年内分配的计算步骤：①根据审查分析后的长期实测径流量资料，按工程要求确定计算时段，对各时段径流量进行频率计算，求出指定频率的各种时段的设计流量值；②在实测径流资料中，按一定的原则选取各种代表年。

对灌溉工程只选枯水年为代表年；对水电工程一般选丰水、平水、枯水三个代表年；③求设计时段径流量与代表年的时段径流量的比值，对代表年的径流过程按此比值进行缩放，即得设计的年径流过程线。

代表年的选择：①流量相近原则：选择与设计年径流量大小相近的年；②对工程不利的原则：比如汛期流量大、供水期径流较小的年份；③根据不同年份选择丰、平、枯（如p=20%、50%、80%或p=25%、50%、75%）三种代表年。

设计年径流年内分配的计算有同倍比法和同频率法
同倍比法优缺点→优点：简单易行，计算出来的年径流过程仍保持原代表年的径流分配形式。

缺点：多个时段和全年的径流量不能同时满足设计频率，即求出的设计年径流过程，只是计算时段（年或某一时段）的径流量符合设计频率的要求。

同频率法:所求的设计年内分配的各个时段径流量都能符合设计频率。

缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分配的计算有等值线图法、水文比拟法和经验公式法。

第九章由流量资料推求设计洪水
洪水：由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨，这种水文现象，称为洪水。

洪水过程线：洪水流量随时间的变化过程。

洪峰流量：洪水过程中的最大瞬时流量Q m。

洪水总量：一次洪水的总水量。

设计洪水：在进行水利水电工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区的安全，必须按照某种标准的洪水进行设计，这种作为水工建筑物设计依据的洪水称为设计洪水（符合设计标准的洪水）。

风险率：工程在使用年限内，遭遇超标准洪水的概率。

设计洪水三要素：设计洪峰流量、设计洪水总量和设计洪水过程线。

洪水资料的“三性”审查：可靠性、一致性、代表性。

①资料可靠性的审查与改正，实测洪水资料和历史洪水资料；②资料一致性的审查与还原；
③资料代表性的审查与插补延长
选样：就是在现有的洪水记录中选取若干个洪峰流量或某一历时的洪量组成样本，作为频率计算的依据。

选样的原则：洪水资料选样，应满足频率计算关于独立、随机选样的要求。

选样的方法：采用年最大值法选样从资料中逐年选取一个最大流量和固定
时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。

独立选样：是指在选取年最大值时不考虑洪峰或其他时段洪量发生的时间和位置，洪峰和各时段洪量的年最大值可以来自不同次洪水。

简而言之，就是只关心最大洪水流量。

特大洪水：比系列中一般洪水大得多，并且通过洪水调查可以确定其量值大小及其重现期的洪水称为特大洪水。

模比系数K>2～3。

特大洪水处理：特大洪水加入系列后成为不连序系列，即由大到小排位序号不连续，其中一部分属于漏缺项位，其经验频率和统计参数计算与连续系列不同。

这样，就要研究有特大洪水时的频率计算方法，称为特大洪水处理。

特大洪水重现期的确定:①从发生年代至今为最大,N=设计年份 - 发生年份 + 1；
②从调查考证的最远年份至今为最大,N=设计年份 - 调查考证期最远年份 + 1。

连序系列：针对n年实测洪水系列没有加入历史特大洪水值，在频率计算时，各项数值直接按大小顺序统一排位，各项之间没有空位，序数n是连序的，称为连序系列。

连序系列其经验频率计算公式为：Pm=m/(n+1)*100%
不连序系列：系列中加有特大洪水值，特大洪水值的重现期（N）必然大于实测系列年数n，而在N-n年内各年的洪水数值无法查得，它们之间存在一些空位，由大到小是不连序的。

不连续系列计算特大洪水与一般洪水经验频率的方法：独立样本法和统一样本法。

独立样本法：把包括历史洪水的长系列(N 年)和实测的短系列(n 年)看作是从总体中随机抽取的两个独立样本，各项洪峰值可在各自所在系列中排位。

PM=M/(N+1)*100%
统一样本法：
特大洪水的经验频率为： PM=M/(N+1)
其中有l 次发生在实测期，实测期一般洪水的经验频率为:
某站1930-1972年的43年中，有实测洪水资料33年。

其中1949年为最大，应从系列中抽出作为特大值处理。

另外，通过洪水调查与文献考证，了解到自1903年以来的70年间，为首的三次大洪水，其大小排位依次为1921、1949、1903年 。

经分析考证能判断在这70年间不会遗漏掉比1903年更大的洪水。

洪峰流量系列如图9-2-6。

试分析确定各项洪水的经验频率？
某水库坝址处有1960-1992年实测洪水资料，其中最大的两年洪峰流量为1480m3/s、1250m3/s。

此外，洪水资料如下：(1)经实地洪水调查，1935年曾发生过流量为5100m3/s的大洪水，1896年曾发生过流量为4800m3/s的大洪水，依次为近150年以来的两次最大的洪水。

（2）经文献考证，1802年曾发生过流量为6500m3/s的大洪水，为近200年以来的最大一次洪水,且1802年至1960年间其余洪水的洪峰流量均在2000m3/s以下。

使用独立样本和统一样本法推求上述各项洪水的经验频率？
选择典型洪水的原则: ①峰高量大，接近设计条件下的稀遇洪水；②代表性（季节、地区组成、洪峰次数、峰量关系）；③对过程不利（峰型集中、主峰靠后、与下游洪水遭遇）。

同倍比放大法：把典型洪水过程线的纵高都按同一比例系数放大，即为设计洪水过程线。

特点：用同一放大倍比放大典型过程。

①按峰放大，典型洪水的洪峰为QmD，设计洪峰为
②按量放大，典型洪水的总量为WTD，设计洪水总量为WTP，放大系数
同频率放大法：在放大典型过程线时，若按洪峰和不同历时的洪量分别采用不同的倍比，使放大后的过程线的洪峰及各种历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量。

放大后的过程线，其洪峰流量和各种历时的洪水总量都符合同一设计频率，称为“峰、量同频率放大”，简称“同频率放大”。

特点：放大后的过程线，其洪峰流量和各时段的洪量都符合同一设计频率。

①计算设计洪峰及各历时设计洪量: Qmp、 W1P、W3P、W7P、W15P；
②选择典型洪水,计算: QmD、 W1D、 W3D、 W7D、 W15D。

最大
1
放大步骤: 峰── 最大3天洪量中除最大1天以外，
最大7天洪量中除最大3天以外，其余四天的放大倍比：———————————→
已知某水库设计和典型洪峰、洪量资料，采用同频率法推求p ＝
1％设计洪水过程线？
解：推求各时段放大倍比 ：k0＝3530 / 1620＝2.18； k1＝42600 / 20290＝2.10；
k3－1＝（72400－42600 ）/（31250－20290）
＝2.72；
k7－3＝（117600－72400）/（57620－31250）
＝1.71；
第十章 由暴雨资料推求设计洪水
按照暴雨洪水的形成过程，推求设计洪水的三步骤： （基本假定：洪水与暴雨同频率）
①推求设计暴雨: 用频率分析法求不同历时指定频率的设计雨量及暴雨过程。

②推求设计净雨:设计暴雨扣除损失就是设计净雨。

③推求设计洪水:应用单位线法等对设计净雨进行汇流计算，即得流域出
口断面的设计洪水过程。

暴雨选样——————→设计暴雨——————→设计净雨——————→设计洪水
直接法推求设计暴雨量：当设计流域雨量站较多、分布较均匀、各站又有长期的同期资料、能求出比较可靠的流域平均雨量（面雨量）时，可直接选取每年指定统计时段的最大面暴雨量，进行频率计算求得设计面暴雨量。

间接法推求设计暴雨量：当设计流域内雨量站稀少，或观测系列甚短，或同期观测资料很少，无法直接求得设计面暴雨量时，用间接方法。

先求流域中心附近代表站的设计点暴雨量，然后通过暴雨点面关系，求相应设计面暴雨量。

暴雨资料的“三性”审查：可靠性、一致性、代表性。

暴雨资料的订正：X24＝1.12 X1，日自记仪X24～人工观测X1日
某流域有3个雨量站，分布均匀，可按算术平均法计算面雨量。

面雨量及年最大1、3、7日面雨量选取结果见下表。

Cs 与Cv 的比值：一般地区为3.5左右；在Cv>0.6的地区，约为3.0； Cv<0.45的地区,约为4.0 时间（月日） 点雨量 面平均雨
量 最大1、3、7日雨量 A 站 B 站 C 站 6.30 5.3 0.2 1.8 7月4日为年最大1
日， 雨量为129.9mm ；
8月22~24日为年最大3日，
7.1 50.4 26.9 25.3 34.2 7.2
7.3 11.5 10.8 14.7 12.3 7.4
134.8
125.9
124.0
129.9
7.5 32.5 21.4 10.0 21.3 雨量为166.5mm ； 7月1~7日为年最大7
日， 雨量为234.0mm
7.6 5.6 10.5 4.7 6.9 7.7 35.5 25.2 27.6 29.4 7.8 3.7 7.1 1.4 4.1 7.9 11.1 5.8 9.7 8.9 … … … … … 8.18 6.6 0.2 6.9 4.6 8.19 22.7 2.4 5.4 10.2 8.20 8.21 8.22 42.6 51.7 54.8 49.7 8.23 60.1 68.6 53.5 60.7 8.24 81.8 54.1 32.3 56.1 8.25 2.3
1.0
0.1
1.1
设计点暴雨量的计算 步骤： ①选择点雨量代表站；②选样方法，固定时段独立选取年最大值法；
③特大暴雨移置，与特大洪水处理方法相似。

④点暴雨频率计算； ⑤成果合理性分析 。

设计面暴雨量的计算：可将设计点雨量转化为设计面雨量，转换公式为 式中α称为点面折减系数，即点雨量与其相应的面雨量的比值。

定点：指流域中心点或其附近有长系列点雨量资料的雨量站,。

定点定面关系：把流域作为固定面,建立固定点雨量和固定面雨量之间的关系,称定点定面关系。

0,Tp T Tp
x x α=⋅
动点动面关系：这种关系是按照各次暴雨的中心与暴雨等值线图计算求得，因各次暴雨的中心和暴雨分布都不尽相同，所以称为动点动面关系。

设计面暴雨量的计算步骤：①整理流域中心附近代表站：历次暴雨、时段点雨量、流域平均面雨量；②排序：点、面雨量独立从大到小排序（打乱一场暴雨点面对应关系）；③绘制同序号的点、面雨量关系曲线。

优点：①可以进行同频率的点、面雨量转换；②成果应用的限制比较小。

缺点：对应的点、面雨量不能给出成因上的解释或（没有成因联系）。

原因：因为序号打乱，故点、面雨量不是对应的。

（典型暴雨过程的缩放方法与设计洪水的典型过程缩放计算基本相同）
典型暴雨的选择原则：代表性—出现次数较多，分配形式接近多年平均和常遇情况。

对工程不利,一是雨量比较集中；二是暴雨核心部分偏后，形成的洪峰偏后，对水库安全影响较大。

已求得某流域百年一遇1d、3d、7d设计暴雨分别为108mm、182mm、270mm。

经对流域内各次大暴雨资料分析比较后，选定暴雨核心部分出现较迟的1993年的一次大暴雨作为典型，其暴雨过程如表。

按同频率控制放大法推求设计暴雨过程？
典型暴雨同频率放大推求设计暴雨过程：
小流域：指集水面积不超过数百平方公里的小河小溪，但并无明确限制。

指集水面积不超过50Km2的小河小溪称为特小流域。