防汛名词解释
闸门
安装在闸坝泄流空口,各种过水管道的进出口,用以控制水位、调节流量的门。关闭时挡水或蓄水,开启时进水或泄水。
节制闸
横跨河流或渠道修建的,用以控制和调节水位、流量以利引水灌溉、排涝或改善航运条件的水闸。
套闸
一种简易船闸。具有过船、挡水、引水、排水等作用。其组成和船闸相似。
船闸
在河流梯级控制处用以通航的水工建筑物。它主要由上下游闸首、闸室和引航道等部分组成。
防汛闸门
建在防汛墙缺口上的活动挡水建筑物为防汛闸门,即通道闸门。
压顶
在重力式驳岸顶上或浆砌块石防汛墙顶上现浇一块条形(钢筋)砼为压顶,其作用是增强结构整体性。
汛期与枯水期、丰水期
汛期
指江河中由于流域内季节性或周期性降雨、融冰、化雪而引起的水位流量上涨时期。
枯水期
亦称枯水季。指流域内地表水流枯竭,主要依靠地下水补给水源的时期。在一年内枯水期历时久暂,随流域自然地理及气象条件而异。
丰水期
指江河水流主要依靠降雨或融雪补给的时期。一般是在雨季或春季气温持续升高的时期,这时河中水量丰富,延续时间长。
窨井
窨井即马路中间下水道检查井(又称天窗)。
悬移质与推移质
悬移质
指悬浮在河道流水中、随流水向下移动的较细的泥沙及胶质物等。
推移质
指在水流中沿河底滚动、移动、跳跃或以层移方式运动的泥沙颗粒。
吴淞零点
系根据吴淞站(现上海市东海船厂内)1871年至1900年实测资料,在1901年确定一个略低的最低潮位作为吴淞零点,并于1920年引测到松江佘山,建立永久性测量标志。
天文潮和气象潮及风暴潮
潮位一般由天文潮和气象潮两部分组成的。
天文潮是地球上海洋受月球和太阳引潮力作用所产生的潮汐现象。它的高潮和低潮潮位和出现时间具有规律性,可以根据月球、太阳和地球在天体中相互运行的规律进行推算和预报。
气象潮是由水文气象因素(如风、气压、降水和蒸发等)所引起的天然水域中水位升降现象。除因短期气象要素突变,如风暴所产生的水位暴涨暴落(风暴潮)外,气象潮一般比天文潮小。
风暴潮是由气压、大风等气象因素急剧变化造成的沿海海面或河口水位的异常升降现象。风暴潮是一种气象潮,由此引起的水位升高称为增水,水位降低称为减水。风暴潮可分为两类:一类是由热带气旋引起的;另一类是由温带气旋引起的。在热带气旋通过的途径中均可见到气旋引起的风暴潮。温带气旋所引起的风暴潮在沿海各地都可能发生,且主要发生在冬、春两季。这两类风暴潮的差异是:前者是水位的变化急剧,而后者水位变化较为缓慢,但持续时间较长。这是由于热带气旋较温带气旋移动得快,而且风和气压的变化也往往急剧的缘故。
水资源与水能资源
水资源
大气降水,地表水和地下水统称为水资源。它们三部分之间的关系是相互依存,相互转化,相辅相成的。与人类关系最密切的是淡水资源,就是指在目前经济技术条件下,可为人类利用的河川径流量。淡水湖泊量及可开采的地下水量。
水能资源
指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。水能是一种可再生能源(见新能源与可再生能源)。到20世纪90年代初,河流水能是人类大规模利用的水能资源;潮汐水能也得到了较成功的利用;波浪能和海流能资源则正在进行开发研究。
水准点
指在高程控制测量时埋设的高程控制点标志。由于水准点组成的高程控制网称水准网。标定水准点位置的标石和其他标记,统称为水准标记。
水污染
人类在生产和生活中产生大量废水和废物。如果不经过处理就直接排入江河湖海,日积月累,超过了水体的自然净化能力,就会污染水质,影响自然环境,危害人类健康。
水文资料
指从实地调查、观测及计算研究所得与水文有关的各项资料。例如降水量、蒸发量、水位、流量、含沙量等,以及从这些资料求得在一定时期内的最大值、最小值、平均值、总量、过程线和等值线等。
水文特征值
研究水文变化的定量值。用以表示一定时段(日、月、年、多年)内的水文要素的特征,如最大、最小、平均值等。常用的水文特征值有流量、径流总量、径流模数、径流深、径流系数等。有的把水文特征值再经过统计处理后所得的一些参数如均值X、变差系数Cv、偏态系数Cs等,也统称水文特征值。为区别干前者,工程上称它为水文统计参数。
水文情势
指河流、湖泊、水库等自然水体各水文要素随时间的变化情况。包括水位随时间的变化、一次洪水的流量过程、一年的流量过程、河川径流量的年内和年际间的变化等。
水文年鉴
供各有关部门参考用的,分年刊印的各省、流域、水系水文整编资料成果。主要内容包括刊布说明,测站一览表与分布图,测站的考证资料,水位、流量、泥沙、降水、蒸发、地下水位等资料。一般均整编成逐日平均值表、月统计表、综合过程线图、等值线图等。
水文年
指与水文情况相适应的一种专用年度。水文年度的开始日期有两种不同的划分方法:(1)选择供给河流水源自然转变的时候,即从专靠地下水源转变到地面水源增多的时候;(2)根据与地面水文气象相适应的时候,即选择降水量极少,地表径流接近停止的时候。因此,每一水文年度的开始日期是不同的,但为便于整编计算起见,实际划分时仍以某一月的第一日作为年度开始日期。
水文调查
为了水文分析计算、水利规划、水文预报以及其它工农业生产部门的需要而进行的野外查勘、试验,并向有关部门搜集资料的工作。其目的是补充水文基本站网定位观测之不足。调查内容包括:水文要素(水位、流量、含沙量、土壤含量、下渗等),气候特征(降水、蒸发、气温、湿度、风等),流域自然地理(地形、地质、水系、分水线、土壤、植被等),河道情况(河宽、水深、弯道、建筑物等),人类活动(水利、水土保持措施、土地利用、工农业用水等)以及水旱灾情,社会经济状况等方面。另外,在某些情况下,为了专门的目的,也可以组织专门的水文调查,例如洪水调查,主要是查清历史洪水的痕迹、发生的日期和情况以及河道情况、估算洪峰流量、洪水总量及发生的频率等。
水位计
能自动记录水位变化过程的仪器。常用的水位计有浮子式、压力式、气泡式、超声波式等类型。
浮子式水位计利用浮子跟踪水位升降,以机械方式直接传动记录。用浮子式水位计需有测井设备(包括进水管),适合岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段。浮子式水位计在中国应用较广。
压力式水位计根据压力与水深成正比关系的静水压力原理,运用压敏元件作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时,该测点以上水柱压力高度加上该点高程,即可间接地测出水位。该仪器适用于不便建测井的地区。
气泡式水位计将一根上端装有压力传感器和气源的管子插入水中,以恒定流向管子里通入少量空气或惰性气体,压力传感器即可测出管内气体压力,此值与管子末端以上水头成正比,通过记录系统转换成水位。该仪器的压力传感器不直接与水体接触,可不建测井,特别适用水体污染严重和腐蚀性强的工业废水等场合。国外应用气泡式水位计较普遍。
超声波式水位计应用声波反射的原理来测量水位。分为水介式和气介式两类。声波在介质中以一定速度传播,当遇到不同密度的介质分界面时,声波立即发生反射。水介式是将换能器安装在河底,垂直向水面发射超声波;气介式是将换能器固定在空气中某一高处,向水面发射超声波。两种形式均不需建测井。水介式声速受水温、水压及水中浮悬粒子浓度影响,在测量过程中要对声波校正,才能达到测最精度。气介式要对气温影响进行校正,其优点是不受水中水草、泥沙等影响。
水位计的记录方式有:图形曲线,数据显示或打印,穿孔纸带、磁带,固体电路储存等。有的配备了编码器等装置,将记录转化成数据通过有线、无线电或卫星等进行远距离传输。
中国在20世纪60年代初提出水位自记化要求,至80年代初已有半数以上测站使用日记自记水位计。现正向长期自记,磁带与固体电路储存数据、进行编码实时传送以及自动化数传遥测和构成大网络系统的方向发展。
水位观测
对水位的观测和记录。水位是河流或其他水体的自由水面相对于某一基面的高程。水位资料是水利建设、防洪抗旱活动的重要依据,同时,也是航运、海港、城市给水、水材浮运、水力发电、工矿交通等国民经济所必需的基本资料。在进行其他项目如流量、水温、冰情观测时,同时观测水位作为水流情况的标志。水位观测是水文测验的基本项目。
水位观测设备,常用的有水尺及水位计两类。所采用的基面,一为绝对基面,一般以国家规定统一的水准基面为标准;另一种为假定基面,即在尚未接测至绝对基面的地点,采用低于河床最低处作为标准。用水尺直接观测时,一般水尺读数加已知水尺零点高程即得水位(见图)。
水尺应设置在河道顺直、断面比较规则、水流稳定,无分流、斜流、乱石阻塞的地点;并尽量避开不便观测及有大量工业废水和城市污水排入的地点,使观测得的水位资料具有代表性和准确性;为了使水位与流量关系稳定,观测水位还应避开水流受变动回水影响及水量变化较大的地点(如大量引水、打坝等)。
为了有利于分析比较,水位观测的时间均采用统一的北京标准时制。每日观测次数,以能掌握一日内水位的变化过程和满足水文情报预报的需要为准,平水时每日观测一次或两次,洪水时期、防凌时期(有流冰、冰凌堆积、冰塞、冰坝等现象时)及以冰雪融化为补给的河流在融化期,应增加观测次数,以测取完整的水位变化过程。水位变化频繁,人工观测有困难时,一般应设置合适的自记水位计,以保证水位记录的完整性。为分析、审查水位资料精确度,有时在水位观测地点同时测记河床变化、流势、流向、分洪、引水、冰情、波浪、水生植物、风向、风力、水面起伏度、水温,及对河流、湖泊、水库发生影响的其他现象。
参考书目
水利电力部水利司主编,水文测验手册(第一册),水利电力出版社,1975.
(李久昌)中国水利百科全书/第3卷/1832页/1990.12/水利电力出版社
水能规划与水能计算
水能规划
指开发水能资源的专业规划。其主要任务是根据水能资源特点和电网需求制定水能开发的方式、规模和程序。
水能计算
指水电站出力和发电的各种计算公式。
水量平衡
指一个流域、地区或一个水体在任一时段内(如时、日、月、年等)输入水量(即来水)扣除输出水量(即去水)等于该范围的蓄水变量,也即水循环过程的收支平衡关系。
水分循环与水文气象系统
水是生命之源。
人类生活一天到晚离不开水。饮用水,清洗用水,农田灌溉用水,工业上,像化工厂、造纸厂、纺织厂、电厂……都在大量地使用和消耗着水,人类活动是一个庞大的用水系统,输入的都清洁的水,输出的却是污水。
幸运的是,自然界存在着水分循环过程,它源源不断地维持了人类的淡水供应,满足人类对新鲜水的不停需求。水从海洋这一巨大的水库里蒸发到大气中,海洋上蒸发的水要比落到它上面的降水多。要维持平衡,陆地上的降水量则比蒸发量大,其超过的量作为径流又流回到海洋里去。以每日1015加仑为单位计算(1加仑="3.785升)
水分循实际过程非常复杂,海洋有自己的洋流等水圈内部的水循环;大气圈里有随着大气环流进行的大气内部水循环;大气圈与陆地之间,大气圈与洋面之间,也有着蒸发的水汽又形成降水,降落的水分又形成蒸发的直接循环;岩石圈上也存在着地表水与地上之间的转换与循环;生物体内也有着生物水的循环……。
水分循环把地球上所有的水,无论是大气、海洋、地壳还是生物圈中的水都纳入一个综合的自然系统中。水圈内所有的水都参与水的循环。像人体中,从饮水到排出体外只要几小时。而大气中的水,从蒸发进入大气,到形成降水离开大气,平均来说,完成一次循环要八天左右。而世界大洋中的水,如果都要蒸发进入大气,完成一次水分循环的过程,那么整个海洋要二、三千年才能循环一次。
水分循环系统是一个水的自然净化系统。水不断地从任何潮湿的表面蒸发,或者从植物表面蒸腾,当水蒸散进入大气时,大部分杂质留了下来,雨水到了地面经过沙石的过滤和沉淀,成为洁净的水源。在这个净化过程中,海洋有着巨大的作用。太阳、海洋和大气象一个巨大的蒸馏装置,时刻不停地运转着。
由于水分循环的存在使得水成为我们星球上最活跃的物质,它处于永恒的运动状态,它永远散失,又永远恢复。它以气、液、固三态出现,在整个生物圈中,它无处不在。
水分循环系统是一个开放的能量系统。它有着能量的输入和输出,有着系统内部的能量的转换和输送。进入到地球上的太阳能约有23%消耗于海洋表面和陆地表面的蒸发上,当水汽凝结时,这些能量又重新释放出来。对于整个地球--大气系统来说,由于纬度不同和海陆分布不同,不同地区所接受到的太阳辐射能的多少有着很大差异。就全年平均情况看,大约从北纬40o到南纬30o是一个广大的过剩辐射区域,而两个极地周围的高纬度地区是辐射亏损区。海陆之间,在不同的季节有着不同的亏损和盈余。只有当热从盈余的地区向亏空的地区输送,才能达到全球的能量平衡。而种能量输送,主要靠地分循环过程来完成。水在海洋中能够形成洋流,水又能够以气液相变的形式来大量地储存和输送能量。根据计算,在低纬度地区洋流的经向输送作用比较强,而在副热带高压靠极地一侧的潜热向极地输送很强,在这里大气向极地的热量输送达到最大。这种能量输送保持了全球的能量平衡,它使得辐射的亏空区不至于太冷,辐射的过剩区不至于太热,为生物提供了一种适宜的生活环境。
在水分循环这个开放的自然系统中,长期以来,达到了能量与物质的转换和输送的动态平衡,以整个系统的平均活动的均衡性,保持了地球上生物生存的环境条件的长期稳定。
水分循环系统是一个水文气象系统,它的蒸发、水汽输送、凝结、云雾和降水过程是气象学所研究的范围。而降水到达地面以后,入渗、产流、汇流、形成河川径流,则是河流水文学的研究对象。此外,还有湖泊和水库水文学,沼泽水文学,冰川水文学和海洋水文学(海洋学)等。这些学科的研究范围几乎包括了所有下垫面上的水文现象。水文学与气象学分别研究了水分循环系统的两个不同的组成部分,它们之间是互相依附,密不可分的。大气环流的研究离不开下垫面的作用,而水文模型中的要素都少不了气象因子,一个水文循环系统的完整模型必然是水文学和气象学密切结合的产物,对水分循环系统的自然规律的观测和研究,延生了水文学和气象学这一对地球科学中的孪生姐妹。
水分循环的异常和治水
虽然从长期的平均状况看,存在着海陆之间的水分循环过程,但是这一过程并不是每天平均分配的。有时水分循环过程很强,有时又很弱,有时是海洋向陆地的水汽正输送,有时又是反向的负输送。陆地上的河流有时汹涌奔腾,有时又会干涸断流。
对于不同的地点说也有很大差异,即使是同一纬度上的不同地点,或者是同一国家的不同地区也会很不相同。
象我们国家年降水量最高纪录可以达到8千多毫米(台湾火烧察),而年降水量最少地区仅5.9毫米(新疆托克逊)。象北京地区年雨量最高可以达到1406毫米(1959年),年雨量最少时仅为242毫米(1869年)。北京密云县枣树林1972年7月27日一天就降水478毫米,是少雨年份1869年全年降水量的两倍。
暴雨天气过程是一个剧烈的水分循环过程,1975年8月上旬,淮河上游的洪汝河和沙颍河流域特大暴雨过程中,林庄站一天降水量达1005.4毫米,而这一地区的年平均降水量为700-800毫米,还没有这一天的降水量多。这次暴雨是7503号台风登陆引起的,这次台风登陆从8月3号到8月9号先后引起台湾、浙江、福建、广东、湖南、湖北、江西、河南、河北等近十个省区出现暴雨天气。整个降水过程的总降水量达到一千多亿吨。在淮河上游的正阳关以上产流量达129亿吨。这么多的水突然一下子集中于这一小小的地区,当然使河道无法容纳,到处漫决。两座大型水库垮坝失事,几个滞洪区容纳不了,而先后溃溢,洪水到处窜流,造成极惨重的灾害。
根据"75.8"暴雨会战组的研究计算,这次暴雨的水汽主要来自我国东海及其以东的洋面上。
1982年7月29日到8月2日黄河三门峡到花园口区间,出现了一次有实测记录以来的最大暴雨。由于环流配置和地形影响,使得南、北、西三个方面的水汽净收支很小,主要是东风气流的辐合输入,台风北侧与副高之间几百公里宽,几公里厚的东风水汽输送带把海洋上的水汽带进三花间,形成暴雨,降雨落下之后,汇集在黄河之中又奔流入海。黄河是地上径流,东风带是天上径流,暴雨是两者的转化机制。
与此相反,当一个地方长时间无降水或降水甚少,则由于地面的水分不断地通过蒸发和蒸散进入大气,当地的水分就会随着气流被带走,久而久之,形成当地水分的大量亏损,就会严重影响作物生长和人民生活,形成干旱。
暴雨洪水是一个突发性的剧烈事件,几小时内就会翻江倒海,平地一片汪洋。而干旱却是一个缓慢的积累过程,"数月未雨,颗粒无收"、"赤野千里"。在暴雨洪水面前,人们还来不及喘息的时候,生命就毁于旦夕,而干旱的灾害,却是一步一步把人推向濒于死亡的边缘。
自古以来,为了满足生活和农业灌溉的需要,人们都沿河而居,黄河是中华民族的摇篮,尼罗河,底格里斯河、幼发拉底斯河、印度恒河都是古代文明的诞生地。但是到了多雨的日子,降到地面上的水来不及蒸发和渗漏,大部分成为径流泻入河流,河流来水太多,就会向两岸泛滥,造成灾害。
中国是季风性气候,降雨量大幅度波动是季风性气候的特征之一。据不完全统计,从公元前206年至公元1949年的2155年间,我国较大的水旱灾害共发生过2085次。几乎每年一次水灾或旱灾,如1876至1878年,山西、山东、河北、河南、安徽、江西、湖南、湖北、福建等十多个省连续3年遭受水旱和风雹灾害,估计受灾人数达6600万人,死亡数百万人。又如1931年,全国发生大水灾,有16个省市受灾,特别重的有5个省,这一年再加上别的自然灾害,受灾人数达一亿人。
人类离不开水,又时时受到水灾的威胁,因而,人类就得不断地进行兴利除害的治水斗争。
相传4000多年前,黄河流域发生了一次特大洪水,禹用疏通河道的办法,战胜了洪水。从此,大禹治水的功绩被人们千古传诵。两千多年前修成的都江堰,一直沿用至今,使经常发生水旱灾害的成都平原变成了"天府之国",李冰父子被人尊为神明,永世纪念。
历史上,许多统治者都把江河治理作为一项安国定邦的重大措施。中华民族在和水旱灾害的斗争中,创造了自己的历史和文化,发展了水利事业。
治水就是要治理水分循环的异常现象,就是要局部地改变水分循环的系统的结构与功能使之向符合人类利益的方面转化。为了达到这个目的,人们采用了种种工程措施和技术手段。水利科学包括水利自然科学和水利技术科学。水利自然科学所研究的对象是属于水分循环这个水文气象系统的范围之内的,它主要是研究水分循环过程中,与人类关系最密切的陆地上的水分循环过程。
水利工作是水利自然科学的应用,水分循环系统的研究是它的理论基础,无论是防患于未然,还是旱涝的治理,还是水资源的开发利用,都必须以水文气象系统的自然规律为其客观依据。
水电站装机容量
指水电站全部机组额定容量(发电机铭牌出力)总和。单位为kw。一般由工作容量、备用容量和重复容量组成,表示水电站规模大小的一个主要参数。
水电站引用流量
亦称水电站工作流量。指水电站单位时间内通过建筑物和水轮机用来发电的水量。单位m3/s。
水电站水头
指水电站上下游进出口处水体的单位能量差。单位以m计。
水电站设计水平年
在规划水电站的兴建时间与规模时,应研究起所在电力系统某一远景年份预测的电力负荷平均的要求。这个远景年份就称作水电站设计负荷水平年,简称水电站设计水平年。
水电站设计保证率
指水电站正常发电的保证程度。水电站受河川径流多变的影响,遇来水不利的年份,发不出设计要求的出力和电量,这种可靠程度通常用保证率来表示。
水电站保证出力
指符合设计保证率要求的某一枯水时期的平均出力。它是确定水电站在电力系统中能可靠承担负荷的能量额及其本身装机规模的依据之一。
水尺与水位
水尺是直接观读江河、湖泊、水库、灌渠水位的标尺。水尺的历史悠久,直至现代仍在广泛使用。
河流或者其它水体的自由水面离某一基面零点以上的高程称为水位。水位的单位是米,一般要求记至小数2位,即0.01m。以水位为纵轴,时间为横轴,可绘出水位随时间的变化曲线,称为水位过程线。
水位
河流或其他水体的自由面,距离某一基准面零点以上的高程。常用的基准面有吴淞基面、56年黄海基面、85年黄海基面、测站基面、绝对基面等。
保证水位
又称最高防洪水位或危害水位。系指堤防设计水位或历史上防御过的最高水位。
警戒水位
当水位持续上涨达到某一水位,防洪堤防随时可能出险,此时应严加防守,随时准备投入抢险,这一水位定为警戒水位。
流域与流域面积
流域
由分水线所包围的河流集水区。分地面集水区和地下集水区两类。如果地面集水区和地下集水区相重合,称为闭合流域;如果不重合,则称为非闭合流域。平时所称的流域,一般都指地面集水区。
流域面积
亦称受水面积或集水面积。者流域周围分水线与河口(或坝、闸址)断面之间所包围的面积,习惯上往往指地表水的集水面积,其单位以km2计。在水文地理研究中,流域面积是一个极为重要的数据。自然条件相似的两个或多个地区,一般是流域面积越大的地区,该地区河流的水量也越丰富。
流域平均雨量
又叫面雨量。水文工作中常需推求整个流域面上的平均降雨量。最常用的方法是算术平均法和垂直平分法(又叫做泰森多边形法),也有用绘制等雨量线图来推求的。
流域和水系
流域是地表水与地下水分水线所包围的集水区或汇水区,因地下水分水线不易确定,习惯上将地表水的集水区称为流域。河道干流的流域是由所属各级支流的流域所组成。流域面积的确定,可根据地形图勾出流域分水线,然后求出分水线所包围的面积。河流的流域面积可以计算到河流的任一河段,如水文站控制断面,水库坝址或任一支流的汇合口处。流域里大大小小的河流,构成脉络相通的系统,称为河系或水系。
流速与流量
流速
流速指单位时间内水体移动的距离,单位为m/s。渠道和河道里的水流各点的流速是不相同的,靠近河(渠)底、河边处的流速较小,河中心近水面处的流速最大,为了计算简便,通常用横断面平均流速来表示该断面水流的速度。
流量
指单位时间内通过某一过水断面的水量,单位为m3/s。
流量测验
江河、渠道流量的实地测量。流量测验有流速面积法、建筑物法、稀释法等多类方法。可因地因时制宜和经济合理地选择使用。
流速面积法这是使用最广泛的方法。其基本原理是:通过横断面上单元面积的流量是该面积与水流速度(流速)的乘积。分别测量各个部分的流速和面积即可求得流量。
此类方法要设置垂直于流向的横断面,进行断面测量。一般要在断面上布设许多测深垂线,在垂线上测量水深,并测定垂线与岸上断面起点桩间的距离,即起点距。施测水深可以用测深杆、测深锤、铅鱼或回声测深仪。后者是用位于水面下的换能器发射超声波,声波遇到河床后反射回来,由仪器接受,按照声波的往返走行时间和已知的声波在水中的传播速度来确定水深。起点距则可通过缆索、视距、仪器交会等方法确定。两相邻垂线起点距之差即部分宽,乘以部分平均水深,即为部分面积,其总和即断面面积,根据断面测量的资料,可以绘出以起点距为横坐标、河床高程为纵坐标的断面图。对于断面稳定不变的河流,实测流量时不必每次都实测断面,可借用已有的断面图,用水位计算垂线水深和面积。在洪水时无法实测面积时,也可借用洪水前后实测的断面资料。对流速测量,依所用仪器设备不同,有流速仪法、浮标法、超声波法、电磁法、比降法等几种方法。
流速仪法这是最基本的方法。常规的作法是在部分或全部测深垂线上用流速仪测定流速,用部分平均流速与部分面积之乘积作为部分流量,部分流量的总和即为断面流量。近来还创造了动船法和积宽法。前者在测船沿断面航行中,用回声仪测探,用特制流速仪测速,推算流量,宜用于需要测次较多的平原大河及河口地区。积宽法是利用水文缆道悬吊流速仪沿断面横渡测速,宜用于有缆道且水较深的测站。
浮标法要设置上、中、下三个断面。从上游投放浮标,测定其流经上下断面的历时和经过中断面的位置。以上下断面间距除以历时求得浮标流速,再乘以系数,可求得垂线平均流速。然后,用类似流速仪法的步骤,计算部分流量与断面流量。有水面浮标、浮杆、双浮标等形式。前者适用于涨落急剧的中小河流的洪水测量,后两者常用于小流速的情况。
超声波法在两岸设置发射和接收超声波的装置,其位置的连线斜向水流。超声波斜向上游与斜向下游传播时间之差与流速成函数关系,用此原理测量流速。适用于需要频繁测量但气泡、水草、泥沙影响不大的地方。
电磁法在河底设置线圈,通以电流造成磁场,水流切割磁力线,产生与流速成正比的电动势。用此原理测量流速,适用于需要频繁测量的小河或渠道。
比降法用实测的水面比降,连同断面资料和本站的或借用的糙率资料,用水力学公式计算流速和流量。此法精度较差,只在不能使用其他方法时使用,或者作为一种辅助性方法。
建筑物法基本原理是:通过跨河建筑物的流量同上游水头,上下游水位差等存在的函数关系。可以在断面上设置标准形式的水量建筑物,观测水位,用水利学公式推算流量。此法精度好,工作方便,但造价较高,一般用于中小河流。河流、渠道上的涵闸、水库的泄水建筑物、抽水站水电站的过水设备等,在条件适合时,也可用来测量流量,但其流量系数要在现场用其他方法实测流量来进行率定。(参见建筑物测流)
稀释法基本原理是:在河段上游投入的示踪剂,至下游被河水混匀后总量不变,而其稀释倍数与流量成正比例。按示踪剂的量与下游检测的示踪剂浓度资料计算流量。适用于水流紊乱的地方。
江河、渠道的流量常随时间而变化,通常不直接用实测流量来反映变化过程,而是用实测流量和相应水位资料建立水位流量关系,然后用连续观测的水位资料转换成流量资料。流量测验的次数及其在水位上时间上的分布,以能满足确定水位流量关系的需要为度。
中国的流量测验,以流速仪法、浮标法为主。随着过河设备的改进,流速仪测流能力和浮标法的适应能力都有很大的提高。研制和改进了流速仪、回声测深仪、超声波测速仪等仪器,对流量测验误差、浮标系数、用铅鱼测深的悬索偏角改正、堰闸测流、动船测流、潮水河测验方面作了许多实验研究工作,制订了有中国特点的规范。在世界上,尽管流量测验方法很多,但仍以流速仪法、浮标法、比降法为主。中小河流量水建筑物的应用也比较广泛。国际标准化组织、世界气象组织都制订、编写了流量测验的标准和指导性文件。
参考书目
水利电力部水利司主编,水文测验手册(第一册),水利电力出版社,1975。
水利电力部水文局等译,ISO标准手册16,明渠水流测量,中国标准出版社,1986。
(王锦生)中国水利百科全书/第2卷/1171页/1990.12/水利电力出版社
勘测与测量
勘测
指查勘、勘探和测量工作的总称。
测量
指使用专门的仪器和工具,量出地表面自然形态和人工设施的形状及位置缩绘成图。
径流与径流量
流域地表面的降水,如雨、雪等,沿流域的不同路径向河流、湖泊和海洋汇集的水流叫径流。在某一时段内通过河流某一过水断面的水量称为该断面的径流量。径流是水循环的主要环节,径流量是陆地上最重要的水文要素之一,是水量平衡的基本要素。
径流量的表示方法及其度量单位
(1)流量Q。指单位时间内通过某一过水断面的水量。常用单位为立方米每秒(m3/s)。各个时刻的流量是指该时刻的瞬时流量,此外还有日平均流量、月平均流量、年平均流量和多年平均流量等。
(2)径流总量W。时段Δt内通过河流某一断面的总水量。以所计算时段的时间乘以该时段内的平均流量,就得径流总量W,即W="QΔt。它的单位是立方米(m3)。以时间为横坐标,以流量为纵坐标点绘出来的流量随时间的变化过程就是流量过程线。流量过程线和横坐标所包围的面积即为径流量。"
(3)径流深R。指计算时段内的径流总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深度。它的常用单位为毫米(mm)。
若时段为Δt(s),平均流量为Q(m3/s),流域面积为A(km2),则径流深R(mm)由下式计算:
R=QΔt/(1000A)
(4)径流模数M。一定时段内单位面积上所产生的平均流量称为径流模数M。
它的常用单位为m3/(s·km2),计算公式为:
M=Q/A
(5)径流系数α。为一定时段内降水所产生的径流量与该时段降水量的比值,以小数或百分数计。
径流的形成过程
从降雨到达地面至水流汇集、流经流域出口断面的整个过程,称为径流形成过程。
径流的形成是一个极为复杂的过程,为了在概念上有一定的认识,可把它概化为两个阶段,即产流阶段和汇流阶段。
1.产流阶段。当降雨满足了植物截留、洼地蓄水和表层土壤储存后,后续降雨强度又超过下渗强度,其超过下渗强度的雨量,降到地面以后,开始沿地表坡面流动,称为坡面漫流,是产流的开始。如果雨量继续增大,漫流的范围也就增大,形成全面漫流,这种超渗雨沿坡面流动注入河槽,称为坡面径流。地面漫流的过程,即为产流阶段。
2.汇流阶段。降雨产生的径流,汇集到附近河网后,又从上游流向下游,最后全部流经流域出口断面,叫做河网汇流,这种河网汇流过程,即为汇流阶段。
径流调节
指通过水库来控制河道流量变化,使之按各用水部门的需要调节分配河川径流过程。
径流
由于降水而从流域内地面与地下汇集到河沟,并沿河槽下泄的水流的统称。可分地面径流、地下径流两种。径流引起江河、湖泊水情的变化,是水文循环和水量平衡的基本要素。表示径流大小的方式有流量、径流总量、径流深、径流模数等。
警戒水位
汛期河流湖泊主要堤防险情可能逐渐增多的水位。游荡型河道,由于河势摆动,在警戒水位以下也可能发生塌岸等较大险情。大江大河堤防保护区的警戒水位多取定在洪水普遍漫滩或重要堤段开始漫滩偎堤的水位。此时河段或区域开始进入防汛戒备状态,有关部门进一步落实防守岗位、抢险备料等工作,跨堤涵闸停止使用。该水位主要是防洪部门根据长期防汛实践经验和堤防等工程出险基本规律分析确定的。中国大江大河及湖泊是以水文(水位)控制站作为河段或区域的代表,拟定警戒水位,经上级部门核定颁布下达。
中国在沿海一些港区或重要地区也设订警戒水位,它的含义是相当于当地防御水位较低的防潮工程的高程。潮位超过警戒水位,则有局部地区受淹。警戒水位由潮位站与当地防汛部门共同商定,经上级部门颁布下达。
(饶洪球)中国水利百科全书/第2卷/1044页/1990.12/水利电力出版社
节水措施
1、提高水的重复利用率,做到一水多用。2、分系统供水,饮用水和杂用水分别用不同系统供水。3、采用节水型设备。
阶地
指由于地壳上升,河流下切形成的阶梯状地貌。受河流下切侵蚀和堆积交替作用,河床加深,使原来的河漫滩抬高到洪水以上,从而使靠河一侧形成了陡坎的河流阶地。
降雨量与降雨强度
降雨量
指从大气中降落到地面的雨、雪、雹等以及由水汽凝结成的露、霜等总水量,其单位为mm。
降雨强度
指单位时段内的降雨量。以毫米/分或毫米/时计。我国气象部门一般采用的降雨强度标准为:小雨:12小时内雨量小于5毫米,或24小时内雨量小于10毫米;中雨:12小时内雨量为5-14.9毫米,或24小时内雨量为10-24.9毫米;大雨:12小时内雨量为15-29.9毫米,或24小时内雨量为25-49.9毫米。暴雨的定量标准,各地并不一致,视具体情况而定。气象上大致规定暴雨按强度分三级:暴雨:12小时雨量等于和大于30毫米,或24小时雨量等于和大于50毫米;大暴雨:12小时雨量等于和大于70毫米,或24小时雨量等于和大于100毫米;特大暴雨:12小时雨量等于和大于140毫米,或24小时雨量等于和大于250毫米。
降水
从大气中降落到地面的液态水和固态水。湿空气被上升气流抬升到高空,膨胀、冷却,相对湿度不断增大,直至呈饱和或略过饱和,在悬浮于空气中的凝结核上凝结,形成云滴并不断增大,克服上升气流的阻碍,落到地面成为降水。大气中的水气平均储量,相当于覆盖地表25mm的水层。全球平均年降水量约为1130mm,地面上的水被蒸发成为大气中的水汽,平均在大气中停留9d便以降水的形式重返地面。
降水的分类
(1)按降水的形态,分为液态降水和固态降水。液态降水包括:①毛毛雨,直径为0.2~0.5mm,落地速度为0.7~2.0m/s;②雨,直径为0.5~6.0mm,小雨滴呈球形,直径在1mm以上的雨滴呈扁球形,雨滴落地速度为2~10m/s;③冻雨,过冷的雨滴落到温度低于0摄氏度的物体或地面时,立即冻结成冰,称冻雨。固态降水包括:①雪,由温度低于0摄氏度的小冰晶和温度接近0摄氏度的大雪花构成,厚度为300mm的新鲜降雪的含水量相当25mm的降雨量。②冰雹,从对流云中产生的球状、锥状、椭球状不规则的坚硬固态降水,通常呈白色、乳白色或无色透明,直径一般大于5mm,猛烈风暴降落的冰雹最大直径可达10cm或更大。③霰,米雪,冰粒等。
(2)按降水动力学条件,分为:①对流性降水,在大气静力不稳定条件下,空气产生较强的垂直对流,把近地面层的水汽迅速送到高空,形成垂直发展极盛的积雨云和较大的降水云滴。当这些降水云滴足以克服上升气流时,便下落形成对流性降水,称阵雨。有时伴有雷暴,称雷阵雨。对流性降水水平范围很小,约200平方公里以内,历时很短,约几十分钟,但强度很大。②系统性降水。在锋面、气旋、切变线等天气系统影响的地区,低层空气辐合引起大范围上升运动,形成层状云系,产生大范围连续性降水。这种降水范围广,持续时间长,但降水强度不大且变化较小。③地形性降水。湿空气受山脉等地形抬升而产生的降水。地形作用一般使山脉迎风坡的降水量增大,背风坡的降水量减小甚至出现干旱少雨区,称雨影区。
(3)按降水强度,分为小雨、中雨、大雨和暴雨。除规定24h雨量大于50mm为暴雨外,小雨、中雨和大雨的划分无明确规定。〔注〕
降水的分布
全球降水分布很不均匀。赤道地带和东南亚季风区降水量最多,中纬地区次之,副热带沙漠地区和两极地区周围降水很少。中国多年平均降水量呈东南向西北逐渐减少趋势,400mm等雨量线从东北走向西南,把中国分为湿润、干旱、半干旱两大气候区;降水量的年内变化很大。中国各地降水量的年内变化可以概括为9种类型。降水量的多年变化通常用年降水量变差系数CV表示,中国年降水量变差系数的地理分布与多年平均降水量分布呈相反趋势。
参考书目
B.J.梅森著,中国科学院大气物理研究所译,云物理学,科学出版社,1978。
(刘国纬)中国水利百科全书/第2卷/988页/1990.12/水利电力出版社
〔注〕中国气象局规定:24小时内的降雨量称之日降雨量,凡是日雨量在10毫米以下称为小雨,10.0-24.9毫米为中雨,25.0-49.9毫米为大雨,暴雨为50.0-99.9毫米,大暴雨为100.0-250.0毫米,超过250.0毫米的称为特大暴雨。---本站责编。
降水量观测
对天空降落的液态(雨)和固态(雪、雹)水量的观测和记录。各种形式的降水均以其承受地点水平面上积聚的水层深度来表示,其计量单位为mm,通常测记至0.1mm。降水观测是研究流域或地区水文循环系统的动态输入项目,是水资源的最重要的基础资料之一,对于工农业生产、水利开发、江河防洪和工程管理等方面作用很大。
直接观测方法最为广泛使用的降水量观测方法,即在某一测点水平安装一个具有一定承雨口径的雨量器或雨量计,直接计量降水的数量和时间,并以该点的降水代表其邻近的一定范围(控制面积)的降水。为了测定较大地域范围的降水,应根据气候条件和地形特征,并考虑降水资料的具体用途,相应布设多个测点以组成合理的观测站网。观测内容分为日降水量、一次降水量和不同历时的降水量即降水强度。本日降水为本日08时至次日08时期间的降水量。测记一次降水起迄时间(记至min)即可测得一次降水量(降水间隔等于或小于15min看作一次降水)。一日之内对雨量器采用定时分段观测制,或用雨量计自动记录,以反映降水过程。降雪和降雹的水量是指其融化后的水当量。对于较大范围的积雪地区,也可沿一定的测雪路线,用积雪采样器直接量取代表点的雪深和密度来测定地区的积雪水当量。
间接测算途径除使用器具定点直接观测外,还有通过测雨雷达和利用卫星云图测算一定区域内面上降水的途径。雷达回波信号和被贯穿的云雨之间具有一定的关系,因而可用地面实测降雨资料率定雷达测雨公式来测定降水,其有效测量范围半径为200~300km,距离越大,误差越大。卫星云图推算降水是对图上反映云顶高低和下垫面反射等特性进行分析判断后得出的。卫星遥感测定大面积的积雪覆盖及其雪水量分布变化的技术已开始得到广泛应用。
发展历史中国的降雨定性记载可追溯到商代的甲骨文。在秦代有各郡县向中央报雨的制度,《后汉书》载有“郡国上雨泽”,均表示当时各地已观测降雨。宋代各州郡就有统一制颁的“天池盆”测雨器(秦九韶1247年著《数书九章》)。西欧1639年出现雨量器。中国近代的雨量观测记录始于1841年,北京、上海等地积累了最长系列的降水量资料。设置雨量站点收集降水是世界各国一直沿用的正规观测方法。中国水文和气象部门所辖的全国雨量站点共约23000处,东部地区分布较密。
参考书目
水利电力部水利司主编,水文测验手册(第一册),水利电力出版社,1975。
(程渭钧)中国水利百科全书/第2卷/989页/1990.12/水利电力出版社
季节性电能
指水电站多年平均发电量中,扣除年保证发电量后那一部分电量。
基面
变化曲线基面是指计算水位和高程的起始面。在水文资料中涉及的基面有:绝对基面、假定基面、测站基面、冻结基面等四种。
(1)绝对基面。是将某一海滨地点平均海水面的高程定义为零的水准基面。我国各地沿用的水准高程基面有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面,为中国第一个国家高程系统,从而结束了过去高程系统繁杂的局面。但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列(1950年~1956年)较短等原因,中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面,以青岛验潮站1952年~1979年的潮汐观测资料为计算依据,并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点,得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为:
1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。
1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用,1956年黄海高程系同时废止。
(2)假定基面。为计算测站水位或高程而暂时假定的水准基面。常在水文测站附近没有国家水准点,而一时不具备接测条件的情况下使用。
(3)测站基面。是水文测站专用的一种假定的固定基面。一般选为低于历年最低水位或河床最低点以下0.5m~1.0m。
(4)冻结基面。也是水文测站专用的一种固定基面。一般测站将第一次使用的基面冻结下来,作为冻结基面。
护坡
在河道岸坡上用块石或砼铺砌以保护河岸的建筑物为护坡。护坡又可为砼、浆砌块石、干砌块石坡等。按下坎是否有桩可分为下有桩、无桩护坡。
洪水预报系统floodforecastingsystem
洪水预报系统(floodforecastingsystem)在计算机上实现洪水预报联机作业的运行系统称为洪水预报系统。现代计算机及通信技术的发展,让雨水情信息的采集、传输处理、洪水预报数学模型的计算分析、预报信息的分布服务联为一体。通过分析研究洪水特点及河床变形规律,采用水文学、水力学、河流动力学等相结合的方法,建立实用的洪水预报经验方案和数学预报模型;实际应用中,以实时雨情、水情、工情等各类实时信息作为输入,通过启动预报模型和方法,对洪峰水位(流量)、洪水过程、洪量等洪水要素进行实时预报,为各级防汛指挥部门提供决策依据。
洪水预报系统的特点快速而又力求准确。快速是通过各种水文信息的及时采集、迅速传输和处理运算来实现的;准确则是通过预报变量实时信息的反馈对预报模型(或经验预报方法)计算成果或其参数不断进行实时校正来达到的。
洪水预报系统的组成一个具体的洪水预报系统依赖于许多条件,除了本身的技术特点和流域特性外,还体现一个国家的社会制度和管理制度。洪水预报系统一般包括6个子系统,即:历史和实时数据收集系统;数据传输系统;数据库管理(数据处理与存储)系统;预报模型(或经验预报方案)计算与修正系统;预报发布系统;预报评估系统。
洪水预报系统的功能一个洪水预报系统由于其开发目的、要求和规模的差异,可大可小、可简可繁。用数学模型实现联机预报作业,减轻预报员繁重的劳动,这是洪水预报系统最基本的功能。现代计算机技术的高速发展,除去高速计算功能,还增强了强大的信息处理和图形功能。利用洪水预报系统可以快速地提供初步的预报成果,帮助预报员进一步做好预报,做过去手工条件做不到的大量的围绕作业预报决策的信息查询比较、交互分析的工作。
洪水预报系统发展的概况与展望洪水预报系统在国外研究开发已有30多年的历史,国内也有20多年的历史。最早将水情信息处理与洪水预报计算机制作直接联为一体的系统是从研制水文自动遥测洪水警报、预报系统开始的,称为“水文自动测报系统”。这类系统的共同特点是使用遥测水文信息(雨量、水位),直接实现联机洪水预报作业,属于第一代洪水预报系统,如1958年日本富士通株式会社研制的水文自动化遥测系统,1988年中国水利水电科学研究院在微机DOS系统上开发的一套适用于中小流域的洪水预报调度自动化系统等。上世纪80年代以后,由于控制理论的实时预报技术大量引入到洪水预报中来,实现自动的实时校正。这种系统称为“联机实时预报系统”,从预报技术的角度看,比较第一代系统有了实质性的进步,故可以划分为属于第二代的洪水预报系统,这类系统比较著名的有1983年中国水利部水文水利调度中心与意大利诺蒂公司合作开发的适用于大江大河和大河系的“VAX机联机实时洪水预报系统”,1985年美国天气局开发的全美通用的河流预报系统(NWSRFS)第五版,1988年英国水文所研制的通用性的河流径流预报系统(RFFS),1992年意大利ET&P公司研制的欧洲洪水预报系统(EFFORTS),1997年中国水利部水利信息中心研制的“水情信息及洪水预测预报业务系统”。1989年,美国天气局在河流预报系统第五版上安装了交互式预报程序(IFP),揭开了第三代洪水预报系统研制的序幕。IFP在图形工作站实现,用图形交互处理技术对洪水预报数学模型的计算结果进行人工干预,从而得到可以发布和实行河系连续预报的成果,保证了河系预报作业的连续性。这一成果问世后得到洪水预报界,特别是担负大江大河预报任务的水情部门的广泛赞同,从而确立了第三代洪水预报系统向交互式系统发展的方向。1995年长江委开发的“长江专家交互式洪水预报系统”,以及水利部水利信息中心组织研发的《中国洪水预报系统》就属于这一类系统。
目前,全国流域机构和省(区、市)的水文部门已有26个单位建立了洪水预报系统,能在两小时内,完成数据采集、传输和处理工作,并在天气形势分析和实时雨水情信息的基础上,完成对七大江河干支流主要控制站、防洪重点地区、重点水库和蓄滞洪区具有不同预见期和精度的洪水预报,为防洪决策提供依据。为了加强全国洪水预报系统标准化建设工作,水利部水文局正组织全国力量,联合攻关,集中开发基于宽带网和地理信息系统的分布式的、通用性的洪水预报系统,该系统的建立将使我国的洪水预报技术和水平再上一个新台阶。
参考书目
葛守西,现代洪水预报技术,中国水利水电出版社,1999。
洪水预报
是指上游出现雨情后,预测将来可能发生的水情变化,以指导防洪工程的调度运用,做到及时蓄水、泄水、确保安全的目的。
洪水
由暴雨、急骤融冰化雪、风暴潮等自然因素引起的江河湖海水量迅速增加或水位迅猛上涨的水流现象,常淹没堤岸滩涂,甚至漫堤泛滥成灾。
洪水一词最早见于我国《尚书·尧典》。相传虞夏时期(大约在公元前20世纪)黄河流域连续出现特大洪水,该书记载:"汤汤洪水方割,荡荡怀山襄陵,浩浩滔天,下民其咎"。滔天的洪水淹没了广大平原,包围了丘陵和山岗,大水经年不退,给人民带来深重的灾难。
描述洪水的要素包括洪峰流量(水位)、洪峰流量(水位)出现时间、洪水总量及洪水过程线。当流域内发生暴雨或融雪产生径流时,都依其远近先后汇集于河道的出口断面处。当近处的径流到达时,河水流量开始增加,水位相应上涨,这时称洪水起涨。及至大部分高强度的地表径流汇集到出口断面时,河水流量增至最大值称为洪峰流量,其相应的最高水位,称为洪峰水位。到暴雨停止以后的一定时间,流域地表径流及存蓄在地面、表土及河网中的水量均已流出出口断面时,河水流量及水位回落至原来状态。洪水从起涨至峰顶到回落的整个过程连接的曲线,称为洪水过程线,其流出的总水量称洪水总量。
洪水等级在江河堤防防洪和抢险工作中,一般把达到或接近警戒水位(流量)、水库入库洪峰流量重现期达到2年一遇及其以上时作为洪水发生的标准。水利部门通常将洪水分为常遇洪水、大洪水、特大洪水三个等级。中小河流重现期小于10年一遇的洪水为常遇洪水,10~50年一遇的洪水为大洪水,大于50年一遇的洪水为特大洪水;大江大河的干流及主要支流,小于20年一遇的洪水为常遇洪水,20~100年一遇的洪水为大洪水,大于100年一遇的洪水为特大洪水。一般以洪水的洪峰流量(大江大河以洪水总量)的重现期作为洪水等级划分标准。
洪水特点及其类型我国大约2/3的国土面积存在着不同类型和不同危害程度的洪水灾害。以云南腾冲至黑龙江呼玛划一条东北-西南走向的斜线,大体与年平均400mm雨量等值线和年平均最大24小时降雨50mm等值线相一致,在这条线以东地区洪水主要由暴雨和沿海风暴潮形成,洪水分布广,频次多,灾情重。以西地区主要由融冰融雪或局部地区暴雨混合型洪水,分布比较分散,范围比较小。北方地区,冬季可能出现冰凌洪水。
暴雨洪水有明显的季节性受地面气旋波和南支槽的影响,江南地区和浙闽沿海等一些河流4月初即进入汛期,汉江、嘉陵江等河流,受华西秋雨影响,有些年份汛期结束可迟至10月上旬;珠江、钱塘江、嘉陵江等都有明显的双汛期;7、8两月是全国发生洪水最集中时期,洪水峰高量大。中国的最大洪水与世界最大洪水接近。洪水量级最高的地区主要分布在辽东半岛、千山山脉东段、燕山、太行山、伏牛山、大别山等山脉的迎风山区,此外还有陕北高原、峨嵋山区、大巴山区以及武陵山区的澧水流域等局部地区;一次大洪水的洪水量占年径流总量的比例很高,珠江、长江流域干流7天洪量占10%~20%,松花江15%~20%,黄河20%~25%,海河、辽河25%~30%。气候越是干旱地区径流集中程度越高,一般中等流域(指2级支流)年径流量集中在几次洪水。洪水年际变化极不稳定,流量的变幅很大。历史最大流量与年最大流量多年平均值之比,长江以南地区为2~3倍,淮河、黄河中游地区可以达到4~8倍,海河、滦河、辽河流域高达5~10倍。洪峰流量年际变化通常用变差系数CV值来表示,CV值越大,表示年际变化越大。CV值的大小受流域暴雨条件、地形、地质等因素影响,也与流域面积大小有关。江南丘陵、珠江流域、浙闽沿海洪水年际变化比较稳定,CV值在0.30~0.50之间;往北逐渐增加,长江干流以北秦岭以南CV值在0.50~1.00之间,黄河中游、海河、辽河流域洪水年际变化最不稳定,CV值高达1.00~1.50;松花江流域CV值也很高,在0.80~1.10之间。洪水年际变化不稳定的特性,给江河治理、水利工程建设以及水资源的开发利用带来难度。
中国主要江河特大洪水在空间和时间上的变化具有重复性和阶段性的特点各大流域相类似的特大暴雨洪水重复出现的现象普遍存在,如1931年和1954年长江中下游与淮河流域的特大洪水,其气象成因与暴雨洪水的分布基本相同。黄河中游1843年与1933年洪水,黄河上游1904年与1981年洪水;松花江1932年与1957年洪水;长江上游四川1840年与1981年等著名大洪水,其暴雨洪水特点彼此都相类似。大洪水的时序分布都有高频期和低频期,呈阶段性的交替变化。海河流域近500年中,流域性大洪水共发生28次,平均18年发生一次。在1501~1600年的100年中,大洪水发生3次,平均33年一次;1601~1670年的70年中大洪水发生了8次,平均9年一次;此后1671~1790年又处于一个低频期,长达120年中,大洪水只出现过2次,平均60年一次。到19世纪后半叶,海河流域转入洪水高频期,50年中大洪水出现5次,平均10年出现一次。大洪水的时序变化还有连续性特点,在高频期内大洪水往往连年出现。海河流域(1652~1654年)连续3年发生流域性大洪水,长江中下游1848、1849年,1882、1883年都是连续两年发生大洪水。洪水的高频期和低频期,以及高频期内大洪水连连出现,在其它流域也同样存在。
河漫滩
河流洪水期淹没的河床以外的谷底部分。它由河流的横向迁移和洪水漫堤的沉积作用形成。平原区的河漫滩比较发育。由于横向环流作用,V字形河谷展宽,冲积物组成浅滩,浅滩加宽,枯水期大片露出水面成为雏形河漫滩。之后洪水携带的物质不断沉积,形成河漫滩。河漫滩沉积大多具二元结构,下部是河床相沉积,上部为河漫滩相沉积。河漫滩的主要类型有:①河曲型河漫滩,发育于弯曲型河段。常在凸岸堆积为滨河床沙坝、迂回扇等。②汊道型河漫滩,为在汊道型河段中形成的浅滩及其附属的沙坝、沙嘴等。③堰堤型河漫滩,发育于较直型河段,形成天然堤。④平行鬃岗型河漫滩,为堰堤型河漫滩与河曲型或汊道型河漫滩的过渡类型,表现为一系列平行鬃岗系统,鬃岗之间为浅沟、洼地或湖泊。
河流梯级开发
在一条河流的干、支流上建设二个以上闸、坝等水利工程、互相联系,联合运用,以充分开发利用这条河流的水利资源,称为梯级开发。
河流的分段及其特点
每条河流一般都可分为河源、上游、中游、下游、河口等五个分段。
(1)河源。河流开始的地方,可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊等。
(2)上游。直接连着河源,在河流的上段,它的特点是落差大,水流急,下切力强,河谷狭,流量小,河床中经常出现急滩和瀑布。
(3)中游。中游一般特点是河道比降变缓,河床比较稳定,下切力量减弱而旁蚀力量增强,因此河槽逐渐拓宽和曲折,两岸有滩地出现。
(4)下游。下游的特点是河床宽,纵比降小,流速慢,河道中淤积作用较显著,浅滩到处可见,河曲发育。
(5)河口。河口是河流的终点,也是河流流入海洋、湖泊或其它河流的入口,泥沙淤积比较严重。
河流的断面
河流的断面分为纵断面及横断面。
(1)纵断面。沿河流中线(也有取沿程各横断面上的河床最低点)的剖面,测出中线上(或河床最低点)地形变化转折点的高程,以河长为横坐标,高程为纵坐标,即可绘出河流的纵断面图。纵断面图可以表示河流的纵坡及落差的沿程分布。
(2)横断面。河槽中某处垂直于流向的断面,称为在该处河流的横断面。它的下界为河底,上界为水面线,两侧为河槽边坡,有时还包括两岸的堤防。横断面也称为过水断面,它是计算流量的重要参素。
河床
河谷中平水期水流所占据的谷底部分。又称河槽。河床横剖面呈一低洼的槽形。纵剖面,在山区较陡,深槽与浅滩交替,多跌水、瀑布;平原区坡度较缓,微有起伏。平面形态:山区河床多狭窄顺直,岸线因山嘴突出而呈犬牙交错;平原区河床多弯曲或分汊。河床纵剖面是从河源到河口的河床最低点的连线。该纵剖面的发展,受河流侵蚀基准面的控制。河流的下切面是无止境的,往往受某一基面控制,河流下切到接近这一平面后即失去侵蚀能力,不再向下侵蚀,这一平面称为河流侵蚀基准面。影响河床纵剖面发展的因素有气候、构造、岩性及环境变迁等。
河长
指从河口到河源(河流上游最初具有表面水流形态的地点)的河道水面中心线的距离。在工程设计上所指的河长,常是某一河段的距离。
含沙量
指单位水体所含悬移质干泥沙的重量,其单位为每立方米浑水中含泥沙公斤数(kg/m3)。
灌溉管理
指村灌区经营管理的总体。包括:用水管理、工程管理、经营管理和组织管理。其目的在于充分发挥水的经济效益,延长工程寿命,降低灌溉成本,不断进行灌区技术改造,为工农业生产服务。
古河道
地质历史时期形成,后因河流他移而废弃的河道。引起河流改道可因构造运动抬升或下降,冰川、崩塌、滑坡将河道堰塞,或因人工另辟新河等原因。构造运动可使河流大规模改道,构造抬升可使废弃河道露出地面,而下降的因堆积作用旺盛,将河道掩埋,形成埋藏型古河道,如中国华北平原地下埋藏着古黄河、古海河等古河道。河流本身作用引起的改道多发生在平原地区,由于堆积作用旺盛,使河床逐渐淤浅升高成为地上河,当河流决口后,河流循新槽流去,原河道被废弃成为古河道,在地表留下条带状高地,形成裸露型古河道。裸露型古河道可在野外直接追索,也可根据遥感影像判读;埋藏型古河道则需借用钻探、物探等方法以及对沉积物岩性来确定。对古河道的研究有助于了解河床演变的特征与规律,对寻找地下水、砂矿、石油天然气等资源有着重要意义。
感潮河段水文特性
河川兼受径流和潮汐动力作用的河段称感潮河段。由于潮汐具有周期性的变化,在涨潮、落潮更替阶段,流向也随之朝相反的方向改变;流速和流量亦随潮位的不同而变化,同一断面流向也很复杂,这种影响自河口沿河上溯,可传播到很远才逐渐消失。由于流量的不同,感潮影响的程度也有差异,如长江下游(鄱阳湖湖口以下)多年平均最大流量为多年平均最小流量的10倍~20倍,因此,该河段受感潮的影响,在洪水期常波及到芜湖(距河口500km),而枯水期则可延伸至大通(距河口624km)。感潮河段还可能受到风暴潮引起的增水和减水的影响。
分水岭
分隔相邻两个流域的高地。可以是山地、高原或是微有起伏的山丘、平原。分水岭上最高点的连线称分水线。分水岭有对称与不对称两类,对称的,分水线位于分水岭中央;不对称的,分水线偏向一侧。通常见到的是后者。不对称的原因主要是两坡构造岩性不同或两侧流域的侵蚀基准面不同造成。分水岭有从侵蚀后退快的一侧向侵蚀后退缓慢一侧移动的现象称分岭迁移。
防汛墙
又叫防洪墙。一般称沿河地面以上阻挡洪水(潮水)漫溢的墙式建筑物为防汛墙。
防汛泵站
由于市区地势低洼,故雨水流连管、下水道后均需要通过水泵提升才能排入江河,一般称为排泄雨水而设置的雨水泵站为防汛泵站。
防洪措施
防止或减轻洪水灾害损失的各种手段和对策。防洪措施包括防洪工程措施和防洪非工程措施。防洪工程措施主要有堤防、河道整治工程、分洪工程与水库防洪等,通过这些工程手段以扩大河道泄量、分流、疏导和拦蓄洪水,以减免洪水灾害;防洪非工程措施,主要内容有洪水预报、洪水警报、洪泛区管理、洪水保险、河道清障(或河道管理)、超标准洪水防御措施等,通过这些非工程的措施,可以避开、预防洪水侵袭,更好地发挥防洪工程的效益,以减轻洪灾损失。
人类与洪水的斗争,最先是人类避开洪水,择高地而居。例如北京人遗址,湖北省长阳红花套古人类遗址等,都处在江河大洪水的水位高程以上。大约自原始公社社会末到奴隶社会,生产力日渐发展,人类向江河水沿趋近,防洪工程应运而生,最早是修堤(有文字可考)。在公元前20世纪之前,埃及就修筑了从尼罗河的阿斯旺到地中海的堤防。中国修堤约始于公元前15~前16世纪。随着社会发展和科学进步,河道整治、海塘等相继出现。分洪工程在中国约始于公元前250年。利用水库防洪则始于19世纪末期。现代,随着水文预报、天气预报和通讯、管理等方面的进步,防洪非工程措施有了很大的发展。有些江河已形成或正在形成堤防、分洪工程、河道整治工程和干支流水库群的工程措施与防洪非工程措施相结合的流域防洪系统。美国和日本在这方面发展尤为突出(参见密西西比河防洪、利根川防洪)。1949年以来,为了减轻洪灾威胁,中国不仅采取大量的防洪工程措施,如加培加建堤防与海塘工程,土石方达100余亿立方米,兴建大量分洪工程及河道整治工程;修建各类水库8万余座,包括以防洪为主或具有一定防洪作用的各类水库;还大力发展了洪水预报警报系统,从中央到地方初步建起具有一定基础的防洪非工程系统。珠江、长江、黄河、淮河、海河、辽河和松花江等大河流域,在中央的总体安排下各自建立了防洪系统。
中国在防洪措施方面还要进一步实现:1.加强和完善防洪工程措施与防洪非工程措施的结合;2.加强防洪工程措施与水资源综合利用的结合,例如水库尽可能综合利用,要求在除害与兴利方面取得最大的经济效益和社会效益;3.新技术的应用与推广,尤其是在测报手段与通讯技术方面。水文和气象预报是防洪非工程措施的重要方面,随着人类对气象、洪水机制认识的提高,测报手段不断完善,预报水平将相应提高,使有限的防洪工程能发挥更大作用。另一方面,随着科学技术的发展,防洪措施也必将不断增加和完善,从而把洪水的危害减到最小限度。
防汛
汛期防止洪水成灾的各项修守工作。如对堤防、闸、坝、铁路、桥梁等所进行的防守和险情抢修。防汛要本着“以防为主,防重于抢”的原则,把各项防汛工作做好,主要是:汛前检查,报汛,组织抢险队伍,物料准备和技术准备。
防洪
研究洪水规律与洪灾特点,并采取各种对策,以尽量减轻或防止洪水危害的一项水利工作。防洪工作的内容,主要有:防洪规划与建设,防洪设施的管理与运用,汛期防守与抢险,洪水预报与调度,灾后工作等。还包括防凌工作。
多年平均发电量
指水电站在多年内每年发电量的平均值。通常说的水电站年发电量,即年发电量的多年平均值,它是反映水电站效益的动能标准之一。
典型年
指在较长的水文系列中,具有代表性径流特征的丰水、平水、枯水年份。
地下水
指存在于地表面以下岩土孔洞与缝隙之间的水。
地面径流
指降水后除直接蒸发、植物截留、渗入地下、填充洼地外,其余经流域地面汇入河槽,并沿河下泄的水流。地面径流又由于降水形态的不同,可分为雨洪径流与融雪径流。前者是由降雨形成的,后者是由融雪产生的。它们的性质和形成过程是有所不同的。
地形
地形是地物和地貌的统称。地物是知地面上各种人为的或天然的固定物体,如河渠、房屋、道路等。地貌是指地表面倾斜缓急、高低起伏的形状,如山头、洼地、山谷等。
堤防工程
在平原地区采用沿河两岸修筑堤坝的办法来挡御洪水泛滥而造成灾害。它是一种挡水工程设施。堤防工程包括:江堤、河堤、海堤、圩堤等。
堤
沿江、河、湖、海的边岸修筑的拦水设施。它的作用是防止洪水泛滥,保障工农业生产和人民的安全。建在江、河两岸的叫“江堤”或“河堤”;建在海边的叫“海堤”或“海塘”。渠道两边的渠帮,也常称为“渠堤”。
大、小潮汛
由于月球以一月为周期绕地球运动,随着月球、太阳和地球三者所处相对位置不同,潮汐除周日变化以外,并以一月为周期形成一月中两次大潮和两次小潮。在朔(初一)、望(十五)日,由于月球、太阳和地球运行位置处于一直线上,月球和太阳的引潮力相互叠加,此时海面升降最大,形成一月中两次最高的高潮和最低的低潮,称为大潮。在上弦日(初七或初八)与下弦日(廿二或廿三),由于月球、太阳和地球相互运行的位置,接近直角三角形,月球、太阳对地球的引潮力相互消减,此时海面升降最小,称为小潮。事实上,由于自然环境和海水运动的惯性以及海底摩阻力等的影响,大潮通常发生在朔、望日后2d~3d(习惯上称为迟后),小潮通常发生在上弦、下弦后2d~3d。习惯上把大小潮称为大小潮汛。
潮位与潮差
1.潮位
受潮汐影响周期性涨落的水位称潮位,又称潮水位,中国通常以黄海基面作为水位高程的零点。
(1)平均潮位。逐时观测记录潮位的平均值。某一定时期(一日,一月,数月,一年或多年等)的平均潮位称该时期的平均海面。潮汐具有18.61年长周期的变化,因此,一般以19年的观测资料求得潮位平均值。
(2)平均高潮位。某一定时期内的高潮位的平均值。
(3)平均低潮位。某一定时期内的低潮位的平均值。
(4)最高潮位。某一定时期内的最高潮位值。
(5)最低潮位。某一定时期内的最低低潮位值。
(6)设计高潮位。工程设计采用的高潮位值,一般采用设计重现期相应于的高潮位值。
(7)设计低潮位。工程设计采用的低潮位值,一般采用设计重现期相应于的低潮位值。
2.潮差
在一个潮汐周期内,相邻高潮位与低潮位间的差值,又称潮幅。潮差大小受引潮力、地形和其他条件的影响,随时间及地点而不同。中国沿海潮差分布的趋势是东海沿岸最大,渤海、黄海次之,南海最小。
(1)平均潮差。某一定时期内的潮差的平均值,是潮汐的一个重要特征值。中国东海沿岸平均潮差约5m,渤海、黄海约2m~3m,南海小于2m。
(2)最大潮差。某一定时期内的潮差的最大值,是潮汐的一个重要工程特征值。中国著名的钱塘江河口潮汐,最大潮差近9m。世界上最大潮差发生在加拿大的芬地湾,达19.6m。
(3)最大可能潮差。由天文因素决定的最大可能出现的潮差。
(4)最小潮差。某一定时期内的潮差的最小值。
潮汐
在太阳和月球引潮力作用下,地球表面的大气圈、海水和地壳发生周期性相对运行的现象,称为潮汐。这些相对运行分别称为大气潮汐、海洋潮汐和地壳潮汐。由于地球、月球和太阳三者运行的相对位置周期性变化,潮汐的大小和涨落时间逐日不同。又因各地纬度不同和受地形、水文、气象等因素的影响,各地潮汐也有差异和各自的变化。月球距地球较近,其引潮力为太阳的2.17倍,故潮汐现象主要随月球的运行而变。
潮汐的分类
潮汐类型按周期不同,可分为日周潮、半日周潮和混合潮。在一个太阴日(约24h50min)内发生一次高潮和一次低潮的现象称为全日周潮;发生两次高潮和两次低潮的现象称为半日周潮。在半日周潮海区中,如两次高潮和低潮的潮位、涨落潮历时不等,且通常半月中有数天出现全日周潮的现象,称为混合潮。混合潮又可分为不正规日周潮和不正规半日周潮。各地潮汐的类型,可根据主要太阴日分潮与主要太阴半日分潮的平均潮高的比值来确定。
驳岸
驳岸
沿河地面以下,保护河岸(阻止河岸崩塌或冲刷)的建筑物为驳岸(护坡)。
高桩承台驳岸
一般称基础前(后)排有板桩,后(前)排有桩,其上有钢筋砼承台,且承台设置比较高驳岸为高桩承台驳岸。
重力式驳岸
依靠墙身自重来保证墙身稳定的驳岸称为重力式驳岸。它又可分成好多类,如:基础有桩、无桩(砼或浆砌块石)重力式驳岸,后倾重力式驳岸等。
板桩式驳岸
板桩式驳岸又称拉锚板桩式驳岸,顾名思义,此类驳岸由垂直打入土中板桩(钢或钢筋砼板桩)和水平张拉粗钢筋及锚碇系统组成。
标高
亦称高程。指地面点沿法线或重力线方向至高程基准面的高度,即测量点与设计的水准基面之间的垂直距离。
比降
亦称坡降、坡度。指水面水平距离内垂直尺度的变化。以千分率或万分率表示。河段水面沿河流方向的高程差与相应的河流长度相比,称之为水面的纵比降。由于地球自转和河道弯曲处离心力的作用,河道横断面的水面也不平,左右岸水面的高程差与之相应断面的河宽之比,称之水面的横比降。
暴雨洪水
河流水量迅速增加,水位急剧上升的现象称之为洪水。按洪水的成因可分为暴雨洪水、融雪融冰洪水、冰凌洪水、水库冰湖溃坝洪水等。世界上大多数河流的洪水为暴雨洪水和融雪洪水。全球暴雨洪水量值最高的地区主要分布在北半球中纬度地带,我国绝大多数河流的洪水是由暴雨所形成。
按气象部门规定,日(24h)降雨量在50mm以上称之为暴雨;100mm~200mm为大暴雨;200mm以上称特大暴雨。我国除掉西部高寒山区和沙漠以外,绝大部分地区都可以产生暴雨,而大暴雨或特大暴雨,主要出现在广大的东部地区。日降雨量超过200mm的特大暴雨是很常见的,东南沿海、海河、淮河流域最大日降雨量可以达到800mm以上。1975年8月河南泌阳县林庄记录到的最大日雨量达到1060mm;1996年台湾阿里山日雨量高达1748.5mm。
暴雨强度大、笼罩范围广的大面积暴雨,是形成江河特大洪水的主要来源。我国大面积暴雨时、空尺度特征地区上有一定差别,黄河流域及其以北地区,一次大暴雨历时一般为2~7天,笼罩面积3万~10万平方公里,降水量100亿~550亿立方米;长江中下游一次大暴雨历时5~9天,笼罩面积10万~20万平方公里,总降水量300亿~700亿立方米;东南沿海热带风暴和台风引发的大暴雨,一般历时1~2天笼罩面积在8万平方公里以下,相应总降水量100亿~170亿立方米。
大范围暴雨主要由两类天气系统形成,一类是西风带低值系统,包括锋、气旋、切变线、低涡和槽等,影响我国大部分地区。这类暴雨一般持续时间长,覆盖面广,降水总量大,大江大河洪水主要由这类暴雨形成。另一类为低纬度热带天气系统,主要是热带风暴和台风,主要影响东南沿海地区和华南各省,洪水峰高量大,可以在较大范围造成严重的洪水灾害。此外西北干旱和半干旱地区,受夏季强对流天气影响易产生短历时局地性大暴雨。如1976年7月25日甘肃陇南宕昌县化马3h雨量达343mm,而暴雨范围仅50平方公里,这类短历时大暴雨,对局部地区可以造成毁灭性灾害。
每年大暴雨洪水发生的季节有一定规律。一般情况,4月上旬至8月中旬随着西太平洋副热带高压脊线从南向北移动,夏季集中雨带,也逐步从华南向江淮、华北、东北地区推进,依次形成4、5月珠江流域前汛期洪水,6、7月江淮梅雨锋暴雨洪水和7、8月华北、东北地区盛夏暴雨洪水。如果天气活动反常,副高脊线在华南上空停滞时间过长,长江中下游和淮河流域形成长时间梅雨期,连续出现大面积暴雨,江淮流域必将形成大范围洪涝灾害,1931、1954和1998年特大洪水,都是在这种天气背景下形成的。
7、8月当副高脊线北移,产生于西太平洋热带风暴和台风在东南沿海频繁登陆,我国南部地区出现第二次暴雨洪水高峰。少数台风深入内陆,与西风带低值系统结合,常常可以形成强度很高的大面积降雨。例如,1935年7月长江中游湘、鄂西地区持续5天特大暴雨,暴雨中心五峰累计雨量1281.8mm,暴雨区范围达12万平方公里,长江中游澧水、清江、汉江等大支流同时爆发特大洪水。澧水三江口水文站洪峰流量31,100立方米每秒,接近世界最大洪水外包值。1963年8月海河特大暴雨,1975年8月淮河上游特大暴雨都具有这种性质。
暴雨洪水的地区分布从黑龙江省呼玛沿大兴安岭经阴山、贺兰山到西藏高原东南部,这条东北––西南向的斜线相当于年均24h雨量50mm等值线的位置,将我国大陆分成面积大致相等的东、西两大部分。东部地区暴雨发生的频率高、洪水量值大,是我国主要暴雨洪水区;西部地区虽然也可以产生暴雨,但发生的机会少,范围也比较局部。
东部地区一些河流,洪水量值之大也是很惊人的。1975年淮河上游特大暴雨洪水,汝河板桥流域面积768平方公里,洪峰流量13,000立方米每秒,浙江瓯江圩仁流域面积13,500平方公里,1912年8月发生了30,400立方米每秒特大洪水。据历史调查和实测洪水,一些河流最大洪水,流量接近世界同等面积的最高记录。
暴雨洪水的分布地区上有很大差别,有两条突出的高值带,一条分布在自辽东半岛往南至广西北部湾沿海山区和岛屿;另一条从燕山、太行山、伏牛山、雪峰山迎风山区,每1000平方公里最大流量均在8,000立方米每秒以上,最大可达15,000立方米每秒。此外还有几处局部高值区,即四川盆地周边山区,陕北高原以及幕阜山区,每1000平方公里最大流量6,000~8,000立方米每秒。西南岩溶地区和东北森林草原,洪水量值较低,每1000平方公里最大流量1,000~2,000立方米每秒。最大流量地区差异,反映了自然环境对洪水的影响。
东部地区暴雨洪水特点,除掉洪水量值特别大以外,还有一个重要特征是洪峰流量年际之间变化极不稳定。常遇洪水与偶尔发生的特大洪水,量值上有悬殊的差别。根据调查或实测到的最大流量与年均最大流量比较,长江以南地区可以相差2~3倍,黄河流域4~8倍,变幅最大的辽河、海河流域可以相差6~20倍,这种不稳定特征,给江河开发治理,水利工程建设带来很大难度。
城市水文学
研究发生在大中型城市环境内部和外部,受到城市化影响的水文过程,为城市建设和改善城市居民生活环境质量提供水文依据的学科,又称都市水文学,是水文学的一个分支。
城市水文学有两个主要特点:①综合性。城市水文学涉及水文科学、水利工程科学、环境科学和城市科学,是一门综合性很强的交叉学科。②动态性。由于城市地区的人类活动十分频繁,随时而变,因此城市水文学不能只研究较长时间内的准平衡状态,还须着重考虑随时间变化的动态过程。
1851年T.J.摩尔凡尼提出的计算洪峰流量的合理化公式可看作是城市水文学的开始。1851~1967年为城市水文学的早期发展阶段,主要沿用一般的水文学方法来处理城市水文学问题。1967年以后城市水文学发展较快,逐步建立了一些具有城市水文特点的分析方法,先后提出了多种能统一考虑防洪、排水、供水和水质控制的城市水文学模型。
城市水文学研究的基本问题是:城市水文气象、城市暴雨径流及防洪、排水,城市水资源及供需平衡,以及城市水质评价及水污染控制。着重探讨的具体课题有:①城市防洪、排水规划中的设计标准问题(含设计洪水流量或设计暴雨)。在城市防洪和排水工程的规划设计中,首先需要解决安全性和经济性的关系。以往都用超过某一量级的洪水流量发生的频率或重现期作为设计标准。近年来的研究认为,设计标准不仅要考虑重现期,而且要考虑风险率和可靠度。风险率是某一重现期的水文要素在工程运行期间可能出现的概率。可靠度可用安全因素来反映,安全因素为设计值与实际观测值之比值。由于局部短历时大强度的暴雨是形成洪水的主要原因,因此,城市区域设计暴雨一般只须研究超过短历时(5~60min)点暴雨规律。但对于较大的城市集水区,或研究城市非点污染源的迁移扩散,则还应当确定计算暴雨的时空分布。②城市流域暴雨径流模拟。城市中的道路、屋面和飞机场跑道都是不透水的,因此处理这些地区的降雨损失比较简单。城市排水系统一般由管网和排水河网组成。城市面积上产生的暴雨洪水通常先排入管网,然后排入河网,排水系统较为优良。用于城市流域暴雨洪水计算的模型可分为三类。第一类只给出洪峰流量,如合理化公式。第二类既给出洪峰流量又给出洪水过程线,如芝加哥方法。第三类是多用途模型,如美国环保局暴雨径流管理模型(SWMM)。③城市供水及优化调度。城市中工业和居民用水量很大,用水规律有自身特点,对水质也有一定要求。城市供水水源来自地表水和地下水。有些城市依靠单一水源供水,也有不少城市依靠两种水源联合供水。无论利用何种水源供水,都存在水资源量的估算、质的评价和供需平衡分析等问题,还要考虑如何重复使用水资源和探求最优的供水方式。④城市污水排放及处理。城市中工业排放的废水和居民生活垃圾都是水污染源。城市中的污染源分为点污染源和非点污染源两类。点污染源是在离散点上的废水的集中排放,污水处理厂的出流就是点污染源的实例。非点污染源是由人类活动产生的污染物堆积于街道上再由暴雨径流沿程运送到河流、湖泊而形成。非点污染源是城市污水处理中要着重研究的问题。
暴雨
一般指势急量大的降雨。是一种灾害性天气。暴雨的定量标准,各地并不一致,视具体情况而定。气象上大致规定暴雨按强度分三级:
暴雨:12小时雨量等于和大于30.1-70毫米,或24小时雨量等于和大于50.1-100毫米;
大暴雨:12小时雨量等于和大于70.1-140毫米,或24小时雨量等于和大于100.1-200毫米;
特大暴雨:12小时雨量等于和大于140毫米,或24小时雨量大于200毫米。
保证水位
汛期堤防及其附属工程能保证安全运行的上限洪水位。当洪水达到或低于这一水位时,有关部门有责任保证堤防等有关工程的安全。保证水位是制定保护对象度汛方案的重要依据,也是体现防洪标准的具体指标。
保证水位主要依据工程条件和保护区国民经济情况、洪水特性等因素分析拟定,报上级部门核定下达。在实际工作中,多采用河段控制站或重要跨堤建筑物的历年防汛最高洪水位。如长江汉口站的保证水位,1954年以前定为28.28m,即1931年实际最高洪水位;1954年以后定为29.73m,即1954年实测洪水位。
在多沙河流,防汛保证水位可以随河道泥沙演变规律和工程情况的变化而改变。
(饶洪球)中国水利百科全书/第1卷/51页/1990.12/水利电力出版社