水力学教程第二章 水文学一般概念和水文测验.pptx

第二章 水文学的一般概念与水文测验环境工程2.3 闭合流域水量平衡闭合流域水量平衡闭合流域： 流域地面分水线明确，且地面与地下分水线又相互重合，这样就不存在相邻流域间的水量交换，这种流域称为闭闭合流域合流域根据物质守恒：进入闭合流域的水量：h流域平均降水量U1时段开始时流域的蓄水量流出闭合流域的水量：x出口断面径流量（包括地下径流量）流域平均蒸发量U2时段终了时流域的蓄水量水量平衡方程水量平衡方程：hU1x+U2闭合流域水量平衡闭合流域：水量平衡方程：h+U1=x+U2 h=x+U对某一具体年份来说，式中：h代表年降水量；x代表年径流总量； 代表年蒸发总量丰水年份水量充沛，一部分水量补充流域蓄水量，U为正值；而枯水年份，U为负值，表示流域将消耗蓄水量的一部分在径流及蒸发上对于多年平均多年平均情况而言，流域蓄水量之差接近于零，即h0 x0+0式中：h0流域多年平均降水量；x0流域多年平均径流量；0流域多年平均蒸发量闭合流域水量平衡闭合流域：如用h0除方程式h0 x0+0两边，得径流系数径流系数蒸发系数蒸发系数干旱地区的径流系数很小，几乎接近于0,而蒸发系数很大，可接近于1；在水分丰沛地区的径流系数介于0.50.7或稍大2.4 河川径流流量的表示方法径流量的表示方法流量Q： 指指单单位位时间时间内通内通过过流域出口断面的水量，常用流域出口断面的水量，常用单单位位为为m3/s。

流量流量Q随随时间时间t的的变变化化过过程，称程，称为为流量流量过过程程线线Qt 径流量的表示方法径流总量W: 指一指一定定时间时间内通内通过过流域出口断面的流域出口断面的总总水量，水量，单单位位为为m3、万、万m3 、亿亿m3计计算公式算公式为为： t1t2TW时时段段T内的平均流量内的平均流量Qt 日径流日径流总总量、月径流量、月径流总总量、年径流量、年径流总总量通量通过过上式都可以上式都可以获获得 径流量的表示方法径流深x 把径流总量W平铺在流域面积F上所得到的平均水深，称为径流深，单位mm其关系式为：x=W/(1000F) 式中，W的单位为m3，F的单位为km2可计算各种时间尺度(日、月、年)的径流深 径流模数M 指单位流域面积上所产生的流量，单位为m3/(skm2) 即： M=Q/F径流系数 指同一时段内的径流深x与对应时段降雨量h之比值即：=x/h (1)多年平均径流总量 W 1680365246060=530108m3;(2) 多年平均径流深 x= W/F=530108/100054500=972mm(3)多年平均径流模数 M= / F=1680/54500=30.810-3 m3/(s. km2)(4)多年平均径流系数 =x/h=972/1650=0.59径流量的表示方法【例】某水文站流域面积F54500 km2，多年平均降雨量1650 mm，多年平均流量1680 m3s。

根据这些资料可算得：2.5 水文测验水位观测水文测验即在河流的一定地点上按一定要求建立长期观测水文要素的测站，测量并纪录水文要素的变化情况水位海洋、江河、湖泊、水库等自由水面离开固定基准面的距离称为水位水位计算水位必要要有个作为计算标准的基面全国统一规定，以青青岛岛潮站潮站、黄海平均海平面黄海平均海平面作为计算标准的基面观测水位设备：水尺水尺和自自记记水位水位计计水文测验水尺自记水位计水位观测水位观测标准标准 (GB/T50138-2010)水文测验零点高程：零点高程：水尺板上刻度起点与某一基准面的垂直距离水位公式水位公式水位公式水位公式：水位水尺零点高程水尺读数河流的流速与流量的测定计算流程 点流速垂线平均流速部分断面面积&部分断面平均流速部分断面流量过水断面流量过水断面平均流速河流的流速与流量的测定(1)点流速的测定 计算公式：式中：u水流的点速度，ms N测速仪在测速历时t内的总转数 t测速历时，s K、C测速仪常数河流的流速与流量的测定(2)垂线平均速度的计算测测速垂速垂线线 在过水断面上沿河宽选一些代表性强的测速垂线，在每根测速垂线上依水深不同选择一些特征点进行测速 水面宽与平均水深之比100时为宽宽浅河道浅河道，否则为窄深河道窄深河道水面宽m1000最少测速垂线数窄深河道35567888宽浅河道89111313表表2.2 常常测法的最少法的最少测速垂速垂线数目数目河流的流速与流量的测定注：上述流速测点是由水面向河底计算。

如“0.2”水深意味测点深度等于垂线水深的210表2.3 测速垂线上的测点数目和位置水深m垂线上的测点数目和位置悬杆悬吊悬索悬吊1.03.0五点（水面，0.2m、0.6m、0.8m水深，河底）0.61.02.03.0三点（0.2m、0.6m、0.8m水深）或两点（0.2m、0.8m水深）0.40.61.52.0两点（0.2m、0.8m水深）0.20.40.81.5一点（0.6m水深）0.160.20.60.8一点（0.6m水深）0.6改用悬杆悬吊或其他测速方法0.16改用小浮标法或其他测速方法河流的流速与流量的测定垂垂线线平均流速的平均流速的计计算算一点法：vm=v0.6或vm=(0.90.95)v0.5两点法：vm=1/2(v0.2+v0.8)三点法：vm=1/3(v0.2+v0.6+v0.8)五点法：vm110（v0.0+3v0.2+3v0.6+2v0.8+v1.0）河流的流速与流量的测定(3)部分断面面积 A1、A4按三角形计算；A2、A3按梯形计算(4)部分断面平均流速两两测测速垂速垂线线中中间间部分的平均流速部分的平均流速v2=1/2(vm1+vm2)v3=1/2(vm2+vm3)岸岸边边或死水或死水边边部分的平均流速部分的平均流速v1=1vm1v4=4vm3河流的流速与流量的测定岸边情况值斜坡岸边（即水深均匀地变浅至零的岸边部分）0.670.75,可用0.7陡岸边不平整陡岸边用0.8光滑陡岸边用0.9死水边（死水与流水的交界处）一般可用0.6表表2.4 岸岸边流速流速系数系数值表表河流的流速与流量的测定(5)断面流量和过水断面流量式中：Q过水断面流量，m3s n部分断面的个数； qi部分断面流量，m3s Ai部分断面面积，m2； vi部分断面平均流速，ms(6)过水断面平均流速式中：A过水断面面积，m2,泥沙测算悬移质输沙率Qs悬悬移移质质泥沙泥沙又称悬沙，其颗粒小而轻，由于水流的紊动而悬浮水中，并随水流向下游运动。

悬悬移移质输质输沙率沙率Qs（kgs）：单位时间内通过测流断面的悬移质输沙量；河流的含沙量含沙量S（kgm3）：单位体积浑水中所含泥沙的重量Q断面流量，m3s 断面断面平均含沙量，kgm3推移质输沙率推移推移质质泥沙泥沙又称底沙，颗粒大而重，并随水流沿河底移动利用推移质采样器，沿河宽不同地点，取得测沙垂线底部的推移质泥沙，以求得各测沙垂线处单位宽度内的输沙率，从而计算出整个断面的推移质输沙率2.6 水位流量关系曲线水位流量关系曲线的绘制水位：Z过水断面流量：Q过水断面面积：A过水断面平均流速：v水位流量关系曲线及其延长线涨水时，河段水面比降大，流速快，同一水位时通过的流量较大，图示曲线向右偏离；落水时，水面比降小，流速慢，同一水位时通过流量较小，曲线左偏离水位流量关系曲线的绘制未冲淤前冲后淤后水位流量关系曲线的延长利用ZA和Zv曲线做ZQ曲线高水延长线 一般，高水部分延长不应超多当年实测流量所占水位变幅的30；低水部分延长不应超过10 此法用于河床没有严重冲淤变化的断面I.延延长长ZQ曲曲线线的高水部分的高水部分 a.绘制ZA曲线；b.根据高水位附近的Zv曲线通常趋近于直线，且与纵轴接近平行，顺趋势延长Zv曲线；c.在ZA和Zv找出相应的Ai和vi，根据QiviAi求出Qi；d.求得56个以上Qi后，绘制延长部分。

II.利用水力学的公式利用水力学的公式计计算断面平均流速算断面平均流速根据谢才公式计算断面平均流速v：式中，J水面纵比降； R水力半径； C谢才系数，常用曼宁公式或巴普洛夫斯基公式计算C值 水位流量关系曲线的延长利用断面特性法作ZQ曲线的高、低水延长线此此法适用于没有法适用于没有实测实测水面水面纵纵比降比降J和河道糙率和河道糙率n测测站站时时在高、低水位时，因糙率n和水力半径R都较稳定，故C值接近常数；同时，高、低水水面纵比降J通常变化不大，因为可认为 为常数，令K ，则步骤：根据实测流量和大断面资料，作ZQ，Q 和Z 三条关系曲线将Z 绘制高水位区将Q 在高、低水位区作直线延长（虚线部分）如欲求50m水位时的流量，可从Z 曲线上求得a点，由a点引一水平线与Q- 的延长线相交于b点，由b点作一垂线于Z50m处引出的水平线相交于c点，根据c点即可延长ZQ曲线水位流量关系曲线的延长水位流量关系曲线的延长以断流水位为控制作低水延长线 先确定断流水位，以此控制将水位流量关系曲线延长至当年最低水位处 断流水位求法：I.根据根据测测站站纵纵、横断面、横断面资资料确定料确定 若测站下游有浅滩或石梁，以其高程作为断流水位；若测站下游很长距离内河底平坦，则取基本水尺断面河底最低点高程作为断流水位。

水位流量关系曲线的延长以断流水位为控制作低水延长线II.分析法分析法 用于在没有纵断面图和调查资料时，如断面形状整齐，在延长部分的水位变幅内河宽无变化，又无浅滩、分流等现象 在Z-Q曲线的中低水弯曲部分，依顺序取a、b、c三点，使这三点的流量关系满足 ，则 式中，Z-断流水位，m Ga、Gb、Gc-水位流量关系曲线上a、b、c三点对应的水位，m 此法基本假定：Z-Q关系曲线的低水部分的方程式为： 水位与流量关系曲线的应用目的 把调查得来的洪、枯水位转换成相应的流量；或者相反，把设计用的最大流量和枯水流量转换成相应的设计最高水位和最低水位 前述Z-Q曲线关系均是指水文站基本水尺断面上的情况，还得移用到取水口处才能供设计使用2.7 水面蒸发的几个问题水面蒸发的物理过程及影响因素物理过程 水分交换的过程，同时伴随着能量的交换蒸蒸发发潜能潜能（汽化潜能）24912.177ts，ts为蒸发面温度， 影响因素 饱和差、风速、辐射、温度、气压、水质和水深 道尔顿定律：式中：E水面温度下的饱和水汽压 eZ水面以上Z高度处的实际水汽压 Ke与气温、风等有关的对流、扩散系数水面蒸发量的观测及估算器测法水文部门普遍采用E601蒸发器每日8时观测一次，得日蒸发量，月蒸发量，年蒸发量水面蒸发量的观测及估算国内外资料分析认为：由20m2或100m2的大型蒸发池所观测的水面蒸发量较接近天然水体蒸发量。

可按照蒸发器和大型蒸发池的对比观测结果，推求出折算系数KK=w池w器 E-601型蒸发器的蒸发接近天然水体情况，折算系数K接近于1.0；而80cm蒸发器及20cm蒸发器的折算系数K一般小于1.0计算水面蒸发量的经验公式 理论方法有：水汽输送法、热量平衡法、综合法、水量平衡法以及经验公式法式中，-水面蒸发量，mm/d E-e150-水面温度下的饱和水汽压与150cm高处的实际水汽压差，hPa u-水面以上150cm处的风速，m/s 较适用于东北、华北、华中及华南地区课堂练习某某闭闭合合流流域域面面积积为为1000km2，流流域域平平均均降降水水量量为为500mm，多多年年平平均均径径流流量量为为6m3/s，问问流流域域多多年年平平均均蒸蒸发发量量是是多多少少mm？若若修修建建一一水水库库，水水库库水水面面面面积积为为200km2，当当地地实实测测蒸蒸发发器器读读数数的的多多年年平平均均值值为为450mm，蒸蒸发发器器折折算算系系数数为为0.8，问问建建库库后后的的多多年年平平均均径径流流量量是是多多少少m3/s？ 增增加加还还是是减减少少了了？修修建建水水库库后后的的多多年年平平均流量均流量Q0是多少？是多少？第二章回顾河流和流域河川径流形成过程及影响径流的因素闭合流域水量平衡河川径流量的表示方法水文测验水位流量关系曲线水面蒸发的物理过程及影响因素水面蒸发量的观测及估算本章完。