中级职称考试水利专业基础与实务.docx
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中级职称考试水利专业基础与实务
第一部分水文水资源
一、基础知识
（一）水文循环和水量平衡基本知识
1.水文学：
研究地球上各种水体的存在数量、分布、运动及变化规律的科学。
2.水文循环概念：
水圈中各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降水、下渗，形成地面地下径流的往复循环过程，称为水循环。
3.水文循环分类:
按水文循环是否跨越了海陆界线,可分为大循环和小循环。
（1）水循环的外因：
太阳辐射能和地球引力的存在
（2）水循环的内因：
水物理三态（气、液、固）之间的相互转化
4.水文循环：
（1）地球上水的存在形式：
汽态、液态、固态
（2）存在位置：
空气中、地表、地下、生物体内
5.水文循环的意义：
（1）直接影响气候变化
（2）改变地表形态（3）造成再生资源（4）负面影响：
干旱，洪涝灾害
6.水量平衡基本知识：
进入的水量与输出的水量之差必等于其蓄水量的变量。
通用水量平衡方程流域水量平衡方程
7.地球上的水量平衡
若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段△t内的水量平衡方程可写成：
△Wc=Pc－R－Ec
式中:
Ec：
在时段内陆地的蒸发量；Pc：
在时段内陆地的降水量；
R：
时段内由陆地流入海洋的径流量；△Wc：
在时段内陆地蓄水量的变化量。
若以海洋为研究水量平衡对象，某时段△t内的水量平衡方程可写成：
△Ws=Ps＋R－Es
式中:
Es：
海洋在时段内的蒸发量；Ps：
海洋在时段内的降水量；
R：
时段内由陆地流入海洋的径流量；△Ws：
海洋在该时段内蓄水量的变化量。
在多年平均的情况下，△Wc→0，△Ws→0，则全球多年平均水量平衡为：
蒸发＝降水
闭合流域：
（二）、水文学基础知识（含降雨、蒸发及入渗，流域与河系，河川径流及水文统计学的基本知识）
1.降雨：
（1）概念：
是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态水的现象。
降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。
（2）降水基本条件：
一是空气中要有水汽，降温，降至露点温度以下，或空气冷却，大气中存在吸水性的微粒（凝结核）
（3）露点：
空气中水汽达到饱和时的温度。
当大气温度下降到露点以下时，则形成了水汽凝结的必要条件。
（4）大气凝结核：
指飘浮在大气中的尘粒，其直径约10-3~10μm。
（5）降水类型：
●锋面雨：
由于冷暖气团相遇所形成的雨称为锋面雨。
●地形雨：
暖湿空气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，则由于动力冷却而形成的雨。
因气流（空气）的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而不同。
地形作用一般使山的迎风面的降水量大，而背风面降水量减少。
●对流雨：
地面受辐射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程中形成绝热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云浓积云积雨云），形成降雨。
●气旋雨：
在低气压中心区，气流从四周向中心辐合，垂直方向上运动是上升的，即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结降水现象。
可出现大范围降雨和大风的天气现象，称为气旋雨。
气旋：
北（南）半球，由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下，大气中水平气流呈逆（顺）时针旋转的大型涡旋。
在同高度上，气旋中心的气压比四周低，又称低压。
气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气旋和温带气旋
（6）降雨基本要素：
降雨量、降雨历时、降雨时段、降雨强度、降雨面积及降雨中心、降雨走向。
（7）降雨资料图示：
降雨过程线、雨量积累曲线
（8）降水量一般分为7级
（9）按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种
暴雨（>50mm/24h）（暴雨：
50~100、大暴雨：
100~200、特大暴雨：
>200）
大雨：
25~50mm/24h中雨：
10~25mm/24h小雨：
<10mm/24h
（10）测量雨量仪器：
雨量器，自计雨量计（虹吸式、翻吸式）
2．蒸发
（1）定义：
水由液态或固态转化为气态的现象，是水分子运动的结果
（2）蒸发包括：
●水面蒸发：
蒸发面为水面时称为水面蒸发
●土壤蒸发：
蒸发面为土壤表面时称为土壤蒸发
●植物蒸发：
蒸发面是植物茎叶则称为植物散发
●陆面蒸发：
因为植物是生长在土壤中,植物散发与植物所生长的土壤上的蒸发总是同时
存在的,通常将二者合称为陆面蒸发
（3）水面蒸发观测：
水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。
确定水面蒸发量的大小,通常有两种途径:
器测法和间接计算法。
设备：
E601蒸发皿，环形水圈,K接近1.0
（4）水面蒸发影响因素：
水汽饱和水压差，水面温度，风速，湍流
3．下渗
（1）定义：
水分从土壤表面深入地下的现象，又称入渗
（2）三个阶段：
渗润阶段渗漏阶段渗透阶段
（3）下渗率或下渗强度：
单位时间内渗入单位面积土壤中的水量称为下渗率或下渗强度,记为f,以mm/min或mm/h计。
（4）下渗能力：
在充分供水条件下的下渗率则称为下渗能力。
（5）下渗能力曲线：
下渗能力随时间的变化过程线,简称下渗曲线,并以f（t）~t表示。
（6）土壤水不同形式：
吸湿水，薄膜水，毛管水（毛细水），重力水
（7）常用水分常数：
最大吸湿量，最大分子持水量，凋萎含水量，田间持水量，饱和含水量
（8）下渗量的测定：
直接测定法，水文分析法
4．流域
（1）定义：
汇集地面水和地下水的区域称为流域,也就是分水线包围的区域。
（2）闭合流域：
当地面分水线与地下分水线相重合,称为闭合流域
（3）几何特征：
●流域面积：
流域分水线包围区域的平面投影面积,称为流域面积,记为F,以km2计。
●流域的长度和平均宽度：
流域长度就是流域轴长。
以km计。
●流域形状系数和流域不对称系数：
流域平均宽度与流域长度之比称为流域形状系数。
●河网密度：
流域内河流干支流总长度与流域面积的比值称为河网密度,以Km/km2计。
（4）流域地形特征：
流域平均高度、流域平均坡度、面积－－高程曲线
（5）流域自然地理特征：
●流域的地理位置：
流域的地理位置以流域所处的经纬度来表示,它可以反映流域所处的气候带,说明流域距离海洋的远近,反映水文循环的强弱。
●流域的气候条件：
包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素。
它们是河流形成和发展的主要影响因素,也是决定流域水文特征的重要因素。
●流域的土壤、岩石性质和地质构造、流域的植被、流域内湖泊与水库
5．河系特征
（1）河系：
地表水在重力作用下，沿陆地的凹地流动，按其大小可分为江、河、溪和沟，这些统称为河流，而流域中河流（包括干流、支流）和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统，称水系，又称河系或河网。
（2）分类：
扇形水系、羽状水系、平行水系、混合状水系
（3）河流的形成与分段：
一条河流沿水流方向,自高向低可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。
（4）河流基本特征：
河流的长度：
自河源沿主河道至河口的距离称为河流长度,简称河长,以km计。
河流断面：
河流断面有横断面和纵断面。
垂直于水流方向的断面称为横断面,简称断面
河道纵比降：
单位河长的落差称为河道纵比降,简称比降,用小数或千分数表示。
6．径流
（1）定义：
由降水或融雪形成的、沿着流域的不同路径流入河流、湖泊或海洋的水流，称为径流。
其中沿着地表流动的水流称为地表径流；沿着土壤表层相对不透水层界面流动的水流称为表面流；在地表以下沿着岩土空隙流动的水流称为地下径流。
（2）水源：
雨水、冰雪融水、地下水
（3）形成：
产流和汇流
产流过程：
我们把降雨扣除损失成为净雨的过程称为产流过程
净雨：
降雨扣除损失后的雨量称为净雨
汇流过程：
净雨沿坡面从地面和地下汇入河网,然后再沿着河网汇集到流域出口断面的过程。
（4）河网汇流过程:
各种成分径流经坡地汇流注入河网,从支流到干流,从上游向下游,最后流出流域出口断面,这个过程称为河网汇流或河槽集流过程。
（5）表示方法：
流量Q径流总量W径流深R径流模数M径流系数ɑ径流变率K
（6）径流量：
径流量指时段T内通过河流某一断面的总水量,记为W,以m3、万m3或亿m3计,有时也用时段平均流量与时段的乘积为单位,如（m3/s）·d、（m3/s）·M等。
（7）径流深：
将径流量平铺在整个流域面积上所得的水层深度,记为R,以mm计。
R=W/1000F=
T/1000F
式中W--时段T内径流量,d;
--计算时段内平均流量,m3/s;T--计算时段,s;F--流域面积,km2。
（8）径流模数：
流域出口断面流量与流域面积之比值称为径流模数,记为M,以L/（s-km）计。
M=1000Q/F
（9）径流系数：
某一时段的径流深R与相应时段内流域平均降雨深度P之比值称为径流系数,记为α。
α=R/P因R7．水文统计学
（1）数理统计方法：
频率计算P（A）=m/n
（2）随机变量的统计参数
均值：
均方差：
变差系数：
偏差系数：
当系列对于
对称时，CS＝0；当系列对于
不对称时，CS0，若CS＞0，称为正偏；若CS＜0，称为负偏，
（3）经验频率计算式：
P=m/（n+1）*100%
（4）常用理论频率曲线：
皮尔逊Ⅲ型曲线，简称p_Ⅲ型曲线
频率与重现期的关系:
设计频率P＜50％，则T=1/P
设计频率P＞50％，则T=1/（1-P）
（5）理论频率曲线绘制：
适线法
●适线法（或称配线法）是以经验频率点据为基础,在一定的适线准则下,求解与经验点据拟合最优的频率曲线参数,是我国估计水文频率曲线统计参数的主要方法。
适线法主要有两大类,即目估适线法和优化适线法。
●均值
对频率曲线的影响:
当皮尔逊Ⅲ型频率曲的两个参数cv和cs不变时，
越大，线越陡
●变差系数cv对频率曲线的影响：
cv值越大越分散，cv值越小越集中
●偏态系数cs对频率曲线的影响：
cs愈大，均值对应的频率愈小，频率曲线的中部愈向左偏，且上段愈陡，下段愈平缓。
●σ对频率曲线影响：
σ值越大越分散，σ值越小越集中
（6）相关分析：
研究两个或两个以上随机变量之间关系
（7）两个随机变量之间关系：
完全相关（函数关系）、零相关（没有关系）、统计相关（相关关系）
（8）简相关、负相关
（三）、水文测验及水文资料整编的主要内容
1．水文测验：
（1）定义：
系统收集和整理水文资料的各种技术工作的总称。
狭义的水文测验指水文要素的观测。
（2）内容：
A建立和调整水文站网
B研究水文测验的方法，制定出统一的技术标准
C研制水文测验的各种测验仪器、设备
D按统一的技术标准在各类测站上进行水位观测,以获得实测资料。
E对一些没有必要作驻站测验的断面或地点，进行定期巡回测验。
F水文调查
2．资料整编主要内容：
●水位观测资料的整理：
计算日/月/年平均水位水位过程线
●水文资料的收集：
水文年鉴，各地区的水文手册和各种水文图册，水质资料，
•各种调查资料：
洪水调查、暴雨调查、枯水调查
3.观测水流仪器：
流速仪（旋杯式、旋浆式），浮标法
二、水资源
（一）、掌握水资源（地表水、地下水）含义和特点及计算方法
定义：
水资源是指可资利用或有可能被利用的水源，这种水源应当有足够的数量和可用的质量，并在某一地点为满足某种用途而得以利用。
1．水资源分类：
●从水资源分类上来划分：
地表水资源系统、地下水资源系统、土壤水资源系统、非常规水资源系统（降水资源系统、污水资源系统、微咸水水资源系统等）；
●从用途上进行划分：
农业水资源系统、工业水资源系统、生活水资源系统；
●从城市化角度进行划分：
城镇水资源系统、农村水资源系统。
2．计算方法：
●成因分析法：
通过对观测资料或试验资料分析，建立某一水文特征值与其影响因素之间的函数关系，从而预测未来的水文情势。
●地理综合法：
利用已有固定观测站点的长期观测资料确定河流水文特征值在区域内的时空分布规律，预估无资料流域未来水文情势的方法。
●数理统计法：
根据水文现象的随机性特征，运用概率论和数理统计的方法，分析河流水文特征值系列的统计规律，并进行概率预估，从而得出水资源开发利用工程所需的设计水文特征值。
●数学模型法：
概念型模型和机理性模型
3、降水时空分布：
东多西少、南多北少、夏秋多春冬少
径流的时空分布：
季节性强；东南向西北递减
4、地下水：
埋藏在地表以下空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水称之为地下水。
地下水的分类：
上层滞水（土壤水）、潜水、承压水
（二）、水资源供需平衡及预测的原理和计算方法
1．供需平衡：
指可供水量与实际需水量间的关系
需水预测应按用水统计口径进行预测
供水预测采用长系列系统分析方法
2.预测原理：
近期和远期相结合流域和区域相结合综合利用和保护相结合
3.目的：
弄清水资源总量的供需现状和存在的问题
预测不同时期不同部门的水资源余缺状况
针对供需矛盾，进行水资源的总体规划
4．计算方法：
水资源紧缺地区采用长系列调节计算方法
资料缺乏地区采用典型年法进行计算
5.供水系统：
●按工程上分类：
蓄水工程、引水工程、提水工程、调水工程
●按水源分类：
地表水工程、地下水工程、污水再生回用工程
●按用户分类：
城市供水、农村供水、混合供水
6．可供水量
●定义：
指不同水平年、不同保证率或不同频率条件下通过工程设施可提供的符合一定
标准的水量。
●可供水量包括区域内的地表水、地下水、外流域调水、污水处理回用和海水利用等。
●影响可供水量的因素：
来水条件、用水条件、工程条件、水质条件
7．三生：
生产（工业、农业）、生活、生态
8.水资源评价资料的要求：
“三性”：
可靠性、一致性、代表性
（三）、节约水资源的途径和措施
1.措施：
●城市节水措施：
加强宣传教育，提高全面节水意识、合理调整水价，运用经济杠杆推动节水工作、推广使用节水器具和设备、制定用水定额，逐步实施计划管理、保护城市供水水源，实现城市污水再生回用
●工业节水措施：
调整产品结构，改进生产工艺，建立节水型工业、强化节水技术，开发节水设备，努力降低节水设施投资、加强企业用水行政管理，逐步实现节水的法制化、提高工业生产规模，发挥规模经济效益
●农业节水技术与工程措施：
非充分灌溉、调亏灌溉、局部灌溉：
滴灌、渗灌等、控制性根系交替灌溉技术、波涌灌溉：
间歇灌溉、渠系防渗、田间节水与农艺节水、负压差灌溉：
管灌、节水管理
●污水再生回用雨洪利用
2.途径：
●管理：
多龙治水，水资源核算，水资源资产管理，进行需求管理
●农业：
渠系改造与灌溉管理
●工业：
产业结构与耗水定额
●生活：
节水器具与节水意识
（四）、工业、农业、生活、生态环境需水量的分析确定方法
1．工业需水预测：
趋势法、相关法和水量平衡法。
2．农业需水量预测：
直接推算法
3．生活需水量预测：
人均生活用水定额法，作物蓄水量，灌溉制度，灌溉用水量
4．生态环境需水量：
生态需水，环境需水，灌溉定额，计算耗水量
（五）、了解再生水利用的意义和技术
1．再生水是指污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。
2.和海水淡化、跨流域调水相比，再生水具有明显的优势。
从经济的角度看，再生水的成本最低，从环保的角度看，污水再生利用有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环。
3.城市污水所含杂质少于0.1%，采用的常规污水深度处理，例如滤料过滤、微滤、纳滤、反渗透等技术。
经过预处理，滤料过滤处理系统出水可以满足生活杂用水，包括房屋冲厕、浇洒绿地、冲洗道路和一般工业冷却水等用水要求。
微滤膜处理系统出水可满足景观水体用水要求。
反渗透系统出水水质远远好于自来水水质标准。
（六）、了解北京市水资源基本状况和特点
1.状况：
（1）北京市的水资源由入境地表水、境内地表水和地下水组成。
地表水和地下水主要靠降雨补给。
（2）北京的五大水系：
蓟运河水系、潮白河水系、北运河水系、永定河水系、大清河水系。
共有大小河流100余条，全长2700多公里。
有大小湖泊、水库120余座。
（3）北京人均水资源不足300立方米，仅为全国人均的1/8，世界人均的1/32。
若世界人均一杯水，我国人均只有这杯水的1/4,北京人均只有这杯水的1/32。
（4）北京城市生活水源：
北京市区自来水供应量为245万立方米/日，其中40％来自地下水，60％来自地表水
2.特点：
（1）北京属华北地区干旱少雨气候，水资源严重不足。
（2）年际变化大。
（3）降雨多集中在6－8月，往往形成地表径流，不易补充、涵养地下水。
三、防洪
（一）、洪水要素概念及危害性
1．洪水三要素：
洪峰流量：
一次洪水过程中的瞬时最大流量。
洪水总量：
T时段内通过断面的总水量。
洪水过程线：
表示洪水流量随时间而变化的过程。
2．洪水危害性：
威胁生命安全、造成财产损失、影响社会稳定
（二）、《防洪标准》（GB50201-94）中有关水利水电工程的内容
工程
等别
水库
防洪
治涝
灌溉
供水
水电站
工程规模
总库容
（亿m3）
城镇及工矿企业的重要性
保护农田
（万亩）
治涝面积（万亩）
灌溉面积（万亩）
城镇及工矿企业的重要性
装机容量
（万KW）
Ⅰ
大
（1）型
>10
特别
重要
>500
>200
>150
特别
重要
>120
Ⅱ
大
（2）型
10~1.0
重要
500~100
200~60
150~50
重要
120~30
Ⅲ
中 型
1.0~0.10
中等
100~30
60~15
50~5
中等
30~5
Ⅳ
小
（1）型
0.10~0.01
一般
30~5
15~3
5~0.5
一般
5~1
Ⅴ
小
（2）型
0.01~0.001
<5
<3
<0.5
<1
水工建筑物等级
防洪标准（重现期[（年）]
山区、丘陵区
平原区、滨海区
设计
校核
设计
校核
混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑物
土坝、堆石坝
1
1000~500
5000~2000
可能最大洪水（PMF）
或10000~500
300~100
2000~1000
2
500~100
2000~1000
5000~2000
100~50
1000~300
3
100~50
1000~500
2000~1000
50~20
300~100
4
50~30
500~200
1000~300
20~10
100~50
5
30~20
200~100
300~200
10
50~20
（三）、洪水控制与管理措施
●工程措施：
堤防工程、水库调蓄、水土保持、分洪、滞洪与蓄洪垦殖、河道整治
●非工程措施：
洪水情报、预报和警报、洪水风险分析、防洪法规、洪水保险
（四）、了解洪水调度及水库的调洪计算的基本原理与方法
1．调洪计算方法：
列表试算法（常用方法）、半图解法、简化三角形法、无闸门控制时水库调洪计算、有闸门控制时水库调洪计算、坝顶高程的确定
2．调洪计算基本原理：
（Q1+Q2）/2-（q1+q2）/2=V2-V1
Q1、Q2——△t时段初、末入库流量，m3/s
q1、q2——△t时段初、末出库流量，m3/s
V1、V2——△t时段初、末水库蓄水量，m
方法：
[（Q1+Q2）/2-（q1+q2）/2]△t=V2-V1
q=f（V）或q～V
（五）、了解流域产汇流的基本概念
●流域产流系指降雨满足植物截留、洼地蓄水、土壤下渗以及雨期蒸发、散发等水量损失后，而产生净雨的物理过程。
●流域产流以后，净雨经坡面汇流和河网汇流，汇集到流域出口断面形成流量过程叫汇流。
●净雨的两条假定：
倍比假定：
如果单位时段内的净雨不是一个单位而是k个单位,则形成的流量过程是单位线纵标的k倍。
叠加假定：
如果净雨不是一个时段而是m个时段,则形成的流量过程是各时段净雨形成的部分流量过程错开时段叠加
（六）、了解水文预报的方法（洪水预报、枯水预报）
1．洪水预报
（1）定义：
根据洪水形成和运动规律，利用水文、气象信息，预测洪水的发生与变化过程的应用科学技术。
（为防汛抗旱而进行的预报）
（2）主要预报项目为：
洪峰水位、最大流量、洪峰出现时间和一次洪水总量等。
（3）分类：
把预见期在2天以内的称短期预报；预见期在2～10天的称中期预报；预见期在10天以上、一年以内的称长期预报。
按预报的对象，可分为暴雨洪水预报，融雪洪水预报、冰凌洪水预报与海岸洪水预报等
2．枯水预报
（1）定义：
根据枯水季节流域蓄水的消退规律，利用前期流域蓄水资料，预报未来的河川径流量和流量过程。
（为农业灌溉、水力发电和水环境保护而进行的预报）
3．水文预报工作的基本程序：
制定预报方案、进行作业预报
（七）、了解设计洪水的主要内容、方法和步骤
1．定义：
用以设计水利工程所依据的各种标准的洪水称为设计洪水
2．设计洪水的内容：
设计洪峰、不同时段的设计洪量、设计洪水过程线、设计洪水的地区组成和分期设计洪水等。
3.常用的计算方法：
①由流量资料推求设计洪水②由暴雨资料计算设计洪水③经验公式法或地理插值法
可能最大暴雨及可能最大洪水
第二部分水利工程
一、基础知识
（一）水工建筑物分类及等级划分
●按功能分为两大类：
一般水工建筑物、专门水工建筑物
●水工建筑物按其作用可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取（进）水建筑物、专门建筑物。
（一般水工建筑物）
●水工建筑物按使用时期分为永久性建筑物和临时性建筑物。
●专门水工建筑物的分类：
水电站建筑物：
厂房、压力管道、调压室
通航建筑物：
船闸、升船机、码头、防波堤
给排水建筑物：
沉淀池、污水处理厂
其他：
鱼道等
等级划分：
水利工程根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。
表1水利水电工程分等指标表（水利部2000年分布）
工程等级
工程
规模
水库
总库容
（亿m3）
防洪
排涝
灌溉
供水
水力发电
保护城镇及
工矿企业的
重要性
保护农田面积
（万亩）
排涝面积
（万亩）
灌溉面积
（万亩）
供水对象重要性
装机容量
（万kw）
I
大
（1）型
≥10
特别重要
≥500
≥200
≥150
特别重要
≥120
II
大
（2）型
10~1.0
重要
500～100
200~60
150~50
重要
120~30
III
中型
1.0~0.1
中等
100～30
60~15
50~5
中等
30~5
IV
小
（1）型
0.1~0.01
一般
30～5
15~3
5~0.5
一般
5~1
V
小
（2）型
0.01~0.001
<5
<3
<0.5
<1
水工建筑物分级
水利工程中的水工建筑物，根据所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五级。
表2水工建筑物的级别
工程等别
永久性建筑物级别
临时性建筑物级别
主要建筑物
次要建筑物
一
1
3
4
二
2
3
4
三
3
4
5
四
4
5
5
五
5
5
注：
①永久建筑物――工程运行期间使用的建筑物，根据重要性分为：
主要建筑物――系指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物，如坝、闸、电站厂房、泵站等。
次要建筑物――系指失事
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