《工程水文水利计算》01第一章 绪论.doc

第一章 绪论 第一节 水文学 一、水文学 (一)地球上各种水体的数量与分布 水体：大气中的水汽,地面上的江河、湖沼、海洋和地下水等,统称为水体。水文学(Hydrology)研究各种水体的存在、循环和分布,物理与化学特性,以及水体对环境的影响和作用,包括对生物特别是对人类的影响。 地球上各种水体的数量和分布如表1-1所示。 (二)全球的水储量 某一时刻储存于地球表面(5·1亿km2)上的水量,约为13·68亿km3(1km3=10亿m3)。其中分布在 海洋的水量约为1338亿k时,占总水量的96.5%, 陆地上的水量约为0·48亿km3,占总水量的3·5%。 而陆地水中有1·7%存在于极地冰雪, 1·7%存在于地下水中, 仅有0·1%存在于地面和大气中。 其中大气水量很小〈仅1290O km3〉, 但地球上的水分循环不已，每年通过大气的水量是很大的,年循环达600000km3。地球上的水量平衡如表l-2所示(a代表年)。 水体通过水循环得到更新,更新所需时间tr,可由式(1-1)计算: tr=s/q (1-1) 式中,s为水体的储量,q为流量。 大气中的水量s为12900 km3 (见表1-1), 流量q(年降水量为：陆地458000+海洋119000=57700Okm3/a,见表1-2)。 tr=12900/577000=0.022a=8.2d 二、水资源(Water 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。 有效水资源：对人类最为实用的水资源,是陆地上每年可以更新的降水量、江河流水量和浅层地下水的淡水量。 降水可以直接为人类利用,同时,它又是江河径流和浅层地下淡水的来源。全球陆地上多年平均年阵水量为800mm,中国为628mm (在整个国土上平均每年的降水量为6·0万亿m3),比全世界平均少22%。江河径流是人类最重要和最经常利用的水资源。人类可从江河引水,供城市、工矿、农业灌溉利用。在全球46·8万亿m3的江河年径流量中,中国占2·72万亿m3,折合水深284mm。我国水资源量与世界各国比较,仅次于巴西、前苏联、加拿大、美国及印尼,居世界第六位。但因为人口众多,人均占有2400m3,只有世界人均占有量的1/4,排在世界百位以后。耕地平均分摊水量只有世界平均数的3/4。 中国降水量的地区分布也很不均匀： 南部和东南沿海平均年降水量大于1600mm。 台湾省的平均年降水量为2540mm,是全国最湿润地区。 华北和东北年降水量为400~800mm。 西北的大部地区,只有200~400mm, 一些沙漠边缘地区少于100mm, 新疆塔里木盆地和青海柴达木盆地平均年降水量小于25mm,是全国最干旱的地区。 中国境内江河年径流深的分布趋势,大致与年降水量分布相似,自东南向西北逐渐递减。 东南沿海年径流深大于900mm, 而西北部的沙漠边缘年径流小于10mm。 由于降水径流与耕地间的不相适应,造成我国水土资源不平衡,需要跨流域调度水资源。各地的降水量和江河径流量,在各年之间和年内各月之间都不均衡,这就使水资源利用困难,并造成洪涝和干旱灾害。 水能资源,全球的理论蕴藏量为44·28万亿kw.h/a,其中技术上可开发的水能资源为19·39万亿KW·h/a。我国径流丰沛,地形有利,在可开发容量和可开发年发电量方面,均居世界第一位。根据1997~1998年全国水力资源普查成果:全国水能蕴藏量为6·67亿KW(包括台湾省为6·91亿KW),其中可开发的装机容量为3·78亿KW(包括台湾省为3·83亿KW)。我国大量的水能资源可以进行长期持续开发利用。 三、工程水文学(Engineering Hydrology)及其任务 从水文学的研究对象来看,水文学是地球物理科学的一部分。进入20世纪特别是第一次世界大战以后,大量兴起的防洪、灌溉、水电、航运工程、铁路、桥梁和农业、林业及城市建设,向水文科学提出工许多新课题。解决这些新课题的方法也由经验的、零碎的知识逐渐理论化和系统化,水文科学的应用特色也逐渐显现出来,并率先形成最重要的分支学科一一工程水文学。 工程水文学包括水文计算、水利计算和水文预报等内容。由于天然来水过程与国民经济的需要不相适应,修建水利工程就是解决这一矛盾的技术措施。 每一水利工程在其实施过程中,都可划分为规划设计、施工及管理运营三个阶段。 规划设计阶段,水文计算的主要任务是确定工程的规模。规模过大,造成工程投资上的浪费;过小,又使水资源不能充分利用,也是一种浪费。对于防洪措施如标准过低,还可能导致工程失事,造成工程本身和下游人民生命财产的巨大损失。在多沙河流兴建水利工程还需估算蓄水引水工程的泥沙淤积量,以便考虑延长工程寿命的措施。水利工