第一章绪论

本章主要内容包括水循环、水资源、水灾害以及工程水文学的任务及内容四个方面，通过对本章内容的学习，一方面可以增加对水循环、水资源、水灾害等概念基本内涵的认识，另一方面可以增进对工程水文这门课程的内涵及意义的理解。

●1.1水循环

本小节主要介绍地球上各类水体的数量及分布，以及水循环的基本概念。

●1.2水资源

本小节主要介绍水资源的含义，以及我国水资源的时空分布特征。

●1.3水灾害

本小节主要介绍水灾害类型及其造成的社会影响。

●1.4工程水文学的任务及内容

本小节主要介绍工程水文学的课程内涵及其对社会经济发展的作用。

第二章流域径流形成过程

本章概述了水文循环过程中涉及的降水、下渗、蒸发、径流过程，介绍的各个过程的含义、特征、表述方法以及主要影响因素。

●2.1概述

本小节主要介绍水文循环的含义并概述降水、下渗、蒸发等在水文循环中的作用。

●2.2河流与流域

本小节主要介绍河流、水系的基本特征、以及流域的含义和基本特征。

●2.3降水

本小节主要介绍降水形成的机制、分类以及我国降水量的时空分布及变化特征。

●2.4下渗

本小节主要介绍下渗过程的相关概念，包括土壤水分存在形式、土壤水分常数、土壤水分特征、下渗的物理过程、下渗的定量描述、地下水的概念及地下水特征。

●2.5蒸散发

本小节主要介绍水文循环中自降水到达地面后由液态或固态转化为水汽的蒸散发过程。包括水面蒸发、土壤蒸发、植物散发和流域总蒸发四部分内容。

●2.6径流

本小节主要介绍自降雨开始到水流汇集到流域出口断面的整个径流过程。包括产流过程、汇流过程、径流的表示方法以及我国河川径流的分布及变化概况。

第三章流域产流与汇流计算

在各种水文现象中，水文循环是最核心的部分，而水不断地在降雨、蒸发、下渗、径流中的转换正是水文循环的核心。那如何去定量这种转换呢？正是本章“产汇流计算”需要解决的问题。本章的主要任务就是学会各种水文要素的计算，以及知道了某一流域的降雨过程后，如何得出该降雨过程在流域出口断面形成的流量过程线，也就是径流。

●3.1产汇流方案概述

由降雨形成流域出口断面径流的过程是非常复杂的，为方便计算，我们人为的将这一过程概化为两个阶段——产流过程和汇流过程。对于产流过程和汇流过程中各种要素的计算，我们称之为产流计算和汇流计算。而在产流计算和汇流计算是所使用的方法即为产流方案和汇流方案。

●3.2降雨径流要素计算

了解流域点雨量与面雨量的区别，掌握流域面平均雨量的计算方法。掌握流量过程线的分割及流域退水曲线的制作方法。了解地下水退水方程的形式及计算方法。了解流量过程线上的水源划分方法。掌握径流深、流域土壤含水量、流域蒸发量、前期影响雨量等要素的计算方法。

●3.3蓄满产流与降雨径流相关图

在湿润地区，一次洪水的径流深主要是与本次降雨量、降雨开始时的土壤含水量密切相关。因此，可以根据流域历次降雨量、径流深、雨前土壤含水量，按蓄满产流模式进行分析，建立流域降雨与径流之间的定量关系，解决部分产流计算的问题。熟悉并掌握蓄满产流的两种计算方法——降雨相关图法和蓄水容量曲线法。掌握用稳定下渗率分割产流量的计算。

●3.4下渗曲线与超渗产流

与蓄满产流相比，超渗产流的影响因素更为复杂，对计算资料的要求较高，产流计算成果的精度也相对较差。因此，必须对干旱地区下渗特性及主要影响要素进行深入分析，充分利用各种资料，制定合理的超渗产流计算方案。了解下渗曲线法。熟悉并掌握用初损后损法对超渗产流的计算。

●3.5 流域汇流计算

流域上各点的净雨，经过坡面汇入河网，再由河网流达出口断面，总称为汇流。我们把汇流分成两个阶段——坡面汇流与河网汇流。在坡地汇流阶段，根据汇流路径的不同，汇流又分成地面汇流与地下汇流。熟悉并掌握地面汇流计算常用的等流时线法和单位线法；地下汇流计算常用的线性水库法；河网汇流常用的马斯京根法。

第四章水文预报

水文预报是防汛抗旱、有效利用水资源、水利水电工程建设与管理的重要依据，对社会、国民经济具有保障性作用，对国家公共安全十分重要。水文预报方法以水文基本规律研究为基础，结合生产实际问题的需要，构成具体的预报方法或预报方案，服务于生产实际。本章主要介绍水文预报基本概念、河段洪水预报方法、实时洪水预报、枯季径流预报、水文预报精度评定。

●4.1水文预报概述

水文预报是根据已知信息对未来一定时期内的水文情势作出定性或定量预报。水文预报具有实战性与挑战性，关系百姓生命财产安全，责任重大。水文预报内容非常广泛，涉及与水文循环有关的每个环节要素的预报。水文预报研究具有漫长的历史，随着全球气候变化显著、人类活动剧烈、社会需求增加，水文预报面临新的问题和挑战。本节主要介绍水文预报概念与作用、水文预报基本内容、水文预报研究进展。

●4.2河段洪水预报

探索河段洪水波运动规律可为流域和河网的汇流研究奠定基础。河段洪水预报是根据河段洪水波运动规律，利用河段上断面的实测水位（流量）预报河段下断面未来水位（流量）。河段洪水演算方法有基于圣维南方程组的水动力学方法、基于河道蓄量与流量关系的水文学方法、以水文数据分析为基础的数据分析方法。本节主要介绍基于数据分析的相应水位（流量）法和合成流量法，根据河段上、下断面历史水文资料建立经验相关图。

●4.3实时洪水预报

实时洪水预报是对将发生的未来洪水在实际时间进行预报。实时洪水预报要求预报精度尽可能高、预见期尽可能长、受系统环境影响尽可能小、动态跟踪能力尽可能强。为了保证洪水预报精度，需要选择合适的洪水预报模型，进行资料误差估计、预报误差修正、系统不正常情况处理。本节主要介绍实时洪水预报建模、洪水预报误差来源、误差自回归修正方法。

●4.4枯水预报

枯水季节（枯水期）是流域内降雨量较少，通过河流断面的流量过程低落而比较稳定的时期，其间所呈现出的河流水文情势称为枯水。在枯季，由于江河水量小，水资源供需矛盾较突出，如灌溉、航运、工农业生产、城市生活供水、发电、环境需水等对水资源的需求常难满足。为合理调配水资源，做好枯季径流预报是很有必要的。本节简要介绍枯季径流的消退规律、前后期径流量相关法、河网蓄水量法、枯季径流区域预报。

●4.5水文预报精度评定

水文预报结果受诸多因素的影响。为了更好地服务于国家安全和国民经济建设，必须对水文预报结果的可靠性和有效性进行评定和检验。《水文情报预报规范》（SL250-2000）规定：评定和检验方法采用统一的许可误差和有效性标准对预报方案进行评定和检验。一般将具有良好代表性的资料系列分为率定期和检验期。本节主要介绍洪水预报精度评定指标。

第五章水文统计

本章结合水文现象的实际，介绍概率论与数理统计的基本概念和原理。一方面为工程水文学提供必要的概率统计基础知识；另一方面，它的理论和方法也是水文研究和实践的有力工具。

●5.1概述

本节论述了水文现象的随机性以及水文统计方法在水文学各个方面的应用。

●5.2概率的基本概念

本节讲述了概率的基本概念，包括随机试验、事件、概率和重现期的定义。

●5.3随机变量及其概率分布

随机变量概念的建立是概率论发展史上的重要里程碑，使人们能够以微积分工具，将个别随机事件的研究扩大为随机变量所表征的随机现象的研究，从而使概率论的发展进入了一个新阶段。
本节讲述了随机变量、分布函数的定义；介绍了几种在水文中常用的离散型、连续型随机变量；以及描述随机变量的数字特征（统计参数）。

●5.4水文频率计算

一般来说，对于一个实际的随机变量，很难通过分析其物理机制来求得它的概率分布，解决这个问题，需要人们通过有限资料的整理和分析，去推断所研究随机现象的整体性质。
水文频率计算的目的是要确定相应于给定设计频率的设计值。为了推求设计值，通常需要解决好两个基本问题，一是必须确定水文变量的概率分布模型（线型选择）；二是估计所选线型中的未知参数（参数估计）。

●5.5相关分析

自然界的许多现象之间有着一定的联系，它们之间既不是函数关系，也不是完全无关。相关分析就是要研究两个或多个随机变量之间的关系。
在水文计算中，我们经常遇到某一水文要素的实测资料系列很短，而与其有关的另一要素的资料却较长，这样我们就可以通过相关分析把短期系列延长。

第六章设计年径流的分析计算

设计年径流是相应于设计保证率的年径流量及其年内分配，它是发电、灌溉、供水、航运等工程规划设计的重要指标。本章在明确设计年径流计算任务的基础上，根据有长期实测径流资料、有短期实测径流资料、缺乏实测径流资料三种情况，分别阐述相应的年径流量及其年内分配计算方法、工作流程以及需注意的问题，最后介绍流量历时曲线的概念。

●6.1设计年径流计算的任务

年径流在年内具有以年为周期的汛期与枯季交替变化的特点，在年际之间有丰、枯、平水年随机发生的特点。由于天然河川径流随时间的变化与社会经济部门的需水过程不一致，需要兴建水利工程来对天然径流过程加以调节。工程规模与来水过程、用水过程，及人们希望解决水量供需矛盾的程度（即保证率）有关。通常先根据用水部门的重要程度确定设计保证率，推求指定保证率的设计年径流量及其年内分配，为水利工程设计提供“来水”依据。

●6.2有长期实测径流资料时的设计年径流计算

有长期实测径流资料时，首先从“可靠性、一致性、代表性”三个方面对径流资料进行审查。对于不符合一致性的情况，常用水量平衡法、降雨径流相关法等进行径流资料的“还原”或“还现”。根据工程要求确定计算时段，对年径流量或其他时段径流量进行频率计算，求得指定保证率的设计年径流量或时段径流量。在成果合理性分析的基础上，从实测的历年径流过程线中选择代表年，采用同频率或同倍比放大法最终得到设计年径流的年内分配。

●6.3有短期实测径流资料时的设计年径流计算

在只有短期实测径流资料时，如果直接根据短系列径流资料进行频率计算，求得的设计年径流成果可能具有很大的误差。为了降低抽样误差，保证成果的可靠性，在水文计算中，常用相关法进行年、月径流系列的插补展延。在完成径流系列的插补展延之后，后续推求设计年径流及其年内分配的步骤与第二节介绍的“有长期实测径流资料时的设计年径流计算”相同。

●6.4缺乏实测径流资料时的设计年径流计算

在缺乏实测径流资料或虽有短期实测径流资料但无法展延时，通过间接途径来推求设计年径流量及其年内分配。目前常用水文比拟法和参数等值线法，来确定设计流域年径流深的均值、离差系数Cv值和偏态系数Cs值，以此为基础，推求任意设计频率对应的设计年径流深，并进一步转换成设计年径流量或设计年平均流量。采用水文比拟法直接移用参证流域各种代表年的月径流量分配比，乘以设计年径流量，最终得到设计年径流的年内分配。

●6.5流量历时曲线

流量历时曲线可表示径流的分配过程，在水力发电、航运等工程的水文水利计算中有着重要意义，因为这些工程的设计，不仅取决于流量的时序更替，还取决于流量的持续历时。当不需要考虑各流量出现的时间，而只关心所出现流量数值的大小时，可以很方便地从该曲线上求得在所讨论的总时间范围内，大于或等于某流量数值出现的相对历时。常用的历时曲线有：多年综合日流量历时曲线、代表年日流量历时曲线、平均日流量历时曲线。

第七章由流量资料推求设计洪水

洪水是我国主要自然灾害之一，我国约有2/3的国土面积受到洪水灾害的威胁。为防止和减少洪涝灾害，我国积极修建各类水利工程(如水库、堤防)，对减少洪灾损失取得了明显的社会和经济效益。修建防洪工程首先要进行防洪规划，设计洪水是防洪规划的主要依据之一。推求设计洪水的方法有两种，即由流量资料推求设计洪水和由暴雨资料推求设计洪水。

●7.1设计洪水

在设计各种涉水工程的水工建筑物时，必须高度重视工程本身的防洪安全，即必须全面考虑工程能经得住某种大洪水的考验而不会失事。所谓某种大洪水意指设计时选择的具有规定功能的一场特定洪水过程，称之为设计洪水。设计洪水包括设计洪峰流量、不同时段设计洪量及设计洪水过程线三个要素。

●7.2设计标准

如何选择较为合适的洪水作为确定防洪工程规模的依据，涉及一个标准问题，称为设计标准。如果标准过高，工程的安全度增大，但工程造价增多而不经济；若标准过低，虽然工程造价降低，但工程遭受破坏的风险增大。设计标准大小的确定，要做技术层面和经济层面的比较。

●7.3洪水样本选取

进行洪水频率分析计算时，将连续的流量过程以年为时段划分开来，使时间坐标离散化，把每年作为一次实验。根据需要选取一些描述洪水的数字特征，从不同的角度来反映逐年洪水的特性。我国通常采用年最大值法选样，即每年选取一个最大值，n年资料可选出n项年极值（包括洪峰流量和各种时段的洪量）。选取的洪水资料是进行频率计算的基础，是决定成果精度的关键。

●7.4设计洪峰及洪量的推求

由流量资料推求设计洪峰及洪量时，首先进行洪水样本的选取。选取的洪水资料是进行频率计算的基础，是决定成果精度的关键，必须对资料进行三性审查。三性审查通过后，需要对洪峰、时段洪量进行频率计算，然后选定频率曲线线型，并进行洪水频率曲线参数估计，进而推求设计洪峰及洪量。

●7.5历史洪水的调查和考证

洪水峰量频率计算成果的可靠性与所用资料的代表性密切相关，而资料的代表性又主要受到资料系列长短的制约。目前我国河流的实测流量资料和雨量资料一般都不长，用这些资料推算百年以上一遇的稀遇洪水，可能存在较大的抽样误差，因此可通过历史洪水的调查和考证,将历史洪水加入频率计算，以提高洪水频率计算精度。

●7.6不连续系列的经验频率计算

历史洪水峰、量的数值确定后，为了估计其经验频率(或重现期)，还必须分析各次历史洪水调查考证期内的排列序号，以期能正确确定历史洪水的经验频率。为便于分析历史洪水加入后的经验频率，将洪水资料分为实测期、调查期、文献考证期，采用统一处理法或分别处理法计算不连序系列的经验频率。

●7.7成果的合理性检查

在洪水频率计算中，由于资料系列不长，常使计算所得的各项统计参数，以及各种频率的设计特征值存在误差。需要从不同历时频率曲线对比、统计参数与历时的关系、上下游洪水关系及暴雨径流之间关系等方面进行成果合理性检查，综合同一地区各站成果，通过对比分析，检查成果合理性。

●7.8典型洪水过程线的选取

设计洪水过程线是指具有某一设计标准的洪水过程线。为了适应工程设计要求，目前推求设计洪水过程线采用放大典型洪水过程线的方法，使设计过程线的洪峰流量和指定时段洪水总量的数值等于设计值，其出现的频率等于设计标准，即认为所得的过程线是待求的设计洪水过程线。一般按照峰高量大、具有一定的代表性、对工程防洪运用较不利的原则选择典型洪水过程线。

●7.9洪水过程线放大方法

选择了典型洪水过程线后，还需对典型洪水过程进行放大以得到设计洪水过程。常用的放大方法有同倍比放大法和同频率放大法。同倍比法采用按同一倍比对典型洪水过程线的纵标值（流量值）进行缩放来推求设计洪水过程线。同频率放大法按不同历时采用不同倍比对典型洪水过程进行缩放，得出的设计洪水过程线的峰值和控制时段洪量都满足指定频率。

第八章由暴雨资料推求设计洪水

推求设计洪水的方法有两种，即由流量资料推求设计洪水和由暴雨资料推求设计洪水。在实际工作中，一些流域常因流量资料不足无法直接用流量资料推求设计洪水，而我国大部分地区的洪水是由暴雨形成的，且暴雨资料一般较多，因此可用暴雨资料推求设计洪水。

●8.1概述

流量资料不足或者资料代表性差、洪水资料系列的一致性被破坏、为了论证设计成果的合理性采用不同方法推算设计洪水、推求可能最大洪水时采用由暴雨资料推求设计洪水，主要步骤一般分为两步。第一步，根据实测暴雨资料，用统计分析和典型放大法推求设计暴雨。第二步由求得的设计暴雨，先利用产流方案推求设计净雨过程，再利用流域汇流方案由设计净雨过程求得设计洪水过程。

●8.2直接法推求设计暴雨

当设计流域雨量站较多、分布较均匀、各站又有长期的同期资料、能求出比较可靠的流域平均雨量时，就可采用直接法进行频率计算求得设计面暴雨量。直接法推求设计暴雨主要包括暴雨资料的收集、暴雨资料的审查、统计选样、面雨量频率计算、设计面暴雨量计算成果的合理性检查等步骤。

●8.3特大暴雨的处理

与洪水资料系列类似，暴雨资料系列的代表性与系列中是否包含有特大暴雨有直接关系。特大值对统计参数影响很大，如果能够利用其他资料信息，正确估计出特大值的重现期，可有效提高系列代表性。判断大暴雨资料是否属特大值，一般可从经验频率点据偏离频率曲线的程度、模比系数Kp的大小、暴雨量级在地区上是否很突出，以及论证暴雨的重现期等方面进行分析判断，以合理确定其重现期的大小。

●8.4设计点雨量计算

当无法采用直接法求得设计面暴雨量，需要采用间接法推求设计面暴雨量时，就需要首先推求设计点暴雨量。如果流域形心处或附近有一观测资料系列较长的雨量站，则可利用该站的资料进行频率计算，推求设计点暴雨量。如果长系列的站不在流域中心或其附近，可先求出流域内各测站的设计点暴雨量，然后绘制设计暴雨量等值线图，用地理插值法推求流域中心点的设计暴雨量。

●8.5设计暴雨时程分配

设计暴雨时程分配和设计洪水过程线的推求方法相同，一般用典型暴雨同频率控制缩放。在选择典型暴雨过程时一般遵循以下原则：第一，在暴雨特性一致的气候区内选择有代表性的面雨量过程，若资料不足也可由点暴雨量过程来代替。第二，选择历史上发生过的总量大，强度也大的暴雨过程。第三，选择对工程安全较不利的暴雨过程。