水文学原理PPT课件
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水文学原理课件37856
一、水量平衡（续）
2. 河流流域水量平衡方程 （1）闭合流域（没有流域来水）的水量平衡方程
记Px=P，RI=0，qa=0，RO=R ： 某 时 段：P=E+R ±W 多年平均：P=R+E
（2）不闭合流域（有外流域来水）的水量平衡方程 某 时 段：P= RO -R I+E±W
一、水量平衡（续）
3. 全球水量平衡方程
第二节 水文循环现象
水文循环的原因（外因、内因）
地
降水P
表
径
蒸发E
流
RS
陆地 包气带 下渗F
壤中流RSS
E
基岩
地下径流Rg
P
海洋
蒸腾ET
水的不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程
第二节 水文循环现象（续）
大循环和小循环
大循环：海洋→大气→大陆→海洋（纵向+横向） 小循环：海洋→大气→海洋（海洋小循环）
------222---222222000000000
沙
------222---222222000000000
------111---111111000000000
通
南通节制闸 任港
姚港
西界港口 东界港口
000000000
------111---111111000000000
000000000
000000000
黄沙
------111---111111000000000
000000000
海洋泾口
------111---111111000000000
沙
四号坝
狼
000000000
山
------111---111111000000000 ------333---333333000000000
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 第二章 河流和流域特征PPT课件
2021/3/17
（4）下游：河流的最下级，处于平原区，河床宽， 坡度缓，水流慢，泥沙淤积作用较显著，沙洲较多。 （5）河口：河流的终点。淤积，形成三角洲。
外流河：注入海洋的河流。如长江，黄河。 内流河或内陆河：流入内陆湖泊或消失于沙漠中 （瞎尾河）。如塔里木河、格尔木河（青海）
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2.1.3 河流的基本特征 河流断面
a. 横断面：垂直于水流方向的断面
2021/3/17
b. 纵断面：沿河流中泓线切出来的断面 ➢ 中泓线？ ➢ 深泓线?
深泓线：河道中各横断面水 流最大流速点的连线。
难 点： ✓ 径流模数和径流深度的概念和计算
2021/3/17
2.1 河流及特征 2.1.1 干流及支流
河流：沿地表线形凹槽集中地经常性或周期性水流。 较大的河或江，较小的叫溪。 (1) 干流 ( Mainstream )
在水系中汇集全流域径流的河流，例如： 黄河、长江。
2021/3/17
(2) 支流 ( Tributary ) 流入一较大河流或湖泊的河流。 支流是分级的：一级支流(注入干流的支流)； 二级支流(注入一级支流的支流)； 三级支流(注入二级支流的支流)； 四级支流 (注入三级支流的支流)
降水和蒸发直接影响径流的形成和变化。 (2)下垫面因素
1)地貌 2)地质和土壤 3)植被 4)湖泊和沼泽 5)流域面积与形状 (3)人类活动因素 1)增加河川径流量的措施：人工降雨、融雪、跨流域调水 2)改变河川径流分配的措施：修筑水库等水利工程 3)减少地表径流的措施：引水灌溉等
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（4）下游：河流的最下级，处于平原区，河床宽， 坡度缓，水流慢，泥沙淤积作用较显著，沙洲较多。 （5）河口：河流的终点。淤积，形成三角洲。
外流河：注入海洋的河流。如长江，黄河。 内流河或内陆河：流入内陆湖泊或消失于沙漠中 （瞎尾河）。如塔里木河、格尔木河（青海）
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2.1.3 河流的基本特征 河流断面
a. 横断面：垂直于水流方向的断面
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b. 纵断面：沿河流中泓线切出来的断面 ➢ 中泓线？ ➢ 深泓线?
深泓线：河道中各横断面水 流最大流速点的连线。
难 点： ✓ 径流模数和径流深度的概念和计算
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2.1 河流及特征 2.1.1 干流及支流
河流：沿地表线形凹槽集中地经常性或周期性水流。 较大的河或江，较小的叫溪。 (1) 干流 ( Mainstream )
在水系中汇集全流域径流的河流，例如： 黄河、长江。
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(2) 支流 ( Tributary ) 流入一较大河流或湖泊的河流。 支流是分级的：一级支流(注入干流的支流)； 二级支流(注入一级支流的支流)； 三级支流(注入二级支流的支流)； 四级支流 (注入三级支流的支流)
降水和蒸发直接影响径流的形成和变化。 (2)下垫面因素
1)地貌 2)地质和土壤 3)植被 4)湖泊和沼泽 5)流域面积与形状 (3)人类活动因素 1)增加河川径流量的措施：人工降雨、融雪、跨流域调水 2)改变河川径流分配的措施：修筑水库等水利工程 3)减少地表径流的措施：引水灌溉等
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水文学原理蒸散发 PPT
田 间 持 水 量
第三节 土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
第三阶段 土含小于等于毛
管断裂含水量
E/Em
• 毛管输送水分完全破坏
• 只能以膜状水或气态水形式移动，速度 慢，数量小
• E小而稳定
(2) (3) 毛管断裂含水量
(1)
田 间 持 水 量
（二）土壤蒸发量的测定
E 0.02(G1 G2 ) (R q) P G1、G2 — 时段初、末土样重量（g）； R — 径流量； q — 渗漏量； P —降水量； 单位均为mm
2 饱和水汽含量：在一定温度下，空气中所容纳的水汽含量 的最大值； （es：饱和水汽压）：
分子物理学判据 饱和水汽压判据
蒸发
n<ns
e<es
动态平衡
n=ns
e=es
凝结
n>ns
e>es
设ns为单位时间内逸出水面的分子数，n为单位时 间内落回水中的水汽分子数。
Doctrine of hydrology
20
根据某流域附近的水面蒸发实验资料，分析的 E601型蒸发器1-12月份的折算系数K依次为0.98、 0.96、0.89、0.88、0.89、0.93、0.95、0.97、 1.03、1.03、1.06、1.02。本流域应用E601蒸发 器测得8月30-31日和9月1-3日的水面蒸发量依次 为5.2mm、6.0mm、6.2mm、5.8mm、5.6mm，试计 算某水库这些天的逐日水面蒸发量。
c 混合法 (mixed method)
E0
Qn
Ea
水体吸收净辐射 热量引起的蒸发
风速和饱和差 引起的蒸发
第三节 土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
第三阶段 土含小于等于毛
管断裂含水量
E/Em
• 毛管输送水分完全破坏
• 只能以膜状水或气态水形式移动，速度 慢，数量小
• E小而稳定
(2) (3) 毛管断裂含水量
(1)
田 间 持 水 量
（二）土壤蒸发量的测定
E 0.02(G1 G2 ) (R q) P G1、G2 — 时段初、末土样重量（g）； R — 径流量； q — 渗漏量； P —降水量； 单位均为mm
2 饱和水汽含量：在一定温度下，空气中所容纳的水汽含量 的最大值； （es：饱和水汽压）：
分子物理学判据 饱和水汽压判据
蒸发
n<ns
e<es
动态平衡
n=ns
e=es
凝结
n>ns
e>es
设ns为单位时间内逸出水面的分子数，n为单位时 间内落回水中的水汽分子数。
Doctrine of hydrology
20
根据某流域附近的水面蒸发实验资料，分析的 E601型蒸发器1-12月份的折算系数K依次为0.98、 0.96、0.89、0.88、0.89、0.93、0.95、0.97、 1.03、1.03、1.06、1.02。本流域应用E601蒸发 器测得8月30-31日和9月1-3日的水面蒸发量依次 为5.2mm、6.0mm、6.2mm、5.8mm、5.6mm，试计 算某水库这些天的逐日水面蒸发量。
c 混合法 (mixed method)
E0
Qn
Ea
水体吸收净辐射 热量引起的蒸发
风速和饱和差 引起的蒸发
《水文学原理》课件
水文学在水利工程中的应用
水利工程规划
水文学为水利工程提供基础数据 ，如流域的径流量、水位、流速 等，帮助规划者评估工程对流域
水文环境的影响。
洪水预测与管理
水文学通过分析历史洪水数据， 预测未来洪水趋势，为洪水预警
和防洪减灾提供科学依据。
水资源评价与开发
水文学研究流域的水资源量、分 布和变化规律，为水资源评价、 开发利用和保护提供重要依据。
意义
水循环是地球上水圈和大气圈相互作用的产物，是地球上水的重要运动和循环过 程，对地球表面的气候、生态系统和人类生活等方面都有重要影响。
水循环的环节与过程
环节
水循环包括蒸发、降水、径流等环节 。
过程
水从海洋蒸发后形成水汽，通过气流 输送到陆地，在陆地形成降水，再通 过地表径流和地下水等方式回到海洋 ，完成一个循环。
水文学观测的现代技术
遥感技术
利用卫星或飞机搭载的 遥感设备，对大面积水 体进行快速、准确的观
测。
自动监测技术
利用传感器、数据采集 器等设备，对水体各项
参数进行实时监测。
GIS技术
利用地理信息系统，对 水文学数据进行空间分
析和管理。
数学模型
利用数学模型模拟水文 学过程，预测水文学变
化趋势。
水文学观测数据的处理与分析
河流、湖泊、地下水等水体类型与特征
河流
地下水
河流是流动的水体，由雨水、融雪等 补给，具有水位、流量、流速等特征 ，是水循环的重要环节。
地下水是储存在地下的水体，主要由 降水、地表水渗透形成，具有水位、 水质、储量等特征，是重要的水资源 之一。
湖泊
湖泊是静止的水体，主要由河流、地 下水等补给，具有水深、水质、湖岸 线长度等特征，对周边生态环境有重 要影响。
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--第4章PPT课件
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20
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10
5
0
时间 (小时)
时段降水量 (每5小时
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 14定时长的时段，例如10min、0.5h 、1h、 3h 将时段内降水量除以时段长，得到时段内平均降水强度， 然后，以时间为横轴，以时段平均降水强度为纵轴， 绘制而成的柱状直方图。 表示降雨强度与相应时间之间的关系。
降水问题
1. 驱动水文模型运行，区域水资源状况、评价的基础 2. 降水形态 ？ 3. 研究区降水特征 、降水的时空分布 ? 4. 观测的降水数据是否有误差 ? 5. 降水数据完整性及代表性，降水数据是否经得起检验，
是否可用? 6. 降水数据序列长短？ 7. 水文模型中如何处理降水截留？
水循环过程
初期降雨 洼地全部填满之前的降雨量
降水的表示方法
➢ 怎么表示降水的时间与空间分布？
1. 降水过程线、降水强度过程线、瞬时雨强过程线 2. 降水累计曲线 3. 降水特性综合曲线 4. 等雨量线是一种特殊的降水特性综合曲线
降水过程线
表示降水量随时间变化过程。 以一定时段为计算单位，以时间为横坐标， 以时段内的降水量为纵坐标，绘制成的柱状直方图。
1600 1400 1200 1000
800 600 400 200
0 1950
1955
成都年降水量 重庆年降水量
1960 1965 1970
1975
1980
1985
1990
1995
年 2000
降水概念1
降水量：在一定时段内，从大气降落到地面的降水在地平 面上所积聚的水层厚度。 一般是指某一时段（小时或日）内的总降水量。 每天定时观测，单位mm。
20
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0
时间 (小时)
时段降水量 (每5小时
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 14定时长的时段，例如10min、0.5h 、1h、 3h 将时段内降水量除以时段长，得到时段内平均降水强度， 然后，以时间为横轴，以时段平均降水强度为纵轴， 绘制而成的柱状直方图。 表示降雨强度与相应时间之间的关系。
降水问题
1. 驱动水文模型运行，区域水资源状况、评价的基础 2. 降水形态 ？ 3. 研究区降水特征 、降水的时空分布 ? 4. 观测的降水数据是否有误差 ? 5. 降水数据完整性及代表性，降水数据是否经得起检验，
是否可用? 6. 降水数据序列长短？ 7. 水文模型中如何处理降水截留？
水循环过程
初期降雨 洼地全部填满之前的降雨量
降水的表示方法
➢ 怎么表示降水的时间与空间分布？
1. 降水过程线、降水强度过程线、瞬时雨强过程线 2. 降水累计曲线 3. 降水特性综合曲线 4. 等雨量线是一种特殊的降水特性综合曲线
降水过程线
表示降水量随时间变化过程。 以一定时段为计算单位，以时间为横坐标， 以时段内的降水量为纵坐标，绘制成的柱状直方图。
1600 1400 1200 1000
800 600 400 200
0 1950
1955
成都年降水量 重庆年降水量
1960 1965 1970
1975
1980
1985
1990
1995
年 2000
降水概念1
降水量：在一定时段内，从大气降落到地面的降水在地平 面上所积聚的水层厚度。 一般是指某一时段（小时或日）内的总降水量。 每天定时观测，单位mm。
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(第四章 降水)ppt课件
.
（三） 气象卫星云图：
气象卫星按其运行轨道分为极轨卫星和地球静止卫 星两类。
目前利用静止卫星随时发回的云图资料，包括可见 光云图和红外云图，对降雨等进行预测。 特点：可引入人—机交互系统，自动进行数据采集、云 图识别、降雨量计算、雨区移动预测等项工作。
.
二、流域平均降雨量计算
算术平均法 泰森多边形法 等雨量线法 距离平方倒数法
不同地区的水汽含量不同，降水量随高 程的递增率差异很大。
.
4 森林的影响 森林对降水量的影响，有着不同的认识： 1）可增大降水量：法国学者对美国东部 大流域研究认为，森林覆盖率增10%，降 水量可增加3%左右。
.
2）影响不大：森林不会影响大尺度气候， 只能对微尺度的气候产生一定的影响，最多 增加降水量1-3%。
.
2） 降水量累积曲线
X轴—时间（h, d, m） Y轴—自降水开始到各时刻 降水量累积值； 降水强度等于降水量累积 曲线的导数；
.
平均降水强度
i p t
瞬时降水强度
i dp dt
.
某站一次降雨实测的各时段雨量
时间 t(h)
0-8
雨量Pi （㎜）
8
8-12 12-14 14-16 16-20 20-24 36.2 48.6 54 30 6.8
.
6 人类活动影响 一般都是通过改变下垫面条件而间接影
响降水，其影响或减少降水，或增大降水。 植树造林、大规模砍伐森林、修建水库、
灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽…… “雨岛效应”—即城市的增雨作用。其
影响的程度、增雨量的大小，与城市的规模、 工厂的多少、当地气候湿润的程度等有关。
.
第三节 降雨资料的分析与插补
.
（三） 气象卫星云图：
气象卫星按其运行轨道分为极轨卫星和地球静止卫 星两类。
目前利用静止卫星随时发回的云图资料，包括可见 光云图和红外云图，对降雨等进行预测。 特点：可引入人—机交互系统，自动进行数据采集、云 图识别、降雨量计算、雨区移动预测等项工作。
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二、流域平均降雨量计算
算术平均法 泰森多边形法 等雨量线法 距离平方倒数法
不同地区的水汽含量不同，降水量随高 程的递增率差异很大。
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4 森林的影响 森林对降水量的影响，有着不同的认识： 1）可增大降水量：法国学者对美国东部 大流域研究认为，森林覆盖率增10%，降 水量可增加3%左右。
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2）影响不大：森林不会影响大尺度气候， 只能对微尺度的气候产生一定的影响，最多 增加降水量1-3%。
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2） 降水量累积曲线
X轴—时间（h, d, m） Y轴—自降水开始到各时刻 降水量累积值； 降水强度等于降水量累积 曲线的导数；
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平均降水强度
i p t
瞬时降水强度
i dp dt
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某站一次降雨实测的各时段雨量
时间 t(h)
0-8
雨量Pi （㎜）
8
8-12 12-14 14-16 16-20 20-24 36.2 48.6 54 30 6.8
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6 人类活动影响 一般都是通过改变下垫面条件而间接影
响降水，其影响或减少降水，或增大降水。 植树造林、大规模砍伐森林、修建水库、
灌溉农田、围湖造田、疏干沼泽…… “雨岛效应”—即城市的增雨作用。其
影响的程度、增雨量的大小，与城市的规模、 工厂的多少、当地气候湿润的程度等有关。
.
第三节 降雨资料的分析与插补
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水 文 学 原 理(三流域和水系)ppt课件
级； ❖不同级的两条河流交汇形成的河流的级等于两者
中较高者。
20
§2 水系的地貌特征
11
11
2 2
11
2
2
1
2
1
1
3
3
1
3
14
4
1
4
21
Strahler分级法
§2 水系的地貌特征 ❖ 河数定律
22
§2 水系的地貌特征
河数定律
Rb
N N 1
,
1,2,, 1
N Rb , 1,2,,
自然水系的分叉比：Rb = 3 ~ 5
18
霍顿(Horton)分级法 ❖将最小的不分叉的河流称为1级河流，只接纳1级
河流汇入的河流称为2级河流；只接纳1，2两级河 流汇入的河流称为3级河流，其余类推，直至将水 系中所有的河流命名完毕。
19
斯特拉勒(Strahler)分级法 ❖ 定义从河源出发的河流为1级河流； ❖同级的两条河流交汇形成的河流的级比原来增加1
23
§2 水系的地貌特征 河流长度
沙
0 0 00 0 00 0 0 0 0 00 0 00 0 0
沙
老
长
青
沙
0 0 00 0 00 0 0
------2 2 2 ---2 2 22 2 2 0 0 00 0 00 0 0
海
0 0 00 0 00 0 0
洪北 沙
------1 1 1---1 1 11 1 1 0 0 00 0 00 0 0 ------2 2 2 ---2 2 22 2 2 0 0 00 0 00 0 0
仍能保持不变的一些特征。 ❖水系的拓扑学特征主要表现为水系分叉、河流分
中较高者。
20
§2 水系的地貌特征
11
11
2 2
11
2
2
1
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3
3
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3
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1
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Strahler分级法
§2 水系的地貌特征 ❖ 河数定律
22
§2 水系的地貌特征
河数定律
Rb
N N 1
,
1,2,, 1
N Rb , 1,2,,
自然水系的分叉比：Rb = 3 ~ 5
18
霍顿(Horton)分级法 ❖将最小的不分叉的河流称为1级河流，只接纳1级
河流汇入的河流称为2级河流；只接纳1，2两级河 流汇入的河流称为3级河流，其余类推，直至将水 系中所有的河流命名完毕。
19
斯特拉勒(Strahler)分级法 ❖ 定义从河源出发的河流为1级河流； ❖同级的两条河流交汇形成的河流的级比原来增加1
23
§2 水系的地貌特征 河流长度
沙
0 0 00 0 00 0 0 0 0 00 0 00 0 0
沙
老
长
青
沙
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------2 2 2 ---2 2 22 2 2 0 0 00 0 00 0 0
海
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洪北 沙
------1 1 1---1 1 11 1 1 0 0 00 0 00 0 0 ------2 2 2 ---2 2 22 2 2 0 0 00 0 00 0 0
仍能保持不变的一些特征。 ❖水系的拓扑学特征主要表现为水系分叉、河流分
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
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7
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
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 8
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。
• 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
• 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
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。.
16
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 应用范围
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
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
.
3
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。
水文学原理
.
1
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。
.
2
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
• 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
研究对象
研究内容
研究方法
研究意义
发展史
.
5
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
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.
17
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
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······ 18
.
11
四、研究意义
• 1（、2）给水量水不工足时程
以丰补欠，进行水量引取、蓄放和调节
密云. 水库
12
ห้องสมุดไป่ตู้ 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
.
13
四、研究意义
.
14
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。
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。
.
6
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
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。
.
15
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，使应用水文学迅速发展起来。
• ① 美国1900年J.A.塞登提出著名的塞登定律；
– （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9 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
.
10
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
• 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。
.
4
水文学