工程水文课讲座和笔记
内容
我们在水文中学的研究
在水文中，我们研究水文循环，其过程，水平，降水类型，降水估计，以及降水数据的分析。我们还研究了理查德方程和近似渗透模型的渗透现象，解决方案。流量测量方法，阶段放电关系，单位水力图理论，水文中盆地转子的转子，流水路线的流动路由，洪水频率分析和洪水流量的衰减。
水文的定义：
研究各种形式的水(雨、雪和地球表面的水)，以及从水的起源到它在地球上的所有目的地的研究被称为水文学。
水文的范围
- 水是人类、动物、工业和农业最宝贵的自然资源之一。
- 它也被用于发电，航海和渔业。
- 在灌溉，供水，防洪，水井测井和盐度控制，水电和导航的水资源开发和管理中，对世界各地的水文进行了巨大的重要性。
工程水文
它利用水文原理来解决人类开发地球水资源所产生的工程问题。工程水文学家，或水资源工程师，参与水资源控制、利用和管理项目的规划、分析、设计、建设和运行。由于主要使用经验和近似方法来描述各种水文过程，所以水文计算是估计的。
用工程水文的用途
工程水文以下列方式帮助：
- 用水文学来查明建议地点的最大可能洪水，例如。大坝。
- 集水区产水量的变化可以用水文学来计算和描述。
- 工程水文使我们能够找出一个流域的地表水和地下水资源之间的关系
- 预料中的洪水在高速公路上漫过溢洪道涵，或在城市的暴雨排水系统中，都可以通过这门课知道。
- 它帮助我们了解在干旱条件下保证灌溉用水或市政供水所需的水库容量。
- 它告诉我们实时洪水预测需要哪些水电逻辑硬件（例如雨量计，流仪表等）和软件（计算机模型）
水文分支
水文循环
- 水文循环描述了连续再保险-循环运输地球上的水，连接大气、陆地和海洋。
- 水从海面蒸发，由能量驱动太阳，并加入大气层，以云的形式向内陆移动。一旦进入内陆，大气条件会使水凝结并沉淀到陆地表面，在那里，由引力，它通过河流和溪流返回海洋。
- 这个过程复杂的，包含许多次旋回。
- 工程水文学需要定量水文循环的看法。
- 水循环是一个开放系统，其定量可以用a表示质量平衡方程，其中输入减去输出等于存储的变化量。
- 它是一个基本的水文原理或方程，可以在全球或区域尺度上应用
I - o = Δs
水文循环的水持有元素是：
- 大气
- 植被
- 积雪
- 土地面
- 土壤
- 溪流，湖泊和河流
- 含水层
- 海洋
水文过程
- 降水
- 蒸发
- 蒸腾作用
- 浸润
- 坡面流
- 地表径流
- 地下水流出
水平衡组件
流入:
- 降水
- 输入定义为进入给定区域的水。
- 邻近地区的地下水流入。
外流：
- 地表径流流出
- 导出定义为与相同区域引入的水。
- 蒸发
- 蒸腾作用
存储的变化:
这发生在:
- 地下水
- 土壤水分
- 地表蓄水和洼地蓄水
- 拘留存储
全球水平衡
在大气中：
降水量(P) =蒸散量(ET)
100 + 385 = 61 + 424
在陆地上:
P =蒸发蒸腾（et）+表面径流（R）+地下水流出
100 = 61 + 38 + 1
越过海洋:
海洋降水+地表径流+地下水流出=蒸发(E)
385+38+1＝424
水文系统
流域和流域
- 一个集水是地球表面的一部分，它收集径流，并将其集中在其最远的下游点，被称为集水口。
- 集水区集中的径流要么流入更大的集水区，要么流入海洋。
- 一条溪流进入一条更大的溪流或水体的地方被称为嘴．
- 流域和盆地这两个术语通常用来指集水区。一般来说,分水岭用于描述一个小型集水区（流域），而盆地保留用于大型集水区（河流域）。
流域及河流序
- 流域或盆地由周围地形定义，其周边被称为a划分．它是分水岭周围的最高海拔。所有落在分水岭内部的水都有可能流进分水岭周围盆地的溪流中。落在分水岭之外的水被流到另一个盆地。
- 在溪流中流动的水被称为流流
霍顿提出了一个流订单分类用来衡量一个盆地内分支的数量。一级河流是小的、无分支的支流。二级流只有一级支流。三阶流只有一阶和二阶支流等等。当低阶通道连接高阶通道时，下游通道保留两个通道中的高阶通道。
水平衡问题
在给定年份，一个带有2500公里面积的集水区2收到1.3米降水。在排水的河流中测量的平均流速为30 m3.s - 1。
- 一年的河流径流总量是多少(m3.）？
- 径流系数是多少?
- 由于蒸发、蒸腾和渗透的共同作用，损失了多少水?(表现在米)。
解决方案
径流总量
=一年的秒数´平均流速
= 31 536 000´30
= 9.4608´108米3.
径流系数
=径流量/降水量
=（9.4608'108）/（1.3'2500'106）
= 0.29 (29%)
水平衡方程可以安排为:
Et + f = p - r - Δs
地点:P=(1.3´2500´106)
= 3.25'109米3.
R= 9.4608´108米3.(从径流总量）
Δs.= 0(即存储没有变化)
所以，
ET + F.= 3.25´109 - 9.4608´108
= 2.30392´109米3.
=（2.30392'109）/（2500'106）
= 0.92米
降水
什么是降水？定义：
以固体或液体形式下落的水。雨、雪和冰雹。
降水数据的使用
- 径流估计分析
- 地下水补给的分析
- 集水区水平研究
- 水工建筑物设计中的洪水分析
- 实时洪水预报
- 低流研究
机制产生沉淀
形成沉淀需要三个机制。
1.提升和冷却- 将空气质量提升到更高的高度导致空气的冷却。
2.冷凝- 将水蒸气转化为液滴。
3.液滴的形成- 如果云中存在的液态水是达到空气的提升机制，则需要生长液滴。
类型的降水
根据空气被抬升和冷却而导致降水的方式，我们有三种降水类型，如下所示:
-
- 旋风沉淀
- 对流降水
- 地理降水量
气旋沉淀:
旋风沉淀是由于压力差而抬起空气质量而引起的。旋风沉淀可以是正面或非额压旋风沉淀。
锋面降水:
它是在另一侧较冷的前表面的一侧上的温暖和潮湿空气取出，在另一侧的较冷。根据温度气体质量在冷空气质量上方有主动或被动口音，前部可以是温暖的前部或冷的前部。
非正面降水：
如果一个区域出现低压(称为气旋)，空气将从周围区域水平流动(高压)，导致低压区域的空气上升。当抬升的暖空气在较高高度冷却时，将发生非锋面气旋性降水。
在冷锋的情况下，更冷、更密集的气团抬升其前面的温暖、潮湿的空气。当空气上升时，温度下降，水汽凝结形成云和降水。由于冷锋的陡坡，经常会产生强烈的上升运动，导致阵雨的发展，有时还会出现严重的雷暴。
在温暖的前线的情况下，温暖，更密集的空气上升和在前面的较冷的空气上升。同样，空气随着它的升高而升高，水分凝结以产生云和沉淀。温暖的前沿有一个温和的斜坡，并且通常比冷锋更慢地移动，因此沿着温暖的前线的上升运动更加渐进。在表面温暖的前部提前开发的沉淀通常稳定，比与冷锋相关的沉淀更广泛。温热的前沉淀通常是光照的。
对流降水
对流降水是由较冷、密度较大的环境中较暖、较轻的空气自然上升引起的。一般来说，这种降水发生在热带地区，在炎热的天气里，地表受热不均，导致暖空气上升，冷空气取而代之。垂直气流的速度非常快。对流降水以强而短的阵雨形式出现。
地理降水量
地形降水是由于气团撞击山体等自然地形屏障，不能前进而上升，造成凝结降水的现象。喜马拉雅地区所有的降水都是由于这种性质。它富含水分，因为它们在海洋上长途旅行。
一些有用的技术条款的定义
深度:某点或某一区域的降雨量(毫米)
期间:下雨的时间(小时)
强度:单位时间的降雨量，即深度/持续时间(毫米/小时)
时间分布:降雨雨量计是降雨深度或强度随时间变化的分布图。累积雨量曲线又称雨量质量曲线。
等降雨量线（持续降雨的轮廓）可以绘制，以发展降雨量深度的IsoHyetal地图。
正常的年降水量（平均每年30年的PPT）
降水测量
点数据仪表
Non-recording雨量数据
它们被称为非录音，因为它们不会记录下雨，但收集雨。
记录雨guages
它们被用来确定一段时间内的降雨量。常用的有三种:
- 称重式
- 翻斗式
- 3.浮动类型
