中级职称考试-水利专业基础与实务【参考】.docx
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第一部分水文水资源
一、基础知识
(一) 水文循环和水量平衡基本知识
1.水文学:
研究地球上各种水体的存在数量、分布、运动及变化规律的科学。
2.水文循环概念:
水圈中各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降水、下渗,形
成地面地下径流的往复循环过程,称为水循环。
3.水文循环分类:
按水文循环是否跨越了海陆界线,可分为大循环和小循环。
(1)水循环的外因:
太阳辐射能和地球引力的存在
(2)水循环的内因:
水物理三态(气、液、固)之间的相互转化
4.水文循环:
(1)地球上水的存在形式:
汽态、液态、固态
(2)存在位置:
空气中、地表、地下、生物体内
5.水文循环的意义:
(1)直接影响气候变化
(2)改变地表形态(3)造成再生资源(4)负面影响:
干旱,洪涝灾害
6.水量平衡基本知识:
进入的水量与输出的水量之差必等于其蓄水量的变量。
通用水量平衡方程 流域水量平衡方程
7.地球上的水量平衡
若以地球陆地为研究水量平衡对象,某时段△t内的水量平衡方程可写成:
△Wc=Pc-R-Ec
式中:
Ec:
在时段内陆地的蒸发量; Pc:
在时段内陆地的降水量;
R:
时段内由陆地流入海洋的径流量;△Wc:
在时段内陆地蓄水量的变化量。
若以海洋为研究水量平衡对象,某时段△t内的水量平衡方程可写成:
△Ws=Ps+R-Es
式中:
Es:
海洋在时段内的蒸发量; Ps:
海洋在时段内的降水量;
R:
时段内由陆地流入海洋的径流量;△Ws:
海洋在该时段内蓄水量的变化量。
在多年平均的情况下,△Wc→0,△Ws→0,则
全球多年平均水量平衡为:
蒸发=降水
37
闭合流域:
P=E+R
(二)、水文学基础知识(含降雨、蒸发及入渗,流域与河系,河川径流及水文统计学的基本知识)
1.降雨:
(1)概念:
是指液态或固态的水汽凝结物,从天空下降至地面而成的液态水或固态
水的现象。
降水是气象要素之一,也是水循环中重要的一个环节。
(2)降水基本条件:
一是空气中要有水汽,降温,降至露点温度以下,或空气冷却
,大气中存在吸水性的微粒(凝结核)
(3)露点:
空气中水汽达到饱和时的温度。
当大气温度下降到露点以下时,则形成了水汽凝结的必要条件。
(4)大气凝结核:
指飘浮在大气中的尘粒,其直径约10-3~10μm。
(5)降水类型:
l锋面雨:
由于冷暖气团相遇所形成的雨称为锋面雨。
l地形雨:
暖湿空气在运移过程中,因受地形(如山脉等)影响而被抬升,则由于动力冷却而形成的雨。
因气流(空气)的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而不同。
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。
l对流雨:
地面受辐射温度升高,下层暖湿空气膨胀上升,则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却,水汽则会凝结成云(淡积云g浓积云g积雨云),形成降雨。
l气旋雨:
在低气压中心区,气流从四周向中心辐合,垂直方向上运动是上升的,即暖湿气流辐合上升,在水平面上温度和湿度变化很大,故常常有凝结降水现象。
可出现大范围降雨和大风的天气现象,称为气旋雨。
气旋:
北(南)半球,由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下,大气中水平气流呈逆(顺)时针旋转的大型涡旋。
在同高度上,气旋中心的气压比四周低,又称低压。
气旋按其生成的地理位置不同,可分为热带气旋和温带气旋
(6)降雨基本要素:
降雨量、降雨历时、降雨时段、降雨强度、降雨面积及降雨中心
、降雨走向。
(7)降雨资料图示:
降雨过程线、雨量积累曲线
(8)降水量一般分为7级
(9)按降雨强度大小,降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种
暴雨(>50mm/24h)(暴雨:
50~100、大暴雨:
100~200、特大暴雨:
>200)大雨:
25~50mm/24h 中雨:
10~25mm/24h 小雨:
<10mm/24h
(10)测量雨量仪器:
雨量器,自计雨量计(虹吸式、翻吸式)
2.蒸发
(1)定义:
水由液态或固态转化为气态的现象,是水分子运动的结果
(2)蒸发包括:
l水面蒸发:
蒸发面为水面时称为水面蒸发
l土壤蒸发:
蒸发面为土壤表面时称为土壤蒸发
l植物蒸发:
蒸发面是植物茎叶则称为植物散发
l陆面蒸发:
因为植物是生长在土壤中,植物散发与植物所生长的土壤上的蒸发总是同时
存在的,通常将二者合称为陆面蒸发
(3)水面蒸发观测:
水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。
确定水面蒸发量的大小,
通常有两种途径:
器测法和间接计算法。
设备:
E601蒸发皿,环形水圈,K接近1.0
(4)水面蒸发影响因素:
水汽饱和水压差,水面温度,风速,湍流
3.下渗
(1)定义:
水分从土壤表面深入地下的现象,又称入渗
(2)三个阶段:
渗润阶段 渗漏阶段 渗透阶段
(3)下渗率或下渗强度:
单位时间内渗入单位面积土壤中的水量称为下渗率或下渗
强度,记为f,以mm/min或mm/h计。
(4)下渗能力:
在充分供水条件下的下渗率则称为下渗能力。
(5)下渗能力曲线:
下渗能力随时间的变化过程线,简称下渗曲线,并以f(t)~t表示。
(6)土壤水不同形式:
吸湿水,薄膜水,毛管水(毛细水),重力水
(7)常用水分常数:
最大吸湿量,最大分子持水量,凋萎含水量,田间持水量,饱和
含水量
(8)下渗量的测定:
直接测定法,水文分析法
4.流域
(1)定义:
汇集地面水和地下水的区域称为流域,也就是分水线包围的区域。
(2)闭合流域:
当地面分水线与地下分水线相重合,称为闭合流域
(3)几何特征:
l流域面积:
流域分水线包围区域的平面投影面积,称为流域面积,记为F,以km2
计。
l流域的长度和平均宽度:
流域长度就是流域轴长。
以km计。
l流域形状系数和流域不对称系数:
流域平均宽度与流域长度之比称为流域形
状系数。
l河网密度:
流域内河流干支流总长度与流域面积的比值称为河网密度,以Km/
km2计。
(4)流域地形特征:
流域平均高度、流域平均坡度、面积--高程曲线
(5)流域自然地理特征:
l流域的地理位置:
流域的地理位置以流域所处的经纬度来表示,它可以反映流
域所处的气候带,说明流域距离海洋的远近,反映水文循环的强弱。
l流域的气候条件:
包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素。
它们是河流形成和发展的主要影响因素,也是决定流域水文特征的重要因素。
l流域的土壤、岩石性质和地质构造、流域的植被、流域内湖泊与水库
5.河系特征
(1)河系:
地表水在重力作用下,沿陆地的凹地流动,按其大小可分为江、河、溪
和沟,这些统称为河流,而流域中河流(包括干流、支流)和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统,称水系,又称河系或河网。
(2)分类:
扇形水系、羽状水系、平行水系、混合状水系
(3)河流的形成与分段:
一条河流沿水流方向,自高向低可分为河源、上游、中游、
下游和河口五段。
(4)河流基本特征:
河流的长度:
自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度,简称河长,以km计。
河流断面:
河流断面有横断面和纵断面。
垂直于水流方向的断面称为横断面,简
称断面
6.径流
河道纵比降:
单位河长的落差称为河道纵比降,简称比降,用小数或千分数表示。
(1)定义:
由降水或融雪形成的、沿着流域的不同路径流入河流、湖泊或海洋的水流
,称为径流。
其中沿着地表流动的水流称为地表径流;沿着土壤表层相对不透水层界面流动的水流称为表面流;在地表以下沿着岩土空隙流动的水流称为地下径流。
(2)水源:
雨水、冰雪融水、地下水
(3)形成:
产流和汇流
产流过程:
我们把降雨扣除损失成为净雨的过程称为产流过程净雨:
降雨扣除损失后的雨量称为净雨
汇流过程:
净雨沿坡面从地面和地下汇入河网,然后再沿着河网汇集到流域出口断面
的过程。
(4)河网汇流过程:
各种成分径流经坡地汇流注入河网,从支流到干流,从上游向下游,最后流出流域出口断面,这个过程称为河网汇流或河槽集流过程。
(5)表示方法:
流量Q径流总量W径流深R径流模数M径流系数ɑ径流变率K
(6)径流量:
径流量指时段T内通过河流某一断面的总水量,记为W,以m3、万m3或亿
m3计,有时也用时段平均流量与时段的乘积为单位,如(m3/s)·d、(m3/s)·
M等。
(7)径流深:
将径流量平铺在整个流域面积上所得的水层深度,记为R,以mm计。
-
R=W/1000F=QT/1000F
-
式中W--时段T内径流量,d;
流域面积,km2。
Q--计算时段内平均流量,m3/s; T--计算时段,s; F--
(8)径流模数:
流域出口断面流量与流域面积之比值称为径流模数,记为M,以L/(s-
km)计。
M=1000Q/F
(9)径流系数:
某一时段的径流深R与相应时段内流域平均降雨深度P之比值称为径流系数,记为α。
α=R/P 因R
7.水文统计学
(1)数理统计方法:
频率计算P(A)=m/n
(2)随机变量的统计参数均值:
均方差:
变差系数:
偏差系数:
当系列对于x对称时,CS=0;当系列对于x不对称时,CS¹0,若CS>0,称为正偏;若CS<0,称为负偏,
(3)经验频率计算式:
P=m/(n+1)*100%
(4)常用理论频率曲线:
皮尔逊Ⅲ型曲线,简称p_Ⅲ型曲线频率与重现期的关系:
设计频率P<50%,则T=1/P
设计频率P>50%,则T=1/(1-P)
(5)理论频率曲线绘制:
适线法
l适线法(或称配线法)是以经验频率点据为基础,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参数,是我国估计水文频率曲线统计参数的主要方法。
适线法主要有两大类,即目估适线法和优化适线法。
l均值x对频率曲线的影响:
当皮尔逊Ⅲ型频率曲的两个参数cv和cs不变时,
x越大,线越陡
l变差系数cv对频率曲线的影响:
cv值越大越分散,cv值越小越集中
l偏态系数cs对频率曲线的影响:
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。
lσ对频率曲线影响:
σ值越大越分散,σ值越小越集中
(6)相关分析:
研究两个或两个以上随机变量之间关系
(7)两个随机变量之间关系:
完全相关(函数关系)、零相关(没有关系)、统计相
关(相关关系)
(8)简相关、负相关
(三)、水文测验及水文资料整编的主要内容
1.水文测验:
(1)定义:
系统收集和整理水文资料的各种技术工作的总称。
狭义的水文测验指水文
要素的观测。
(2)内容:
A建立和调整水文站网
B研究水文测验的方法,制定出统一的技术标准
C研制水文测验的各种测验仪器、设备
D按统一的技术标准在各类测站上进行水位观测,以获得实测资料。
E对一些没有必要作驻站测验的断面或地点,进行定期巡回测验。
F水文调查
2.资料整编主要内容:
l水位观测资料的整理:
计算日/月/年平均水位 水位过程线
l水文资料的收集:
水文年鉴,各地区的水文手册和各种水文图册,水质资料
,
各种调查资料:
洪水调查、暴雨调查、枯水调查
3.观测水流仪器:
流速仪(旋杯式、旋浆式),浮标法
二、水资源
(一)、掌握水资源(地表水、地下水)含义和特点及计算方法
定义:
水资源是指可资利用或有可能被利用的水源,这种水源应当有足够的数量和可用的质量,并在某一地点为满足某种用途而得以利用。
1.水资源分类:
l从水资源分类上来划分:
地表水资源系统、地下水资源系统、
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- 参考 中级职称 考试 水利 专业 基础 实务