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水文工程学复习

时间:2020-06-24 来源:乌哈旅游
水文工程学第一章

1.水资源:包括水量、水质、水能资源、水域;水体:大气中水汽,地面上的江河、湖泽、海洋、地下水等,统称为水体。水文学:是研究各种水体的存在、循环和分布,物理特性和化学特性,以及对环境的影响和作用,包括对生物特别是对人类的影响。

2.工程水文学主要包括水文计算、水利计算、水文预报这三项内容;工程水文学的每一水利工程都包括规划设计、施工、管理运营三个阶段。3.水文学的研究方法:成因分析法(确定性)、数理统计法(随机性)、地区综合法(地区性)。第二章

1. 水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程,称为水文循环。

2.水通过蒸发、水汽输送、降水、径流四个环节进行交换。

3.河流地貌定律:河数律(任一级河流数与该级河流的级别呈反几何级数关系)、河长律(各级河流的平均河长与该河流级别近似正几何级数关系)、面积律、河流比降律(各级河流的平均河长与该河流级别近似正几何级数关系);

4.汇集地面水和地下水的区域称为流域,流域是对某一出口断面而言,不指明出口断面时,流域即指对河口断面以上区域。

5.降水包括:雨、雪、霰、雹、露、霜等,主要指雨、雪为主。

6.降雨的几个特征要素:降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨面积、暴雨中心等;降雨主要发生在对流层,对流层的特点:1. 气温随高度的增加而降低;2. 具有强烈的上升和下降的气流;3. 受地表差异影响,对流层温度、湿度水平分布不均匀。

7.对流层内与降雨有关的主要气象因素baoqid为:气味、气压、风、湿度、云(大气中的水汽凝结或者凝华形成)、蒸发等。8.降雨形成的三要素:水汽、上升运动、冷却凝结

9.降雨的分类:对流雨:降雨强度大,历时短,雨区较小;

地形雨:空气移动过程中,遇到山脉的阻挡,被迫沿迎风坡上升,由于动力冷却形成云而导致雨;

锋面雨:两个温湿特性不同的气团相遇时,在其接触区由于性质不同来不及混合形成一个不连续面,称为锋面。

锋面雨:冷锋、暖锋、静止锋、锢囚峰(三种热力性质不同的气团相遇,暖气团被抬离地面,锢囚在高空。

10气旋雨:中心气压低于四周的大气旋涡;包括温带气旋雨和热带气旋雨。

11.影响我国降雨的主要天气系统:高空槽、锋面气旋、低涡、切变线、静止锋、锋区与降雨、副热带高压、热带风暴(台风)

12.降雨量观测:器测法(雨量器和自记雨量计)、雷达探测法、气象卫星云图法,器测法主要用来测量降雨量,雷达探测和气象卫星云图主要用来预报降雨量。

13.自记雨量计:称重式、翻斗式、虹吸式14. 雷达探测是利用云、雨、雪等对无线电波的反射现象来发现目标的;根据雷达探测的降雨回波位置、移动速度、以及变化趋势,来判断范围内的降雨、强度、以及开始和终止时刻。

15.气象卫星云图:根据极轨卫星和地球静止卫星(可见光云图和红外云图)

16.在地下水面以上,水压力小于大气压;在地下水面以下,水压力大于大气压。

17.包气带中的水称为土壤水,饱和带中的水称为地下水,地下水包括(潜水和承压水)

18.土壤水:吸湿水(由分子力作用使水分子紧紧地被吸附在土壤颗粒表面,不能流动也不能被利用) 毛管水(土壤孔隙中由毛管力所持有的水分称为毛管水):支持毛管水(由毛管力所支持而存在于土壤孔隙中的水分);毛管悬着水:由于向上的毛管力大于向下的毛管力,其合

力支持一部分水悬吊于孔隙中而不与地下水面接触。重力水1.土壤含水量:水层深度、土壤重力含水率、土壤容积含水率

2.水分常数:最大吸湿量、最大分子持水量(由土壤分子力所结合的水分最大值,此时薄膜水达到最大厚度)、凋萎含水量(植物无法从土壤中吸收水分时,开始凋萎时,土壤含水量;毛管断裂含水量;田间最大持水量:土壤所能保持的最大毛管悬着水量饱和含水量:土壤孔隙被水充满

3.下渗:渗润阶段(分子力作用,薄膜水)渗漏阶段(毛管力,重力,水分逐渐饱和)渗透阶段(重力作用,水分饱和)

4.下渗的空间分布:(1)流域中土壤性质的空间分布不同(2)流域内土壤含水量空间分布不同(3)降雨在时间空间上分布不均匀(4)流域内各处地下水位高低不一

5.下渗测量:直接测量法(人工降雨法、注水法)、水文分析法

6.水面蒸发观测:器测法和间接测量法(水汽输送法、热量平衡法、彭曼法、水量平衡法、经验公式法)7.土壤蒸发观测:器测法和间接计算法

8. 流域总蒸发包括 水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发及植物散发9.流域蒸发计算:采用水量平衡法和模式计算法

10. 流域内,自降雨开始到水流汇集到流域出口断面的整个物理过程,称为径流形成过程。

11.在河流涨水阶段,由于河槽会蓄一部分水量,对于任一河段,下断面流量总小于上断面流量。.径流模数(M ):流域出口断面流量与流域面积之比值,L/(s·km 2 )第三章

1.测站:水位、流量、雨量站、蒸发站

水文测站的设立主要包括选择测验河段和布设观测断面

2. 布设观测断面:基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面及比降断面。

3.水位:河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面离开固定基面(黄海基面)的高程。

4.水位观测资料整理:采用算术平均法计算,面积包围法

5.测流方法:

测流工作:河道断面 测量、 流速 测量

断面测量:在断面上布设一定数量的测深垂线,施测各条测深垂线的起点距和水深并观测水位,用施测时的水位减去水深,即得各测深垂线处的河底高程。

6.流速的测量:积点法、积宽法、积深法

7.泥沙的测验与计算:泥沙包括悬移质泥沙(悬浮水中并随之流动)、推移质泥沙(受水流冲击沿河底移动或滚动、河床质泥沙(停留在河床上)

含沙率:单位体积内所含干沙的质量;输沙率:单位时间流过河流某断面的干沙质量

单沙: 与断面平均含沙量有稳定关系的断面上有代表性的垂线和测点含沙量;

断沙:相应地把断面平均含沙量简称断沙。

8.水质监测站网:基本站、辅助站、专用站、背景站

9.水体污染源调查方法:表格普查法、现场调查法、经验估算法

10.水文调查的主要内容:流域调查、水量调查、洪水与暴雨调查、其它专项调查

稳定水位流量关系曲线,在同一张图上点绘水位流量、水位面积、水位流速的关系曲线

10.不稳定的水位流量关系:原因:断面冲淤、洪水涨落、变动回水或其他因素造成的综合影响。

11.水位面积与水位流速关系的高水延长:对于实测大断面资料确定,高水时水位流速关系曲线趋于常数;或采用水力学公式即曼宁公式外延和斯蒂文斯法进行高水延长。

12.低水延长:低水延长一般是以断流水位作控制进行水位流量关系曲线向断流水位方向所作的延长。断流水位是指流量为零时的相应水位。第四章:

1.净雨在数量上等于它所形成的径流量。

2.降雨:降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨过程、降雨分析、笼罩面积、暴雨中心位置等。

3.流域内平均降雨量的计算:算术平均法、泰森多边形法、等雨量线法4.一次洪水流量过程:本次洪水形成(地面径流、表层流径流、地下径流)、基流(前期洪水未退完的部分水量、非本次降雨补给的深层地下径流)割除

5. 基流的分割:取历年最枯流量的平均值或本年汛前最枯流量用水平线分割( ED 线)。

6.将地面径流和表层流径流统称为直接径流,地面径流消退快,表层流径流消退次之,浅层地下径流消退较慢,深层地下径流小且稳定。7.流域的产流计算:只要指流域的下垫面(地面和包气带)对降雨的再分配作用。

8.包气带对降雨的再分配作用,包气带土层对降雨的下渗水量起再分配作用。

包气带中的水量:被土壤吸附保存;以蒸散发的形式逸出地面

9.包气带的蓄满产流(达到田间持水量,有地下径流)和超渗产流(未达到田间持水量,只有地面径流)

10.蓄满产流的产流面积:随降雨量的增加产流面积也在增加,与暴雨强度无关;

流域的最大蓄水量等于全流域的包气带平均最大缺水量,也等于流域最大损失量。

超渗产流的产流面积:随降雨历时的增加,产流面积时大时小;产流面积大小与时段初流域蓄水量及降雨强度有关。

降雨径流相关图解法:(1)P相同, Pa 越大,损失越小,R越大,故Pa

等值线的数值自左向右增大。

(2)Pa 相同时,P 越大,损失相对于P越小,径流系数越大,P ~R线的坡度随P的增大而减缓,但不应小于 45 °

11.后损下渗率不仅与流域起始土壤含水量Wo有关,而且与初期降雨特性有关。

13.实际常用的汇流曲线有等流时线、单位线、瞬时单位线、地貌单位线。 单位线:在给定的流域上,单位时间内均匀分布的单位地面净雨量,在流域出口断面形成的地面径流过程线,即单位线。

14.单位线的影响:1.河槽水流的非线性变化;2.净雨在流域上分布的不均匀。瞬时单位线:

15.n 线性水库的个数,K 流域汇流时间的参数 n,k减少时,瞬时单位线的洪峰流量增高,峰现时间提前;当n、K增大时,瞬时单位线过程线的峰降低,峰现时间推后。第五章

水文预报是根据水文现象的客观规律,利用实测的水文气象资料,对水文要素未来的变化进行预报的一门水文科学。

1. 水文预报主要包括:径流预报、冰情预报、沙情预报、水质预报。径流预报又可分为:洪水预报、枯水预报,预报的要素是水位和流量,水位预报指的是水位高程及其出现的时间,流量预报主要是指流量的大小、涨落时间及其过程。2. 洪水波的展开和扭曲。3. 根据河段洪水波的运动和变形规律,利用上游断面的实测水位(流量),预报河段下游断面未来水位流量的方法,称为相应水位法。基本原理:河段上下游同次洪水过程线上同相位的水位。

2.短期洪水预报主要包括:河段洪水预报、降雨径流预报。相应水位法、合成流量法、流量演算法

3.流量计算:(质量守恒定律,连续方程) (能量守恒定律,动力方

程)

4.水文预报的误差来源:模型结构误差、模型参数估计误差、模型的输入误差

5.误差的评定:有效性误差(确定性参数dy):表示洪水预报过程与实测过程之间的吻合程度。

允许误差:1.洪峰预报许可误差2.峰现时间预报许可误差3.径流深预报许可误差4.过程预报许可误差

6. 按许可误差评定合格率:预报方案合格率(QR)是评定(检验)中计算值与实测

值之差不超过许可误差的次数(m)占全部次数(n)的百分率(m/n×100)。

7. 作业预报的评定:用每次预报误差 σ 与许可误差 σ 许 之比的百分数( σ / σ 许×100)作为作业预报精度分级指标。第七章

1.偏态系数:当Cs大于零时,表示随机变量大于均值出现的机会比小于均值出现的机会小,称为正偏。

2.由样本估计总体参数的方法:矩法、极大似然法、概率权重矩法、权函数法、适线法

3.均值和Cv、Cs对频率曲线的影响 Cv越大,上部越陡,下部也越陡;Cs越大,上部越陡,中部偏左,下部越平。4.将X从大到小排列。

5.最小二乘法:使经验点据和同频率的频率曲线纵坐标之差的平方和达到最小。

6.水文资料插补延长的目的:通过相关分析,把短期系列延长。

7.相关图解法:目估通过点群中间和点(x的平均值,y的平均值),绘出一条直线,在图上量得直线斜率b和截距a,直线方程为:y=bx+a

8.最小二乘法:要使直线拟合“最佳”,须使离差△y i 的平方和为“最小”。

第八章

1.径流季节分配:丰水期和枯水期、汛期和非汛期

2. 设计年径流是衡量工程规模和确定水资源利用程度的重要指标。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。

3. 年径流分析计算的内容:1. 基本资料信息的搜集和审查2. 年径流频率分析计算3. 提供设计年径流的时程分配4. 枯水流量分析5.成果的合理性检验

4.影响年径流的因素:气候因素、下垫面因素、人类活动对年径流量的影响、影响径流年内分配的因素

5.资料的审查:可靠性、代表性(样本接近总体的程度,样本系列的大小,一般系列越长,代表性越好)、一致性(天然河流,无水利设施)6.有较短年径流量系列时设计年径流频率分析方法:建立设计断面年径流与参证变量(有较长观测系列)的相关关系,来适当展延设计断面年径流系列至规范要求长度。

参证变量:设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降雨量等。

参证变量的要求:参证变量与设计断面径流量有较多的同步观测资料;参证变量的系列较长,并有较好的代表性;

7.缺乏实测资料时,可采用参数等值线法(面积加权法和直线内插法)和水文比拟法来进行设计年径流的计算。

8.水文比拟法用于无资料流域移置(经过修正)水文相似区内相似流域的实测水文特征。

9.进行修正的参变量:流域面积和多年平均降雨量

10.直接移植径流深,考虑雨量修正;移置参证流域的年降雨径流相关图,移置参证流域的降雨径流模型及其参数

11.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

径流量代表年径流量过程线;2.对工程最不利的原则。12.同倍比法、同频率法第十章

1.由暴雨资料推求设计洪水的主要内容:

1.推求设计暴雨:根据实测暴雨资料,用统计分析和典型放大法求得;2.推求设计洪水过程单位线:由求得的设计暴雨,利用产流方案推求设计净雨过程,利用流域汇流方案由设计净雨过程推求设计洪水过程。3.由暴雨推求设计洪水过程:基本假设是设计暴雨与设计洪水是同频率的。

4.直接法和间接法

5.统计选样法:年最大值法

6. C面雨量频率计算:Cv>0.6 ,Cs≈3.0Cv; ;Cv<0.45 ,Cs≈4.0Cv一般地区Cs≈3.5Cv。变差系数随面积的增大而减小。

7.定点定面:暴雨点面折算系数等于面暴雨量除以点暴雨量。动点动面:

8.设计暴雨时程分配的计算:用典型暴雨同频率控制缩放

典型暴雨的选择与概化: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: 暴雨核心部分偏后,形成的洪峰也偏后,对水库安全影响较大。

9.典型分配比是由历史资料推求得到。

10.移用问题:产流方案一般采用分区综合法11.地下净雨第一阶段怎么求解?

12.P264例题各种计算单位换算混乱

13.小流域设计洪水的计算:经验公式法、推理公式法、综合单位线法、水文模型等方法14.水量、水质、水生态

15.水质指标:感官性指标(颜色、嗅味、透明度)、有机物指标(溶解氧DO、生化需氧量BOD、化学需氧量COD)、酸碱类污染物指标

(PH)、氮、磷类污染物指标(TN,TP)、重金属指标(汞、隔、铅、铬、砷)、病原微生物指标(大肠菌群)

16.河流水体的自净分类:物理变化(稀释、扩散、酸碱翻译混合、挥发、沉淀)、化学净化(氧化还原、酸碱反应、分解化合)、生物净化17.水质基本模型:1.模型的收集和分析相关数据;2.选择模型变量,写出最佳关系数学方程;3.确定参数值;4.检验模型的有效性。

18.斯特里特—费尔普斯BOD—DO模型仅考虑有机物降解和大气复氧对DO的影响,由于未能考虑有机物沉浮、底泥吸附、藻类光合作用对DO的作用,使其预测结果与实际结果有出入。

19.托马斯BOD—DO模型在原来的基础上添加了因悬浮物的沉淀与上浮所引起的BOD速率变化。

20.多宾斯BOD—DO模型托马斯模型的基础上,考虑河流底泥耗氧与藻类光合作用增氧的影响。

21. 奥康纳BOD-DO在托马斯模型的基础上,除考虑CBOD外,还考虑了NBOD 的耗氧作用。

22. BOD耗氧系数 K 1 的估算方法

污染物进入水体后,可以有以下原因使水体中的溶解氧被消耗:

(1) 有机物在微生物作用下,发生碳的氧化分解(2)有机物

的分解物,如硝化作用(3)沉积在河底的淤泥发生有机物的厌氧分解和水底分解作用(4)晚间水生植物的呼吸作用(耗氧)(5)废水中的还原性物质

23. 复氧系数 K 2 的估算方法

水体中氧的供给和恢复来自:(1)废水中原来含有的氧。(2)大气中的氧向水中扩散溶解。(3)水体中繁殖的光合自养型水生植物,白天通过光合作用放出氧气,溶于水中。

24.沉降系数:K 3 是悬浮物的沉积而导致水体中 BOD 变化的速率常数。25.纵向弥散系数、光合复氧系数、硝化系数第九章

1.设计洪水:为解决各类的防洪问题,所提供的作为规划设计依据的各种设计标准的洪水。

2.(死水位,死库容)、(正常蓄水位,兴利库容)、(防洪限制水位,结合库容)、(防洪高水位,防洪库容)、(设计洪水位,拦洪库容)、(校核洪水位,调洪库容)

3.水库总库容=死库容+兴利库容+调洪库容—结合库容)

4.两类水库防洪问题:水库本身的安全问题;下游地区的防洪问题水利水电工程建筑物防洪标准分为正常运用和非正常运用两种:

正常运用标准—设计洪水:确定水库的设计洪水位、设计泄洪流量等。不超过这种标准的洪水来临时,水库枢纽一切工作维持正常状态。

非常运用标准—校核洪水:确定水库的校核洪水位。这种标准的洪水来临时,水库枢纽的某些正常工作可以暂时破坏,次要建筑物允许损毁,但主要建筑物必须确保安全。

5.设计洪水主要包括设计洪峰流量、设计洪量、设计洪水过程线

6.推求设计洪水的方法:1.历史最大洪水加成法2.频率计算法3.水文气象法:从物理成因入手,根据水文气象要素推求一个特定流域在现代气候条件下,可能发生的最大洪水作为设计洪水。

7.资料审查:可靠性、一致性(天然河流,同一流域,无重大水利设施)、代表性(样本系列越长,代表性越好)

8.样本选取:年最大值法选样:即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。

9.特大洪水:当洪峰流量比调查期内的平均洪量二倍还大时,可以考虑作为特大洪水处理。

10.独立样本法和统一样本法 11.随着历时的增长,均值 在增大,Cv和Cs一般在减小;从上游到下游,均值增大,模数减少;一般洪水径流深应小于相应天数的暴雨深,而洪水的Cv 值大于相应暴雨量的Cv。12.设计洪水过程线的推求: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)

2.同频率放大、同倍比放大

3.分期设计洪水的计算方法:(1)选样(2)特大洪水处理;经验频率计算;参数估计;配线;(3)分期设计洪水过程线:施工初期围堰—— 设计洪峰流量,大坝合龙—— 设计洪峰和洪量调洪—设计洪水过程线,4. 与全年最大洪水的峰量频率曲线对比14. 入库洪水的组成:(1)水库回水末端干支流河道断面的洪水;(2)上述干支流河道断面以下到水库周围的区间陆地所产生的洪水;(3)水库库面的降水量。

15. 入库洪水与坝址洪水的差异:(1)库区产流条件改变,使入库洪水的洪量增大;

(2)流域汇流时间缩短,入库洪峰流量出现时间提前,涨水段的洪量增大。

形成水循环的内因:是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的特性。

导致水循环的外因:是太阳辐射和重力作用,为水循环提供了水的物理状态变化和运动的能量

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