水文学重点

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2蓄满产流:主要发生在包气带较薄,植被较好,土壤透水性强,入渗强度大的地区。土壤比较湿润,接近地下水面毛管带,土壤缺水量小,一次降雨入渗锋面很容易与毛管水建立水力联系,包气带很容易达到饱和。降雨量和土壤前期含水量对径流起决定性作用。有饱和地面流、壤中流、地下径流。

特点:先满足包气带最大蓄水的地方先产流。径流量和产流面积一直增大。同一降水量,前期土壤含水量越大,径流量越大。

满足最大蓄水量之前,径流系数小于1.满足之后=1.

3复合形式:土壤透水性中等,降水很不稳定,地下水位变幅大。

壤中流:发生于非均质或层次性土壤中的透水层与相对不透水层界面上。当上层水流渗达两层交界面时,因下层土壤导水性能小于上层,出现饱和积水,当上层土壤含水量大于田间持水量时,在下层界面上形成自由水,随着上层继续供水,饱和水层继续增厚,从而形成壤中流。饱和情况下的壤中流是形成洪水径流的主要部分。

地下径流:包气带较薄、地下水位较高时的地下水产流机制。

饱和地面径流:表层土壤具有较强透水性情况下的地面产流机制(上层土壤未饱和,但降雨强度大于下层下渗率,形成壤中流,继而形成饱和地面径流) 产生条件:要有供水;

有足够大的供水强度;

对壤中流和地下径流而言,还需要存在临时饱和带,对饱和地面径流而言,地表全层需要饱和;

产流需要侧向动力(水力坡度、水流归槽的条件); 所有产流形式都发生在一定的包气带界面上,上界面产生地面径流,中截面产生壤中流和饱和地面径流,下界面产生地下径流。

流域产流计算:

1. 径流分割

2. 前期影响雨量 Pa的计算、土壤最大含水量Im、消退系数K Im十分干旱情况下,降雨产流过程的最大损失量。=田间持水量—凋萎系数,包括截流、填洼、及渗入土中不能成为径流的。K由气象因子确定。 3. 降雨径流关系图 后来斜率为1

4. 径流系数法。径流量=降雨量*径流系数。 5. 下渗曲线与超渗产流。

流域汇流过程:流域上各处产生的各种成分的径流,经坡地到溪沟、河系,直到流域出口的整个过程。汇流可以分为坡地汇流和河网汇流两个部分,通常河网的长度和汇流速度都比坡地汇流大得多,所以河网汇流分析更为重要。

不同成分的径流汇集到流域出口断面所经历的时间不同,直接降到河槽内的径流汇流最快,其次是坡面径流,再次是壤中流,最后是地下径流。同一类型的径流,因在流域上的分布不同,因而具有不同的汇流途径和汇流时间。 影响流域汇流的因素:

1降水特性:暴雨中心的空间分布及其移动方向面包与中心越靠近流域出口,则流量过程线越陡,汇流越快;相同降雨量条件下,雨强越大,则降雨损失越小,产流越快,洪峰越大。 2地形坡度:地形坡度越陡,汇流速度越快,汇流时间越短,流量过程线越陡。

3流域形状:在其他条件相同的条件下,不同流域形状会产生不同的流量过程线,狭长形的流域汇流时间较长,径流过程线比较平缓,而扁行的流域有汇流集中,洪水涨落迅速,洪水过程线比较偏陡。

4水力条件:在畅流条件下,水位越高、流速越快,则汇流时间越小,流量过程线就越陡。 最大流域汇流时间:流域中路径最大的水质点流到出口断面的时间。 3、等流时线法

流域上各点的径流汇集到出口断面的速度有快有慢,汇流时间各不相同。把流域内汇流时间相等的各点连接成的线,称为等流时线。降落在同一条线上的降水形成的径流,同时到达流域出口。相邻两条等流时线间的面积??,称为等流时面积,等流时面积上同时产生的径流,在同一时段?t内到达出口断面。 4 单位线法 概念:单位线是指单位时间内,均匀分布的单位净雨量在流域出口断面形成的地面径流过程线。利用单位线来推求洪水汇流过程线的方法为单位线法。单位净雨深为10mm,时段可以不等。 基本假定:

A 倍比假定:如果单位时段内的净雨深不是一个单位,而是n个单位,那么它所形成的地面径流过程线的流量值为单位线流量的n倍,其历时与单位线相同。

B 叠加假定:如果净雨历时不是一个时段,而是m个时段,那么各时段净雨所形成的径流过程线之间互不干扰,出口断面的流量等于各时段净雨所形成流量的总和。

缺点:单位线法是将流域线性化的结果,事实上河水的运动并不是线性的,所以与实际情况存在一定的差异。

净雨在流域上的分布并不一定均匀,同时暴雨中心的运动方向也对单位线有影响。 地下水的影响,地下径流所占比例越大,则单位线越平缓。

河流水情

要素:包括水位、流速、流量等,是用于表达河流水文情势变化的主要尺度。 年径流量:一个年度内通过河流某断面的水量。 流域下垫面、流域高程影响 多年平均径流量:实测多年年径流量的平均值。气候因素

正常年径流量:当统计的实测年限趋于无限大时,多年平均流量将趋向于一稳定值,该值即为正常年径流量。它反映了天然情况下河流储藏水资源的理论数量,同时也反映了能开发利用的地面水资源的最大程度。是水文、水利计算中的一个重要参数。一般情况只要资料系列足够长,则其年径流量的平均值即可认为是正常年径流量,在一定条件下正常年径流量也会发生变化。

正常年径流量的计算

·资料充分时:各年年净流量区平均 ·资料不充分时:相关分析法。建立年径流量与相关水文因素(参证变量)之间的相关关系,再用参证变量的长系列资料进行延长,提高年径流资料的代表性,再平均。 ·资料缺乏时:1.等值线图法2.水文比拟法

径流的年际变化年径流量年际间变化幅度、多年变化过程、年际极值比 径流年内变化:1.季节分配:12~2冬3~5春6~8夏9~11秋

2.年内变化特征值:年内分配不均匀系数 、 完全年调节系数 洪水和枯水

大量降水或积雪融化后在短时间内汇入河流,形成特大径流,即为洪水。 洪峰流量、洪水总量和洪水历时三个特征值 影响洪水的因素

1天气因素:降水(强度、历时、总量)、空气上升运动及强度。

2 流域下垫面特性:地形起伏、流域面积的大小、形状、土壤性质、植被状况。 枯水:是河流断面上较小流量的总称。

枯水的影响因素

? 流域蓄水量(枯水前期降水量、流域地质、土壤性质、湖沼率、植被覆盖率) ? 河流大小(大河蓄水量多,枯水径流稳定,同时河床下切越厉害,地下水补给较为

丰富)

一、河水的运动状态 1、层流与紊流

? 层流:全部水流呈平行流束运动,即水质点运动的流线平行,水质点的运动方向一

致,流速均匀。

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谢才公式:V=C(RJ)(5)

? 紊流:水流中每个水质点的运动速度与方向随时随地都在变化,而且这种变化是围

绕一个平均值在上下跳动的。

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曼宁公式:V=(1/n)RJ(6)

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C = (1/n)R 2、脉动强度

天然河流中水流的点流速都是时均流速与脉动流速之和。脉动流速的大小可以用脉动强度来表示,脉动强度是指脉动流速的均方根。 二、河水的纵向运动 1、洪水波的概念

洪水可用洪水波流量、洪水波波体、洪水波高、洪水波峰、波前、波后、洪水波长、附加比降等概念来定量描述。

2、洪水波的推移与变形 洪水波的推移运动 洪水波上任意一水体,在河段下断面出现的时间总是晚于在上断面出现的时间。即洪水波总是以一定的速度从上游向下游逐步推移运动。 洪水波的展开和扭曲变形

洪水波的展开:洪水波在向下推移的过程中,洪水波长会逐渐加长、波高会逐渐降低的现象为洪水波的展开。

洪水波的扭曲变形:在洪水波推移运动过程中,波前长度逐渐减小、比降逐渐增大、波峰位置不断超前、波后长度逐渐拉开、比降逐渐降低的现象为洪水波的扭曲变形。 三、河水的环流运动 环流运动:河水内部的不同水质点或水团,在重力、惯性离心力及地转偏向力等综合作用下,呈螺旋状下移或呈漩涡状运动的现象。螺旋流通常与纵向水流相结合,而漩涡流则基本上脱离纵向水流而独立存在,它们均属次生流。 1、环流的类型

? 纵轴环流:纵轴环流的旋转轴呈水平状,并基本上与纵向主流方向平行。根据成因

可分为弯道螺旋流和符合螺旋流两种。

? 横轴环流:其旋转轴呈水平状,与纵向主流方向垂直,它多为相对封闭的回旋流,

形成原因主要有:水流运动突然受阻、水流的离解作用。

? 斜轴环流:其旋转轴也呈水平状,它与纵向主流斜交,也因水流离解作用形成。 ? 竖轴环流:竖轴环流的旋转轴呈铅垂方向与主流及河底垂直,是相对封闭的回旋流。

它主要由水流离解作用引起。

2、环流对河流泥沙的影响

? 具有水平轴的环流,除因离解作用形成的环流外,底层水流方向往往与水面倾斜方

向一样,含沙较少的表层水流插入底部的地方,容易发生冲刷,含沙较多的底部水流上升处,易出现淤积。

? 纵轴环流在河底处,由于横向流速较大,纵向流速较小,因此旋度较大,而水面的

旋度较小,因河底具有较大的旋度,对泥沙的横向输移具有重要的作用。

? 在螺旋流中,泥沙除沿着与旋转轴垂直的方向运动外,还沿着与旋转轴平行的方向

运动,当旋转轴与主流方向斜交时,泥沙沿着旋转轴方向运动的过程中,仍存在泥沙的横向转移。

? 相对封闭的竖轴环流和横轴环流可引起冲刷也可引起淤积。主要取决于环流的强度

与含沙量的多少。当河床组成较细,水流挟沙能力大且含沙量不大时,发生冲刷。在弯道河流凹岸的竖轴环流,一般环流强度小且含沙量大,容易发生淤积。

? 河流水流的紊动及环流运动,对河流泥沙运动及河槽演变作用很大,紊动强度影响

水流挟沙力,环流主要影响泥沙冲淤情况。 第五节 河流泥沙及其阻力

河流泥沙是指组成河床和随水流动的矿物、岩石固体颗粒,主要来源于地表侵蚀。

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侵蚀模数是指单位面积每年侵蚀泥沙的重量(t/km/a)。

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含沙量是指单位体积浑水中所含泥沙的重量(kg/m)。 ? 泥沙颗粒的大小 ? 泥沙颗粒的形状 ? 泥沙颗粒级配的量测

水流阻力与泥沙颗粒级配直接相关,因此精确测定河流泥沙的颗粒级配十分重要。 筛分法:比重法:离心法:适用范围:同样适用于细颗粒泥沙 输沙率:用来表示泥沙输移率的大小,可用单位时间的泥沙重量或单位时间的泥沙体积表示。 Qs = QC

其中:Q为流量;C为含沙量;

? 推移质:沿河床滚动、滑动、跳跃运动的泥沙。

? 悬移质:在水流中悬浮运动的泥沙。通常可以把自床面层顶部(泥沙粒径的2倍)

到水面之间运动的泥沙视为悬移质。

第四章 地下水的结构与运动

地下水是存在于地表以下岩(土)层空隙中的各种不同形式水的统称。 地下水主要来源于大气水和地表水的入渗补给,同时以地下渗流方式补给河流、湖泊和沼泽,或直接注入海洋,上层土壤中的水分通过蒸发或植物根系吸收散发入空气,回归大气,从而积极参与了地球水循环,以及地球上发生的溶蚀、滑坡、土壤盐碱化等过程。 第一节 地下水的组成和结构 一、地下水的储存空间

(一)含水介质、含水层和隔水层

含水介质:一般把既能透水,又饱含水的多孔介质程为含水介质。存在含水介质是地下水存储的先决条件。

含水层:储存有地下水,并在自然状态或人为条件下,能够流出地下水来的岩体。含水层的岩体多呈层状,如砂层、砂砾石等。

隔水层:是指那些虽然含水但几乎不透水或透水能力很弱的岩体。如质地致密的水成岩、变质岩、页岩、粘土层。

(二)含水层的空隙性和水理性

1、含水层的空隙性:含水层的空隙性是地下水存在的先决条件,因而空隙的多少、大小、均匀程度及其连通情况,直接决定了地下水的埋藏、分布和运动特性。

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