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SPOC学校专有课程
水文学原理
第1次开课
开课时间: 2021年02月07日 ~ 2021年02月07日
学时安排: 待定
当前开课已结束 已有 3 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
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—— 课程团队
课程概述

本课程是水文与水资源工程专业和大气科学(水文气象方向)专业的专业基础课;本课程以水文循环为主线,主要讲述降水、下渗、蒸发、产汇流等相关理论。通过学习使学生掌握水文学的基本概念、基本理论和基本研究方法,为本专业后继课程的学习及未来从事水文水资源、水环境及水文气象等科学的研究打下坚实的理论基础。

授课目标

理解水文现象及其过程的物理基础,掌握降水、下渗、蒸发等水文现象的物理规律;掌握河流及流域特征;掌握产流、汇流的物理机制、计算方法;掌握河道洪水演算方法。

成绩 要求

本课程共10章,38个知识点。每个知识点1-2个学时。每章听完课后,请参加单元测验。最后参加期末考试。单元测试占总成绩40%,期末考试占60%。总成绩60-89分为合格,90分以上为优秀。

课程大纲
绪论
课时目标:(1) 掌握水文学的定义;(2) 了解水文学的发展历程。
1.1 水文学的定义
1.2 水文学的发展历程
水文循环
课时目标:(1) 了解水的密度、冰点和沸点、传热性、表面张力等奇异特性;(2) 了解水文循环现象及其意义;(3) 了解地球系统中水的储量及其分布;(4) 掌握水文循环的基本概念、影响因素及其分类。
2.1 水的奇异的物理特性
2.2 水文循环现象及意义
2.3 地球系统中水的储量
流域及水系
课时目标:(1) 理解水系的拓扑特征和几何学特征里面的一些基本术语;(2)理解流域长度、宽度和形状以及河网密度、河道的维持常数、河流频度、链频度等基本概念;(3) 掌握分水线、集水线、流域、流域面积、闭合流域、非闭合流域、水系、坡面、流域基本单元等基本概念;(4)掌握序列分级法基本原则、河数定律、河长定律和面积定律。
3.1 基本概念
3.2 水系地貌特征
3.3 流域地貌特征
降水
课时目标:(1) 了解降雨的成因以及分类;(2) 掌握降水量、降雨历时、降雨强度及降雨面积等降雨的基本要素和降雨时空变化的表示方法;(3) 掌握区域或流域平均降雨量的计算方法。
4.1 降水特征及时空变化的表示
4.2 降水分类
4.3 区域(流域)平均降雨量的计算方法
土壤水
课时目标:(1) 了解土壤的质地和结构、土壤水分常数在水文中意义以及理查兹(Richards)方程推导;(2) 理解土壤质地三角形;(3) 掌握土壤中的“三相”关系、土壤水的作用力、土壤水的分类和土壤水分常数、水土势,饱和和非饱和土壤的达西定律、土壤水运动的连续性方程以及理查兹(Richards)方程。
5.1 土壤的质地、结构及三相关系
5.2 土壤水的存在状态
5.3 土壤水的能量状态
5.4 土壤水运动的控制方程
下渗
课时目标:(1) 了解下渗现象和经验下渗曲线;(2) 理解下渗的机理;(3) 掌握土壤水分剖面、下渗率、下渗能力、下渗曲线、累积下渗曲线基本概念以及下渗容量与土壤水分剖面的关系;非饱和下渗理论和饱和下渗理论以及下渗与降雨强度的关系以及影响下渗的主要因素。
6.1 下渗的物理过程
6.2 非饱和下渗理论
6.3 饱和下渗理论和经验下渗曲线
6.4 降雨过程中的下渗
蒸散发
课时目标:(1)理解蒸发潜热、凝结潜热、蒸发率、蒸发能力等基本概念;(2)掌握控制蒸散发的条件;(3)了解影响水面蒸发的因素;(4)掌握确定水面蒸发的方法;(5)理解土壤蒸发的物理过程;(6)掌握土壤蒸发的定量计算;(7)了解植物的构造;(8)掌握植物蒸散发过程及基本规律;(9)理解流域蒸散发的基本规律;(10)掌握定量计算流域蒸散发的方法。
7.1 蒸散发的基本概念
7.2 蒸散发过程描述与计算方法
产流机制及流域产流
课时目标:(1) 了解包气带和饱和带的特点以及产流面积的定义;(2)理解包气带对降雨的再分配作用以及流域蓄水容量曲线与降雨—径流关系的相互转换;(3)掌握不同类型的包气带特征、霍顿(Horton)产流理论和邓恩(Dunne)产流理论;蓄满产流模式和超渗产流模式;产流面积变化的成因;流域蓄水容量曲线的特点及其绘制以及蓄满产流总径流量的计算及其水源划分以及流域下渗容量分配曲线的特点及其绘制以及超渗产流的地面径流量的计算方法。
8.1 径流形成过程概述
8.2 包气带对降雨的再分配作用
8.3 产流机制
8.4 产流模式
8.5 蓄满产流过程描述与计算方法
8.6 超渗产流过程描述与计算方法
洪水波及洪水验算
课时目标:(1) 了解洪水波的形成;(2) 理解入流过程的数学处理;(3)掌握洪水波的几何特征和运动特征;河道洪水波运动的数学物理描述,洪水波的分类依据及基本类型;运动波的特点及扩散波的特点;河段水量平衡方程式、河槽调节作用和槽蓄方程;河段汇流曲线和出流过程的推求;线性特征河长连续演算方法;以及线性扩散波演算方法。
9.1 洪水波的形成及其基本特征
9.2 洪水波运动的数学描述
9.3 洪水演算的相关概念和入流数学处理
9.4 河段汇流曲线及其关系
9.5 出流过程推求实例
9.6 洪水演算代表性方法(1)-水文学方法
9.7洪水演算代表性方法(2)-水力学方法
流域汇流
课时目标:(1)了解流域汇流现象、流域瞬时单位线的系统论释义、Nash模型、Clark模型、线性水库串并联模型;Edelman模型和Kraijenhoff模型;流域汇流的非线性问题以及流域退水规律;(2)理解卷积分及其矩定理;(3)掌握流域汇流曲线及其应用、流域时段单位线的识别、径流成因公式、时间—面积曲线和等流时线及其应用以及流域调蓄作用及其物理机理、线性概念性元件及其瞬时单位线、线性概念性元件的组合及其瞬时单位线。
10.1 流域汇流现象与流域汇流曲线
10.2 流域汇流出流演算与流域单位线的识别
10.3 流域汇流的物理机制
10.4 流域汇流的调蓄分析
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预备知识

水力学、高等数学

参考资料

1. 芮孝芳,水文学原理(第1版),高等教育出版社,2013

2. 芮孝芳. 水文学原理(第1版),北京,中国水利水电出版社,2004


南京信息工程大学
3 位授课老师
于志国

于志国

教授

张小娜

张小娜

副教授

李艳忠

李艳忠

讲师

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