《工程水文學(xué)總復(fù)習(xí)》課件

《工程水文學(xué)總復(fù)習(xí)》回顧工程水文學(xué)的核心概念和基礎(chǔ)理論,為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次總復(fù)習(xí)將涵蓋水循環(huán)過(guò)程、水文分析、水資源利用等關(guān)鍵內(nèi)容。緒論工程水文學(xué)是研究地表水和地下水在定量和時(shí)間分布特征以及其與自然和人工工程的相互關(guān)系的一門科學(xué)。本章將深入探討水文學(xué)的定義、研究?jī)?nèi)容、資料獲取方法以及數(shù)據(jù)分析技術(shù)。為后續(xù)章節(jié)提供基礎(chǔ)知識(shí)。1.1水文學(xué)的定義觀測(cè)與分析水文學(xué)是研究地球水循環(huán)及其在時(shí)間和空間上的分布規(guī)律的科學(xué)。水資源管理通過(guò)對(duì)水文過(guò)程的認(rèn)識(shí)和分析,為水資源的開發(fā)利用和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。工程設(shè)計(jì)水文學(xué)為水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行提供必要的水文數(shù)據(jù)和分析成果。水文學(xué)的研究?jī)?nèi)容水循環(huán)過(guò)程研究水在大氣、地表和地下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,包括降水、徑流和蒸發(fā)等。水資源評(píng)估分析和評(píng)價(jià)可利用的水資源量及其時(shí)空分布特征,為水資源管理提供依據(jù)。水災(zāi)害預(yù)防研究洪水、干旱等極端水文事件的發(fā)生機(jī)理,為防洪減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。水環(huán)境保護(hù)研究水污染過(guò)程及其對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響,為水環(huán)境治理和保護(hù)提供理論支撐。水文資料的獲取1氣象觀測(cè)溫度、降水、風(fēng)速等基礎(chǔ)氣象要素的測(cè)量2水文觀測(cè)水位、流量、水質(zhì)等水文數(shù)據(jù)的采集3遙感技術(shù)衛(wèi)星和無(wú)人機(jī)等提供的更廣泛的空間數(shù)據(jù)水文資料的獲取是水文學(xué)研究的基礎(chǔ),涉及對(duì)氣象、水文等各種數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性采集和統(tǒng)計(jì)。除了傳統(tǒng)的觀測(cè)設(shè)備,現(xiàn)代遙感技術(shù)也為水文資料的獲取提供了新的手段,可以更全面地掌握一個(gè)流域的水文情況。水文數(shù)據(jù)分析50+常用常用50多種水文統(tǒng)計(jì)分析方法100K+監(jiān)測(cè)點(diǎn)全國(guó)擁有10萬(wàn)多個(gè)水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)$1M投入每年數(shù)據(jù)收集、分析和報(bào)告編制等投入超過(guò)1百萬(wàn)美元水文數(shù)據(jù)分析是水文學(xué)研究的核心環(huán)節(jié)。利用各種統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)收集的大量水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析加工,可以得到有關(guān)水文要素時(shí)空分布規(guī)律及其變化趨勢(shì)的定量描述,為水資源規(guī)劃、利用和管理提供決策依據(jù)。水文氣象學(xué)水文氣象學(xué)研究大氣中水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程、降水形成機(jī)理和環(huán)境要素對(duì)水循環(huán)的影響,為水文分析奠定基礎(chǔ)。包括降水測(cè)量、蒸發(fā)測(cè)量等內(nèi)容。大氣中的水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程蒸發(fā)地表水和土壤中的水分在陽(yáng)光和風(fēng)的作用下蒸發(fā)進(jìn)入大氣。水汽向上運(yùn)移蒸發(fā)進(jìn)入大氣的水汽在熱對(duì)流和風(fēng)的作用下向上運(yùn)移。水汽凝結(jié)當(dāng)水汽遇到低溫區(qū)域時(shí)會(huì)凝結(jié)成云霧或降水。降水凝結(jié)的水汽最終以雨、雪、冰等形式從天空降落到地表。降水的形成機(jī)理對(duì)流性降水由于地表加熱導(dǎo)致空氣上升和水汽凝結(jié)而形成的降水,常見(jiàn)于夏季暴雨。鋒面性降水由于冷暖氣流交匯導(dǎo)致空氣上升而形成的降水,常見(jiàn)于春秋季節(jié)。地形性降水由于地形強(qiáng)迫導(dǎo)致空氣上升而形成的降水,常見(jiàn)于山區(qū)和丘陵地帶。氣旋性降水由于氣旋環(huán)流導(dǎo)致空氣上升而形成的降水,常見(jiàn)于熱帶氣旋和溫帶氣旋。降水量的測(cè)量降水量的測(cè)量是水文研究的基礎(chǔ),通過(guò)設(shè)置雨量計(jì)等儀器可以準(zhǔn)確記錄降水量的時(shí)間分布和空間分布。常見(jiàn)的測(cè)量方法包括斗式雨量計(jì)、浮標(biāo)式雨量計(jì)和電子雨量計(jì)等,每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。精準(zhǔn)測(cè)量降水量是決定水資源規(guī)劃和管理的關(guān)鍵。斗式雨量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,讀數(shù)直觀,但受風(fēng)速影響較大。浮標(biāo)式雨量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,隔風(fēng)性能較好,但需定期校準(zhǔn)。電子雨量計(jì)測(cè)量精度高,可遠(yuǎn)程監(jiān)控,但成本較高。蒸發(fā)量的測(cè)量與估算蒸發(fā)是一種重要的水文過(guò)程,它描述了地表水和土壤水向大氣中轉(zhuǎn)移的過(guò)程。準(zhǔn)確測(cè)量和估算蒸發(fā)量對(duì)于水文分析和資源評(píng)估非常關(guān)鍵。常用的蒸發(fā)量測(cè)量方法包括水面蒸發(fā)皿、土壤蒸發(fā)皿以及根據(jù)氣象數(shù)據(jù)估算的Penman公式。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn),需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。地表水文了解地表徑流的形成過(guò)程、測(cè)量方法以及對(duì)水資源的評(píng)估是工程水文學(xué)的重要內(nèi)容。地表徑流的形成過(guò)程1降水形成水汽在大氣中的循環(huán)過(guò)程中凝結(jié)成雨滴或雪花,最終落到地表。2地表流失一部分降水直接流失到河道,另一部分滲入地下補(bǔ)充地下水。3匯流過(guò)程地表的水流按地勢(shì)收集到河流,形成了復(fù)雜的河網(wǎng)系統(tǒng)。河川徑流的測(cè)量40測(cè)站數(shù)中國(guó)擁有40余萬(wàn)個(gè)水文測(cè)站，監(jiān)測(cè)河流徑流情況。10K測(cè)量項(xiàng)目包括水位、流速、流量等10,000多處實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。$50M年投入中國(guó)政府每年投入5000萬(wàn)美元用于河流徑流測(cè)量。匯流過(guò)程與洪水計(jì)算1雨-徑流過(guò)程分析降雨如何轉(zhuǎn)化為地表徑流2匯流模擬應(yīng)用數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)徑流的集中和傳播3洪水演算根據(jù)匯流過(guò)程計(jì)算洪峰流量和洪峰時(shí)間通過(guò)雨-徑流分析和匯流模擬,可以計(jì)算出洪水在河道中的傳播過(guò)程。這為工程設(shè)計(jì)提供了洪峰流量和洪水持續(xù)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù),有助于防洪工程的規(guī)劃和建設(shè)。地表水資源的評(píng)估流量測(cè)量與分析通過(guò)對(duì)河流流量的精確測(cè)量和長(zhǎng)期觀測(cè),可以評(píng)估地區(qū)的地表水資源總量和徑流特征。水庫(kù)蓄水能力評(píng)估水庫(kù)的蓄水容量和調(diào)蓄能力,有助于合理利用地表水資源,滿足農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水需求。洪水風(fēng)險(xiǎn)分析針對(duì)不同地區(qū)的歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行頻率分析,可以預(yù)測(cè)未來(lái)洪水風(fēng)險(xiǎn),為防洪規(guī)劃提供依據(jù)。第四章地下水文地下水是一種寶貴的水資源,對(duì)人類生活和生態(tài)環(huán)境都有著重要影響。本章將深入探討地下水循環(huán)過(guò)程、儲(chǔ)量估算以及污染防治等相關(guān)知識(shí)。地下水位的測(cè)量地下水位是衡量地下水資源的重要指標(biāo)。精準(zhǔn)測(cè)量地下水位是水文分析的基礎(chǔ)。常用方法包括水位計(jì)、電纜式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)等，能夠?qū)崟r(shí)記錄地下水位變化。合理布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、定期觀測(cè)并分析數(shù)據(jù),可以全面掌握地區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流和排泄情況。測(cè)量方法適用場(chǎng)景優(yōu)缺點(diǎn)水位計(jì)河流、湖泊等地表水體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù),但受水體環(huán)境影響電纜式水位計(jì)地下水觀測(cè)井測(cè)量范圍廣、精度高,但需專業(yè)設(shè)備安裝壓力式水位計(jì)地下水、井水安裝方便、成本低,但易受水質(zhì)影響地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄1補(bǔ)給過(guò)程地下水通過(guò)滲透、入滲等過(guò)程從地表水體、降水等補(bǔ)給來(lái)源獲得補(bǔ)充。2徑流特性地下水在含水層內(nèi)緩慢流動(dòng),流向低洼區(qū)或河流,形成地下徑流。3排泄機(jī)制地下水通過(guò)泉水、人工開采、蒸發(fā)等方式從系統(tǒng)內(nèi)排出,維持水量動(dòng)態(tài)平衡。4影響因素地形、地質(zhì)、氣候等自然條件以及人類活動(dòng)會(huì)影響地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄。地下水資源的評(píng)估地下水位測(cè)量通過(guò)測(cè)量地下水位變化,了解地下水資源的動(dòng)態(tài)變化和分布情況。含水層分析評(píng)估含水層的賦存條件、補(bǔ)給排泄情況,確定地下水的儲(chǔ)量和開采潛力。補(bǔ)給條件分析地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源,評(píng)估補(bǔ)給量和補(bǔ)給條件,以確定可持續(xù)利用的地下水資源。地下水污染及防治污染來(lái)源廣泛工業(yè)廢水、農(nóng)藥化肥、垃圾滲濾液等多種人為活動(dòng)都可能導(dǎo)致地下水污染。污染恢復(fù)困難一旦地下水污染發(fā)生,難以快速清除,需要長(zhǎng)期的治理和修復(fù)工作。預(yù)防為先加強(qiáng)地下水源地的保護(hù)管理,預(yù)防污染發(fā)生是最有效的防治措施。綜合治理需要采取源頭控制、過(guò)程管控和末端治理等多種措施,才能有效防治地下水污染。特殊水體了解特殊水體的獨(dú)特水文特性,對(duì)于工程建設(shè)和資源利用至關(guān)重要。我們將深入探討湖泊、冰川和沙漠等不同類型的特殊水體。湖泊水文特性湖泊形態(tài)多樣湖泊的形狀和大小各不相同,從小型平原湖到大型高原湖,呈現(xiàn)出豐富的地理景觀。水位波動(dòng)規(guī)律湖泊的水位會(huì)隨降雨、蒸發(fā)、地下水補(bǔ)給等因素而發(fā)生周期性變化,呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性模式。水質(zhì)特征復(fù)雜不同湖泊的水質(zhì)因地理位置、人為活動(dòng)等因素而存在明顯差異,湖泊水質(zhì)也會(huì)隨季節(jié)變化。冰川水文冰川的形成冰川水文研究積雪在高山地區(qū)的積累和融化過(guò)程。積雪在寒冷的氣候條件下逐漸壓實(shí)并形成冰川。冰川會(huì)不斷積累和前進(jìn),也會(huì)發(fā)生融化和后退。冰川徑流的特點(diǎn)冰川融水是河流的重要補(bǔ)給來(lái)源,具有明顯的季節(jié)性變化特點(diǎn)。春季和夏季冰雪融化時(shí),徑流量會(huì)顯著增加,而冬季則徑流較小。這種季節(jié)性變化影響了下游地區(qū)的用水供給。泥石流水文1形成機(jī)理泥石流是由大量水、泥沙和巖石組成的急流,通常發(fā)生在山區(qū)狹窄的溝谷中。極端降雨和冰川融水是它們形成的主要原因。2流動(dòng)特性泥石流呈現(xiàn)流速快、沖刷力強(qiáng)的特點(diǎn),能摧毀沿線一切障礙物。它們的流動(dòng)軌跡難以預(yù)測(cè),給防災(zāi)工作帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。3監(jiān)測(cè)預(yù)警通過(guò)雨量、地質(zhì)條件和歷史資料分析,可以識(shí)別泥石流高發(fā)區(qū)域,并建立早期預(yù)警系