工程水文水力學(xué)思考題和計算題一、思考問答1、水文現(xiàn)象是一種自然現(xiàn)象，它具有什么特性，各用什么方法研究？答：1）成因分析法:根據(jù)水文變化的成因規(guī)律，由其影響因素預(yù)報、預(yù)測水文情勢的方法如降雨徑流預(yù)報法、河流洪水演算法等 2）數(shù)理統(tǒng)計法：根據(jù)水文現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律，對水文觀測資料統(tǒng)計分析，進行水文情勢預(yù)測、預(yù)報的方法如設(shè)計年徑流計算、設(shè)計洪水計算、地區(qū)經(jīng)驗公式等水文計算常常是二種方法綜合使用，相輔相成，例如由暴雨資料推求設(shè)計洪水，就是先由數(shù)理統(tǒng)計法求設(shè)計暴雨，再按成因分析法將設(shè)計暴雨轉(zhuǎn)化為設(shè)計洪水 此外，當(dāng)沒有水文資料時，可以根據(jù)水文現(xiàn)象的變化在地區(qū)分布上呈現(xiàn)的一定規(guī)律（水文現(xiàn)象在各流域、各地區(qū)的分布規(guī)律）來研究短缺和無資料地區(qū)的水文特征值 2、何謂水量平衡？試敘閉合流域水量平衡方程在實際工作中的應(yīng)用和意義答：對任一地區(qū)、任一時段進入的水量與輸出的水量之差，必等于其蓄水量的變化量，這就是水量平衡原理，是水文計算中始終要遵循的一項基本原理 依此，可得任一地區(qū)、任一時段的水量平衡方程對一閉合流域：設(shè) P 為某一特定時段的降雨量，E 為該時段內(nèi)的蒸發(fā)量，R 為該時段該流域的徑流量，則有：P=R+EC+△U △U為該時段流域內(nèi)的蓄水量，△U=U1+U 2。

對于多年平均情況，△U ＝0，則閉合流域多年平均水量平衡方程變?yōu)椋篳P=`R+`E 影響水資源的因素十分復(fù)雜，水資源的許多有關(guān)問題，難于由有關(guān)的成因因素直接計算求解，而運用水量平衡關(guān)系，往往可以使問題得到解決因此，水量平衡原理在水文分析計算和水資源規(guī)劃的分析計算中有廣泛的應(yīng)用 如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素例如：某閉合流域的多年平均降雨量`P=1020mm ，多年平均徑流深`R=420mm，試求多年平均蒸發(fā)量`E `E=`P-`R＝600mm 3、何謂年徑流？它的表示方法和度量單位是什么？徑流深度、徑流總量、平均流量、徑流模數(shù)的概念及相互關(guān)系答：一個年度內(nèi)在河槽里流動的水流叫做年徑流年徑流可以用年徑流總量W（m3）、年平均流量Q（m3/s）、年徑流深R（mm）、年徑流模數(shù)M（L/(s﹒km2)）等表示將計算時段的徑流總量，平鋪在水文測站以上流域面積上所得的水層厚度，稱為徑流深度，徑流總量是指在指定時段Δt通過河流某一斷面的總水量徑流模數(shù)是單位流域面積上單位時間所產(chǎn)生的徑流量4、流量的觀測與水位流量關(guān)系曲線的延長答： 測站測流時，由于施測條件限制或其他種種原因，致使最高水位或最低水位的流量缺測或漏測，在這種情況下，須將水位流量關(guān)系曲線作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量過程。

根據(jù)水位面積、水位流速關(guān)系外延：河床穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流速關(guān)系點常較密集，曲線趨勢較明確，可根據(jù)這兩根線來延長水位流量關(guān)系曲線 根據(jù)水力學(xué)公式外延：此法實質(zhì)上與上法相同，只是在延長Z～V曲線時，利用水力學(xué)公式計算出需要延長部分的V值最常見的是用曼寧公式計算出需要延長部分的V值，并用平均水深代替水力半徑R由于大斷面資料已知，因此關(guān)鍵在于確定高水時的河床糙率n和水面比降I 水位流量關(guān)系曲線的低水延長：低水延長常采用斷流水位法所謂斷流水位是指流量為零時的水位，一般情況下斷流水位的水深為零此法關(guān)鍵在于如何確定斷流水位，最好的辦法是根據(jù)測點縱橫斷面資料確定5、流域平均降水量的計算方法1）算術(shù)平均法設(shè)流域內(nèi)共有n個雨量站，各雨量站的雨量分別為x1，x2，…，xn（mm），則流域平均雨量為：此法簡單明了，適用于流域內(nèi)地形變化不大，雨量站數(shù)目較多且分布均勻的情況2）泰森多邊形法此法是先把流域內(nèi)及流域外附近的相鄰的雨量站用直線連接構(gòu)成三角形，再做各三角形每條邊的垂直平分線，則許多垂直平分線與流域的分水線組成若干不規(guī)則的多邊形每個多邊形的面積用fi表示，每個多邊形的雨量用此多邊形內(nèi)的雨量站的雨量xi表示，用加權(quán)平均法可計算流域的平均雨量，公式為：本法應(yīng)用比較廣泛，當(dāng)流域內(nèi)雨量站分布不均勻或流域內(nèi)地形變化較大時，均可使用。

3）等雨量線法對于較大的流域，地形起伏一般較大，當(dāng)流域內(nèi)有足夠的雨量站時，可繪出等雨量線，求出相鄰兩等雨量線間的面積及平均雨量值（xi+xi+1）/2，計算流域平均雨量6、如何繪制累積頻率曲線？設(shè)計頻率標(biāo)準(zhǔn)如何確定？答：根據(jù)實測水文資料，按從大到小的順序排列，如下左圖所示，然后用經(jīng)驗頻率公式計算系列中各項的頻率，稱為經(jīng)驗頻率以水文變量x 為縱坐標(biāo)，以經(jīng)驗頻率p 為橫坐標(biāo)， 點繪經(jīng)驗頻率點據(jù)，根據(jù)點群趨勢繪出一條平滑的曲線，稱為經(jīng)驗頻率曲線，下圖為某站年最大洪峰流量經(jīng)驗頻率曲線有了經(jīng)驗頻率曲線，即可在曲線上求得指定頻率p 的水文變量值x 對經(jīng)驗頻率的計算，目前我國水文計算上廣泛采用的是數(shù)學(xué)期望公式 P=m/(n+1)x100%7、經(jīng)驗頻率曲線的繪制方法答：根據(jù)實測水文資料，按從大到小的順序排列，如下左圖所示，然后用經(jīng)驗頻率公式計算系列中各項的頻率，稱為經(jīng)驗頻率以水文變量x為縱坐標(biāo)，以經(jīng)驗頻率p為橫坐標(biāo)，點繪經(jīng)驗頻率點據(jù)，根據(jù)點群趨勢繪出一條平滑的曲線，稱為經(jīng)驗頻率曲線，下右圖為某站年最大洪峰流量經(jīng)驗頻率曲線有了經(jīng)驗頻率曲線，即可在曲線上求得指定頻率p的水文變量值Xp8、頻率曲線的三個統(tǒng)計參數(shù)各表示什么意義？對頻率曲線各有什么影響？答：三個統(tǒng)計參數(shù)：1）均值表示毓中變理的平均情況。

高某水文變更的觀測毓為X1，X2，……Xn，則其均值為2)變差系數(shù)：水文計算中用均方差與均值之比作為衡量系列的相對離散程度的一個參數(shù)，稱為變差系數(shù)，或稱離差系數(shù)、離勢系數(shù)， 用Cv表示，其計算式為：3）偏態(tài)系數(shù)：在數(shù)理統(tǒng)計中采用偏態(tài)系數(shù)CS作為衡量系列不對稱程度的參數(shù)，其計算式為：關(guān)于三個統(tǒng)計參數(shù)對頻率曲線的影響：1， 均值x對曲線的影響，Cv和Cs值固定時，x大的在頻率曲線之上，相反在頻率曲線之下，x越大頻率曲線越陡2， 2，Cv對曲線的影響，當(dāng)x與Cs為固定值時，Cv越大，則曲線越陡，左上方向上太高，右下方越下降，Cv越小，頻率曲線越平緩，Cv=0時，則為水平，3，當(dāng)Cs對曲線有影響時，且x與Cv固定值，且Cs〉0隨著Cs增大頻率曲線上端變得陡峭，下端變得平緩，此時曲線中部越來越偏向左邊，當(dāng)Cs〉2時，下端趨于水平，當(dāng)Cs=0時，曲線呈正態(tài)分布當(dāng)Cs〈0時，隨著Cs減小上端變緩，下端變陡9、偏態(tài)系數(shù)Cs﹥0或<0，各說明隨機變量x的分布有何特點？答：在數(shù)理統(tǒng)計中采用偏態(tài)系數(shù)CS作為衡量系列不對稱程度的參數(shù)，當(dāng)系列對于對稱時，CS＝0；當(dāng)系列對于不對稱時，CS≠0，若CS＞0，稱為正偏；若CS＜0，稱為負(fù)偏，如下圖偏態(tài)系數(shù)Cs﹥0，說明隨機變量x出現(xiàn)大于均值的機會比出現(xiàn)小于均值的機會少；偏態(tài)系數(shù)Cs<0，說明隨機變量x出現(xiàn)大于均值的機會比出現(xiàn)小于均值的機會多10、重現(xiàn)期（T）與頻率（P）有何關(guān)系？千年一遇洪水，是指什么意思？ 95％的年徑流其重現(xiàn)期為多少？ P=90%的枯水年，其重現(xiàn)期（T）為多少年？以P=90%的枯水年為設(shè)計依據(jù)，其安全率和風(fēng)險率各為多少。

答：頻率曲線繪制后，就可在頻率曲線上求出指定頻率p的設(shè)計值xp由于"頻率"較為抽象，水文上常用"重現(xiàn)期"來代替"頻率"所謂重現(xiàn)期是指某隨機變量的取值在長時期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱多少年一遇根據(jù)研究問題的性質(zhì)不同，頻率P與重現(xiàn)期T的關(guān)系有兩種表示方法1、當(dāng)為了防洪研究暴雨洪水問題時，一般設(shè)計頻率P＜50％，則: 式中：T――重現(xiàn)期，年； ――頻率，％2）當(dāng)考慮水庫興利調(diào)節(jié)研究枯水問題時，設(shè)計頻率P＞50％，則: 千年一遇洪水是指在長時期內(nèi)平均1000年出現(xiàn)一次的洪水情況，換句話說，大于等于這樣的洪水平均1000年可能出現(xiàn)一次； 95％的年徑流其重現(xiàn)期T=20年；P=90%的枯水年，其重現(xiàn)期T=10年，在長時期內(nèi)平均10年出現(xiàn)一次的枯水情況，若以P=90%的枯水年為設(shè)計依據(jù)，其安全率和風(fēng)險率分別為90％和10%.11、若年徑流量與年降水量之間的回歸線近似為冪函數(shù)，試以分析法為例說明推求其回歸方程的方法步驟？答：冪函數(shù)y=axb兩邊取對數(shù)后變?yōu)橹本€方程Y=A+bX，其中Y=lgy，X=lgx，A=lga因此，此時建立回歸方程的步驟為：①將xj，yj變換為Xj，Yj；②按一元線性回歸方法計算A、b；③將A取反對數(shù)得a；④把a、b代入y=axb中，即得要推求的回歸方程。

12、推求設(shè)計洪水過程線的基本方法是什么，洪水過程線放大有哪兩類方法？答：推求設(shè)計洪水時要確定設(shè)計洪水過程線，亦即確定設(shè)計洪水的時程分配目前，生產(chǎn)上一般采用放大典型洪水過程線的方法確定設(shè)計洪水過程線進行洪水過程線放大通常采用兩種方法，即同倍比法和同頻率法 同倍比法較為簡單，可采用設(shè)計洪峰流量與典型洪峰流量的比值或某時段的設(shè)計洪量與典型洪量的比值對典型洪水過程線進行放大但按此法進行放大后，不能保證設(shè)計洪水過程線各個時段的洪量或洪峰流量都與設(shè)計值相等 采用同頻率法放大典型洪水過程線時，對洪峰流量和各個時段的洪量采用不同倍比，使得放大以后的過程線洪峰流量以及各時段的洪量可分別等于設(shè)計洪峰流量和設(shè)計洪量值13、某流域下游有一個較大的湖泊與河流連通，后經(jīng)人工圍墾湖面縮小很多試定性地分析圍墾措施對正常年徑流量、徑流年際變化和年內(nèi)變化有何影響？答：由于水面蒸發(fā)減小，使年徑流增加；由于調(diào)蓄能力減小，使年際、年內(nèi)變化加劇14、人類活動對年徑流有哪些方面的影響？其中間接影響如修建水利工程等措施的實質(zhì)是什么？如何影響年徑流及其變化？答：有直接與間接兩方面的影響修建水利工程等措施的實質(zhì)是改變下墊面性質(zhì)而影響年徑流，它們將使蒸發(fā)增加，從而使年徑流量減少；調(diào)蓄能力增加，從而使徑流的年內(nèi)、年際變化趨于平緩。

15、水文資料的三性審查是指什么？對年徑流系列一致性審查是建立在氣候條件和下墊面條件穩(wěn)定性上的，一般認(rèn)為什么條件是相對穩(wěn)定的，主要由于什么條件受到明顯的改變使資料一致性受到破壞？答：水文資料的三性審查是指對資料的可靠性 、一致性 和 代表性 進行審查對年徑流系列一致性審查是建立在氣候條件和下墊面條件穩(wěn)定性上的，一般認(rèn)為氣候條件是相對穩(wěn)定的，主要由于下墊面條件受到明顯的改變使資料一致性受到破壞16、缺乏實測資料時，怎樣推求設(shè)計年徑流量？答:缺乏實測資料時，一般可采用水文比擬法或年徑流量統(tǒng)計參數(shù)等值線圖、分區(qū)圖法求得均值、Cv、Cs，并確定線型，推求年徑流理論頻率曲線，再由設(shè)計頻率查此曲線得設(shè)計年徑流量17、為什么年徑流的CV值可以繪制等值線圖？從圖上查出小流域的Cv值一般較其實際值偏大還是偏??？為什么？答：因年徑流變化主要受氣候因素的影響，后者在地區(qū)上的變化具有緩變的規(guī)律性，因此，年徑流Cv值可繪成隨地區(qū)變化的等值線圖 因Cv等值線圖大多是由中等流域資料計算的Cv值繪制的，而中等流域比小流域有較大的調(diào)蓄補償作用，故從等值線圖上查得的小流域Cv值常常比實際的偏小18、推求設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配時，應(yīng)遵循什么原則選擇典型年？答：選擇典型年的原則有二：①典型年的年徑流量應(yīng)接近設(shè)計年徑流量；②對工程設(shè)計偏于安全。

19、簡述具有長期實測資料情況下，用設(shè)計代表年法推求年內(nèi)分配的方法步驟？答：方法步驟為：①根據(jù)長期年徑流系列進行頻率計算，推求設(shè)計年徑流量Qp；②按選擇代表年（典型年）的原則，在實際資料中選擇典型年Q典；③以K=Qp/Q典分別乘典型年各月的月徑流量，得設(shè)計年徑流的各月徑流量，即設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配20、簡述年徑流年內(nèi)、年際變化的主要特性？答：（1）年內(nèi)變化具有一年為周期的周期性變化； （2）年際變化具有豐、枯年組的交替現(xiàn)象，但周期。