河流概论-水力学与桥涵水文第二版-教学.pptx

叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文19-1 水文现象的特性及研究方法o有关概念n降水空气中水汽冷凝并降落到地表的现象，如雨、雪等现象。o降水过程：水汽外力作用下上升，高度越高，气压越低膨胀温度下降（动力冷却），至露点时，达到饱和状态云滴碰撞、凝聚、合并增大降水o降水的三个因素：水汽、上升运动和冷却凝结叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文29-1 水文现象的特性及研究方法o有关概念n蒸发液态或固态水转为气态并向大气逸散的现象。o散发植物从土壤中吸收水分，输送到叶面和茎后大部分散发到空气中的现象。o蒸发是海洋、陆地上的水返回大气的唯一途径。n入渗（下渗）地表水经过土壤表面进入土壤的现象。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文39-1 水文现象的特性及研究方法o有关概念n径流降水在重力作用下沿一定路径（流域地面或地下）流动（向河川、湖泊、水库、洼地）的水流。o地表径流：沿地表流动o坡面漫流：沿山坡漫流o河川径流：在河槽中流动o地下径流（基流）：在地下流动o水文现象：降水、蒸发、渗流和径流的通称叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文49-1 水文现象的特性及研究方法o水文学研究水在自然界循环运动变化规律的一门学科。水文循环：水圈中的各种水文循环：水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、输送、凝结、降落、下渗、地面和地下径流的往复循地面和地下径流的往复循环过程环过程。水文循环是地球上最重要、水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一，最活跃的物质循环之一，研究水文循环的目的，在研究水文循环的目的，在于认识其基本规律，为涉于认识其基本规律，为涉水工程提供设计依据并寻水工程提供设计依据并寻求抗灾减灾的办法。求抗灾减灾的办法。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文59-1 水文现象的特性及研究方法o水文现象的特性n随机性：水文现象发生的时间和数值的偶然性。o在同一观测条件下，同一现象结果不定的特性，称为此现象的随机特性。n周期性：水文现象长时期的平均重现性。o重现性是与之关系密切的气候因素受到地球自转、公转及其他天体运动制约的结果，因而具有年、季、日及多年的周期性变化规律。n地区相似性与特殊性叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文69-1 水文现象的特性及研究方法o相似性，即地理位置相近、气候因素与地理条件相似的河流或河段，其水文现象特性亦相似。o特殊性，即地理位置不同或气候与地理条件有差异的河流或河段，其水文现象可有不同的变化规律。o水文学的研究方法n数理统计法o以概率论和数理统计为理论依据，根据试验或观测所得数据，对研究对象的客观规律作出预估或判断的数学方法，称为数理统计法。o在水文分析与计算中的应用，又称为水文统计法。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文79-1 水文现象的特性及研究方法n地理综合法o根据水文现象的地区特性，利用大量的实测资料，找出其地区特性与分布规律，如经验公式、水文参数及水文特征值等值线图等。n成因分析法o从物理成因出发研究水文现象的形成过程并建立水文特征值（如水位、流量等）和有关因素之间的数学物理模型，作为水文计算的依据并用以推求未来的水文情势。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文89-1 水文现象的特性及研究方法o工程水文学：地面径流的运动规律、水文特征值（水位、流量、降水量等）的量测方法及其工程应用等。o桥涵水文：以河川径流为对象，主要通过数理分析的方法，为桥涵工程提供设计依据并推求其未来的水文情势。n桥涵水文是工程水文学的一个分支。n四大计算内容：设计流量和水位、桥孔长度、桥面标高、墩台冲刷计算。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文99-1 水文现象的特性及研究方法o桥涵水文主要涉及的工程标准n公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）n公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）n公路涵洞设计细则（JTG/T D65-04-2007）n铁路工程水文勘测设计规范（TB 10017-1999）n海港水文规范（JTJ 213-98）n内河航道与港口水文规范（JTJ 214一2000）n水利水电工程水文计算规范（SL 278一2002）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文109-2 河流及流域o河流河槽和其中水流的统称。n河槽：流水的凹槽，又称河道；n河床：河谷底部（谷底）有水流的部分称为河床；n干流：直接流入海洋、湖泊的河流；n支流：流入干流的河流；n水系：脉络相通的大小河流所构成的系统；n河流分段：河源、上游、中游、下游、河口。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文119-2 河流及流域(图9-1)1-洪水位；2-中水位；3-枯水位；4-边滩；5-主槽；6-河槽；7-河滩 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文129-2 河流及流域o河流基本特征 n河流断面横断面和纵断面o横断面如图9-1：垂直于水流方向的断面称为河流横断面。n水位：横断面内，自由水面高出某一基准面的高程。n深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线；n中泓线：河流各横断面表面最大流速点的连线；o纵断面：沿河流深泓线的断面。n河流长度一般天然河流，从河源到河口的距离。n弯曲系数河道全长与河源到河口的直线长度之比。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文139-2 河流及流域n河流纵比降任意河段，深泓线上单位长度内两端（水面或河底）的平均高差称为比降。n河流横比降河流沿横断面方向的水面坡度。（9-3）（9-4）（9-1）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文149-2 河流及流域（图9-3）a）直段螺旋流；b）退水；c）涨水；d）弯段螺旋流；e）弯段凹岸超高 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文159-2 河流及流域o弯段河道的横比降及水位超高值计算o横比降结果 n断面水内环流主流：河道中的水流，依河道的约束向下游运动。副流：从属于主流而存在的螺旋流动或其他形式的旋转流动。在断面向内呈环流现象n凹冲凸淤（9-2）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文169-2 河流及流域o河流的流域n汇水区域：河流某断面以上的集水区域。n流域：河口断面以上的集水区域。n分水线（或分水岭）：流域的边界线。n流域面积：流域分水线所包围区域的平面投影面积。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文179-2 河流及流域o河流分类n山区河流o汇流时间短，洪水暴涨暴落，水位和流量的变幅极大，但洪水持续时间不长；o比降大，流速高；o河床比较稳定。n平原区河流o具有广阔的河滩，河滩有明显的横比降；o河槽土质松软，易左右摆动，河床处于发展变化之中；o汇流时间长，洪水涨落缓慢，持续时间较长，水面与河床比降都较小，流速较低。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文189-2 河流及流域o河段分类n山区河流：峡谷性河段和开阔河段；n平原区河流：顺直微弯河段、分叉河段、弯曲河段、宽滩河段、游荡河段；n山前区河流：山前变迁河段和冲积漫流河段；n河口：三角港河口和三角洲河口。o以平原游荡性河段为例：n稳定性：岸线不稳定，主流游荡不定；n形态特征：河身宽浅，河床开阔平坦，沙滩密布，河岸与河床组成成分相近，粒径较小，多为细沙及粉砂土；n水文特点：洪水流向不定多变，含沙量大。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文199-3 河川径流o径流的形成过程n降雨过程o降雨量：累积的水层厚度；o降雨历时：降雨持续的时间；o降雨强度：单位时间内的降雨量。（图9-6）（9-8）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文209-3 河川径流n流域蓄渗过程 o植物截留o入渗（如图9-7）n入渗量：入渗的水层厚度；n入渗强度：单位时间内的入渗量；n稳定入渗：入渗强度达到一个稳定值。o填洼部分雨水被蓄留在坡面的坑洼里。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文219-3 河川径流（图9-7）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文229-3 河川径流n漫流过程o坡面漫流：流域蓄渗过程完成以后，剩余雨水沿着坡面流动。n河槽集流过程（如图9-8）o坡面漫流的雨水汇入河槽后，顺着河道由小沟到支流，由支流到干流，最后到达流域出口断面。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文239-3 河川径流（图9-8）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文249-3 河川径流o径流的主要影响因素n气候因素o降雨n降雨量、降雨历时、降雨强度n降雨面积n降雨过程o蒸发n水面蒸发、陆面蒸发、植物散发等的总和n下垫面因素 o流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等自然地理因素 叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文259-3 河川径流n人类活动o封山育林和水土保持o修建水库o城市化o径流量的表示方法n流量Q：单位时间内通过过水断面的水体体积。n径流总量W：时段T内流经断面的水体体积。n径流模数M：单位流域面积F上的径流量。n径流深度Y：径流总量折算成全流域的平均水深。n径流系数:径流深度与降水量之比。叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文269-4 河川水文资料的收集与整理方法o水位观测n水位水面高程。n常用方法：水尺和自记水位计n得到的资料：水位、水位过程线、水面比降等叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文279-4 河川水文资料的收集与整理方法o流速测量n常用方法：流速仪（旋杯式和旋浆式）法和浮标法旋杯式流速仪旋浆式流速仪浮标叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文289-4 河川水文资料的收集与整理方法o流量流量测算算叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文299-4 河川水文资料的收集与整理方法n以测速垂线将测流断面划分成若干部分，计算各部分的过水面积；n根据各测点的实测流速，计算各测速垂线的垂线平均流速；五点法五点法 三点法三点法 二点法二点法 一点法一点法 （9-16）叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文309-4 河川水文资料的收集与整理方法n计算各个部分面积的断面平均流速；n计算各个部分面积的流量；n计算全断面的流量；n相应水位的计算。o算术平均法：测流始终两次水位的算术平均值o加权平均法叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文319-4 河川水文资料的收集与整理方法o高水位延长水位流量关系曲线绘制与延长（断面形态法）n用途：推算历史洪水位对应的洪水流量，预测未来洪水。n基本原理：n水位流量关系曲线的高端延长方法：见图9-14叶镇国 彭文波 编著水力学与桥涵水文329-4 河川水文资料的收集与整理方法（图9-14）