《水文学原理》教学大纲

Hydrology Principle

课程编码：21A42009 学分：3.0 课程类别：专业基础课（必修课）

计划学时：48 其中讲课：48 实验或实践：0 上机：0

适用专业：水文与水资源工程

推荐教材：缪韧编，《水文学学原理》，中国水利水电出版社，2007年

参考书目：芮孝芳编，《水文学原理》，高等教育出版社，2013

沈冰,黄红虎编，《水文学学原理》，中国水利水电出版社，2008年

课程的教学目的与任务

本课程的教学目的是使学生在已学习过的高等数学课程基础上，使学生掌握水文学的基础知识和基本理论，为后续课程的学习及从事水文水资源工程的研究打下基础。通过学习使学生掌握地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律，水文循环的物理过程、水文循环各要素形成的物理机理、时空分布规律，产汇流的基础理论，为水文、水利计算，水旱灾害分析、水资源评价等做好基本理论储备。

课程的基本要求

1、使学生了解水文学的概念和研究对象、水文现象的变化规律。通过讲解水文现象，使学生掌握水文循环的概念和规律。

2、使学生掌握降水的空间分布规律、分析方法和区域平均降水量的计算方法。了解与水文学有关的降雨过程、蒸发过程、土壤的下渗过程，径流过程和产流机制。

3、使学生理解水文现象及其过程的物理基础，掌握降水特性及区域平均降雨量的计算方法；掌握降水、下渗、蒸发等水文现象的物理规律；

4、使学生理解产流及汇流过程，掌握产流和汇流的基本计算方法。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议

第一章 绪论 建议学时：2

[教学目的与要求]掌握水文学的定义及研究内容，水文学的分类、水文学的两个基本特征。了解

水文学的研究方法和水文学的发展过程。

[教学重点与难点]水文学的研究内容，水文学的分类、水文学的两个基本特征。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节水文现象及水文学的研究内容

一、水文现象

二、水文学研究的内容

三、水文学的分类

第二节水文现象的基本特性及研究

一、水文现象的基本特性

二、水文学的研究方法

第三节水文学的发展过程

第二章 水的物理特性、水文循环与水量平衡 建议学时：2

[教学目的与要求] 了解与水文学有关的水的物理性质，地球上各种水资源量，中国的水资源情况。

掌握大循环、小循环的定义，掌握海洋、陆地、全球及流域水量平衡公式，不同水的更新速度计算方法。学会利用水量平衡公式建立海洋、陆地、全球及流域水量平衡公式。

[教学重点与难点] 水文循环、水量平衡，水的更新速度的计算

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节水的物理性质

一、水的三态转化（相变）

二、水的密度

三、水的热容量和热传导性质

四、水的表面张力

五、水的压缩性

第二节地球上的水资源

一、地球上的水资源

二、中国的水资源

第三节地球上水的更新速度

第四节水文循环

一、水文循环的概念

二、水文循环的类别

三、水文循环的作用和意义

四、水文循环的影响因素

五、中国的主要水分循环

第五节水量平衡

一、水量平衡原理

二、陆地、海洋及全球水量平衡

三、流域水量平衡

第三章 河流、水系与流域 建议学时：4

[教学目的与要求] 了解河流的形成及分段，水系及形状，河网密度，河流的分级，河流地貌定律。掌握河流的横断面、纵断面、坡降等特征，掌握分水线与流域的特征。

[教学重点与难点] 分水线；闭合流域、非闭合流域；流域的特征。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节河流及其特征

一、河流的形成及分段

二、河流及其特征（河流的横断面、纵断面、坡降）

第二节水系及分级

一、水系及形状

二、河网密度：

三、水系中河流的分级

四、河流地貌定律

第三节流域及特征

一、分水线与流域

二、流域的特征

第四节径流形成过程概述

第四章 降水 建议学时：4

[教学目的与要求] 了解与降水形成有关的几个概念、降水的形成过程，降雨的观测，我国的降雨特性及暴雨特点。掌握几种降雨类型及特点，降水的基本要素（特征值）及时空分布。掌握描述流域降雨分布的特征值及分析方法，学会利用点雨量估算面平均雨量的方法。

[教学重点与难点] 降雨类型，降水的基本要素（特征值）及时空分布，面平均雨量的方法。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节降水的形成机理

一、与降水形成有关的几个概念

二、降水的形成

第二节降雨的分类及其特性

一、对流雨(Convective Rain)

二、地形雨(Orographic Rain)

三、锋面雨(Frontal Rain)

四、气旋雨(Cyclonic Rain)

五、降雨强度分级

第三节降雨的观测

第四节降水的基本要素（特征值）及时空分布

一、描述降雨特性的几个特征值

二、降雨时空分布

第五节流域降雨分布和流域平均雨量

一、描述流域降雨分布的特征值

二、降雨在流域的分布特性分析

三、由点雨量估算面平均雨量的常用方法

第六节我国的降雨特性及暴雨特点

一、我国的降雨特性

二、我国暴雨特点

第五章 植物截留与填洼 建议学时：2

[教学目的与要求] 了解植物截留的过程和影响因素，填洼的过程和影响因素。掌握植物截留量的计算。

[教学重点与难点] 植物截留量的计算.

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节植物截留

一、植物截留的概念

二、影响植物截留的因素

三、截留量计算

第二节填洼

一、填洼过程

二、影响因素

第六章 土壤水 建议学时：4

[教学目的与要求] 了解土壤三相组成，土壤水分受力，土壤水分变化的滞后和土壤水运动的基本方程。掌握土壤常用物理指标，土壤水分存在形式，土壤水分常数，土壤土水势的组成。学会计算土水势。

[教学重点与难点] 土壤水分存在形式，土壤含水量指标，土水势。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节土壤的水理特性

一、土壤三相组成

二、土壤常用物理指标

第二节土壤水分的作用力和土壤水分存在形式

一、土壤水分受力

二、土壤水分存在形式

三、土壤含水量指标（土壤水分常数）

第三节土壤水的水力特性

一、土水势概念

二、土壤土水势的组成

三、土壤水分变化的滞后现象

第四节地下水

一、潜水

二、承压水

第五节土壤水运动的基本方程

一、土壤单元体水流连续方程（水量平衡方程）

二、饱和土壤水运动方程

三、非饱和土壤水运动方程

第六节土壤含水量的测定

第七章 下渗 建议学时：4

[教学目的与要求] 了解土层水分带，下渗过程中土壤水垂向分布规律，影响下渗的因素，下渗试验。掌握包气带的三个水分带，下渗的三个过程，土壤下渗率和下渗能力，霍顿下渗公式，天然条件下的下渗

[教学重点与难点] 霍顿下渗公式，天然条件下的下渗。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节下渗的物理过程

一、土层水分带

二、下渗过程

三、下渗过程中土壤水垂向分布规律

四、下渗结束后，土壤剖面内水分再分配

五、土壤下渗率和下渗能力

第二节下渗公式

一、霍顿下渗率试验

二、霍顿下渗公式

三、考斯加柯夫公式

第三节天然条件下的下渗及影响下渗的因素

一、天然条件下的下渗

二、影响下渗的因素

第八章 蒸发与散发 建议学时：4

[教学目的与要求]了解蒸发的原因，影响水面、植物、土壤、流域蒸发的因素，各种蒸发量的估算方法。掌握与水面蒸发、植物散发、土壤蒸发、流域蒸发有关的概念，掌握植物、土壤、流域蒸发的规律。

[教学重点与难点]重点：植物、土壤、流域蒸发的规律。难点：流域蒸发的计算。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节蒸发现象及其控制条件

一、与蒸发相关的一些基本概念

二、蒸发的表示方法

三、蒸发的分类及控制蒸发的条件

第二节水面蒸发

一、水面蒸发的物理机制

二、影响因素

三、水面蒸发的估算

四、水面蒸发的观测

第三节土壤蒸发

一、土壤蒸发过程

二、土壤蒸发的实验验证

三、影响土壤蒸发的因素

四、土壤蒸发量的估算

第四节植物散发

一、散发现象

二、影响植物散发的影响因素及规律

第五节流域蒸散发

一、流域蒸散发

二、流域蒸散发的影响因素及规律

三、流域蒸散发的计算方法

第六节我国蒸散发分布规律

第九章 径流 建议学时：2

[教学目的与要求] 了解影响径流的主要因素，河川径流情势及我国河川径流分布。掌握径流形成的两个过程，径流表示方法，径流的分割与计算。学会利用流量过程线进行径流的分割。

[教学重点与难点]重点：径流表示方法。难点：径流的分割。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节径流形成过程

一、产流过程

二、汇流过程

第二节影响径流的主要因素

第三节径流表示方法

一、流量

二、径流总量

三、径流模数

四、径流深度

五、径流系数

第四节河川径流情势及我国河川径流分布

一、河川径流情势

二、国河川径流分布

第五节径流的分割与计算

一、流量过程线分析

二、径流的分割

三、径流的计算

第十章 产流机制研究 建议学时：4

[教学目的与要求]了解流域产流特征，包气带水分变化及水量平衡方程，超渗地面径流、壤中径流、地下径流的产流机制。掌握径流形成产流的过程，产流的三种形式，产流模式（蓄满产流、超渗产流）。

[教学重点与难点] 蓄满产流和超渗产流模式。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节包气带水分补排及水量平衡方程

一、包气带

二、包气带水量平衡

第二节产流机制

一、产流的形式（地表径流、地下径流、壤中流）

二、超渗地面径流产流机制

三、壤中径流产流机制

四、地下径流产流过程

第三节产流模式

一、超渗产流

二、蓄满产流

第十一章 流域产流 建议学时：6

[教学目的与要求]了解流域产流特征，蓄满产流条件下总径流的产流面积变化，超渗地面径流量计算；掌握蓄满产流总径流量计算。

[教学重点与难点] 重点：蓄满产流总径流量计算。难点：蓄满产流总径流量计算，超渗地面径流量计算

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节流域产流特征

第二节产流面积的变化

一、现象及原因

二、蓄满产流条件下总径流的产流面积变化

三、超渗产流地面径流产流面积变化

第三节蓄满产流总径流量计算

一、降雨径流关系

二、蓄满产流计算

第四节超渗地面径流量计算

一、 下渗曲线的转换

二、 超渗产流的计算

第十二章 河道洪水演算 建议学时：4

[教学目的与要求]了解河道洪水波的形态特征和运动特征，洪水波运动微分方程，洪水波的分类。掌握河段的平衡方程和槽蓄方程，洪水计算的马斯京根法原理。

[教学重点与难点] 重点：河段的平衡方程和槽蓄方程，洪水计算的马斯京根法。难点：洪水计算的马斯京根法。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节河道洪水波的概念

一、河槽洪水波及其要素

二、河槽洪水波运动微分方程

第二节洪水波的分类和运动特征

一、洪水波的分类

二、洪水波的运动特征

第三节河段槽蓄原理和槽蓄方程

一、河段的平衡方程和槽蓄方程

二、洪水计算的马斯京根法

第十三章 流域汇流 建议学时：6

[教学目的与要求]了解汇流过程，瞬时单位线法。掌握等流时线法计算，单位线的概念、单位线法的二个假定和经验单位线法计算方法。学会利用等流时线法和经验单位线法进行流域的汇流计算。

[教学重点与难点] 等流时线法、经验单位线法。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节概述

第二节等流时线法

一、基本概念

二、等流时线法计算

第三节经验单位线法的汇流计算

一、经验单位线的基本概念

二、单位线法的二个假定

三、利用单位线求流量过程线

撰稿人： 韩延成 审核人：桑国庆