水文学原理思考题整理

目录： 一．绪论

二．水文循环与水量平衡 三．河流与流域 四．降水

五．土壤水与下渗 六．蒸散发 七．径流

八．流域产流 十．流域汇流

PS：自己整理，仅供参

一．绪论：

1. 水体：以一定方式存在于某一环境中，具有一定特征和变化规律的水；

2. 水文现象：水在循环过程中的存在和运动形态，如降雨、蒸发、下渗、径流；

3. 水文学定义：水文学是一门研究水体的存在、运动、循环和分布，水体的物理化学性质，以及水体与环境的相互作用和影响，包括与生物特别是人类的相互作用和影响；

4. 水文现象的基本特点：在空间上具有一定的周期性和随机性；在空间上具有相似性和随机性；

5. 水文现象的基本规律：周期性：在一定时间内重复出现；随机性：出现的时间和量的大小事先未知；地区性：地区上表现出一定的形式性和特殊性；

6. 水文学的主要研究方法：

成因分析法：根据水文变化的成因规律，由其影响因素影响预报、预测水文情势的方法。（如：降雨径流预报法、河流洪水演算法） 数理统计法：根据水文现象的统计规律，对水文观测资料统计分析，进行水文情势预测、预报的方法。（如：设计年净流计算、设计洪水计算）

地区综合法：根据气候要素和其他地理要素的地区规律，可以按地区研究受其影响的某些水文特征值的地区变化规律，用等值线图或地区经验公式表示。

二．水文循环与水量平衡

1. 水文循环：水圈中各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、地面与地下径流的循环往复过程。 2. 水文循环分类：

按循环规模和路径：大循环，小循环；

按研究尺度：大尺度水文循环（全球）、中尺度水文循环、小尺度水文循环（水-土壤-植物系统）

3. 水文循环主要环节：降水P、蒸发E、下渗f、径流R 4. 水文循环发生原因：

内因：水在常温下能够实现“三态”转化； 外因：太阳辐射、地心引力。 5. 水量平衡原理：

水文循环过程中，对任意区域或水体、任意时段内输入水量和输出水量之差等于其蓄水量的变化量：It-OtW 6. 闭合流域水量平衡方程：PER 三．河流与流域 1. 河流分段及其特征

（1）河源：河流的发源地，多为溪涧，泉，湖泊，沼泽，冰川； （2）上游：紧接河源，多处于深山峡谷中，落差大，水流急，常有急滩或瀑布；

（3）中游：坡度渐缓，河槽变宽，有滩地，冲淤不明显； （4）下游：位于平原，河槽宽阔，坡度、流速较小，淤积明显，浅

滩、河湾较多。

2. 河流有哪些主要特征及其与径流之间的关系：

河流主要特征有：河流长度L、河网密度KD、水系特征； （1）河流长度与径流：相同的流域面积F，流域长度L越大流域越狭长，汇流越分散，易形成矮胖的洪水过程；反之，已形成尖瘦的洪水过程；

（2）河网密度与径流：河网密度KD越大，流域切割程度越大，坡面径流汇集越快，易形成山洪（尖瘦的洪水过程）；河网密度越小，则一定程度上反映流域排水不畅，径流汇集越缓慢，易形成洪灾（矮胖洪水过程）；

（3）水系特征与径流：扇形水系汇流时间短，洪水往往表现为陡涨陡落，洪水历时短；羽形水系对应的暴雨洪水过程较平缓，洪水历时长；混合状水系则介于两者之间。 3. 流域、闭合流域、非闭合流域概念：

（1）流域：汇集地面径流和地下径流的区域，即分水线包围的集水区；

（2）闭合流域：地面集水区和地下集水区重合的区域； （3）非闭合流域：地面集水区和地下集水区不重合的区域。 4. 流域主要特征及其与径流关系：

流域主要特征有：形状特征、地形特征、自然地理特征； （1）形状特征包括流域面积F、流域长度L、流域平均宽度B和流域性状系数K；

①流域面积与径流：自然条件相似的两个或多个区域，一般是流域面积越大的区域，河流水量越丰富；

②流域长度与径流：相同的流域面积F，流域长度L越大流域越狭长，汇流越分散，易形成矮胖的洪水过程；反之，已形成尖瘦的洪水过程； ③流域平均宽度与径流：流域平均宽度越小，流域性状越狭长，水流越分散，形成的洪峰流量小，洪水过程越平缓；若宽度B接近于1，则流于形状接近于方形，水流越较集中，形成的洪峰流量大，洪水过程较集中；

④流域性状系数与径流：形状系数K越大，流域性状近于扇形，洪水过程越集中，形成尖瘦的洪水过程线；系数越小，流域性状越狭长，洪水过程越平坦，形成矮胖的洪水过程线。

（2）地形特征包括：流域平均高程Z、流域平均坡度S以及面积高程曲线;

（3）流域自然地理特征包括：地理位置、气候条件和流域下垫面条件。

5. 如何计算河流纵降比? 河段纵断面近于直线时：Jh1-h0h ll 河底高程沿程变化时，在纵断面图上从下断面最低点做一直线，该直线以下的面积与原河底线以下的面积相等，直线的斜率即为河道的平均比降：J四．降水

1. 描述降雨的基本概念有：

(h0h1)l1(h1h2)l2(hn1hn)ln2h0L 2L 降水量、降水历时、降水强度、降水面积、暴雨中心 2. 降水主要类型及各自特点： （1）按气流上升冷却的原因分：

①气旋雨：持续时间短，降雨量大，强度大； ②对流雨：降雨强度大，历时短，雨区较小；

③地形雨：降水量山区多于平原，迎风坡多于背风坡；雨量在迎风坡的分布，先是随着高度的增高而递增，达到最大降水高度后，随高度的增高而递减；降水日数也随海拔高度增加而增加。 ④锋面雨：降雨历时长，强度小。 （2）按雨量大小、强度及过程特征分：

①暴雨：主要为对流雨，强度大，历时短，笼罩面积不大； ②暴雨型淫雨：历时较长，雨强变化剧烈；

③淫雨：历时长，强度较小，降雨时断时续，空气湿度较大。 3. 时-面-深关系曲线中时、面、深的含义及曲线规律： 时-历时，面-面积，深-平均降水量；

一般规律：面积一定时，历时越长，平均雨深越大；历时一定时，面积越大，平均雨深越大。

4. 流域面降水量的计算方法及对应的适用条件：

（1）算术平均法：适用于流域面积不大，地形起伏变化较小，雨量站分布较均匀的情况；

（2）泰森多边形法：适用于雨量站分布不均匀的地区；

（3）等雨量线法：适用于面积较大，地形变化显著而有足够数量雨

量站的地区；

（4）客观运行法：适用于雨量站较多的情况。 5. 什么情况下一定要用面降水量？

通过雨量站观测得到的降水量属于点降水量，在水文预报、水文分析计算时所用的降水量必须是面降水量，因此需要将观测的点降水量转换为面降水量。 6. 影响降水的因素主要有:

地理位置，气旋。台风路径等气象因子，地形影响，森林影响，水体影响，人类活动影响。 五．土壤水与下渗

1. 根据作用力的不同，土壤水有哪些存在形式：

吸湿水（分子力），薄膜水（分子力），毛管水（毛管力），重力水（重力）

2. 水文学中常用的土壤水分常数有：

最大吸湿量，最大分子持水量，凋萎系数，田间持水量，毛管断裂含水量，饱和含水量。 3. 下渗的基本概念：

供水强度i：单位时间、单位面积地表所截获的水量； 下渗率f：单位时间从土表进入单位面积土壤的水量； 下渗能力fp：土壤表面供水充足时，的下渗率； 下渗曲线fp~t：下渗能力f随时间t的变化过程线；

累积下渗量Fp：入渗开始后一定时段内，通过单位面积下渗到土壤

中的总水量；

累积下渗曲线Fp~t:累积下渗量随时间的变化曲线；

实际下渗率f：累积下渗曲线上任一点切线的斜率即为某一时刻的实际下渗率；

稳定下渗率fc：随时间推移下渗率逐渐减小，最后趋于一较稳定的数值，及下渗能力的最小值。 4. 描述下渗的物理过程：

渗润阶段：若土壤干燥时，下渗水主要受分子力作用，被土粒所吸附形成吸湿水，进而形成薄膜水；

渗漏阶段：水分在毛管力和重力作用下沿土壤孔隙做不稳定流动； 渗透阶段：土壤所有孔隙均被水充填时，土壤达到饱和状态，水分主要受重力作用稳定流动。

5. 下渗过程中土壤水分的分布规律：

降雨初期，土壤表层含水量增加，湿润土层增大，下渗水量越来越大，任一点土壤含水率的时刻变化自供水所及区域向四周递减；随入渗进行，土壤含水量增加幅度减小直至保持某一数值不变，此时地表未积水，湿润土层增加且幅度减小，任一点含水率增加的幅度也减小，且越靠近地表，增幅越小；此后，地表开始积水，土壤含水率剖面也基本趋于稳定。

6. 饱和下渗理论的基本假定：

（1）土壤均质，各向同性，初始含水率i极低且在剖面上均匀分布； （2）入渗开始就有积水，且不随时间变化；

（3）湿润锋面是饱和土壤与非饱和土壤的交界面，即湿润锋上部区域为饱和含水率s，下部仍为初始土壤含水率i。 7. 推导饱和下渗理论的下渗公式： fpKssfzfHzfKs(sfHzf)

8. 下渗与雨强的关系：

雨强大于地面下渗容量时，下渗过程按下渗容量进行；雨强小于地面下渗容量时，下渗过程与雨强变化保持一致。 9. 下渗的主要影响因素：

主要影响因素有降雨、土壤、地形、植被、不透水地面、人类活动。

▶课堂测验： （1）填空.

①土壤质地决定土壤的（透水性），土壤结构决定土壤孔隙（毛管作

用）的大小；

②写出闭合流域多年平均水量平衡方程（PER）；

③饱和土壤水的土水势（gppZ）、非饱和土壤水的土水势

（gmmZ）； （2）简答.

①等雨量线图的作用有哪些？

等雨量线图的作用有研究空间降水分布；分析暴雨中心路径；计算流域平均降水量。

②流域的形状特征有哪些？分别与径流存在何种关系？

流域形状特征有流域面积F、流域长度L、流域平均宽度B和流域性状系数K；

i.流域面积与径流：自然条件相似的两个或多个区域，一般是流域面积越大的区域，河流水量越丰富；

ii.流域长度与径流：相同的流域面积F，流域长度L越大流域越狭长，汇流越分散，易形成矮胖的洪水过程；反之，已形成尖瘦的洪水过程； iii.流域平均宽度与径流：流域平均宽度越小，流域性状越狭长，水流越分散，形成的洪峰流量小，洪水过程越平缓；若宽度B接近于1，则流于形状接近于方形，水流越较集中，形成的洪峰流量大，洪水过程较集中；

iv.流域性状系数与径流：形状系数K越大，流域性状近于扇形，洪水过程越集中，形成尖瘦的洪水过程线；系数越小，流域性状越狭长，洪水过程越平坦，形成矮胖的洪水过程线。

六．蒸散发

1. 水面蒸发、土壤蒸发、植物散发、蒸散发、流域蒸散发概念： 水面蒸发：发生在水体表面的蒸发； 土壤蒸发：发生在土壤表面的蒸发； 植物散发：发生在植物茎叶表面的水分溢出； 蒸散发：通常将植物散发与土壤蒸发统称为蒸散发； 流域蒸散发：流域范围内各类蒸发和散发的总和。 2. 蒸发量、蒸发能力的概念：

蒸发量E：某一时段内从蒸发面消耗的水量；

蒸发能力Em：充分供水时，同一气候条件下可能达到的最大蒸发量。 3. 影响水面蒸发的主要因素： 能量条件：太阳辐射；

动力条件：温度、湿度、水气压差、风速等； 水体自身：水面面积与形状、水深、水质。 4. 水面蒸发的主要计算方法： 经验公式法、器测法、水量平衡法。 5. 土壤蒸发机制：

稳定蒸发阶段：当气象条件相对稳定时，其土面蒸发强度保持一定稳定状态；

蒸发强度随含水率降低阶段：持续蒸发耗水条件下，毛管水变得不连续，土壤供水能力受到限制，蒸发强度随土壤含水率的减小而减小； 水起扩散阶段：土壤表面形成干土层，水分在干土层以下的表面汽化，蒸发强度很小且基本稳定。 6. 影响土壤蒸发的主要因素：

气象因素：温度、湿度、风速、气压等；

供水能力因素：土壤的含水量、孔隙性、温度分布特点以及地下水埋深等。

7. 流域蒸散发的基本规律：

当土壤含水率很大时，土壤水分供应充足，流域蒸散发以蒸散发能力进行，此时土壤含水率下限为小于田间持水量的某一数值；此后，

随着流域内土壤水分进一步消耗，土壤供水能力逐渐减小，流域蒸散发将随土壤含水率的减小而减小，到毛管断裂含水率为止；当流域土壤含水率减至小于毛管断裂含水率而大于凋萎系数时，植物散发大于土壤蒸发，流域总蒸散发随土壤含水率的减小而减小，直到流域内土壤含水率小于凋萎系数时，只有土壤蒸发了，其蒸散发才趋于稳定。 8. 流域蒸散发的计算方法： 直接计算：面积加权法

间接计算：水量平衡法、热量平衡法、模式计算法。 七．径流

1. 简述径流形成过程：

径流形成过程可分为五个阶段： （1）无雨期：开始降水前的干旱期； （2）初雨期：降水开始最初阶段；

（3）变强度降雨持续期（超渗期）：当植物截留和填洼得到满足后持续降雨，雨强大于下渗能力时产生超渗地表径流；流域上较湿润地区因包气带含水量达到田间持水量而产生地下径流；

（4）持续降雨直到全部天然蓄量满足期（蓄满期）：持续降雨，流域上各点包气带含水量因下渗作用而增强，直到相应田间持水量，此时流域蓄水量最大，地下径流所占比重增加；

（5）雨止期：降雨停止，径流汇集到流域出口断面，河流水位下降，流量减小，蒸散发活跃，当水位和流量恢复到降雨开始即告结束。 2. 径流深与净雨的区别与联系：

净雨与其形成的径流深在数量上相等，但过程不同，净雨是径流的来源，径流是净雨回流的结果；净雨在降雨结束时就停止，而径流还要持续一段时间。

3. 坡地汇流过程中，不同径流成分的汇流特点：

坡面漫流的流程短，流速大，最先汇入河网；表层流流速比地表径流慢，到达河槽也较迟；地下汇流流程长，流速慢，后到达。 4. 流量、径流量、径流深、径流模数、径流系数的概念及联系： 流量Q：单位时间内通过河流某断面的水量； 径流量W：一定时段内通过某一段断面的总水量； 径流深R：将径流量平铺在整个流域上的水层深度； 径流模数M：流域出口断面的流量与流域面积的比值；

径流系数：某一时段内径流深R与相应时段内平均降雨深度P的比值； 转换关系为：

Q W M R Q QT Q/F QT/(1000F) W W/F (W/T)/F W/(1000F) M Q/F MFT/1000 MT/106 R 1000RF/T 1000RF 106R/T 5. 洪水三要素：

洪峰Qm，洪量WT，洪水过程线Q~t 6. 影响洪水的因素：

天气因素：气流上升运动强弱及持续性，水汽输送情况；

流域下垫面因素：地形，植被，土壤透水性，流域面积，流域性状。 7. 枯水的消退规律如何描述？

随着枯水期的进行，枯水径流将逐渐减小

（具体：枯水期降水量较小，流域蓄水量W与枯水径流Q成正比，即WKQ;枯水期，流域蓄水量与出流量之间存在下列的平衡关系：

-QdW，可推出：QtQ0e-t/K，此式即反映了当枯水期无降雨补给情dt况下的退水规律，即随着枯水期的进行，枯水径流将逐渐减小） 8. 如何确定消退系数？

（1）相邻时段流量相关法：选择退水期无降雨的退水段，每隔相等的t读取一个流量，当t=1时，有平均；

（2）标准退水曲线法：取多次实测洪水过程的退水部分，作流域标准退水曲线，对其两边取对数：lnQtlnQ09. 枯水径流的影响因素： （1）枯水期前的流域降雨量因素

（2）流域下垫面因素：土壤透水性、含水层、流域面积、河网密度、水面面积、植被。

10. 洪水过程线上，如何分割非本次降水形成的径流成分？

基流取历年最枯流量的平均值或本年汛前的最枯流量用水平线分割；前次降雨和下次降雨的径流，利用标准退水曲线法。 11. 同次降水形成的地面与地下径流的划分方法是什么？

t，求得K值。 KQi1e-1/K，求得若干个K值后取Qi 平割、斜割和经验分割。

12. 如何计算次洪径流量及地面、地下径流深？

利用公式计算，次洪径流量WW1W2，径流深R=W/F。 八．流域产流

1. 南方湿润地区、黄土高原的土壤剖面有何异同？ 南方湿润地区：分层，上粗下细； 黄土高原：均质，厚度大。 2. 包气带水分的分布特点：

（1）毛管悬着水带：一米范围内为影响土层，近地表的30厘米为水分活跃层，影响径流形成的量与种类；

（2）中间包气带：厚度与地理位置、地下水位有关，水分变化小，水分大小与年降水量、土壤透水性与地下水位有关；

（3）毛管上升水带：厚度一般在1~2m范围内，位置随地下水位而变；

3. 包气带水分的增加、消耗途径：

（1）增加：上界面水分来源主要是降水或灌溉；下界面主要来源于地下饱和水带（毛管上升水），地下水的补给一般处于均衡状态； （2）消耗：上界面主要消耗于土壤蒸发和植物散发；下界面通过内排水过程消耗。

4. 包气带在产流中的作用：

包气带对降水起调节和在分配作用。 5. 流域对降雨的再分配作用表现在哪些方面？

以包气带为核心的对降雨的再分配，决定了径流的形成及不同径流成分的分配，包气带是径流的发生场和分配场，而包气带的各个界面又是不同径流成分的发生场和分配场。所以包气带的特征决定了流域的产流特征和产流过程。 6. Qs~t、Qg~t的特点：

7. 不同径流成分组合情况下的Q~t特征：

8. 传统的Horton产流理论：

（1）将径流分成二类条件，四种情况；

（2）流量过程由Rs、Rg两种径流成分组成：Rs是决定一次洪水涨落的主要部分；Rg是维持枯季水量的主要来源； （3）雨强大于下渗能力时，全流域产生地面径流。 9. 单点产流机制：Rs、Rss、Rg、Rsat、Rr：

（1）Rs机制：超渗地面径流的产流机制，供水和下渗矛盾发生于地表；产生条件：有供水，有界面，雨强大于下渗能力；

（2）Rss机制：壤中流产流机制，发生于非均质或层状土壤中易透水层与相对不透水层交界面上；产生条件：包气带土壤非均质，交界面上粗下细；上层界面供水强度大于下层下渗强度；界面有一定坡度界面上形成临时饱和带；

（3）Rg机制：地下径流的产流机制；产生条件：包气带厚度中等，且蓄满；有界面（包气带下界面）；界面有供水，且有一定坡度； （4）Rsat机制：饱和地面径流的产流机制；产流条件：具备壤中流的发生条件；界面以上土层全部饱和； （5）Rr机制：回归流的产流机制；

10. 单点产流模式、单元流域、流域产流模式（三个表） （1）单点产流模式

（2）单元流域产流模式

（3）流域产流模式

11. 蓄水容量面积分布曲线、下渗能力面积分布曲线 12. 产流面积的变化特点：

（1）蓄满产流：产流面积FR随降雨过程（P~t）进行逐渐变大；产流面积大小与雨强无关；

（2）超渗产流：产流面积随降雨过程进行时大时小；产流面积与雨强、流域初始蓄水量有关。 13. 降雨径流相关图的规律、应用：

（1）规律：降雨量P相同，前期影响雨量Pa大，产流量R大，故Pa等值线从左至右增大；前期影响雨量相同，降雨量大，损失相对降雨量小，P~R线的坡度随降雨量P的增大而减小，但不小于45度。

（2）应用：已知：P~t，Pa0；求：R~t 基本步骤：

①根据Pa0，在②由P1在

P~Pa0~R中找到P~R；

P~R上读出R1；

（R1R2）-R1 P~R上读出R1R2,R2③由P1P2在

④重复计算R3，R4......

14. 蓄满产流模型法的产流计算（原理、步骤、例题）

15. 超渗产流的产流计算：依据、图解法与下渗曲线法过程、初损后损法的概念、参数确定与应用： 依据：下渗曲线fp~t或下渗公式fp(t) 16. Pa的概念、计算方法及其参数的确定、应用 Pa：前期影响雨量 十．流域汇流

1. 汇流时间、流域汇流时间：

汇流时间：流域内各处的净雨净雨汇集至出口断面所经历的时间； 流域汇流时间m：流域内流程最长的水质点流达出口断面所经历的时间，即最大流域汇流时间。 2. 为什么流域具有调蓄作用？

在涨洪时段内，流域续存水量增加；在退水时段内流域续存水量逐渐减小。

3. 经验单位线的概念、假定、存在的问题及解决方法：

（1）概念：单位时段内在流域上均匀分布的单位净雨在流域出口断

面所形成的地表径流过程线； （2）倍比假定、叠加假定

（3）问题：洪水大小，解决：洪水分大中小，分别推求相应的单位线；问题：暴雨中心，解决：暴雨中心分上中下游，分别推求相应单位线。

4. 瞬时单位线的概念、假定、存在的问题及解决方法：

（1）概念：流域上分布均匀、历时趋于无穷小、雨强趋于无穷大、总量为1个单位的地面净雨量，在流域出口断面形成的地面径流过程线u(0,t)

（2）假定：流域对地面净雨调蓄作用近似为一系列串连的线型水库 5. 等流时线法的概念、假定、存在的问题及解决方法：

（1）问题及解决：净雨分布不均匀问题：同一时段，不同等流时面积上净雨不同；流速变化问题：与实测洪水对比判断；河槽调蓄能力：适用于小流域，河槽调蓄能力小，将大流域划分为若干个小流域。 6. 经验单位线法与等流时线法的联系、转换与区别：（不会） 7. 地下径流的汇流计算方法： 线性水库演算法，概化三角形法

8. 流域出口断面流域的计算方法：（不会）