一、水文名詞
(一)流域和水系
流域是地表水與地下水分水線所包圍的集水區(qū)或匯水區(qū)，因地下水分水線不易確定，習(xí)慣上將地表水的集水區(qū)稱為流域。河道干流的流域是由所屬各級支流的流域所組成。流域面積的確定，可根據(jù)地形圖勾出流域分水線，然后求出分水線所包圍的面積。河流的流域面積可以計算到河流的任一河段，如水文站控制斷面，水庫壩址或任一支流的匯口處。流域里大大小小的河流，構(gòu)成脈絡(luò)相通的系統(tǒng)，稱為河系或水系。
（二）河流的分段及其特點
每條河流一般都可分為河源．上游．中游．下游．河口等五個分段。
1.河源。河流開始的地方，可以是溪澗．泉水．冰川．沼澤或湖泊等。
2.上游。直接連著河源，在河流的上段，它的特點是落差大，水流急，下切力強，河谷狹，流量小，河床中經(jīng)常出現(xiàn)急灘和瀑布。
3.中游。中游一般特點是河道比降變緩，河床比較穩(wěn)定，下切力量減弱而旁蝕力量增強，因此河槽逐漸拓寬和曲折，兩岸有灘地出現(xiàn)。
4.下游。下游的特點是河床寬，縱比降小，流速慢，河道中淤積作用較顯著，淺灘到處可見，河曲發(fā)育。
5.河口。河口是河流的終點，也是河流入海洋．湖泊或其它河流的入口，泥沙淤積比較嚴(yán)重。
（三）河流的斷面
河流的斷面分為縱斷面及橫斷面。
1.縱斷面。沿河流中線（也有取沿程各橫斷面上的河床最低點）的剖面，測出中線以上（或河床最低點）地形變化轉(zhuǎn)折的高程，以河長為橫座標(biāo)，高程為縱座標(biāo)，即可繪出河流的縱斷面圖?？v斷面圖可以表示河流的縱坡及落差的沿程分布。
2.橫斷面。河槽中某處垂直于流向的斷面稱為在該處河流的橫斷面。它的下界為河底，上界為水面線，兩側(cè)為河槽邊坡，有時還包括兩岸的堤防。橫斷面出稱為水?dāng)嗝?，它是計算流量的重要參素?/span>
（四）水尺與水位
水尺是直接觀讀江河、湖泊、水庫、灌渠水位的標(biāo)尺。水尺的歷史悠久，直到現(xiàn)代仍在廣泛使用。
河流或者其它水體的自由水面離某一基面零點以上的高程稱為水位。水位的單位是米，一般要求記至小數(shù)2位，即0.01m。以水位為縱軸，時間為橫軸，可繪出水位隨時間的變化曲線，稱為水位過程線。
（五）基面
變化曲線基面是指計算水位和高程的起始面。在水文資料中涉及的基面有：絕對基面．假定基面．測站基面．凍結(jié)基面等四種。
(六)流速
流速是指水流質(zhì)點在單位時間內(nèi)所通過的距離。渠道和河道里的水流各點的流速是不相同的，靠近河(渠)底、河邊處的流速較小,河中心近水面處的流速最大,為了計算簡便,通常用橫斷面平均流速來表示該斷面水流的速度。
(七)徑流與徑流量
流域地表面的降水，如雨、雪等，沿流域的不同路徑向河流、湖泊和海洋匯集的水流叫徑流。在某一時段內(nèi)通過河流某一過水?dāng)嗝娴乃糠Q為該斷面的徑流量。徑流是水循環(huán)的主要環(huán)節(jié),徑流量是陸地上最重要的水文要素之一，是水量平衡的基本要素。
(八)徑流量的表示方法及其度量單位
(1)流量Q。指單位時間內(nèi)通過某一過水?dāng)嗝娴乃?。常用單位為立方米每?m３／s)。各個時刻的流量是指該時刻的瞬時流量，此外還有日平均流量、月平均流量、年平均流量和多年平均流量等。
(2)徑流總量W。時段Δt內(nèi)通過河流某一斷面的總水量。以所計算時段的時間乘以該時段內(nèi)的平均流量,就得徑流總量W,即W＝QΔt。它的單位是立方米(m3)。以時間為橫坐標(biāo)，以流量為縱坐標(biāo)點繪出來的流量隨時間的變化過程就是流量過程線。流量過程線和橫座標(biāo)所包圍的面積即為徑流量。
(3)徑流深R。指計算時段內(nèi)的經(jīng)流總量平鋪在整個流域面積上所得到的水層深度。它的常用單位為毫米(mm)。
若時段為Δt(s)，平均流量為Q(m3／s)，流域面積為A(km2 )，則徑流深R(mm)由下式計算:R=QΔt／(1000A)
(4)徑流模數(shù)M。一定時段內(nèi)單位面積上所產(chǎn)生的平均流量稱為徑流模數(shù)M。它的常用單位為m3／(s·km2 )，計算公式為: M＝ Q／A
(5)徑流系數(shù)α。 為一定時段內(nèi)降水所產(chǎn)生的徑
流量與該時段降水量的比值，以小數(shù)或百分?jǐn)?shù)計。
(九)徑流的形成過程
從降雨到達地面至水流匯集、流經(jīng)流域出口斷面的整個過程，稱為徑流形成過程。
徑流的形成是一個極為復(fù)雜的過程、為了在概念上有一定的認(rèn)識，可把它概化為兩個階段，即產(chǎn)流階段和匯流階段。
1．產(chǎn)流階段。當(dāng)降雨滿足了植物截留、洼地蓄水和表層土壤儲存后，后續(xù)降雨強度又超過下滲強度、其超過下滲強度的雨量，降到地面以后，開始沿地表坡面流動稱為坡面漫流．是產(chǎn)流的開始。如果雨量繼續(xù)增大，漫流的范圍也就增大，形成全面漫流，這種超滲雨沿坡面流動注人河槽，稱為坡面徑流。地面漫流的過程，即為產(chǎn)流階段。
2.匯流階段。降雨產(chǎn)生的徑流，匯集到附近河網(wǎng)后，又從上游流向下游，最后全部流經(jīng)流域出口斷面，叫做河網(wǎng)匯流，這種河網(wǎng)匯流過程,即為匯流階段。
二、防洪標(biāo)準(zhǔn)及工程分等標(biāo)準(zhǔn)
要制定某一河段、水庫或地區(qū)的防御洪水方案,首先要確定以防御多大的洪水為目標(biāo)，即確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。
眾所周知，洪水的量級愈大愈是稀遇，所以人們常以洪水的重現(xiàn)期來表示洪水量級的大小。一個地點不同重現(xiàn)期洪水的數(shù)值是水文部門以一定數(shù)量的實測洪水資料為基礎(chǔ)，通過頻率分析法求得的。
防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定,一般要根據(jù)防洪保護對象在遭受洪災(zāi)時造成的經(jīng)濟損失和社會影響劃分若干等級。
1.水庫分等標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)“水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”,水利水電樞紐工程的分等、水工建筑物的分級以及設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)如表4-6、4-7、4-8所示。
表4-6 水利水電樞紐工程的分等指標(biāo)
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工程 等別 |
防洪 |
治澇 |
灌溉 |
供水 |
水電站 |
|||
|
工程規(guī)模 |
總庫容 (108m3) |
城鎮(zhèn)及工礦企業(yè) |
保護農(nóng)田 (萬畝) |
治澇面積 (萬畝) |
灌溉面積 (萬畝) |
城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的 |
裝機容量 (104kw) |
|
|
Ⅰ |
大 (1)型 |
≥10 |
特別重要 |
≥500 |
≥200 |
≥150 |
特別重要 |
≥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 |
0.10～0.01 |
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 |
②灌溉面積系指設(shè)計灌溉面積
表4-7 水工建筑物級別的劃分
|
工程等別 |
永久性建筑級別 |
臨時性建筑物級別 |
|
|
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 |
|
②臨時性建筑物。系指樞紐工程施工期間所使用的建筑物，例如導(dǎo)流建筑物等。
表4-8 永久性水工建筑物正常運用的洪水標(biāo)準(zhǔn)
|
筑物級別 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
洪水重現(xiàn)期 (年) |
500 |
100 |
50 |
30 |
20 |
2.堤防工程分等標(biāo)準(zhǔn)
《堤防工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定堤防工程的級別，根據(jù)防護區(qū)內(nèi)各類防護對象的重要性和規(guī)模劃分分等標(biāo)準(zhǔn)及防洪標(biāo)準(zhǔn)如表4-9、4-l0所示。
表4-9 堤防工程的分等標(biāo)準(zhǔn)
|
防護對象 |
項 目 |
堤防工程的級別 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
城鎮(zhèn) |
重要程度 |
特別重要城市 |
重要城市 |
中等城市 |
一般城市 |
-- |
|
非農(nóng)業(yè)人口 (萬人) |
≥150 |
150～50 |
50～20 |
≤20 |
-- |
|
|
鄉(xiāng)村 |
防護區(qū)耕地面積 (萬畝) |
≥500 |
500～300 |
300～100 |
100～30 |
≤30 |
|
防護區(qū)人口 (萬人) |
≥250 |
250～150 |
150～50 |
50～20 |
≤20 |
|
|
工礦企業(yè) |
主要廠區(qū) (車間) |
特大型 |
大型 |
中型 |
中型 |
小型 |
|
輔助廠區(qū) (車間) 生活區(qū) |
-- |
-- |
特大型 |
大型 |
中、小型 |
|
堤防工程的級別 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
防洪標(biāo)準(zhǔn) [重型期（年）] |
≥100 |
100～50 |
50～30 |
30～20 |
20～10 |
根據(jù)《水閘技術(shù)管理規(guī)程》，按校核過閘流量(無校核過閘流量則以設(shè)計過閘流量為準(zhǔn))劃分為:
大型水閘:l000m3／s及以上。
中型水閘:l00m3／s及以上，不足1000m3／s。
小型水閘:l0m3／s及以上，不足100m3／s。
4.機電排灌站分等標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《泵站技術(shù)規(guī)范》規(guī)定:
大型電力排灌站:總裝機容量達10000KW或受益面積達30萬畝。
中型電力排灌站:總裝機容量在1000KW以上、l0000KW以下或受益面積在1萬畝～30萬畝。
小型電力排灌站:總裝機容量在100kW以下，或受益面積在1萬畝以下。
大型泵站:水泵葉輪直徑在1540mm、單機容量在800kW及以上的軸流泵；或水泵進口管徑為800mm、單機容量在500KW及以上的離心泵。
中型泵站:水泵葉輪直徑在1000mm、單機容量在500KW及以上的軸流泵;或水泵進口管徑為500mm、單機容量在280kW及以上的離心泵。
5.城市的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)“防洪標(biāo)準(zhǔn)”城市的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)如表4-11所示。
表4-11 城市的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)
|
等級 |
重要性 |
非農(nóng)業(yè)人口 (萬人) |
防洪標(biāo)準(zhǔn) [重現(xiàn)期(年)] |
|
Ⅰ |
特別重要城市 |
≥150 |
≥200 |
|
Ⅱ |
重要城市 |
150～50 |
200～100 |
|
Ⅲ |
中等城市 |
50～20 |
100～50 |
|
Ⅳ |
一般城鎮(zhèn) |
≤20 |
50～20 |
根據(jù)“防洪標(biāo)準(zhǔn)”,鄉(xiāng)村防護區(qū)的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)如表4-12所示。
表4-12 鄉(xiāng)村防護區(qū)的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)
|
等級 |
防護區(qū)人口 (萬人) |
防護區(qū)耕地面積 (萬畝) |
防洪標(biāo)準(zhǔn) [重現(xiàn)期(年)] |
|
Ⅰ |
≥150 |
≥300 |
100～50 |
|
Ⅱ |
150～50 |
300～100 |
50～30 |
|
Ⅲ |
50～20 |
100～30 |
30～20 |
|
Ⅳ |
≤20 |
≤30 |
20～10 |
7.工礦企業(yè)的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)“防洪標(biāo)準(zhǔn)”，工礦企業(yè)的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)如表4-13所示，
表4-13 工礦企業(yè)的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)
|
等級 |
工礦企業(yè)規(guī)模 |
防洪標(biāo)? [重現(xiàn)期(年)] |
|
Ⅰ |
特大型 |
200～100 |
|
Ⅱ |
大 型 |
100～50 |
|
Ⅲ |
中 型 |
50～20 |
|
Ⅳ |
小 型 |
20～10 |
注:①各類工礦企業(yè)的規(guī)模,按國家現(xiàn)行規(guī)定劃分。
②如輔助廠區(qū)(或車間)和生活區(qū)單獨進行防護的,其防洪標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低。
三、常用的水文特征值
(一)汛期時間的劃分
從全國來講,汛期時間是不同的，主要由各地區(qū)根據(jù)具￡嚻頡⒔鄧榭鼉齠?，膽蝻滊?奔浣顯?lt;/span>,結(jié)束時間較晚;北方入汛時間較晚，但結(jié)束時間較早。每年5月～9月，江淮流域降雨明顯比其它月份多,故我省習(xí)慣上把5月～9月稱為汛期。汛期又分為初汛期、中汛期和末汛期。中汛期又稱大汛期或主汛期。
(二)頻率與重現(xiàn)期
(l)頻率的概念。頻率是指某一數(shù)值隨機變量出現(xiàn)的次數(shù)與全部系列隨機變量總數(shù)的比值,用符號P表示,以百分比(％)作單位。
頻率是隨機變量出現(xiàn)的機會,例如P=1％,表示平均每100年會出現(xiàn)一次;P=5％，表示平均每l00年會出現(xiàn)5次,或平均每20年會出現(xiàn)一次。
(2)重現(xiàn)期的概念。隨機變量出現(xiàn)頻率的另一種表達方式是重現(xiàn)期，即通常所講“多少年一遇”。
重現(xiàn)期用T表示，水文分析所用的單位是“年”。
(3)重現(xiàn)期與頻率的關(guān)系。重現(xiàn)期與頻串的關(guān)系可用下式表示。
①當(dāng)所分析的對象是最大洪峰流量或最大24h降水量等，它們出現(xiàn)的頻率小于50％時，則重現(xiàn)期為:T=1/P(年)
②當(dāng)所分析的對象是較小的枯水流量，其頻率一般大于50％、則重現(xiàn)期為：
T=1/(1-P)(年)
應(yīng)當(dāng)注意的是，所謂重現(xiàn)期為百年一遇，是指在很長的時間內(nèi)，平均每逢一百年會出現(xiàn)一次，而不是說剛好在一百年出現(xiàn)一次，事實上在一百年內(nèi)可能遇到好幾次，也可能一次也遇不到。
(三)常用的特征值
1.河道水位特征值
(1)起漲水位。一次洪水過程中，漲水前最低的水位。
(2)洪峰水位。一次洪水過程中出現(xiàn)的最高水位值。同樣按日、月、年進行統(tǒng)計,可以分別得到日、月、年最高水位。
(3)警戒水位。當(dāng)水位繼續(xù)上漲達到某一水位，防洪堤可能出現(xiàn)險情，此時防汛護堤人員應(yīng)加強巡視，嚴(yán)加防守,隨時準(zhǔn)備投入搶險,這一水位即定為警戒水位。
警戒水位主要是根據(jù)地區(qū)的重要性、洪水特性、堤防標(biāo)準(zhǔn)及工程現(xiàn)狀而確定。
(4)保證水位。按照防洪堤防設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)保證在此水位時堤防不潰決。有時也把歷史最高水位定為保證水位。
2.水庫的特征水位與庫容
水庫工程為完成不同任務(wù)不同時期和各種水文情況下,需控制達到或允許消落的各種庫水位稱為水庫特征水位。相應(yīng)于水庫特征水位以下或兩特征水位之間的水庫容積稱為水庫特征庫容?！端姽こ趟麆幽茉O(shè)計規(guī)范》中,規(guī)定水庫待征水飽主要有:正常蓄水位、死水位、防洪限制水位、防洪高水位、設(shè)計洪水位、校核洪水位等;主要特征庫容有:興利庫容(調(diào)節(jié)庫容)、死庫容、重疊庫容、防洪庫容、調(diào)洪庫容、總庫容等。
(1)正常蓄水位與興利庫容。水庫在正常運用情況下,為滿足興利要求在開始供水時應(yīng)蓄到的水位，稱正常蓄水位,又稱正常高水位、興利水位，或設(shè)計蓄水位。它決定水庫的規(guī)模、效益和調(diào)節(jié)方式，也在很大程度上決定水工建筑物的尺寸、型式和水庫的淹沒損失，是水庫最重要的一項特征水位。當(dāng)采用無閘門控制的泄洪建筑物時，它與泄洪堰頂高程相同;當(dāng)采用有閘門控制的泄洪建筑物時,它是閘門關(guān)閉時允許長期維持的最高蓄水位,也是擋水建筑物穩(wěn)定計算的主要依據(jù)。正常蓄水位至死水位之間的水庫容積稱為興利庫容,即以調(diào)節(jié)庫容。用以調(diào)節(jié)徑流,提供水庫的供水量。
(2)死水位與死庫容。水庫在正常運用情況下，允許消落到的最低水位，稱死水位，又稱設(shè)計低水位。死水位以下的庫容稱為死庫容，也叫墊底庫容。死庫容的水量除遇到特殊的情況外(如特大干旱年)，它不直接用于調(diào)節(jié)徑流。
(3)防洪限制水位與重疊庫容。水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位,也是水庫在汛期防洪運用時的起調(diào)水位，稱防洪限制水位。防洪限制水位的擬定，關(guān)系到防洪和興利的結(jié)合問題，要兼顧兩方面的需要。如汛期內(nèi)不同時段的洪水特征有明顯差別時，可考慮分期采用不同的防洪限制水位。正常蓄水位至防洪限制水位之間的水庫容積稱為重疊庫容,也叫共用庫容。此庫容在汛期騰空,作為防洪庫容或調(diào)洪庫容的一部分。
(4)防洪高水位與防洪庫容。水庫遇到下游防護對象的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時,在壩前達到的最高水位,稱防洪高水位。只有當(dāng)水庫承擅下游防洪任務(wù)時,才需確定這一水位。此水位可采用相匝下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的各種典型洪水,按擬定的防洪調(diào)度方式,自防洪限制水位開始進行水庫調(diào)洪計算求得。防洪高水位至防洪限制水位之間的水庫容積稱為防洪庫容。它用以控制洪水，滿足水庫下游防護對象的防洪要求。
(5)設(shè)計洪水位。水庫遇到大壩的設(shè)計洪水時，在壩前達到的最高水位,稱設(shè)計洪水位。它是水庫在正常運用情況下允許達到的最高洪水位。也是擋水建筑物穩(wěn)定計算的主要依據(jù)，可采用相應(yīng)大壩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的各種典型洪水,按擬定的調(diào)度方式,自防洪限制水位開始進行調(diào)洪計算求得。
(6)校核洪水位與調(diào)洪庫容。水庫遇到大壩的校核洪水時,在壩前達到的最高水位，稱校核洪水位。它是水庫在非常運用情況下，允許臨時達到的最高洪水位，是確定大壩頂高及進行大壩安全校核的主要依據(jù)。此水伎可采用相應(yīng)大壩校核標(biāo)準(zhǔn)的各種典型洪水，按擬定的調(diào)洪方式，自防洪限制水位開始進行調(diào)洪計算求得。校核洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積稱為調(diào)洪庫容。它用以攔蓄洪水，在滿足水庫下游防洪要求的前提下保證大壩安全。 (7)總庫容。校核洪水位以下的水庫容積稱為總庫容。它是一項表示水庫工程規(guī)模的代表性指標(biāo),可作為劃分水庫等級、確定工程安全標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。
以上所述備項庫容,均為壩前水位水平線以下或兩特征水位水平線之間的水庫容積，常稱為靜態(tài)庫容,即是習(xí)慣上講的庫容。在水庫運用中．特別是洪水期的調(diào)洪過程中，庫區(qū)水面線呈拋物線形狀，這時實際水面線以下、庫尾和壩址之間的水庫容積，稱為動態(tài)庫容。實際水面線與壩前水位水平線之間的容積稱為楔形庫容或動庫容。以上各項水庫特征水位和特征庫容的相互關(guān)系如圖4-1所示。
3.流量特征值
(1)洪峰流量。一次洪水過程中，流量的最大值。
(2)歷史最大流量。歷史最大洪水發(fā)生過程中的最大流量，又稱歷史洪水洪峰流量。
(3)安全泄量(允許泄量)。某河道或涵閘能安全通過的最大渲泄流量。河道安全泄量指在保證水位時的相應(yīng)流量，亦代表現(xiàn)有堤防的防洪能力。河道安全泄量是規(guī)劃設(shè)計堤防工程和水庫擔(dān)負下游防洪任務(wù)的重要數(shù)據(jù),也是擬定防洪措施的主要依據(jù)。
4.設(shè)計洪水
(1)設(shè)計洪水是指符合一定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水。它包括設(shè)計洪峰流量、一定時段的設(shè)計洪水總量和設(shè)計洪水過程線三個要素。
(2)防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是指防洪保護對象和防洪工程本身的防洪安全標(biāo)準(zhǔn)。防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是衡量水利工程防洪效果的指標(biāo),通常采用洪水的重現(xiàn)期作為洪水的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
5.洪水特性
洪水特性的表示方法，通常用洪峰流量、洪水總量和洪水總歷時來表示。
(l)一次洪水總量。它是某一控制斷面以上流域內(nèi)一次降雨產(chǎn)生的徑流量，可以用一次降雨產(chǎn)生的徑流深乘以產(chǎn)流的流域面積求得。也可以由一次洪水流量過程線與橫坐標(biāo)所包圍的面積求得。
(2)洪水總歷時。是指一次洪水過程所經(jīng)歷的時間可以由一次洪水流量過程線的底寬求得。
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