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从《水文学原理》看泾河 —《水文学原理》课程学习小结
  2017-04-18 13:53  

  在前几周紧张的学习中,我们还学习了《水文学原理》。这本教材是水文水资源工程·高等学校水利学科专业规范核心课程教材。

  谈论起原理,让人感到了复杂和难理解,但是在教材的主编者之一黄红虎老师娴熟的讲解下,让我们这些已经围绕水文工作的人对水文学原理有了更深的理解。现结合自己所测验的泾河对这一阶段学习进行小结。

  1.水文学的发展

  水文学从地理水文学、工程水文学到水资源水文学不断发展,学好水文学可以为水资源短缺对策、水资源持续利用、水资源合理配置、水灾害防治、水污染治理、水生态环境功能恢复及保护奠定基础。

  公元前3500年~前3000年古埃及人即开始观测尼罗河水位。公元前95年(前汉书)中有:“泾水一石,其泥数斗”,这是最早对泾河水文现象的记载。

  联合国教科文组织(UNESCO)和世界气象组织(WMO)认定1674年为现代水文的开端,随后涌现出一批水文测验仪器;1922年11月10日采用Price流速仪在张家山测流,这是泾河首次水文测验,随后1934年按流域设立几处水文站和多处雨量站,是西北地区最早布设水文站网的河流之一,目前泾河干支流有近30个常年驻测站。

  经过对比发现,我们的水文工作发展晚于西方,追赶和超越是我们必需的努力。

  2.水量平衡

  水量平衡是物质不灭定律在水文学中的具体应用,是定量研究水文现象的基本工具。

  对于泾河中游的景村站和下游张家山站所测验的径流量每年都进行对比,景村站径流量+区间支流三水河芦村河站径流量应该接近(或略小于)泾河张家山站径流量+泾惠渠引水量。随着泾河东庄水库的修建,这种平衡即将受到影响,我们水文工作者要加强监测了。

  3.河流与流域

  这章对河流进行了详细描述和剖析,很多耳熟能详的概念,有时反倒会混淆。一条河流沿水流方向,自高向低分为河源、上游、中游、下游、河口五段。

  泾河河源在宁夏回族自治区泾源县六盘山东侧马尾巴梁,在其不远处下游设有泾河源水文站;上游指甘肃省宁县政平以上,有代表站杨家坪水文站;中游指甘肃省宁县政平至陕西省泾阳县张家山以上段,有代表站景村水文站;下游指泾阳县张家山至西安市高陵区泾河入渭口,有代表站张家山水文站;河口位于西安市高陵区船张村,在这里泾渭交汇,在其不远处上游设有专用站泾河桃园水文站。泾河干支流示意图见图1。

  按老师讲授计算一下泾河流域的特征值:

  流域面积:F= 45421 km2;

  流域长度:L=455.1km,需要说明的是泾河其实在和支流马连河汇合前的长度是小于马连河的,只是历史和传统奠定了以一条比较短且水清的河为泾河干流,最后各类水文工具书也都这样确定。

  流域平均宽度:B=F/L=45421÷455.1=99.8(km);

  流域形状系数:K=B/L=99.8÷455.1=0.22。

  其他参数如:流域平均高度、流域平均坡度、面积高程曲线由于缺乏数据就不能进一步分析了。

   

  图1泾河干支流示意图

  在学习中,我特别注意了横断面的描述,因为我们一直认定泾河张家山站的横断面是单式断面,而和书上的图对比一下,判断是复式断面(中低水情况下),见图2。

   

  图2 泾河张家山站横断面(上)和教材列举断面(下)类型对比图

  4.降水

  降水是我们最常见的观测项目,在当前站点增多,自动程度越来越高的情况下对降水资料的检验和订正,是我们需要重视的工作。分析降水的步骤为(1)利用本地区绘制的等雨量图审查个别站的降水量资料是否合理;(2)从降水类型、性质、地形等方面分析雨量资料是否合理;(3)相邻站同时期的降水量、降雨强度和降雨历时进行对比检查;(4)利用双累积曲线对测站记录的不一致进行分析校正。

  在使用双累积曲线时需要计算修正系数,如图3(教材37页图4-10),修整系数α=K2/K1,其中K1、K2分别为改变点前后的双累积曲线斜率。计算一下图上的改正系数为α=K2/K1=0.75÷0.95=0.79。

   

  图3 降雨量的双累积曲线示意图

  5.径流

  径流指由降水形成,在重力的作用下沿着一定的方向长路径流动的水流。径流的表示方法有流量、径流量、径流深、径流模数、径流系数,计算示例见图4。

    

  图4 教材中径流的计算示例

  参照示例对泾河径流进行计算。已知泾河张家山站流域面积43216m2,多年平均流量58.0m3/s,多年平均降水量539.1mm,计算:

  多年平均径流量W(_)=Q(_)T=58.0×365×24×3600=18.29×108(m3)

  多年平均径流深R(_)=W(_)/F=18.29×108÷(43216×103)=42.3(mm)

  多年平均径流模数:

  M(_)=Q(_)/F=58.0÷43216=0.00134[m3/(s·km2)]=1.34L(s·km2)

  多年平均径流系数:α=R(_)/P(_)=42.3÷539.8=0.078

  通过对《水文学原理》的学习,应用其中的知识对我所测验的泾河流域特征、径流数据进行了计算,从计算结果可以看出泾河是一个产流量很小的河流,但因其洪水猛烈、含沙量大,在水文上被确定为黄河十大水系之一。由于数据不足,一些分析计算还没有进行,随着资料的收集和其他相关课程的开展,这本教材将随时被翻开,上面的知识也会再次得到应用和巩固。

作者:陕西省水文水资源勘测局张家山水文站 王晓斌   责编:杨非
 
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