第十章 洪水波
水文学原理考试复习重点
第十章洪水波的分类、运动特征及波速河段蓄槽原理和蓄槽方程四种简单入流及其出流过程洪水波及圣维南方程组洪水波特征河长演算细点：洪水波变形洪水波运动方程河段蓄泄方程特征河长及其求算四种单位入流及其出流过程线任意入流过程的矩形离散化河段汇流系数求算河段特征河长洪水演算洪水波特征：洪水波两类变形特点圣维南方程组（连续与运动方程）洪水波的四种分类（运动方程中要素的取舍）及其实际对应的河道及水流情形山区大比降河床河流洪水运动特性及波速深大水库入库洪水惯性波的运动特性河段洪水演算：蓄泄方程，河床调蓄洪水的原理三种基本的槽蓄关系曲线特征河长假设与特征河长河段特点四种单位入流的数学表达式瞬时单位线的概念与表达式、积分意义四种单位入流的出流过程之间的关系任意连续入流的矩形入流逼近第十一章流域汇流过程地面径流成因公式流域汇流系统分析流域汇流计算：汇流计算途径汇流时间地面径流成因公式（卷积公式）、汇流曲线流域汇流系统特性（线性时不变系统）经验单位线（时段单位线）及流域汇流计算纳什利用流域汇流瞬时单位线进行流域汇流计算的思掌握内容等流时线概念（等流时快概念）用图形直观推导地面径流成因公式流域汇流曲线的种类：线性时不变流域汇流系统的特性（线性系统表达式）经验单位线（或称为时段单位线）瞬时单位线利用经验单位线推流计算（公式及计算过程）利用瞬时单位线进行流域汇流计算的思路（或思想）两种流域汇流计算途径的差异影响流域汇流的因素第九章流域产流掌握内容蓄水容量与田间含水量如何理解蓄水容量曲线概念流域内可以蓄满产流的包气带总面积和土壤含水量的关系蓄满产流的内在意义及蓄水容量曲线的特点抛物线形与指数线性蓄水容量曲线第八章产流机制包气带水量平衡要素构成及平衡方程产流机制的发展历程霍顿产流机制的核心论点四种径流成分的产流机制九种产流类型的组合两种产流模式第一章水量平衡与水循环水循环概念水循环的动力水文现象大循环及两种小循环概念水量平衡原理和通用水量平衡方程第二章径流表示与径流情势径流定义及其类型径流表示方法：流量、径流量、径流深、径流模数、径流系数净雨的定义（形成）及其含义一次降雨形成的典型流量过程线的径流成分来源及概念河川径流情势概念反映径流年内分配特征的两个指标及其意义反映径流年际变化的两个指标及其意义第三、四章重点——降水要素及计算降水要素及时空分布特征面降水量计算方法降雨资料的分析与插补——双累计曲线降水截留概念及植物对降雨的截留过程特点。
水文学原理
水文学原理第一章1. 水文循环现象：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”的永无休止的循环运动过程称为水文循环。
2发生原因：内因：水在常温下能实现“三态”转化；外因：太阳辐射地心引力3影响水文循环的因素：气象因素:风向、温度、湿度等；自然地理条件：地形、地质、土壤、湿度等；人类活动：农业措施、水利措施等；地理位置4.科学意义：1.形成各种地貌，塑造地球表面；2众多物质循环中最重要的物质循环，地球上生命生生不息，能千秋万代延续下去；3.形成一切水文现象，调节气候；4提供巨大的水利资源，水资源和水能资源具有再生性。
第二章1.水量平衡原理：针对一定长度的时间段，针对某一空间尺度2全球水量平衡（陆地、海洋）3. 流域水量平衡4. 水土植被系统的水量平衡方程式第三章1. 流域山峰、山脊、鞍部的连接线称分水线流域: 地面分水线包围的区域地面分水线与地下分水线重合的流域称为闭合流域；地面分水线与地下分水线不重合的流域称为非闭合流域。
2.水系流域中大大小小河道交汇形成的树枝状或网状结构称为水系3.坡地: 流域中除水系以外的部分称为坡地4 Strahler分级(1)直接发源于河源的小河流为一级河流；(2)两条同级别的河流汇合而成的河流级别比原来高一级（ω*ω= ω+1 ）；(3)两条不同级别的河流汇合而成的河流的级别为两条河流中的较高（ω*n=n,n>ω）;(4)整个河网中所有河流的级别的最大值取为整个河网的级别，也称流域级别。
5霍顿三大定律河数定律何长定律比降定律6.地形地貌与洪水关系第四章1降雨(水)基本要素降雨量（深）：指一定时段内降落在某一点或某一面积上的总雨量，用深度表示，以mm计。
水文学原理10月19日24日
函数
在现实中不可实现的物理信号，是一个理想函数 。 它是在瞬时输入一个强度无穷大， 但积分总量为一个单位的信号源函数。
, t 0
(t)
(t) dt 1
0, t 0
(t)
0
t
另外三种简单入流函数
单位入流
H
t
0, 1,
t0 t0
延迟单位入流
H
t
-
Dt
0, 1,
t Dt t Dt
A Q 0 t L
Q 0 L
A 0 t
说明流程上的水位随时间逐渐升高的，是涨水波（波前）
Q 0 L
A 0 t
说明流程上的水位随时间逐渐下降的，是落水波（波后）
推导运动方程前，复习水力学中的谢才公式
V C
R if =C
R hf L
V 2 VA2 Q2 C2R AC 2 R K 2
Q L
L)dt
dt
dQ Q L dt 1 2Q L dt dt
L
2 L t
dV
1 2
A
A
A L
L
L
1 2
A
A t
dt
A
A L
L
t
(A
A L
L)dt
L
dV A dt L 1 2 A dt L L
t
2 L t
Q
1 2Q
A
1 2A
L dt
L dt dt dt L
河槽洪水演算与流域产流计算之间的逻辑关系
➢ 流域产流解决降水是怎样产生各种成分的径流量， 但这些地表与地下径流成分的水量还没有汇流到河网内
➢ 河槽洪水演算、流域汇流就是解决产流计算得到的产流 量是如何在河槽内流动传播的，是如何在流域内从产流 场所汇流到流域出口断面的。
【水文学原理】 复习汇总
流域中占主导地位的产流模式决定了流域产流的基本特征
在一定条件下，非主导产流模式可以转化为主导型产流模 式。
二、常见产流模式
Rs型——超渗产流型 特点：(1)产流量R取决于i和fp ， R=(i –f p)i ;
(2)雨止时土壤含水量仍未达到田间持水量Wm； (3)径流成分单一。
L< l 的情形：
Q 顺时针绳套
Q
I(t)
O(t)
W t
先出现下断面最大流量，后出现河段最大蓄量。
L= l 的情形：
Q
Q
I(t)
O(t)
W t
河段最大蓄量与下断面最大流量同时出现。 通常假定W=KQ，K—槽蓄系数，性质上相当于河段传播时间。
调蓄作用的两个原因和汇流系统
系统的输入是净雨过程 系统的输出是出口断面流量过
（2）降雨过程中产流面积时大时小，有时甚至为0；
（3）产流面积的大小与降雨强度和初始土壤含水量有关 。
（二）前期影响雨量Pa
意义：作为衡量流域干湿程度的指标，反映流 域蓄水量的大小。
计算：
Pa,t KPt1 K 2Pt2 K 3Pt3... K15Pt15
Pa ,t 1
KPt
K
P2 t 1
二、洪水波的运动
当河段中无旁侧入流时，河段上、下两个断面的流量过 程线一般有以下差异：
➢ 洪水波上任一位相的流量，在河段下断面的出现时间总是 迟于上断面的出现时间。——洪水波的推移。
➢ 河段下断面流量过程线的形状一般要比上断面的低平矮胖 一些。——洪水波的坦化变形。
第三节 洪水波类型及其特征 圣维南方程
数，表示雨量形成了蓄
水；
Wm一流域蓄水容
水文学原理试题及答案
水文学原理试题及答案篇一：2011年水文学原理题】第一章绪论1.水文学主要研究水的循环、分布、变化和利用等内容。
2.人类面临的主要水问题包括水资源短缺、水污染和水灾害等，解决这些问题需要加强水资源管理、水环境保护和水灾害防治等措施。
3.水文现象是指与水相关的各种现象，包括降水、径流、蒸发、地下水等。
水文现象具有一定的规律和特性，如降水量在时间和空间上的分布不均、径流量与降水量之间存在一定的关系等。
4.水文学的主要分支学科包括水文气象学、水文地质学、水文地理学、水文工程学等。
5.水文学经历了观测、实验、定量分析和综合研究等发展阶段。
6.水文学研究的特点包括需要跨学科综合研究、需要进行定量分析和模拟、需要考虑时间和空间的变化等。
第二章水文循环1.水的自然属性包括流动性、挥发性、溶解性等，社会属性包括供水、排水、灌溉等。
2.水循环包括蒸发、降水、径流、地下水等环节。
3.研究水文循环需要考虑不同尺度，如大气尺度、流域尺度、点尺度等。
水文现象包括降水、径流、蒸发、地下水等。
4.全球和流域（区域）水量平衡及方程式是衡量水循环的重要指标。
6.大气中的水分更新期为/=0.022年，即8.03天。
7.合理利用水资源、节约水资源需要遵循水资源可持续利用的原则，采取科学管理、节约用水、水环境保护等措施。
第三章河流与流域1.流域是指一定范围内的地面和地下水流入同一水系的区域。
流域可以按照分水岭、水系、流域面积等来分类，其主要特征包括水文、地形、地质等。
2.河流的主要特征包括流量、径流、水位、横截面等。
3.水系形状可以分为树状、网状、平行河道等，不同水系对汇流的影响也不同。
4.建库以后多年平均流量q0=20m3/s*（1000+100）/1000=22m3/s。
5.多年平均年蒸发总量为476.1mm-66.1mm=410mm，多年平均径流系数为66.1/476.1=0.139，蒸发系数为410/476.1=0.861.第四章降水1.降水基本要素包括降水量、降水强度、降水时长等。
第十章洪水波详解
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-1 洪水波分类
空间惯性力 (迁移惯性项) 重力
1 v v v y i0 i f g t g x x
阻力
压力(附加比降项)
惯性力
时间惯性力 (局地惯性项)
Q Av
3 洪水波分类及运动波和扩散波
在dt时段内，从上断面 进入河道数量为I(t)dt， 而从下断面流出河段的 水量为O(t)dt，根据质量 守恒两者的差值必然引 起河段中槽蓄量的变化.
2 洪水波运动的数学描述
2-2洪水运动的水文学描述
河道槽蓄方程：
dO d O dI d I W f I , , 2 ,, O, , 2 , dt dt dt dt
第十章 洪水波运动及洪水演算
本讲主要内容
1 洪水波的形成及其基本特征
2
洪水波运动的数学描述
3
洪水波分类及运动波与扩散波
1 洪水波的形成及其基本特征
A
洪水波的形成
B
洪水波的特征
C
洪水波的传播
1 洪水波的形成及其基本特征
1-1 洪水波的形成
1 洪水波的形成及其基本特征
1-1 洪水波的形成
洪水波：假设河道水流处于一个稳定流状态，在某时刻由于暴雨径流或开闸放水等 原因，突然有一定水量注入河道，引起河道水力要素随时间变化而形成的不稳定波动 . 形成原因：暴雨径流; 闸坝放水;溃坝.
O
0
上、下断面洪水过程线
t
2 洪水波运动的数学描述
A
洪水运动的水力学描述
B
洪水波运动的水文学描述
C
两种途径之间的关系
2 洪水波运动的数学描述
2-1洪水运动的水力学描述
水文学原理
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-河水的纵向运动概述
涨水过程
落水过程
2、横轴环流
• 横轴环流的旋转轴呈水平状，它与纵向的主流相 垂直。 桥墩前的横轴环流是由于前进 水流受阻，动量突变而形成的。 挡水建筑物下游的横轴环流，则是由于水流的离 解作用而形成的：
水质点到O点停滞，继续流来的水 质点离开边壁沿着OA运动，下游的 水倒转进行补充，形成漩涡或回流。
• A为最大流量点，B为最高水位点，二者并不重合。 • 因此，在洪水过程中，水位最高时流量不一定是最 大值，流量最大时不一定水位最高。 • 断面上出现最高水位时，其最大流量已经过去了。
三、河水的紊流结构：水质点脉动。
② 环流结构：局部水流环绕着一定的旋转轴 作往复运动，呈螺旋状下移，或是漩涡状 运动。
2、洪水波的展开与扭曲变形
• 图中0-0线（虚线）为行洪前稳定流的水面。
• 洪水波的展开：洪水波自t1时的A1B1C1传到t2时的 A2B2C2位置时，波前BC的比降大于波后AB，波前 水体运动速度大于波后，波长相对增大，波高则逐 渐减小，即A1C1＜A2C2，h1＞h2。
• 洪水波的扭曲：洪水波各处水深不同，波峰B点水
的，它是蜿蜒性河段水流结构的主要形式。
►形成过程：水流进入弯道，受弯道离心力作用， 紧压凹岸，凹岸水面高于凸岸，形成横比降，凹岸 形成下降流，底流流向凸岸形成上升流，这样在横 断面上的投影为一个封闭的环流。
（2）复合环流大多发生在较大的顺直河段，由两个 或两个以上旋转方向不同的纵轴环流组成，但在 各个环流的交界面上流向必须相同。 • 复合螺旋流多半是由于涨水或落水时，流量突然 变化而形成的：
第五节
河水的运动
河水的受力状况：
• 重力是决定河水纵向运动的基本动力。 • 地转偏向力、惯性离心力和机械摩擦力等的作用， 产生各种形式的环流运动。 • 能量多消耗于冲刷河槽、挟运泥沙和克服各种摩 阻力等方面。
基于运动波数值扩散的洪水演算方法
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马斯京根—康吉演算法所得到的皇庄站过程
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具有预见期的演算法所得到的高要站过程
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河 海 大 学 学 报 23456./ 37 838.9 469:;5<9=>
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基于运动波数值扩散的洪水演算方法
黄国如!， 芮孝芳*
（! ) 清华大学水利水电系， 北京 江苏 南京 !###+$；* ) 河海大学水文水资源及环境学院， *!##"+）
扩散波是一种忽略惯性项作用的洪水波 ) 在沿河道传播过程中它发生坦化与变形 ) 根据圣维南方程组导
［!］ 出的扩散波方程为 * !! # $ !! & ’ ! ! * !" !% !% 式中： — —流量； — —扩散波的波速和扩散系数 ( 当 $ 和 ’ 为常数时， 式 （!） 为线性扩散波方程 ( !— $， ’— 在式 （!） 中， 如果只研究对流作用而不计及扩散作用， 则其变为下列运动波方程：
， 则差分方程式 （%,） 的解变为扩散波方程式 （%） 的二阶精度近似 近似解； 若计及一阶误差， 且满足条件式 （%’） 解) 由式 （%,） 解出
推求设计洪水课程设计
推求设计洪水课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解洪水的基本概念、成因、影响以及防洪措施；培养学生分析问题、解决问题的能力；引导学生关注自然灾害，增强自我保护意识，提高社会责任感和使命感。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解洪水的基本概念及其成因；（2）掌握洪水对生态环境和社会经济的影响；（3）了解防洪措施及其原理。
2.技能目标：（1）学会分析洪水发生的可能性及影响；（2）能够运用所学知识解决实际问题；（3）具备初步的防洪规划能力。
3.情感态度价值观目标：（1）关注自然灾害，增强自我保护意识；（2）培养关爱他人、助人为乐的品质；（3）提高社会责任感，树立使命感。
二、教学内容1.洪水的基本概念及成因；2.洪水对生态环境和社会经济的影响；3.防洪措施及其原理；4.洪水预警及应对措施；5.防洪工程的类型及作用。
三、教学方法1.讲授法：讲解洪水的基本概念、成因、影响及防洪措施；2.讨论法：分组讨论洪水发生的原因、危害及应对措施；3.案例分析法：分析典型洪水事件，引导学生运用所学知识解决问题；4.实验法：参观防洪工程，了解其原理和作用。
四、教学资源1.教材：《自然灾害与防治》；2.参考书：《防洪工程概述》；3.多媒体资料：洪水灾害视频、图片等；4.实验设备：防洪模型、仪器等。
教学资源应与教学内容紧密结合，为学生提供丰富的学习材料，提高课堂教学效果。
同时，注重引导学生利用网络资源进行拓展学习，提高自主学习能力。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等，以全面客观地评价学生的学习成果。
1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等方式评估学生的学习态度和积极性。
2.作业：布置相关的练习题和研究报告，评估学生对知识的理解和应用能力。
3.考试：期末进行闭卷考试，涵盖本课程的所有知识点，评估学生的综合运用能力。
评估方式应公正、客观，能够全面反映学生的学习成果。
同时，注重引导学生进行自我评估，提高自我学习能力。
水文水资源教程-水文情报预报试题库(附答案)
第一章 河道洪水预报一、填空题：1、描述洪水波运动的特征量有 附加比降 、 位相 、 相应流量 、 波速 。
2、依据圣维南方程组的动力方程中各项作用力的对比关系，可忽略某些次要项，根据简化的情况，可将洪水波分成 运动波 、 扩散波 、 惯性波 和 动力波 。
3、如图为三种简单入流函数的图形，其名称依次为：将它们依次输入系统所形成的响应函数依次为：（a ） S （t ）曲线 (b) U （t ∆，t ） (c) U （0，t ）4、用单位入流函数和单位矩形入流函数来表达一般的入流过程时，其精度取决于 矩形条块的底宽 。
5、附加比降∆i 是洪水波的主要特征之一,稳定流时, ∆i =0；涨洪时, ∆i __>0__ ；落洪时，∆i _<0__。
6、洪水波在传播过程中不断发生形变，洪水波变形有两种形态, 即_展开__和__扭曲___。
造成洪水波变形的原因一般有 洪水波本身的水利特性 、 洪水波传进的边界条件 、河段旁侧的入流 、 。
7、常用的河段洪水预报方法有 相应水位（流量法） 、 流量演算法 。
8、天然河道槽蓄曲线的类型有 单值关系 、 顺时针绳套 和 逆时针绳套 。
9、某河段1989年8月12日发生一次洪水，12日15时上游站洪峰水位为 137.21m,此时的下游站水位为69.78m ，13日8时该次洪水在下游站的洪峰水位。
为71.43m,故该次洪水的上、下游相应水位,传播时间,下游站同时水位分别为___137.21m 、 _______71.43m_______、 ______17h 、 ___69.78m_ 。
10、马斯京根法的假定是示储流量与槽蓄量成线性关系 、 示储流量与入流、出流量成线性关系 。
11、马斯京根流量演算法中的两个参数分别是_蓄量常数K 、 __河槽调节能力参数X 。
12、对同一河段而言,大洪水的传播时间较____短 _ ，小洪水的传播时间较 _____长 。
河海大学811水文学原理第十章 地表水流
二、枯水的消退规律
蓄量方程式为线性时，退水方程为指数函数， 蓄量方程为幂函数时，退水方程也是一个幂函 数。
三、影响枯水消退的因素
一是退水开始时洪峰流量的大小。 洪峰流量大，相应的地面蓄水量多，枯水期退水就比 较缓慢，反之则地面蓄水量少，枯水期退水就较快。
1.4 0.5
4.9
蓄水量计算表
时间(月.日)
P
4
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
E 14.8
8.5
39
R
0.4 0.3 0.5 1.5 1.9 4.3 4.5 5.4
4 0.6 0.6 0.7 1.2 1.3
W 1.4 0.5
4.9
41.3 40.9 40.6 40.1
52 50.1 53.8 49.3 43.9 39.9 39.3 38.7
三、 流域蓄水容量曲线
（一）流域蓄水容量曲线：以包气带达到田间 持水量时的土壤含水量w’m为纵坐标，以小于 等于该W’m所占的流域面积比重a为横坐标， 则所得到的曲线称为流域蓄水容量曲线。
（二）流域蓄水容量曲线性质
(1)流域蓄水容量曲线是一条单增曲线。 (2)曲线上任—点的纵横坐标值表示流域中小于
二是潜水蒸发。 潜水蒸发是影响地下水退水的主要因素。一般在潜水 蒸发大的季节地下水退水快，而在潜水蒸发小的季节 地下水退水较慢。
三是径流成分的比重。 在湿润地区，流域蓄水量一般包括地面蓄水量 和地下蓄水量，其比值与降雨强度有关。
四是枯水量沿河长的分布情况。 当蓄水量主要集中在上游时，枯水期的流量消 退就较慢。
水文水资源知识点汇总
水文水资源专业技术知识整理专题1：名词解释1.1水文类（1）实测径流系列：（2）天然径流系列：（3）可能蒸发：可能蒸发量是指在一定的气温和环流条件下的蒸发能力，实际蒸发量是测量得到的具体数据。
（4）最大可能蒸发量：指在下垫面足够湿润条件下，水分保持充分供应的蒸发量。
它表示一个地方自然条件下潜在的蒸发能力。
（5）参考作物蒸发：（6）超渗产流：地面径流产生的原因是同期的降水量大于同期植物截留量、填洼量、雨期蒸发量及下渗量等的总和，多余出来的水量产生了地面径流。
（7）蓄满产流：又称超蓄产流。
因降水使土壤包气带和饱水带基本饱和而产生径流的方式，是降雨径流的产流方式之一。
在降雨量较充沛的湿润、半湿润地区，地下潜水位较高，土壤前期含水量大，由于一次降雨量大，历时长，降水满足植物截留、入渗、填洼损失后，损失不再随降雨延续而显著增加，土壤基本饱和，从而广泛产生地表径流。
（8）释水系数：水头(水位)下降(或上升)一个单位时，从底面积为一个单位高度等于含水层厚度的柱体中所放(或贮存)的水量。
（9）给水度：一般指饱和水的土或岩石在重力作用下，流出来的水体积与土或岩石总体积的比值，称为土或岩石的给水度，又称重力给水度。
它是表征土或岩石给水能力的重要参数。
（10）持水度：饱和岩石经重力排水后所保持水的体积与岩石体积之比。
（11）容水度：岩石空隙能够容纳水量的体积与岩石体积之比。
（12）潜热：物质发生相变（物态变化），在温度不发生变化时吸收或放出的热量。
（13）感热：亦称显热，物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放出的热量。
（14）导水系数：渗透系数与含水层厚度的乘积。
（15）可能最大降雨：现代气候条件下，一定历时内的最大降水量。
（16）净雨：指降雨量中扣除植物截留、下渗、填洼与蒸发等各种损失后所剩下的那部分量。
也叫做有效降雨。
净雨量就等于地面径流，因此又叫做地面径流深度。
在湿润地区，蓄满产流情况下；净雨就包括地面径流和地下径流两部分。
第十章 流域汇流
(t )
dQ(t ) I ( ) (t ) (t ) I ( )d
(t ) Q(t ) I ( )d 0
t
第二节
流域汇流计算基础
流域形状为矩形， 面积时间曲线为 水平线
第二节
流域汇流计算基础
流域形状为扇形，面积时 间曲线为单一峰曲线
最大流域汇流时间：流域中最长汇流路径的水滴与其平均速度的比
值
Lm m v
1 d F F
平均流域汇流时间
第一节
概 述
汇流汇流滞时：流域净雨过程形心与相应出口断面径流过程形心
之间的时间差
k M1 (Q) M1 (h)
If 各点流速变化不大
L0 k v
第二节
第三节
流域汇流系统分析
d n 1Q d nQ dQ bn n 1 bn 1 n b0 Q dt dt dt d m 1 I dm I dI I am m 1 am 1 m a0 dt dt dt
d D dt
am D m1 am1D m a0 D 1 Q n 1 n b D b D b D 1 I [ I (t )] n n 1 0
i 1 i 1 n n
叠加性
满足倍比性和叠加性原理的流域汇流系统称为线性流域汇流系统， 否则为非线性流域汇流系统
在线性流域汇流系统中，如果系统输入和系统响应之间运算关系
的算符Φ 中包含的参数均为常数，则为线性时不变流域汇流系统，
否则，为线性时变流域汇流系统
第三节
流域汇流系统分析
集总流域汇流系统：当把流域作为一个整体采取 同一组系数进行汇流计算
水文预报测试题yuzhongdian
河道洪水预报：自测题一、填充题1.洪水波的变形表现为：（）和（），影响洪水波变形的主要因素是：（）、（）和（）。
2.相应水位是指：（）。
3.下游同时水位是指：（），在相应水位关系中，以下游同时水位作参数反映了：（）等因素的影响。
4.合成流量是指：能同时到达下游站的上游干支流流量之和，合成流量法的预见期为：（）。
5.马斯京根法参数k的物理意义是：（）。
6.在河段长不变的情况下，特征河长越长，x （），河槽调蓄能力（）。
7.若单独使用流量演算法进行流量演算，流量演算的预见期为：（），因此该方法常用于:（）。
8.在马斯京根法计算中，已知C0=0.24，C1=0.46, C2应为（）9.特征河长的概念是：（）。
10.洪水期天然河道的槽蓄关系往往成（）关系，影响其关系的主要因素是（）。
11.相应水位（流量）的预见期应是：（）12.水文预报的预见期应是：（）二、问答题1.洪水波变形反映在哪些方面，影响变形的因素有哪些？1.洪水波的运动与河段上下游站的水位（流量）过程线有什么关系？2.什么是相应水位？什么是传播时间？如何在实测水文资料中得到？3.影响相应水位（流量）关系的因素有哪些？相应水位（流量）相关图的常用参数有哪些？4.以下游同时水位z下？口以上游站涨率（或涨差）为参数的相应水位相关图能反映什么规律？为什么？5.现时校正法能校正预报误差的原因是什么？6.流量演算的基本原理是什么？7.什么是槽蓄曲线？槽蓄量是如何计算的？怎样处理天然河道槽蓄关系？为什么说流量演算的各种方法的关键在于处理槽蓄曲线？8.马期京根法有何假定？怎样用马斯京根法进行流量演算？9.马斯京根法中参数Q f, K, x有何物理意义？确定马斯京根法参数x、k有哪些的方法?试述试算法确定X、k值的步骤？10.马斯京根法计算时段/t如何确定？对于长河段采用马斯京根法进行流量演算为什么要进行分段？如何分段？为什么马斯京根法在实用中要经验处理？如何处理？11.什么是特征河长？l如何推求？？l法的人流条件是什么？怎样用特征河长法进行流量演算？12.河道特性与演算参数间有何联系？13.有支流河段流量演算有什么特点？三、计算题1.若已知上游站入流过程，并分析得X=0, K=12小时，取冬=^=12小时，试计算下断面的出流过程。
水文学原理试题及答案
水文学原理试题及答案【篇一：2011年水文学原理习题】t>第一章绪论1. 水文学主要研究那些内容？2. 人类面临的主要水问题有哪些？如何解决？3. 什么是水文现象？水文现象有哪些基本规律和特性？4. 水文学有哪些主要分支学科?5. 水文学经历了哪些发展阶段？6. 简述水文学研究的特点第二章水文循环1. 水有哪些自然属性？社会属性？2. 水循环有哪些环节2. 研究水文循环有哪几种尺度？3. 水循环的主要表现形式（水文现象）有哪些？4. 全球和流域（区域）水量平衡及方程式。
6. 大气中的水分以13000km3 计，多年平均全球年降水量577000 km3 ，试计算大气水的更新期。
7. 根据对水循环及水量平衡规律的了解，谈一谈对合理利用水资源、节约水资源的认识。
第三章河流与流域1. 何谓流域？流域有几种类型，以什么来区分？流域有哪些主要特征？2. 河流有哪些主要特征？3. 水系形状大致可归纳为几种？不同水系对汇流有什么影响？4. 某闭合流域面积a=1000km2 ，流域多年平均降水量x0=1400mm，多年平均流量q0=20m3/s。
现拟在此流域修建水库，由此增加的水面面积⊿a=100km2，当地实际多年平均年蒸发总量z0器=2000mm，蒸发器折算系数k=0.8。
试问建库以后多年平均流量q0是多少？5. 某流域多年平均年降水量为476.1mm，多年平均年径流深为66.1mm。
试求多年平均年蒸发总量，并计算其多年平均径流系数及蒸发系数。
第四章降水1. 降水基本要素有哪些？2. 如何表示降水随时间、空间的变化？3. 降雨量过程线与降雨强度过程线有何联系？4. 降雨大致可分几种类型？5. 影响降雨量的因素是有哪些？6. 我国降水的时空分布有什么特点？7. 计算区域(流域)平均降雨量的方法有哪些？每一种计算方法有哪些适用条件？第五章土壤水与下渗1. 土壤水有哪些存在形式？各受哪些力的作用？2. 土壤水分如何测定？用什么表示？3. 土壤水分常数有哪些？各表征什么物理量？4. 土壤水的能量状态用什么表征？土水势有哪些分势？5. 土壤水分特性曲线反映什么关系？如何获得土壤水分特性曲线？6. 非饱和土壤水运动的基本方程是什么？7. 供水强度、下渗率、下渗能力是如何定义的？什么是下渗曲线？8. 下渗的物理过程（三个阶段）有哪些？什么力起主要作用？含水率如何变化？9. 影响下渗的主要因素有哪些？何为下渗容量？10. 忽略重力作用且扩散率为常数时下渗的定解问题的数学模型如何表达？11. 写出几个有代表性的经验下渗曲线公式。
10-河水的纵向运动
a. 迎水坡为水流加速区，坡面不断受冲刷； b. 冲刷下来的泥沙越过波峰，粗粒的跌入谷底，细 粒的可随横轴环流掀起。 • 因此，沙波迎水坡不断被冲刷，背水坡不断淤积， 整个沙波能大体维持固定的外形，缓慢地向下游 移动。
（二）脉动强度 • U=U+U’ • 脉动流速有大有小，有正有负，为了比较 不同点水流脉动的强弱，常用脉动流速的 均方根来表示，称为脉动强度。
二、河水的纵向运动
• 河水沿程的纵向运动过程，除了原来的 稳定水流以外，还应加上河槽中洪水波 的运动过程。
（一）洪水波的概念 （二）洪水波的推移与变形 （三）洪水波的运动速度
• 在天然河道中，由于深槽与浅滩相间，断面宽窄不 一，而且有时还有区间来水，所以洪水波运动的推 移、变形现象就更为复杂。
（三）洪水波的运动速度
• 图中A、B两站间距7.3公里， • 洪峰出现时间间隔2小时， • 波峰运动速度为3.65公里/小 时。
通常，在无支流汇入的平整河段中，仅有单一洪水波时， 在任何断面上各最大值出现的次序为：
（一）洪水波的概念
• 降雨后流域地表径流大量注入河槽形成洪水波，稳 定水面上涌入的水量，称洪水波流量，或波流量。 • 洪水波的传播方式：与一般海水波浪不同，它不仅 沿河道有波形的传播，而且各个水质点也确实在向 下游移动。
• 波体轮廓线上任一点相对于稳定流水面的高度，称为 洪水波高。 • 波高随河长而变化，其中最大波高称洪水波峰，图中 的BD（h）所示。
的，它是蜿蜒性河段水流结构的主要形式。
►形成过程：水流进入弯道，受弯道离心力作用， 紧压凹岸，凹岸水面高于凸岸，形成横比降，表流 流向凹岸形成下降流，底流流向凸岸形成上升流， 这样在横断面上的投影为一个封闭的环流。
（2）复合环流大多发生在较大的顺直河段，由两个 或两个以上旋转方向不同的纵轴环流组成，但在 各个环流的交界面上流向必须相同。 • 复合螺旋流多半是由于涨水或落水时，流量突然 变化而形成的：
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1 P 1 P P P x P x x 2 x 2 x x
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2 洪水波运动的数学描述
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-1 洪水波分类
空间惯性力 (迁移惯性项) 重力
1 v v v y i0 i f g t g x x
阻力
压力(附加比降项)
惯性力
时间惯性力 (局地惯性项)
Q Av
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-1 洪水波分类
1977年，英国水文学家Ponce对洪水波进行了分类
1 洪水波的形成及其基本特征
1-3 洪水波的传播
在无旁侧入流时，则洪水波运动特点一般表现为：
1）洪水总量相等. 2）相应流量（包括洪峰流量）在下断面出现的时间一定迟于在上断面出现的时间，它们的时 间差称为传播时间. 3）相应流量在传播过程中有发生变化 Q .洪峰及其附近位相的流量一般要衰减， 而其余位相的流量一般会增加， I 从而形状发生坦化.
3-3 扩散波
如何判断河道内发生了运动波或扩散波，应点绘水位 -流量关系。若H~Q为逆时 针绳套关系，则为扩散波。
Q A 0 x t y i0 i f x
f H ,Q f H ,Q
消去H得：
Q dQ Q Q 2Q , 其中B为水面宽 2 t dA x 2 Bi0 x Q Q 2Q c D 2 t x x
波高，波体轮廓线上任一点相对于稳定流水面的高度.最大波高称为波峰.
波长，波体与稳定流水面交界面的长度.
A B
D
C
1 洪水波的形成及其基本特征
1-2 洪水波的特征
2) 运动特征
①附加比降
tan
tan :
i
轮廓线相对于稳定流水面的比降
稳定流水面比降为 洪水波水面比降为
A B
D
1 洪水波的形成及其基本特征
1-1 洪水波的形成
波流量：由于突然注入一定水量而在河道里增加的流量称为波流量. 波流量的传播是洪水波运动的本质.
洪水波运动：波洪量在波速度作用下从河道上游向下游运动 .
1 洪水波的形成及其基本特征
1-2 洪水波的特征
1) 几何特征
波体，即洪水波本身，初始稳定流水面上的附加部分水体.
O
0
上、下断面洪水过程线
t
2 洪水波运动的数学描述
A
洪水运动的水力学描述
B
洪水波运动的水文学描述
C
两种途径之间的关系
2 洪水波运动的数学描述
2-1洪水运动的水力学描述
圣维南方程组
缓变不稳定流的连续性方程：
Q A 0 x t
缓变不稳定流的动力方程：
河底比降
1 v v v y i0 i f g t g x x
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-3 扩散波
根据偏微分方程的特征线理论：
dx dQ c dt dA dQ 2Q D 2 dt x
扩散波波速
C 运动波波速，即C dQ dA
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-3 扩散波
极值点
Q
拐点 拐点
Q x
0
+
+ -
-
+
2Q x 2 +
山区性河流、坡面流
河流中下游，尤其中游
惯性波
动力波
湖泊性水库
平原水网区、感潮河段区
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-2 运动波
H
Q
运动波的H～Q关系为单值关系
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-2 运动波
消去H：
A dA Q Q dQ Q Q dA Q t dQ t . 0 . 0 A Q x dQ t t dA x 0 t x
x
因此，扩散波在运动过程中有如下特点：
•拐点处的流量，由
dQ 0 ，所以保持不变。 dt
•两个拐点之间的流量，包括洪峰流量在内，由于 •对于其余流量，由于
dQ 0 dt
dQ 0 dt
，所以发生衰减。
，所以不仅不衰减，反而有所增加。
补充：扩散波运动方程的推导
第十章 洪水波运动及洪水演算
本讲主要内容
1 洪水波的形成及其基本特征
2
洪水波运动的数学描述
3
洪水波分类及运动波与扩散波
1 洪水波的形成及其基本特征
A
洪水波的形成
B
洪水波的特征
C
洪水波的传播
1 洪水波的形成及其基本特征
1-1 洪水波的形成
1 洪水波的形成及其基本特征
1-1 洪水波的形成
洪水波：假设河道水流处于一个稳定流状态，在某时刻由于暴雨径流或开闸放水等 原因，突然有一定水量注入河道，引起河道水力要素随时间变化而形成的不稳定波动 . 形成原因：暴雨径流; 闸坝放水;溃坝.
tan :
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
i0 i
C
tan tan( ) i i0 i
i 涨洪段（波前），
tan tan i i 0 i0 i 1 tan tan 1 i0 i
i一般较小
i 是负的. 是正的，落洪段（波后）
摩阻比降
Q Av A f H f y
二、动力方程
1）作用于水流元素的各项力： ①压力—邻近水体施加于水流元 素的压力. ②重力分量—水流元素重量在水 流方向上的分量. ③阻力—水流元素在流动过程中 由摩擦所产生的阻力.
2）水流元素的动量： 水流元素在运动中存在动量的变 化.由于洪水波在运动过程中，流 速既是时间t又是河长x的函数，因 此，水流元素的动量变化应包括 两部分局地(即瞬时)动量变化和迁 移(即空间)动量变化.
dx dt c dQ 0 dt
说明波流量不随时间变化
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-2 运动波
特点： (1) (2)
cv
dQ c dA
c总是为正的，从上游向下游传播
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-2 运动波
x c t2 t1
Q
A D
若每个波流量的速度一样，这一现象称为推移作用. 若c随Q变化 ——波的破碎. 运动波在传播过程中相应流量不发生变化（推移），但若C随Q 变化，则洪水波会扭曲现象 ,导致洪水波破碎。
Q
D' D
A
D'
D
A
D' D
A
D'
0
(a) 线性传播
x
0
(b) 非线性传播
x
（Q , C , Q峰的波速最大，波前变陡，波后变缓）
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-3 扩散波
y i0 i f x y i f i0 x
H
注意： y x i
H-Q0
谢才公式：Q CA Ri f i f
y
Q2 C 2 A2 R i i0
0 Q0
Q
y
Q CA R i0 x CA R i0 i CA Ri0 1 i Q Q0 1 i0
涨洪： i为正，但 x 0 落洪：
i 为负，但 y 0 x
对于同一水位:
Q涨 Q0 , Q落 Q0
3 洪水波分类及运动波和扩散波
1 洪水波的形成及其基本特征
1-2 洪水波的特征
②相应流量与相应水位 洪水波轮廓线（水面线）上每一点占有的相对位置—位相. 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.相对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. 相应流量或相应水位在河道中的传播速度——波速，也就是洪水波的速度.
惯性项
附加比降项
阻力项
河底比降项
洪水波
局地惯性项
1 v g t
迁移惯性项
v v g x
y x
v2 C 2R
i0
运动波 扩散波 惯性波 动力波
× ×
× ×
×
×
×
3 洪水波分类及运动波和扩散波
3-1洪水波分类
洪水波类型 适用范围
运动波
扩散波
①平衡方程是连续方程在一个河段长上所表现出的规律. 连续方程是微观层面上的表现或描述(ðx是微分段,是无穷小量)，平衡方程是 宏观层面上的表现或描述(河长L可以包含无数个微分段). ②槽蓄方程可以看做是简化的动力方程(忽略惯性项). 2)区别 水力学途径描述方法具有普适性,适用于任何洪水波.. 水文学途径描述方法只能适用于简单的洪水波,如运动波、扩散波,并且是 在不受到任何回水顶托的情况下.因此,水文学途径描述可以看做是简单或 特殊条件下的洪水波表现或描述.
在dt时段内，从上断面 进入河道数量为I(t)dt， 而从下断面流出河段的 水量为O(t)dt，根据质量 守恒两者的差值必然引 起河段中槽蓄量的变化.
2 洪水波运动的数学描述
2-2洪水运动的水文学描述
河道槽蓄方程：
dO d O dI d I W f I , , 2 ,, O, , 2 , dt dt dt dt
2 2
河段的槽蓄量取决于河段中的水位沿程 分布，即如右图所示的水面线的形状. 河段中每一断面的水位与流量又存在着 一定关系——河段的槽蓄量是流量沿 程分布和断面水位-流量关系的函数.
W f 流量沿程分布 ,断面水位- 流量关系
2 洪水波运动的数学描述