(完整文檔)水文學(xué)原理

(完整word)水文學(xué)原理(完整word)水文學(xué)原理(完整word)水文學(xué)原理水文學(xué)原理名詞解釋1、水文大循環(huán)和小循環(huán)：水文循環(huán):地球上的水在太陽(yáng)輻射和重力作用下，通過(guò)蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲及徑流等環(huán)節(jié)，進(jìn)行的周而復(fù)始的地理位置和物理形態(tài)的變換的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。水的三態(tài)轉(zhuǎn)化特性是水文循環(huán)的內(nèi)因，太陽(yáng)輻射和重力作用是外因或動(dòng)力。1）水文大循環(huán)是發(fā)生于全球海洋與陸地之間的水分子交換過(guò)程。由海洋上蒸發(fā)的水汽，被汽流帶到大陸上空，遇冷凝結(jié)而形成降水.降水至地面后,一部分蒸發(fā)直接返回空中,其余部分都經(jīng)地面和地下注入海洋。2）水文小循環(huán)是指陸地上的水分經(jīng)蒸發(fā)、凝結(jié)作用又降落到陸地上，或海洋面蒸發(fā)的水汽在空中凝結(jié)后，又以降水形式降落在海洋中。前者可稱為內(nèi)陸小循環(huán)，后者稱海洋小循環(huán)。2、水量平衡：是指任意選擇的區(qū)域（或水體），在任意時(shí)段內(nèi)，其收入的水量與支出的水量之差必等于該時(shí)段區(qū)域（或水體)內(nèi)蓄水的變化量，即水在循環(huán)過(guò)程中,總體上水量是平衡的。3、流域蒸發(fā)能力：是指充分供水條件下的流域日均總蒸發(fā)量。4、田間持水量：土壤中所能保持的分子水和毛管懸著水的最大量5、凋萎系數(shù)：植物無(wú)法從土壤中吸收水而開(kāi)始凋萎枯死時(shí)的土壤含水量6、水系:在河流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，逐漸由小溪、小河集成大河，這樣便構(gòu)成脈胳相通的河流系統(tǒng)。7、流域形狀系數(shù)：是流域分水線的實(shí)際長(zhǎng)度與流域同面積園的周長(zhǎng)之比，R=A/L2R:形狀系數(shù),A：流域面積（km2）；L:流域長(zhǎng)度(km)R值小，流域呈長(zhǎng)形,流域水流變化緩和；反之，則水流變化劇烈.8、徑流模數(shù):指流域出口斷面流量與流域面積的比值。M＝Q/F，m3/s·km29、水質(zhì)：水體質(zhì)量的簡(jiǎn)稱。水分子H2O，化學(xué)成分復(fù)雜，水中有80多種化學(xué)元素. 水中有8大離子：K+、Na+、Ca+、Mg+、Cl—、SO42—、HCO3—、CO32-10、最小值定律：植物生長(zhǎng)取決于外界給它的所需養(yǎng)分中數(shù)量最少的一種.11、輸沙率:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)斷面的泥沙含量.Qs=QP,Qs－懸沙輸沙率(kg/s）；Q－流量（m3/s）；P－斷面平均含沙量（kg/m3）12、流域蓄水容量曲線:如果把全流域按蓄水容量大小劃分成許多小塊，然后把蓄水容量由小到大進(jìn)行排列，并和其相應(yīng)的面積（%)繪在一張圖上，縱坐標(biāo)是蓄水容量Wm’,橫坐標(biāo)是小于或等于蓄水容量Wm的各小塊面積之和F0占全流域面積F的百分?jǐn)?shù)（F0/F）、點(diǎn)繪的Wm’~F0/F關(guān)系曲線，稱流域蓄水容量曲線。13、下滲能力（下滲容量):充分供水條件下的下滲率14、穩(wěn)定下滲率：當(dāng)下滲鋒面推進(jìn)到一定深度后，下滲率趨于穩(wěn)定的常值，此時(shí)下滲率稱為“穩(wěn)定下滲率"。15、下滲容量曲線:是在充分供水條件下,流域下滲能力過(guò)程。16、蓄滿產(chǎn)流（飽和產(chǎn)流）:是指在土壤缺水量未滿足以前不產(chǎn)生徑流，而在土壤缺水量滿足以后則全部產(chǎn)生徑流。蓄滿產(chǎn)流以滿足包氣帶缺水量為產(chǎn)流的控制條件，降雨強(qiáng)度不是這些地區(qū)產(chǎn)流的主要影響因素。17、超滲產(chǎn)流：超滲地面產(chǎn)流機(jī)制是指供水與下滲矛盾發(fā)生于包氣帶上界面（地面）的產(chǎn)流機(jī)制。超滲地面徑流的產(chǎn)生條件：①要有供水，它是一個(gè)必要條件；②要有一個(gè)界面，即地面.它是包氣帶的上界面，也是一個(gè)必要條件;③要降雨強(qiáng)度大于下滲能力，它是產(chǎn)流的充分條件。18、流域最大損失量：流域最大損失量(Im)可以理解為一定入滲深度的最大、最小土壤蓄水量之差，或影響土層的田間持水量和凋萎系數(shù)之差值來(lái)估算。所以在有土壤含水量觀測(cè)資料的地區(qū)，可以根據(jù)入滲鋒面深度(h）與該土層的土壤含水量資料，用下式近似地計(jì)算：Im＝0.1h(田一凋),:土壤容重;h:入滲深度19、等流時(shí)線：流域上各點(diǎn)的凈雨量匯集到出口斷面，其匯流速度有快有慢,匯流時(shí)間也有長(zhǎng)有短。把流域內(nèi)匯流時(shí)間相等的各點(diǎn)連接成的線,稱為等流時(shí)線.20、單位線：?jiǎn)挝痪€是指單位時(shí)段內(nèi)，均勻分布的單位凈雨量在流域出口斷面形成的地面徑流過(guò)程線。21、流域匯流時(shí)間：指落在流域上的降水質(zhì)點(diǎn)匯集到流域出口斷面所經(jīng)歷的時(shí)間。地面水的流域匯流時(shí)間等于地面水坡面匯流時(shí)間與河網(wǎng)匯流時(shí)間之和.22、最大流域匯流時(shí)間：指流域中最長(zhǎng)路徑的水質(zhì)點(diǎn)流到出口斷面的時(shí)間，按下式近似計(jì)算:23、流域滯時(shí)定義是：K=v(Q)—v（I）如果流域各處流速變化不大,則流域滯時(shí)大體相當(dāng)于流域平均匯流時(shí)間,并可按下式估算24、實(shí)體模型：25、數(shù)學(xué)模型：26、流域水文模型： 是以一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬流域降雨—徑流形成過(guò)程或融雪—徑流形成過(guò)程，即定量分析從降水、蒸發(fā)、融雪、截流、下滲、填洼、徑流成分劃分、坡地匯流和河槽匯流到形成流域出口斷面的徑流過(guò)程線的全過(guò)程。簡(jiǎn)答題水資源的定義廣義:地球上一切水體狹義：在一定時(shí)期內(nèi),能被人類直接開(kāi)發(fā)利用的那部分動(dòng)態(tài)水資源動(dòng)態(tài)水資源：廣義指大氣降水（地表、土壤、地下）；狹義指河川徑流靜態(tài)水資源:冰川、內(nèi)陸湖泊、深層地下水2、簡(jiǎn)述土壤蒸發(fā)的各個(gè)階段土壤蒸發(fā)是發(fā)生在土壤孔隙中的水的蒸發(fā)現(xiàn)象。土壤蒸發(fā)三階段：定常蒸發(fā)率階段臨界點(diǎn)田間持水量（土壤中所能保持的分子水和毛管懸著水的最大量)蒸發(fā)率下降階段臨界點(diǎn)凋萎系數(shù)(植物無(wú)法從土壤中吸收水而開(kāi)始凋萎枯死時(shí)的土壤含水量）蒸發(fā)率微弱階段3、簡(jiǎn)述下滲過(guò)程各個(gè)階段①滲潤(rùn)階段。水主要受分子力的作用,吸附在土壤顆粒之上，形成薄膜水。②滲漏階段。下滲的水分在毛細(xì)管引力和重力作用下，在土壤顆粒間移動(dòng)，逐步充填粒間空隙，直到土壤孔隙充滿水分。③滲透階段。土壤孔隙充滿水，達(dá)到飽和時(shí)，水便在重力作用下運(yùn)動(dòng)，稱飽和水流運(yùn)動(dòng).3、簡(jiǎn)述流域?qū)涤甑脑俜峙渥饔昧饔蚴菑搅鞯陌l(fā)生場(chǎng)和分配場(chǎng)。流域?qū)涤昃哂性俜峙涞墓δ?，即流域調(diào)蓄作用：1)徑流成分分配它主要是在水分垂向運(yùn)行中，通過(guò)下墊面而發(fā)生的,將降雨分配成為不同徑流成分。2）徑流的時(shí)程分配它主要是通過(guò)水分側(cè)向運(yùn)行而體現(xiàn)出來(lái)的.4、簡(jiǎn)述水文現(xiàn)象的基本特點(diǎn)（一）時(shí)程變化上的周期性與隨機(jī)性周期性：由于地球的自傳和公轉(zhuǎn)，晝夜、四季、海陸分布，以及一定的大氣環(huán)境、季風(fēng)區(qū)域等，使水文現(xiàn)象在時(shí)程變化上形成一定的周期性。隨機(jī)性：因?yàn)橛绊懰默F(xiàn)象的因素眾多，各因素在時(shí)間上不斷發(fā)生變化,水文現(xiàn)象也處于不斷變化之中，它們?cè)跁r(shí)程上和數(shù)量上的變化，伴隨周期性出現(xiàn)的同時(shí)，也存在不重復(fù)性的特點(diǎn),即隨機(jī)性。（二)地區(qū)上的相似性與特殊性相似性:有些流域所處的地理位置（緯度或離海洋遠(yuǎn)近等）相似，氣候與地理?xiàng)l件相似，因此水文現(xiàn)象在一定程度上有一定的相似性，即具有所謂地帶性.特殊性：不同流域雖所處的地理位置、氣候條件相似，但由于下墊面條件差異,而產(chǎn)生不同的水文變化規(guī)律,如同一氣候帶,山區(qū)河流與平原河流，巖溶區(qū)與非巖溶區(qū),其水文現(xiàn)象就有很大的差別。（三)水循環(huán)永無(wú)止境，既無(wú)開(kāi)始又無(wú)始終5、霍頓傳統(tǒng)產(chǎn)流觀念的意義霍頓觀念：徑流過(guò)程是由兩種徑流成分所組成.一旦降雨強(qiáng)度超過(guò)下滲能力，則在全流域產(chǎn)生地面徑流.地下徑流產(chǎn)生的物理?xiàng)l件：整個(gè)包氣帶土壤含水量達(dá)到田間持水量。6、簡(jiǎn)述流域調(diào)蓄作用在流域匯流過(guò)程中，隨著洪水的漲落所呈現(xiàn)出的流域蓄水量增加與減少的現(xiàn)象稱為流域調(diào)蓄作用。造成流域調(diào)蓄作用的物理原因：①降水并非從一個(gè)地點(diǎn)注入流域。②實(shí)際上由于流域各處水力條件(如糙率、坡度）不同，流域上的流速分布是不均勻的。7、簡(jiǎn)述包氣帶在降雨產(chǎn)流中的作用包氣帶對(duì)降雨的再分配作用“篩子”作用：留在地面+滲入土中P＝I+Rs（P：降雨量;I：下滲水量；Rs：地表徑流量）“門(mén)檻”作用：包氣帶土層對(duì)下滲水量的再分配作用。I=E+（Wf—W0)+RsubI：下滲水量E：蒸散發(fā)量Wf：包氣帶達(dá)到田間持水量時(shí)的土壤含水量W0：包氣帶初始含水量D=Wf-W0(D：包氣帶缺水量)Rsub：從包氣帶中排出的自由重力水8、簡(jiǎn)述水文循環(huán)的主要環(huán)節(jié)及其主要特點(diǎn)水文循環(huán)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：水文循環(huán)無(wú)始無(wú)終，大致沿著海洋(或陸地)→大氣→陸地（或海洋）→海洋(或地面）的路徑，循環(huán)不止,包括許多過(guò)程。一般都要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、降水（包括凝結(jié)過(guò)程)、徑流形成(包括地面和地下徑流以及下滲過(guò)程)和大氣水分輸送四個(gè)重要環(huán)節(jié)。水文循環(huán)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):海洋的蒸發(fā)量多于降水量；大陸降水量多于蒸發(fā)量；大陸外流區(qū)輸入水汽量與輸出水量基本平衡；大陸內(nèi)流區(qū)降水量和蒸發(fā)量基本相等.9、簡(jiǎn)述水體的自凈作用有哪些?稀釋擴(kuò)散：污染物與水混合，其濃度減小的現(xiàn)象。沉降:在重力作用下,污染物顆粒從水中分離并下沉。吸附：水中污染物被固體顆粒吸附，隨同遷移或沉淀。氣體溶解：氣體通過(guò)氣液界面溶解于液體的物理過(guò)程。DO揮發(fā)：氰化物+CO2→HCN水解反應(yīng):有機(jī)物的水解降解反應(yīng)氧化反應(yīng)：有機(jī)物分子中加氧或脫氫的反應(yīng)光轉(zhuǎn)化：水中有機(jī)化合物吸收了波長(zhǎng)大于290um的太陽(yáng)輻射光能而發(fā)生的降解過(guò)程。生物降解：水體中需氧微生物對(duì)天然和合成的有機(jī)物的破壞或礦化作用.10、單位線的基本假定是什么？由于實(shí)際降雨量并不一定是一個(gè)單位的一個(gè)時(shí)段，故分段使用時(shí)要用兩條假定：比定律假定：如果單位時(shí)段的凈雨深不是一個(gè)單位,而是n個(gè)單位，則它所形成的地面徑流過(guò)程線的流量值為單位線流量的n倍,其歷時(shí)仍與單位線的歷時(shí)相同。②疊加法則假定：如果凈雨歷時(shí)不是一個(gè)時(shí)段而是m個(gè)時(shí)段，則各時(shí)段凈雨所形成的徑流過(guò)程線之間互不干擾，出口斷面的流量等于各時(shí)段凈雨量所形成的流量之和。11、計(jì)算區(qū)域面平均雨量常有哪些方法算術(shù)平均法.此法簡(jiǎn)單易行,適合于區(qū)域內(nèi)地形起伏不大,雨量站網(wǎng)稠密且分布較均勻的地區(qū)．垂直平分法（又稱泰森多邊形法），其中f1、f2、f3fn為各多邊形面積此法應(yīng)用比較廣泛，適用于雨量站分布不均勻的地區(qū)。其缺點(diǎn)是把各雨量站所控制的面積在不同的降水過(guò)程中都視作固定不變，這與實(shí)際降水情況不符。3）等雨量線法。其具體方法是先繪制出等雨量線，再用求積儀或其它方法量得各相鄰等雨量線間的面積fi，乘以兩等雨量線間的平均雨深Pi,得出該面積上的降水量，而后將各部分面積上降水總量相加，再除以全面積即得出區(qū)域平均降水量。即：式中,n為等雨量線間面積塊數(shù)；F為區(qū)域面積。此法適用于面積較大，地形變化顯著而有足夠數(shù)量雨量站的地區(qū)。等雨量線法考慮了降水在空間上的分布情況，理論上較充分，計(jì)算精確度較高，并有利于分析流域產(chǎn)流、匯流過(guò)程。缺點(diǎn)是對(duì)雨量站的數(shù)量和代表性有較高的要求，在實(shí)際應(yīng)用上受到一定限制。4)客觀運(yùn)行法先將區(qū)域(或流域）分成若干網(wǎng)格,得出很多格點(diǎn),而后用鄰近各雨量站的雨量資料確定各格點(diǎn)雨量，再求出各格點(diǎn)雨量的算術(shù)平均值，即為流域的平均降雨量。各格點(diǎn)雨量的推求以權(quán)重為1／d2求算12、馬司京根法的基本出發(fā)點(diǎn)馬斯京根法依據(jù)的基本原理為水量平衡方程和槽蓄方程,其形式為：Δt（I-Q)=w2-w1（1）w=k［x·I+（1—x）Q］（2)式中：I-上斷面入流（m3/s）；Q-下斷面出流(m3/s）；Δt-計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)（h）;W—河段的槽蓄量（m3/s.h）;K—槽蓄系數(shù)（h）；X—流量比重因子.13、簡(jiǎn)述新安江模型的特征新安江模型是一個(gè)具有分散參數(shù)的概念性模型.將流域劃分為若干（N個(gè))單元面積，對(duì)每個(gè)單元面積，計(jì)算出到達(dá)流域出口的出流過(guò)程，N個(gè)過(guò)程線性疊加,得流域總出流過(guò)程.寫(xiě)出常用公式1、霍頓（Horton）下滲公式f=fc+（f0—fc)e—βt，fc為穩(wěn)定下滲率；f0為初始下滲率；β為常數(shù)，下滲曲線的遞減參數(shù)?；纛D公式反映了下滲強(qiáng)度隨時(shí)間遞減規(guī)律，并最終趨于穩(wěn)定下滲.2、流域蓄水量計(jì)算公式在某時(shí)段內(nèi)（時(shí)段長(zhǎng)常取1天)，流域包氣帶的水量平衡方程式為：W0,t+1＝W0,t＋Pt－Rt－EtW0,t—t日流域蓄水量（mm)；W0,t+1—t+1日流域蓄水量(mm)；Pt-t日降雨量（mm）；Rt—Pt產(chǎn)生的徑流深（mm)；Et—t日的蒸散發(fā)量（mm）。（1）單層計(jì)算Et：t日的蒸散發(fā)量（計(jì)算值）；Em,t:t日的蒸散發(fā)量（實(shí)測(cè)值)；W0,t：t日的蓄水容量Wm:蓄水容量的平均值(2）雙層計(jì)算雙層計(jì)算的基本假定是將流域包氣帶蓄水容量分成表層容量Wm上和下層容量Wm下兩部分.按下滲規(guī)律，降雨首先補(bǔ)充表層,表層蓄滿后再補(bǔ)充下層.表層蒸散發(fā)E上等于蒸散發(fā)能力Em。表層水分蒸散發(fā)完后，下層水分再行蒸散發(fā)，下層蒸散發(fā)E下按與土壤含水量成正比的規(guī)律消退。P+W0上≥Em時(shí),E上＝Em；P+W0上〈Em時(shí)，E上＝P+W0上,E下＝(Em－E上）×W0下/Wm下。（3）三層計(jì)算假定當(dāng)雙層計(jì)算中的下層蒸散發(fā)算成E下<Em〈K或E下〈Emin時(shí)，則取E下＝K×Em或E下＝Emin。當(dāng)下層容量蒸散發(fā)完畢后，就蒸發(fā)更深層水量，也就是動(dòng)用所謂不可蒸發(fā)水量。此時(shí)蓄水量降到所設(shè)計(jì)的零點(diǎn)以下，W0值就出現(xiàn)負(fù)值.3、通用水量平衡方程式I=O+（W2—W1)=O±W如果時(shí)段入流量以時(shí)段平均入流量(率)Q表示;時(shí)段出流量以平均出流量（率)q表示，則水量平衡方程式亦可寫(xiě)作：Q=q土dW/dt。4、馬司京根法流量演算公式在洪水演算時(shí)，聯(lián)解水量平衡方程式和馬司京干槽蓄曲線方程式得；Q2＝C0I2＋C1I1＋C2Q1式中，對(duì)于一個(gè)河段，只要確定參數(shù)K、x值及選定演算時(shí)段?t后，可以求出C0、C1、C2，就能根據(jù)上站流量過(guò)程I（t）及下站起始流量計(jì)算出下站的流量過(guò)程Q(t）。5、通用土壤流失方程A=R·K·L·S·C·PA:土壤侵蝕量；R：降雨侵蝕力因子；K:土壤可蝕性因子；L：坡長(zhǎng)因子；S：坡度因子;C：耕作經(jīng)營(yíng)管理因子；P：水土保持措施因子論述題論述水文循環(huán)的作用和意義直接影響氣侯的變化①大氣系統(tǒng)能量的傳輸、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化；②對(duì)地表太陽(yáng)輻射能的再分配③影響天氣過(guò)程與氣候特征形成江河、湖、沼等水體及各種地貌形態(tài)（及地殼運(yùn)動(dòng))形成巨大的水資源形成一切水文現(xiàn)象2、論述超滲產(chǎn)流機(jī)制—-RS機(jī)制超滲地面產(chǎn)流機(jī)制是指供水與下滲矛盾發(fā)生于包氣帶上界面(地面)的產(chǎn)流機(jī)制.地面徑流的形成過(guò)程是在降雨、植物截留、填洼、雨期蒸發(fā)及下滲等幾個(gè)過(guò)程組合下的發(fā)展過(guò)程。它們都是在相應(yīng)的作用力下垂向運(yùn)行的發(fā)展過(guò)程.自降雨開(kāi)始至任一時(shí)刻的產(chǎn)流過(guò)程可借助于下列方程來(lái)表達(dá)：Rs(t)=i(t)-f(t）顯然，只有當(dāng)i>f時(shí),才能產(chǎn)生地面徑流。當(dāng)i≦f時(shí)，Rs（t）=0條件：1）要有供水,它是一個(gè)必要條件；2）要有一個(gè)界面，即地面。它是包氣帶的上界面,也是一個(gè)必要條件;3）要降雨強(qiáng)度大于下滲能力，它是產(chǎn)流的充分條件。3、論述飽和產(chǎn)流機(jī)制-—Rsat機(jī)制在表層土壤具有較強(qiáng)透水性情況下的地面產(chǎn)流機(jī)制。這里所謂的較強(qiáng)是相對(duì)的，即指在天然情況下，絕大多數(shù)的暴雨降雨強(qiáng)度都不能滿足表層土壤的下滲能力。因此,在絕大多數(shù)情況下不具備產(chǎn)生超滲地面徑流的條件：即:i<<fA;rs=0當(dāng)i〈〈fA，i>fB的情況出現(xiàn)時(shí)，這時(shí)首先具備了壤中徑流的產(chǎn)生條件,即在A—B界面上產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶，它隨積水的增加，最終將達(dá)到地面.此時(shí)，后繼的降雨所形成的積水將不再是壤中流,而是以地面徑流的形式出現(xiàn)，這種地面徑流稱為飽和地面徑流。飽和地面徑流生成的重要特征:控制地面徑流發(fā)生的并不是上層土層本身的界面及其下滲能力;而是其下相對(duì)不透水層界面和下層下滲能力；以及上層土層本身達(dá)到全層飽和所需的蓄水量。4、論述包氣帶在降雨產(chǎn)流中的作用包氣帶：地下水面以上,土壤含水量未達(dá)飽和,是土壤顆粒、水分和空氣同時(shí)存在的三相系統(tǒng),稱為包氣帶或非飽和帶包氣帶對(duì)降雨的再分配作用：“篩子”作用:留在地面+滲入土中P＝I+Rs(P:降雨量；I:下滲水量；Rs:地表徑流量）“門(mén)檻”作用:包氣帶土層對(duì)下滲水量的再分配作用。I=E+D+Rsub=E+(Wf-W0)+RsubD=Wf—W0I:下滲水量E:蒸散發(fā)量D：包氣帶缺水量Wf：包氣帶達(dá)到田間持水量時(shí)的土壤含水量W0：包氣帶初始含水量Rsub：從包氣帶中排出的自由重力水（subsurfaceflow)5、論述徑流形成過(guò)程（一）降水過(guò)程降水過(guò)程是產(chǎn)流的必要條件。(二）流域蓄滲過(guò)程植物截留、下滲、填洼與蒸散發(fā)，在蓄滲過(guò)程中產(chǎn)生地面徑流、壤中流和地下徑流三種。1.植物截留植物截留一般占降雨5％—10%，減緩了徑流形成強(qiáng)度。2。下滲地表水進(jìn)入地下的過(guò)程，它是壤