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1、水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所注册土木工程师培训课程注册土木工程师培训课程主讲教师:梁国华梁国华（0411-84708962）Email:第7章 工程水文学基础3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所第7章 工程水文学基础7.1 7.1 绪论绪论7.2 7.2 水文循环与径流形成水文循环与径流形成7.3 7.3 水文测验与水文资料收集水文测验与水文资料收集7.4 7.4 流域产汇流计算流域产汇流计算7.5 7.5 水文统计的基本知识及方法水文统计的基本知识及方法7.6 7.6 设计洪水与设计年径流设计洪水与设计年径流3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.

2、1 绪 论u水文学水文学（Hydrology)Hydrology)研究地球上各种水体的一门科学研究地球上各种水体的一门科学 它研究各种水体的存在、循环和分布，探讨水体的物理和化学特性以及它们对环境的作用，包括它们对生物的关系。水水体体：以一定形态存在于自然界中的水的总体，如大气中的水汽，地面上的江河、湖泊、沼泽、海洋和地面下的地下水。海洋海洋冰山冰山积云积云湖泊湖泊水库水库冰川冰川河流河流3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所水体数量与分布水体数量与分布7.1 绪 论3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所u工工程程水水文文学学（Engineering Engin

3、eering HydrologyHydrology）应用于实际工程的水文学称为工程水文学。它研究与工程的规划、设计、施工以及运营管理有关的水文问题，主要内容为水文计算和水文预报。u水资源水资源（Water ResourcesWater Resources）地球表层可供人类利用的水称为水资源。水资源包括水量、水质、水能资源和水域。7.1 绪 论3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2 水文循环与径流形成 （1 1）自然界的水循环自然界的水循环 地球上的各种水体因蒸发成为水汽，经输送、上升、冷却、凝结，并在适当的条件下，再降落到地面，这种往复的循环过程，称为水水（文）循环（文）

4、循环 水循环的主要环节主要环节：蒸发蒸发、降水降水、下渗下渗、径流径流3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 （2）大循环：）大循环：从海洋蒸从海洋蒸发的水汽，被气流输送到发的水汽，被气流输送到大陆而成降水。其中一部大陆而成降水。其中一部分以径流的形式从河流汇分以径流的形式从河流汇归海洋；另一部分重新蒸归海洋；另一部分重新蒸发返回大气。这种海陆间发返回大气。这种海陆间的水分交换过程称为的水分交换过程称为大循大循环或外循环环或外循环7.2 水文循环与径流形成3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 （3）小循环：）小循环：海洋上海洋上蒸发的水汽在海洋上蒸发的水汽在海

5、洋上空凝结后，以降水的空凝结后，以降水的形式落到海洋里，或形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝陆地上的水经蒸发凝结又降落到陆地上，结又降落到陆地上，这种局部的水文循环这种局部的水文循环称为称为小循环或内循环小循环或内循环7.2 水文循环与径流形成3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2 水文循环与径流形成 （4 4）自然界的水循环自然界的水循环u水循环是自然界最重要、水循环是自然界最重要、最活跃的物质循环之一最活跃的物质循环之一u水循环使得人类生产和生水循环使得人类生产和生活不可或缺的水资源具有活不可或缺的水资源具有可再生性可再生性u水循环的途径及循环的强水循环的途径及循环

6、的强弱，决定了水资源的地区弱，决定了水资源的地区分布及时程变化分布及时程变化3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.1水量平衡原理水量平衡原理 在在水水循循环环过过程程中中，对对于于任任一一区区域域，任任一一时时段段，进进入入的的水水量量与与输输出出的的水水量量之之差差额额必必等等于于其其蓄蓄水水量量的的变变量量，这这称为称为水量平衡原理水量平衡原理。7.2 水文循环与径流形成PERD DS 水水量量平平衡衡法法是是分分析析研研究究水水文文现现象象，建建立立水水文文要要素素之之间间定定性或定量关系，了解其时空变化规律等主要方法之一。性或定量关系，了解其时空变化规律等主要方

7、法之一。SOID=-水量平衡原理水量平衡原理是水文学的基本原理之一是水文学的基本原理之一SEPD=-R-即：即：3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.2河流和流域河流和流域u河流横断面：垂直河流横断面：垂直于水流方向的断面于水流方向的断面称为河流横断面。称为河流横断面。河流横断面是河道河流横断面是河道水位、流量测验计水位、流量测验计算的重要依据算的重要依据。7.2 水文循环与径流形成3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.2河流和流域河流和流域u河流纵断面河流纵断面中泓线中泓线:河流中沿水流方河流中沿水流方向各横断面最大水深点向各横断面最大水深点的

8、连线的连线沿河流中泓线的剖面，沿河流中泓线的剖面，称为称为河流纵断面河流纵断面u纵断面图可用来表示河流的纵断面图可用来表示河流的比降比降和和落差落差的沿程分布。它的沿程分布。它是推算水流特性和估计水能是推算水流特性和估计水能蕴藏量的主要依据。蕴藏量的主要依据。7.2 水文循环与径流形成Lh0h1河段纵断面示意图河底落差 河段两端的河底高程差河道纵比降 落差与河床的比值3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所u闭合流域：闭合流域：地面分水线闭合且地面分水线闭合且与地下分水线重合的流域与地下分水线重合的流域u流域：降落到地表上的水，被高流域：降落到地表上的水，被高地、山岭分隔而汇集到

9、不同的河流地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，这些汇集水流的区域，称为中，这些汇集水流的区域，称为河河流某断面的集水区域流某断面的集水区域u分水线：分水线：流域的周界流域的周界u流域与水系的关系：流域与水系的关系：流域各条河流构成脉络相通的系统称为流域各条河流构成脉络相通的系统称为水系，河系或河网水系，河系或河网7.2 水文循环与径流形成3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.3降水及其观测降水及其观测 u降水降水p液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液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。其形态：雨、雪、雹、霜等态水或固态水的现象。

10、其形态：雨、雪、雹、霜等u降水的观测降水的观测p观测仪器有雨量器和自记雨量计观测仪器有雨量器和自记雨量计p器测法器测法的的分辨率为分辨率为0.1mm0.1mmp日降雨量：当日日降雨量：当日8 8时至次日时至次日8 8时降水量时降水量7.2 水文循环与径流形成3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.4土壤水、下渗与地下水土壤水、下渗与地下水u土壤水：土壤水：储存于包气带中的水。包括土壤孔隙中、以及被储存于包气带中的水。包括土壤孔隙中、以及被土壤颗粒所吸附的水分，具有三种状态：液态、固态和汽土壤颗粒所吸附的水分，具有三种状态：液态、固态和汽态态u土土壤壤水水的的动动态态变变化

11、化与与降降水水、蒸蒸散发、地下水和径流散发、地下水和径流关系密切关系密切PEu地地下下水水：水水文文学学中中把把地地下下水水潜潜水水面以下饱和带中的水称作面以下饱和带中的水称作地下水地下水7.2 水文循环与径流形成3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.4土壤水、下渗与地下水土壤水、下渗与地下水u下渗下渗指降落到流域表面的降水,由地表进入地下的过程。图7.2.9 下渗曲线和下渗累积曲线u下下渗渗容容量量(能能力力)曲曲线线是是指指干干燥燥的的土土壤壤在在充充分分供供水水水水条条件件下下的下渗过程线的下渗过程线7.2 水文循环与径流形成3/21/2024水资源与防洪研究所水

12、资源与防洪研究所7.2.5蒸发蒸发u水由液态或固态转化气态的过程称为水由液态或固态转化气态的过程称为蒸发。蒸发量蒸发。蒸发量用蒸用蒸发面上蒸发的发面上蒸发的水层深度水层深度来表示来表示，记为记为E E，以，以mmmm计计7.2 水文循环与径流形成u蒸发分类蒸发分类p水面蒸发水面蒸发p陆面蒸发陆面蒸发土壤蒸发土壤蒸发植物蒸散发植物蒸散发u蒸发能力：在充分供水条件下，某一蒸发面的蒸发量。蒸发能力：在充分供水条件下，某一蒸发面的蒸发量。蒸发面上的蒸发量只能小于或等于蒸发能力蒸发面上的蒸发量只能小于或等于蒸发能力3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.6径流径流u径流径流:指降落

13、到流域表面上的雨水，由地面与地下汇入河指降落到流域表面上的雨水，由地面与地下汇入河川，最终流出流域出口断面的水流川，最终流出流域出口断面的水流7.2 水文循环与径流形成u径流产生过程径流产生过程p降雨过程降雨过程扣除损失扣除损失净雨过程净雨过程流域汇流流域汇流流量过程流量过程u径流产生的两个阶段径流产生的两个阶段产流过程：降雨转化为净雨的过程产流过程：降雨转化为净雨的过程汇流过程：净雨转化为河川流量的过程汇流过程：净雨转化为河川流量的过程u影响径流的因素：气象、下垫面及人类活动影响径流的因素：气象、下垫面及人类活动蒸蒸 发发降降 水水植物截留植物截留填洼及地面蓄水填洼及地面蓄水土壤蓄水土壤蓄水

14、地下水蓄水地下水蓄水坡面经流坡面经流河河 网网 蓄蓄 水水深层地下水深层地下水地下径流地下径流流域流域出流出流河川径流形成过程河川径流形成过程河川径流形成过程河川径流形成过程表层径流或壤中流表层径流或壤中流3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.6径流的表示方法和度量单位径流的表示方法和度量单位u径流表示方法径流表示方法:流量流量、径流量径流量、径流深径流深和和径流系数径流系数7.2 水文循环与径流形成（1）流量流量Q：指单位时间通过河流某一断面的水量。常用单：指单位时间通过河流某一断面的水量。常用单位为位为m3/s。流量随时间的变化过程，用流量过程线来表示。流量随时间的

15、变化过程，用流量过程线来表示 Q(m3/s)tW 流量过程线流量过程线（2）径流总量径流总量W：指时段：指时段T内通过河流某一断面的水量。内通过河流某一断面的水量。常用单位为常用单位为m3,亿亿m33/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.2.6径流的表示方法和度量单位径流的表示方法和度量单位u径流表示方法径流表示方法:流量流量、径流量径流量、径流深径流深和和径流系数径流系数7.2 水文循环与径流形成（3）径流深径流深R:将径流量平铺在整个流域面积上所求得的水层将径流量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以深度，以mm为单位。为单位。Q(m3/s)tW 流量过程线流量过程线（

16、4）径流系数径流系数a：指某时段内的：指某时段内的径流深径流深R与形成该时段径流量的与形成该时段径流量的相应降雨量相应降雨量P之比值之比值3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.3.1水文测站水文测站 （1 1）水文资料）水文资料:水位、流量、降水量、泥沙、蒸发量水位、流量、降水量、泥沙、蒸发量、下、下渗量、水温、冰情、水化学、地下水等渗量、水温、冰情、水化学、地下水等（2 2）水文测验）水文测验:对各项水文要素的观测对各项水文要素的观测。水文资料是各种。水文资料是各种水文分析工作的基础。水文资料的主要来源是水文测站水文分析工作的基础。水文资料的主要来源是水文测站对各项水文要

17、素的长期观测对各项水文要素的长期观测（3 3）水文测站：）水文测站：是是收集整理水文资料的基本场所收集整理水文资料的基本场所。它是。它是组织进行水文观测的基层单位。组织进行水文观测的基层单位。7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所（4 4）测站分类测站分类u按观测项目分类按观测项目分类l水位站水位站l流量站流量站(也称水文站也称水文站)l雨量站雨量站l蒸发站蒸发站u根据测站的性质分类根据测站的性质分类l基本站基本站：是水文主管部门为全国各地的水文情况而设立的：是水文主管部门为全国各地的水文情况而设立的,是为国是为国民经济各方面的需要服务的民经济各方

18、面的需要服务的l专用站专用站：是为某种专门目的或用途由各部门自行设立的：是为某种专门目的或用途由各部门自行设立的l基本站与专用站的关系：基本站与专用站的关系：专用站在面上辅助基本站，而基本站在专用站在面上辅助基本站，而基本站在时间系列上辅助了专用站时间系列上辅助了专用站7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所（5 5）水文站网）水文站网:水文测站在地理水文测站在地理上的分布网上的分布网7.3 水文测验与水文资料收集 水水文文站站网网的的作作用用:单单个个水水文文测测站站观观测测到到的的水水文文资资料料，只只能能代代表表站站址址处处的的水水文文情情况况

19、。在在流流域域内内的的一一些些适适当当地地点点设设站站观观测测，对对所所得得水水文文资资料料进进行行整整理理分分析析，就就可可以以内内插插出出流流域域内内任任何何地地点点的的水水文文要素的特征值要素的特征值3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所（6 6）测站的布设测站的布设u测站的布设内容测站的布设内容l测验河段的选择测验河段的选择l布设观测断面布设观测断面u断面布设原则断面布设原则l测站观测的水位与流量之间存在着良好的稳定关系，测站观测的水位与流量之间存在着良好的稳定关系，从而可根据观测的水位较容易推求流量，减轻测验从而可根据观测的水位较容易推求流量，减轻测验工作工作l应尽量

20、选择河道顺直、稳定、水流集中，便于布设应尽量选择河道顺直、稳定、水流集中，便于布设测验设施的河段测验设施的河段7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所BuL/2L/2水准点水准点水文站测验河段基本断面布设示意图水文站测验河段基本断面布设示意图：基本水尺断面基本水尺断面/流速仪测流断面流速仪测流断面/浮标测流中断面浮标测流中断面：浮标上下测流断面：浮标上下测流断面(L5080u)：比降上下断面：比降上下断面：投放浮标断面：投放浮标断面起桩点起桩点 300基基线线3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.3.2水位观测水位观测 （1 1）

21、水位：）水位：指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以面的高程，以 m m 计计。（2 2）水位观测基面：水位与高程数值一样，要有一个基）水位观测基面：水位与高程数值一样，要有一个基面作为起点。目前全国统一采用面作为起点。目前全国统一采用青岛黄海基面。青岛黄海基面。由于历由于历史原因我国曾沿用过史原因我国曾沿用过大连、大沽、黄海、废黄河口、吴大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江淞、珠江等基面，等基面，使用水位资料时一定要查清其基面。使用水位资料时一定要查清其基面。（3 3）水位观测的常用设备有：水位观测的常用设备有：水尺和自记水位计两类。水尺和

22、自记水位计两类。（4 4）水位观测的精度为）水位观测的精度为0.01m0.01m7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.3.2水位观测水位观测 （5 5）水位资料的整编：）水位资料的整编：包括日平均水位、月平均水位、包括日平均水位、月平均水位、年平均水位的计算年平均水位的计算（6 6）整编方法：）整编方法：算术平均法计算算术平均法计算和和面积包围法面积包围法（7 7）刊布的水文年鉴）刊布的水文年鉴7.3 水文测验与水文资料收集Z0Z1Z2ZiZn-1Znt1t2t3titn-1tnZ(m)t3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所（

23、b,h）bhAVQ=式中式中,Q流量流量,m3/s;断面平均流速断面平均流速,m/s;A过水断面面积过水断面面积,m2.V7.3 水文测验与水文资料收集7.3.3流量测验流量测验 （1）流量：）流量：单位时间内通过河流某断面的水量单位时间内通过河流某断面的水量(m3/s)（2 2）流量主要测量方法）流量主要测量方法l流速仪测流流速仪测流l l浮标法浮标法浮标法浮标法3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所（2）流速仪法测流原理）流速仪法测流原理u通过全断面的流量通过全断面的流量Q 为：为：式式中中：A过过水水断断面面面面积积，dA则则单单元元面面积积，m2；v垂垂直直于于dA的的

24、流流速速，m/s；B水面宽度，水面宽度，m；H水深，水深，m。（b,h）bhdbdhhbfdAvQHBA=),(0007.3 水文测验与水文资料收集（3 3）测验步骤）测验步骤u过水断面划分为若干部分，测算出各部分断面的面积过水断面划分为若干部分，测算出各部分断面的面积u用流速仪施测流速并计算出各部分面积上的平均流速用流速仪施测流速并计算出各部分面积上的平均流速u两者的乘积，称为部分流量，各部分流量的和为全断面的流量。两者的乘积，称为部分流量，各部分流量的和为全断面的流量。=niiiAVQ13/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.3.5 7.3.5 水文调查水文调查（1 1）

25、洪水调查：）洪水调查：大洪水造成河道决口、水库溃坝等灾害性大洪水造成河道决口、水库溃坝等灾害性洪水调查，调查工作洪水痕迹、洪水发生的时间、灾情洪水调查，调查工作洪水痕迹、洪水发生的时间、灾情测量、洪水痕迹的高程测量、洪水痕迹的高程（2 2）枯水调查：）枯水调查：为了正确拟定设计最低通航水位，取得枯为了正确拟定设计最低通航水位，取得枯水资料具有重要意义，枯水调查的主要目的是取得历史水资料具有重要意义，枯水调查的主要目的是取得历史上曾发生的最枯水位。一般根据当地较大旱灾的旱情，上曾发生的最枯水位。一般根据当地较大旱灾的旱情，下雨天数，河水是否干涸断流，水深情况等来分析估算下雨天数，河水是否干涸断流

26、，水深情况等来分析估算当时的最小流量、最低水位及发生时间当时的最小流量、最低水位及发生时间7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所（3）水文遥感）水文遥感u流域调查：流域面积、河长等流域调查：流域面积、河长等u水资源调查：地表水分布、地下水储量水资源调查：地表水分布、地下水储量u水质调查：污染、藻类繁殖等水质调查：污染、藻类繁殖等u洪涝灾害调查：堤防决口、淹没范围洪涝灾害调查：堤防决口、淹没范围u河口、湖泊、水库的泥沙淤积及河床演变河口、湖泊、水库的泥沙淤积及河床演变u降水量测定及水情预报降水量测定及水情预报7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2

27、024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所问题：问题：水文站测得的原始数据能否直接应用水文站测得的原始数据能否直接应用?水文信息处理（资料整编）：水文信息处理（资料整编）：水文信息的加工、处理过程。水文信息的加工、处理过程。即即各种水文原始信息，按科学的方法和统一的格式各种水文原始信息，按科学的方法和统一的格式整理、分整理、分析、统计析、统计、提炼提炼成为成为系统、完整、有一定精度的水文资料系统、完整、有一定精度的水文资料，供水文水利计算和有关国民经济部门应用。供水文水利计算和有关国民经济部门应用。工作内容：工作内容：收集校核原始数据；收集校核原始数据；编制实编制实测成果表；测成果表；确定关系

28、曲线确定关系曲线，推求逐时、逐日，推求逐时、逐日值；值；编制逐日表及洪水水文要素摘录表；编制逐日表及洪水水文要素摘录表；合理性检查；合理性检查；编制处理（整编）说明书编制处理（整编）说明书降雨降雨水位水位流量流量7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.3.6 7.3.6 水文数据处理成果的刊布水文数据处理成果的刊布 u水文年鉴：水文年鉴：按按全国统一规定全国统一规定对观测的数据进行处理后的资对观测的数据进行处理后的资料，由主管单位分流域、干支流及上下游，料，由主管单位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次每年刊布一次u19861986年起陆续实行计

29、算机存贮、检索年起陆续实行计算机存贮、检索u年鉴中载有：测站分布图，水文站说明表及位置图，各站年鉴中载有：测站分布图，水文站说明表及位置图，各站的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、地下水、降的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、地下水、降水量、蒸发量等资料水量、蒸发量等资料u估算无水文观测数据地区的水文特征值：估算无水文观测数据地区的水文特征值：水文手册和水文水文手册和水文图集图集7.3 水文测验与水文资料收集3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所蒸蒸 发发降降 水水植物截留植物截留填洼及地面蓄水填洼及地面蓄水下渗、土壤蓄水下渗、土壤蓄水地下水蓄水地下水蓄水地面经流地面经

30、流河河 网网 蓄蓄 水水深层地下水深层地下水地下径流地下径流流域流域出流出流河川径流形成过程河川径流形成过程河川径流形成过程河川径流形成过程表层径流或壤中流表层径流或壤中流产流过程产流过程汇流过程汇流过程3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所流域产汇流计算一般需要先对实测暴雨、径流和蒸发等资料做一定流域产汇流计算一般需要先对实测暴雨、径流和蒸发等资料做一定的整理分析，以便在定量上研究它们之间的因果关系和规律的整理分析，以便在定量上研究它们之间的因果关系和规律 产流计算：产流计算：降雨扣除植物截降雨扣除植物截留、填洼、下渗的损失后，剩留、填洼、下渗的损失后，剩余的部分称为净雨，净

31、雨量的余的部分称为净雨，净雨量的计算称为产流计算。计算称为产流计算。净雨在净雨在数量上等于它所形成的径流量数量上等于它所形成的径流量产流方案：产流方案：流域降雨径流之间流域降雨径流之间关系的定量描述关系的定量描述P（t）降雨过程降雨过程PR产流预报方案产流预报方案RQ汇流预报方案汇流预报方案R（t）预报净雨过程预报净雨过程Q（t）预报流量过程预报流量过程产流计算产流计算汇流计算汇流计算汇流计算：汇流计算：由净雨推求流域出由净雨推求流域出口断面流量的过程，称为汇流口断面流量的过程，称为汇流计算计算流域汇流方案：流域汇流方案：流域净雨与所流域净雨与所形成的出口端面流量过程之间形成的出口端面流量过程

32、之间关系的定量描述关系的定量描述3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所方法：算术平均法和垂直平分法方法：算术平均法和垂直平分法7.4.1.17.4.1.1推求流域面雨量的方法推求流域面雨量的方法108126132563（1 1）算术平均法）算术平均法 当流域内雨量站分当流域内雨量站分布较均匀，地形起伏变化不大时，可用布较均匀，地形起伏变化不大时，可用算术平均法求得流域上的平均降水量算术平均法求得流域上的平均降水量7.4 流域产汇流计算（2 2）垂直平分法：）垂直平分法：垂直平分法也称为垂直平分法也称为泰森多边形法。每个多边形内有一个雨泰森多边形法。每个多边形内有一个雨量站，以每

33、个多边形内雨量站的雨量代量站，以每个多边形内雨量站的雨量代表该多边形面积上的降雨量，最后按面表该多边形面积上的降雨量，最后按面积加权推求流域平均降雨量。积加权推求流域平均降雨量。3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 垂直平分法划分雨量站控制面积垂直平分法划分雨量站控制面积。f1f2f3f4P1P2P3P4某一流域某一流域有有n n个雨量站个雨量站 P P1 1,P P 2 2,P P n n(1)(1)勾绘勾绘n n-个锐角三个锐角三角形角形(2)(2)绘制三角形各边的绘制三角形各边的垂直平分线垂直平分线(3)量算量算n个雨量站的权个雨量站的权重面积重面积f1,f2,fn7.

34、4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所Qtabct0h本次降雨形成的本次降雨形成的本次降雨形成的本次降雨形成的R Rs s&R Rg g前次降雨形成的前次降雨形成的前次降雨形成的前次降雨形成的R R7.4.1.27.4.1.2次洪径流量的计算次洪径流量的计算（1 1）流域出口断面的实测流量过程线包括）流域出口断面的实测流量过程线包括）流域出口断面的实测流量过程线包括）流域出口断面的实测流量过程线包括:前期一场降雨产生的部分未退完的径流量前期一场降雨产生的部分未退完的径流量 本次降雨形成的径流本次降雨形成的径流7.4 流域产汇流计算流域产汇流计算3/21/202

35、4水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所Qtabct0h7.4.1.27.4.1.2次洪径流量的计算次洪径流量的计算（2 2）流量过程的分割流量过程的分割流量过程的分割流量过程的分割 流量过程线的分割流量过程线的分割采用退水曲线采用退水曲线 退水曲线退水曲线是流域蓄水量的消退过程线是流域蓄水量的消退过程线（3 3）退水曲线推求）退水曲线推求）退水曲线推求）退水曲线推求 地下径流地下径流地下径流地下径流退水慢，退水慢，退水曲线坡度缓，退水曲线坡度缓，各次退水规律基本各次退水规律基本相同相同7.4 流域产汇流计算流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 作出重叠部分的下包

36、线作出重叠部分的下包线 流域标准地下水退水曲线的推求流域标准地下水退水曲线的推求ababcc 取流域多次实测洪水过程线的退水部分曲线取流域多次实测洪水过程线的退水部分曲线aaccbb下包线即为流域标准地下水退水曲线下包线即为流域标准地下水退水曲线下包线即为流域标准地下水退水曲线下包线即为流域标准地下水退水曲线7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.4.2产流计算方法产流计算方法1）降雨径流相关法；）降雨径流相关法；2）蓄满产流；）蓄满产流；3）超渗产流）超渗产流7.4.2.1降雨径流相关法降雨径流相关法降降雨雨径径流流相相关关是是在在成成因因分分析析与与

37、统统计计相相关关相相结结合合的的基基础础上上，用用每每场场降降雨雨过过程程流流域域的的面面平平均均雨雨量量P和和相相应应产产生生的的径径流流量量，以以及及前前期期影影响响雨雨量量Pa(或或流流域域起起始始蓄蓄水水量量W)建建立立起起来来的的一一种种定定量量的的经经验验关关系系。这这种种方方法法简简单单，又又有有一一定定的的精度，所以实际工作中应用较为广泛。精度，所以实际工作中应用较为广泛。7.4 流域产汇流计算PPaR3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所当流域次降雨量当流域次降雨量P P相同时，降雨相同时，降雨开始时的开始时的PaPa越大，损失越小，次越大，损失越小，次洪径流

38、深洪径流深R R越大。越大。7.4 流域产汇流计算 P相相同同时时，Pa愈愈大大，损损失失愈小，则愈小，则R愈大愈大 Pa相相同同时时，P愈愈大大，相相对对于于P损损失失愈愈小小，径径流流系系数数愈愈大大，则则R愈愈大大，因因此此PR线线的的坡坡度度随随P的的增增大而减缓大而减缓 在在关关系系线线的的上上段段表表现现为为一一组平行线组平行线PPa=020406080100mmR450P流域平均降雨量流域平均降雨量R流域总径流量流域总径流量Pa前期影响雨量前期影响雨量3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所7.4.2.2蓄满产流的产流量计算蓄满产流的产流量计算u“蓄蓄满满产产流流”

39、是指包气带土壤含水量达到田间持水量之前不产流，此前的降雨全部被土壤吸收，补充包气带缺水量。包气带土壤含水量达到田间持水量时，蓄满后开始产流，此后的降雨扣除雨期蒸散发后全部形成净雨。u 只只有有在在蓄蓄满满的的地地方方才才产产流流，下下渗渗的的雨雨量量形形成成地地下下径径流流，超渗超渗的雨量成为地面径流的雨量成为地面径流。这种产流模式称为。这种产流模式称为蓄满产流蓄满产流。u 湿湿润润地地区区或或半半湿湿润润地地区区，植被较好，土壤覆盖层的下渗能力较大，当包气带土壤缺水量未满足时，所有的降雨基本上被土壤吸收，不容易超渗产流。7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研

40、究所01流域蓄水容量（面积分配）曲线的概念流域蓄水容量（面积分配）曲线的概念流域蓄水容量（面积分配）曲线的概念流域蓄水容量（面积分配）曲线的概念C Cl流流域域蓄蓄水水容容量量曲曲线线是是表表示示蓄蓄水水容容量量小小于于或或等等于于该该蓄蓄水水容容量的累计面积同全流域面积的比值的对应关系曲线量的累计面积同全流域面积的比值的对应关系曲线Wmm蓄水容量蓄水容量f小于某一蓄水容量小于某一蓄水容量Wm的流域累计面积；的流域累计面积；F全流域面积全流域面积最大的蓄最大的蓄水容量水容量l流流域域的的蓄蓄水水容容量量曲曲线线是是一一条条单增曲线单增曲线lb b为为抛抛物物线线指指数数，反反映映流流域域内内蓄

41、蓄水水容容量量空空间间分分布布不不均均匀匀性性的的参参数数,一一般般 取取 值值 为为0.20.43/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所蓄满产流模型基本公式蓄满产流模型基本公式（产流参数（产流参数Wm、b）7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所下渗曲线示意图7.4 流域产汇流计算 7.4.2.3 超渗产流的产流量计算超渗产流的产流量计算(略）略）3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 7.4.3 7.4.3 流域汇流计算流域汇流计算 方法之一：单位线法方法之一：单位线法 (1)(1)单位线的基本概念单位线的基本概念 单位线：

42、单位线：单位时段内均匀分布的单位净雨量单位时段内均匀分布的单位净雨量(10mm)(10mm)所所形成的流域出口断面流量过程线形成的流域出口断面流量过程线q q t t 单位位线的的净雨深一般取雨深一般取10mm10mm；单位时段长度则依据流；单位时段长度则依据流域性质而定域性质而定,可取可取1 1、2 2、3 3、6 6、1212、2424小时等，一般取流域小时等，一般取流域出口径流过程涨洪历时的出口径流过程涨洪历时的1/21/47.4 流域产汇流计算2526262425253/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所根据单位线定义有：根据单位线定义有：式中，式中，q单位线纵高，单位

43、线纵高，m3s；流域面积，流域面积，km2;t时段，时段，htqih=10mm 01234567891011121314(时段时段)t=3hq(t)7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所问题问题u问题1：若净雨不是一个单位，也就是说时段净雨不正好是10mmu问题2：净雨历时也不是一个时段，而是多个时段净雨那么如何利用单位线进行汇流计算？3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 倍比假定倍比假定 若若单单位位时时段段内内的的净净雨雨不不是是一一个个单单位位,而而是是n倍倍个个单单位位，则则它它所所形形成成的的流流量量过过程程线线总总历历时时与与

44、单单位位线线底底长长相相等等，而而流流量是单位线的量是单位线的n倍倍 nqitqinhh（2 2）单位线使用时的两个基本假定）单位线使用时的两个基本假定:倍比假定倍比假定;迭加假定迭加假定7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所若若净净雨雨不不是是一一个个时时段段,而而是是m个个时时段段，则则它它们们各各自自所所形形成成的的流流量量过过程程线线之之间间互互不不干干扰扰，而而总总流流量量过过程程线线等等于于m个个流流量量过过程程线线相相互互错错开开一一个个时段的迭加时段的迭加h h11hh2 2hh3 3tR1+R2+R3R2R3R1 迭加假定迭加假定迭加假定

45、迭加假定（2 2）单位线使用时的两个基本假定）单位线使用时的两个基本假定:倍比假定倍比假定;迭加假定迭加假定7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 单位位线必必须根据根据实测出流出流过程程线来分来分析析 由于地面径流与地下径流汇流特性不同，应由于地面径流与地下径流汇流特性不同，应分离后分别分析各自的单位线分离后分别分析各自的单位线 地下径流过程比较平缓地下径流过程比较平缓,对洪水主体部分影响对洪水主体部分影响不大，常采用一些更为简化的处理方法，重点分不大，常采用一些更为简化的处理方法，重点分析析地面径流的单位线地面径流的单位线 常用方法为：常用方法为：分析

46、法、试算法和最小二乘法分析法、试算法和最小二乘法（3 3）单位线推求）单位线推求7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所1)1)降雨强度降雨强度 降降雨雨中中心心位位置置在在流流域域中中上上游游形形成成的的洪洪水水，汇汇流流路路径径长长，受受流流域域调调蓄蓄作作用用大大，故故洪洪水水过过程程较较平平缓缓，则则此此类类洪洪水水推推求求到到的的单单位位线线过过程程平平缓缓，峰峰低低且且峰峰现现时时间间偏偏后后，如如同同图图中中 ，反之亦反反之亦反 (4)单位线的主要影响因素2)2)降雨中心位置降雨中心位置 降降雨雨强强度度大大，则则形形成成大大洪洪水水，一一般般

47、流流速速大大，汇汇流流快快，则则单单位位线线尖尖瘦瘦、峰峰高高且且峰峰现现时时间间早早，如如同同图中图中 ，反之亦反，反之亦反7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 一个流域的单位线不是唯一的，可按一个流域的单位线不是唯一的，可按降雨强度，暴雨中心的位置等影响因素降雨强度，暴雨中心的位置等影响因素分别确定，根据情况分别选用不同的单分别确定，根据情况分别选用不同的单位线进行汇流计算位线进行汇流计算7.4 流域产汇流计算3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所u水文现象水文现象 水文现象是自然现象的一种，在其发生和演变过水文现象是自然现象的一种，

48、在其发生和演变过程中，包含着程中，包含着必然性必然性的一面，也包着的一面，也包着偶然性偶然性的一面的一面 必然现象必然现象是在一定条件是在一定条件下，必然出现或不出现下，必然出现或不出现的现象的现象降水降水径流径流偶然现象偶然现象是在一定条件下，是在一定条件下，可能出现也可能不出现的可能出现也可能不出现的现象现象（随机现象）随机现象）河流断面流量河流断面流量 7.5 水文统计的基本知识及方法3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所u水文统计学水文统计学水文统计学：水文统计学：采用数理统计方法来分析研究具有一定采用数理统计方法来分析研究具有一定随机性的水文现象随机性的水文现象统计规

49、律：统计规律：随机现象随机现象所遵循的规律（从大量偶然现象所遵循的规律（从大量偶然现象/随机现象中揭露随机现象中揭露/统计出来的规律）统计出来的规律）概率论：概率论：研究随机现象统计规律的学科研究随机现象统计规律的学科数理统计学：数理统计学：由随机现象的一部分试验资料去研究全由随机现象的一部分试验资料去研究全体现象的数量特征和规律的学科体现象的数量特征和规律的学科基础基础 7.5 水文统计的基本知识及方法3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所u水文统计学研究的任务 研究和分析水文随机研究和分析水文随机现象的统计变化特性，并现象的统计变化特性，并以此为基础对水文现象未以此为基础对

50、水文现象未来可能的长期变化做出在来可能的长期变化做出在概率意义上的概率意义上的定量估计定量估计，以满足工程规划、设计、以满足工程规划、设计、施工及运营期间的需要。施工及运营期间的需要。洪水统计变化规律洪水统计变化规律新设计水库新设计水库,防洪安全防洪安全洪水资料洪水资料可能洪水估计可能洪水估计 7.5 水文统计的基本知识及方法3/21/2024水资源与防洪研究所水资源与防洪研究所 7.5 水文统计的基本知识及方法 7.5.1 水文统计研究的背景水文统计研究的背景 主要有两种方法：主要有两种方法：成因分析法，水文统计法成因分析法，水文统计法p水水文文变变化化过过程程具具有有不不确确定定性性和和随