2017年河南理工大學水文學原理考研大綱碩士研究生入學大綱

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水文學原理考試大綱
一、試卷滿分及考試時間
試卷滿分為 100 分，考試時間為 120 分鐘
二、答題方式
答題方式為閉卷、筆試。
三、考核方式
鑒于為研究生入學考試，可以采用以計算題和問答題為主的方式出題。其中：
計算題 40%，問答題 60%。
四、課程的性質與設置目的和要求
本課程為水文與水資源工程專業的一門專業基礎課程。設置目的：使學生了
解水文學的研究對象、研究內容和研究途徑。了解水文學與相關學科的聯系，掌
握基本的水文學概念和水文學方法，熟悉水文學的一般性、普遍性原理，為進一
步學習水文水資源專業各門專業課打下良好的基礎。
基本要求：使學生了解研究水文現象的三大途徑：成因分析途徑、數理統計
途徑、地理綜合法途徑的基本思想，掌握理解各種途徑具體實現的成熟的水文學
方法，以及方法本身依據的原理。了解徑流形成過程的各個環節的研究方法和理
論，以及計算方法所依據的原理。要求學生掌握我國各種時間尺度的水文要素量，
如降雨量、蒸發量、徑流量的分布和計算方法的原理。掌握產流和匯流理論和方
法。
五、課程內容與考核目標
（一）課程內容
1.水文學的研究對象和研究途徑
⑴ 陸地上自然界中的水體及存在形式
水汽、降水（降雨、降雪，冰雹，霜凍）、河川徑流、湖泊，沼澤、冰川、
積雪、結冰等水體以氣態、液態、固態形式存在于自然界中。自然界中的水體和
水文現象與生活中遇到的水體和水現象之間的區別。
⑵自然界中的水文現象及水文學的研究內容
水汽輸送，降水過程，河川徑流形成和變化，湖泊、沼澤、冰川、積雪的形
成和演變，干旱現象，河流冰情等水文現象的描述。
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水文學的學科分支及主要研究內容：
a 水文學氣象學，主要研究大氣中水分的形成、水汽的輸送及分布規律。
b 海洋水文學，主要研究海水的物理性質、化學性質、海水的運動和各種海
洋現象的發生、發展規律及其內在聯系。海水的物理化學性質如溫度、鹽度、密
度、水色、透明度等；海洋現象如洋流、潮汐、波浪、泥沙等。
c 陸地水文學：主要研究大陸表面上各種水體的水文現象，按研究水體的不
同又可分為：①河川水文學，②湖泊（水庫）水文學，③沼澤水文學，④冰川水
文學；⑤河口水文學。
d 地下水文學，主要研究地殼表層內的地下水的形成、分布與運動規律及其
物理化學性質。
⑶水文現象的基本特性
說明水文現象的時程變化和地區分布特征的含義，闡述水文現象在時程變化
上存在周期性和隨機性的對立統一，水文現象在地區分布上存在相似性與特殊性
的對立統一的特征。闡述時程變化的周期性和隨機性的根源。說明地區分布上的
相似性是由大尺度的氣象和地理特征決定，特殊性是由具體流域或地區的下墊面
條件，如土壤、巖石、植被、地形地貌、河網等較小尺度特征造成的。
⑷水文現象的研究途徑
水文成因分析途徑：根據水文站網和室外、室內試驗的觀測資料，從物理成
因出發，研究水文現象的形成過程，以闡明水文現象的本質及其內在聯系，揭示
水文現象的成因規律，建立水文現象各要素間的定性或定量關系。
數理統計途徑：基于水文現象具有的隨機特性，根據概率理論，運用數理統
計方法，處理長期實測所獲得的水文資料，求得水文現象特征值的統汁規律。
地理綜合途徑：氣候因素和地形地質等因素的分布具有地區特征。從而使水
文現象的變化在地區的分布上也呈現出一定的規律性。因此，可建立水文現象的
地區性經驗公式，也可與地圖結合在一起繪制水文特征的等值線等，以分析水文
現象的地區特性，揭示水文現象的地區分布規律。
著重闡述三種途徑的基本思想和方法實質。說明不同途徑的優點和局限，以
及它們在水文水資源領域生產和科研中的不同用途。
⑸水文學的發展歷程
闡述水文學科的發生、發展和變化過以及當前的一些前沿研究領域。
2.自然界的水分循環和水量平衡
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⑴水分循環的概念和類型
大循環、小循環，內陸水分循環的描述。中國五大水分循環系統介紹。強調
水分循環和水量平衡是水文現象所遵循的最基本規律。
水分循環的影響因素：a 氣象因素，如溫度、風速、風向、濕度等；b 自然
地理條件，如地形、地質、土壤、植被等；c 是人類活動，包括各種水利措施和
農業措施等，d 是地地位置。強調氣象因素是影響水分循環的主導因素。
⑵水量平衡方程的建立和應用
通過幾個具體水量平衡方程的建立來說明水量平衡的含義。指出建立方程時
必須明確研究范圍和時段。舉例說明水量平衡原理在檢查水文成果時的重要應
用。
3.河流及流域特征
⑴河流的形成與分段
河流的形成。河源、上游、中游、下游和河口的特征。
⑵河流基本特征*
河流的長度及測量計算方法，河流橫斷面和縱斷面及測量計算方法。單式斷
面和復式斷面的概念。河道縱比降及測量計算方法。
⑶水系及河流地貌定律
斯持拉勒(strahlcr)河流分級法。河數律、河長律、面積律和河流比降律的內
容和公式。
⑷水系和流域特征
水系和流域概念的區別和聯系，水系幾何特征的描述，地形特征的描述。河
網密度及其它河系特征系數的量測和計算。流域分水線的勾繪，流域幾何特征，
如面積、長度、寬度、流域平均高度和流域平均坡度的量測和計算，流域自然地
理特征的描述：流域的地理位置、氣候特征、下墊面條件。人類活動對水文現象
的影響。流域自然地理特征的描述在各種水文分析報告中的作用。水系和流域基
本資料的收集途徑。
⑸水系和流域特征對水文情勢的影響分析。
4.徑流形成過程
⑴徑流形成過程描述
徑流的概念和表示方法，產流及扣損的概念，植物截留，填洼、下滲、河網
入流、坡面匯流、河網匯流，流域匯流等概念的建立。
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⑵徑流形成的影響因素分析
氣象因素，下墊面因素，人類活動影響因素對徑流的影響情況分析。
⑶量過程及其組成流量過程線的特征點，流量過程的水源組成
⑷徑流的表示方法和度量單位
徑流量、徑流深、徑流模數、徑流系數的定義和計算。
⑸河川徑流情勢我國河川徑流分布
河川徑流情勢的含義，河川徑流的時程變化特征，徑流的年內變化，年際變
化特征，洪、枯水特征及水溫冰情特征。我國河川年徑流的地理分布概述。
5.降水
降水的形成
⑴降水的形成和類型、降水要素
形成降水的三個因素：水汽含量、水汽上升運動、水汽冷卻凝結。降水量，
降水強度，降水歷時，降水時間，降水面積等降水要素的含義。
⑵降雨時空分布特征的數值表示
說明用降雨量過程線表示降雨的時程變化特征，用等雨量線和分站累積降雨
量表示降雨的空間分布特征。降雨過程線，累積雨量線，等雨量線的繪制方法。
⑶流域平均降雨量的計算
算術平均法，泰森多邊形法，等雨量線法。
⑷積雪和融雪研究及估算
積雪和融雪過程描述。積雪的測量方法。融雪量的估算方法。
⑸降雨資料的審查和分析及缺測資料插補*
等雨量線法和相鄰站對照檢查雨量資料的可靠性和合理性。由算術平均法，
比例法，等雨量線法，加權平均法插補缺測資料的步驟。
⑹降水的觀測
器測法及相關儀器的結構，觀測方法。雷達測雨的原理和應用。氣象衛星云
圖數據采集、云圖識別、降雨量計算、雨區移動預測。
⑺我國降水時空分布
年降水量地理分布，暴雨分布，特大暴雨實例介紹。
6.植物截留與填洼
⑴植物截留機制和影響因素分析
影響植物截留的兩大類因素：一是植物本身的生理特征，如樹種、樹齡、林
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冠厚度，茂密度等；二是氣象因素，如降雨強度、蒸發、氣溫、季節、風等。
⑵植物截留量的估算方法研究
利用植物截留的主要影響因素通過實驗建立經驗估算的思路介紹。常用計算
模型介紹：中國科學院地理所模型，四川凱江模型。
⑶填洼估算公式的建立
填洼物理過程描述。流域填洼過程在徑流形成中作用。填洼面積分配曲線的
概念，填洼估算公式的推導和應用。最大填洼量參數的分析和估計。
7.土壤水和土壤水運動
⑴土壤的水理特性
土壤物質組成：土粒、水、空氣。砂粒、粉粒、和粘粒的定義。砂土、粘土、
和壤土三種土壤的定義。土壤結構、土壤孔隙分布與土壤的透水、輸水、蓄水性
的關系。
土壤比重、土壤容重、土壤孔隙比、土壤孔隙率的定義和觀測計算。
⑵土壤水分土壤水分作用力、土壤水分的存在形式和土壤水分常數的含義*
分子力、毛管力、重力、粘滯力、空氣壓力等土壤水分作用力的描述。土壤
含水量的表示：土壤重量含水率，土壤容積含水率。各種土壤水分作用力與土壤
含水量的關系。
吸濕水，薄膜水，毛管水，重力水等水分存在形式的描述，以及它們與土壤
水分運動的關系。土壤水分常數的定義，土壤水分常數在水文學中的意義和作用。
⑶土壤水的水力特性*
毛細現象及毛管力,土水勢的概念，總土水勢、基質勢、溶質勢、壓力勢、
重力勢的定義。土壤水力特性的滯后現象
強調土水勢是土壤水分受土壤中各種保守力而產生的勢能，其中對水文學有
重要意義的是毛管勢和重力勢。
⑷土壤水分運動方程的建立*
土壤水流的連續方程的建立，飽和水流運動方程～達西定律介紹，滲透系數
（水力傳導度）的定義，說明達西定律的適用范圍。非飽和水流運動的達西定律,
非飽和土壤滲透系數的表示。非飽和水流的基本微分方程，非飽和水流的擴散方
程的推導。
⑸土壤含水量的測定
稱重法的測量和計算，射線法原理，負壓計(張力儀)原理、結構和使用。
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8.下滲
⑴流域下墊面土層水分分帶
包氣帶和飽和帶的概念。包氣帶的含水特征與毛管懸著水帶、中間包氣帶、
支持毛管水帶的概念和描述。包氣帶土壤水分布特征描述，各種水分分帶內的土
壤含水量的消退和增長。
⑵下滲現象下滲現象的描述：滲潤階段、滲漏階段、滲透階段的物理過程。
下滲過程中土壤含水量的垂向分布規律。土壤水分的再分配過程。
下滲能力與下滲率概念的區別與聯系。自然條件下的下滲描述。下滲與雨強
的關系，下滲的空間分布。
⑶飽和下滲理論和非飽和下滲理論介紹*
飽和下滲理論的基本假定，定解問題的建立，定解問題的求解思路及求解結
果。非飽和下滲理論的基本假定，定解問題的建立，定解問題的求解思路及求解
結果。理論下滲公式的意義及應用時的局限。
⑷下滲經驗公式
霍頓公式的建立及公式參數的意義，公式參數的分析和確定?；魻柼构降?br/>建立及公式參數的意義，公式參數的分析和確定?？妓辜涌路蚬降慕⒓肮?br/>參數的意義，公式參數的分析和確定。菲利浦下滲公式參數的分析和確定。理論
下滲公式和經驗下滲公式的比較分析。
⑸下滲實驗與分析
徑流試驗場的概念。下滲的直接測定法：注水法與同心環下滲儀介紹。人工
降雨法實驗過程。
⑹水文分析法推求下滲曲線的原理和步驟
水文分析法推求下滲曲線的意義和基本原理，方法的應用條件。分析計算實
例。
9.蒸散發計算
⑴水面蒸發的物理現象及蒸發量計算*
水面蒸發的物理過程描述。水分汽化過程，凝結潛熱與蒸發潛熱的概念，蒸
發潛熱的計算公式，水汽擴散過程，水汽分子的擴散現象，空氣對流引起的水汽
輸送，空氣的紊動引起的水汽輸送。影響水面蒸發的因素：a 氣象因素：飽和水
汽壓差，風或氣流，溫度, 降水量及強度和時空分布。b 水體自身因素：水質，
水深、水面的情況。c 地理位置、地形、地貌情況。道爾頓定律及應用介紹。水
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面蒸發的觀測計算：器測法，水面蒸發器類型、結構和觀測。經驗公式法，熱量
平衡法，彭曼法計算原理及計算公式推導。
⑵土壤蒸發的物理現象及蒸發量估算
土壤蒸發過程，土壤的蒸發三階段規律。土壤蒸發影響因素：a 氣象因素，
如溫度、濕度、風速等，b 土壤表面特征及地形等因素，如地下水埋深、土壤質
地、土壤色澤等。壤蒸發量的確定方法：器測法，г г и _500 型土壤蒸發器結
構及土壤蒸發觀測。經驗公式法，水量平衡法。
⑶植物蒸發的物理現象及散發量估算
植物散發的物理過程。影響植物散發的因素：a 植物生理條件：樹種，樹齡。
b 氣象因素: 溫度、濕度、日照和風速。
植物散發量的測定和估算：器測法，水量平衡法。
⑷流域蒸散發的計算
流域蒸散發的計算方法：長時段流域蒸散發量的水量平衡推算法，水熱平衡
推算法，經驗公式計算法的原理。
計算短時段流域蒸散發量的蒸發模式原理。模式從流域蒸散發的供水因素和
蒸散發能力兩個方面出發來計算流域蒸散發量。一、二層蒸發模式公式及計算步
驟。
⑸流域蒸散發能力的確定方法。
水面蒸發量折算法；輻射平衡法；經驗公式法，輻射平衡法。重點講解水面
蒸發量折算法的做法，折算系數的分析和確定。
⑹我國蒸散發分布規律
多年平均蒸散發量在地區上的分布出現 2 個高值區和 3 個低值區介紹。
10.產流機制研究
⑴包氣帶特性和產流的關系
包氣帶的水分分帶，包氣帶對降水的分配，蓄存和輸移作用。包氣帶水分動
態及水量平衡方程。包氣帶在產流中的作用，包氣帶對降雨過程進行的；兩次再
分配。
⑵流域產流理論
霍頓產流理論的產流條件分析，水源劃分?；纛D的產流觀念的局限。流域產
流理論的發展：超滲地面徑流產流機制，壤中流產流機制，飽和地面徑流與回歸
流產流機制，地下徑流產流機制的闡述。
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⑶產流類型和產流模式
單點產流的九種類型，不同產流類型的下墊面特點及包氣帶特征。不同產流
類型的影響一次降雨徑流總徑流的因素分析。九種產流類型概化和提煉，超滲產
流和蓄滿產流模式的提出。
11.流域產流
⑴山坡流域的分類
山坡流域的概念，山坡流域的四種類型及特征。的四種。山坡流域包含的產
流類型
⑵流域產流模式和產流特征*
流域的山坡流域組成，流域的產流特征由占主導地位的山坡流域的產流特征
決定。單元流域產流特征影響因素分析：a 流域下墊面的構成：地形地貌，地質
構造、土壤分布、植被分布，流域形狀及河網特征等。b 流域上的水分因素：降
雨、蒸發、下滲、土壤濕度、地下水位等。
⑶流域上產流面積的變化與發展
部分面積產流與全流域產流的概念。濕潤地區蓄滿產流面積的發展特點，超
滲產流面積發展的特點。產流面積空間變化統計特性曲線：流域蓄水容量面積分
配曲線及常用函數形式；流域下滲能力面積分配曲線的表示。
⑷蓄滿產流模式的產流計算
蓄滿產流的降雨徑流關系，流域蓄水容量面積分配曲線與蓄滿產流的降雨徑
流關系之間的轉換。流域蓄水容量面積分配曲線計算產流量的原理和公式以及產
流量計算的步驟。蓄滿產流的降雨徑流關系查算產流量的方法。
⑸超滲產流的產流量計算
下滲曲線的轉換與原理。超滲產流量計算原理和計算步驟。
12.河槽洪水演算
⑴洪水波的運動
洪水波的概念及形態描述，洪水波的運動及特征，洪水波的變形，洪水波的
附加比降與相應流量的傳播。河段斷面洪水流量過程線與洪水波要素的關系。
⑵洪水波的分類
洪水波運動方程的化簡及分類，運動波、擴散波、慣性波、動力波的運動特
性。運動波、擴散波水位流量關系的特點。
⑶洪水波波速分析及計算
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塞當公式的推導，洪水波波速分析的水文學方法。
⑷河槽調節與蓄泄關系
河槽調節演算的基本原理，槽蓄曲線的概念及分析。河槽洪水波運動微分方
程及邊界條件的處理和數學表達。
入流、單位入流、延遲單位入流、矩形單位入流、延遲矩形單位入流的概
念及數學表達式。河段復雜入流的處理。
⑸河槽洪水演算的特征河長方法
特征河長的概念，特征河長的計算公式推導，工程實踐中的特征河長分析計
算。N 個特征河長河段的微分方程的建立，河段匯流瞬時單位線概念及公式。河
段匯流的出流公式卷積表達式。河槽洪水演算的特征河長法原理及步驟。演算實
例。
⑹河槽洪水演算的其它方法簡介
工程中其它河槽洪水演算方法的基本思路。
13.水文線性系統基本理論
⑴線性系統基礎介紹
系統概念，線性系統與非線性系統概念，線性系統的疊加性和倍比性定義。
線性系統的微分方程。時變與時不變系統概念，集總型和分散型系統概念。
⑵線性時不變系統的卷積表達式*
拉普拉斯變換和逆變換的定義，拉普拉斯變換表的使用。拉普拉斯變換的基
本性質，拉普拉斯變換的卷積定理。拉普拉斯變換在解高階線性微分方程中的應
用。
14.流域匯流
⑴流域匯流分析
坡面匯流、河網匯流與流域匯流三者間的關系。影響匯流的因素分析。流域
匯流時間、流域滯時的概念
⑵地面徑流成因公式
等流時面積概念，地面徑流成因公式的建立，等流時線匯流的概念。
⑶經驗單位線匯流計算的方法和原理
經驗單位線的定義，經驗單位線法匯流計算的原理和應用時的假定。經驗單
位線法匯流計算的步驟。
⑷瞬時單位線匯流計算的方法和原理
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納希瞬時單位線的定義，S 曲線的意義和時段單位線的轉換。瞬時單位線參
數和推求的矩法原理，實例介紹。
⑸線性分散流域匯流模型
流域的植被、土壤、地形和地質條件差異造成的洪水差異分析。暴雨空間分
布，因時程分配造成的洪水差異分析。單元流域的劃分，流域出口斷面流量的合
成。
⑹作業：經驗單位線推流計算
給定流域經驗單位線和地面凈雨過程，推算流域出口斷面洪水過程。
15.湖泊、沼澤水文問題介紹
⑴湖泊、沼澤的形成和形態特征描述
⑵湖泊、沼澤的形態特征值的計算方法介紹。
（二）考核目標
了解水系和流域概念的區別和聯系，水系幾何特征的描述，地形特征的描述。
河網密度及其它河系特征系數的量測和計算；降水的形成；降雨時空分布特征的
數值表示；植物截留機制和影響因素分析；土壤的水理特性；土壤水分土壤水分
作用力、土壤水分的存在形式；土壤水分運動方程的建立；飽和下滲理論和非飽
和下滲理論；水面蒸發的物理現象及蒸發量計算；包氣帶特性和產流的關系；山
坡流域的分類；流域匯流分析；分散流域匯流模型。
掌握水量平衡方程的建立明確水量平衡原理的重要意義; 流域平均降雨量
的計算、降雨資料的審查和分析及缺測資料插補；填洼估算公式的建立；下滲現
象下滲現象的描述；土壤蒸發的物理現象及蒸發量估算；植物蒸發的物理現象及
散發量估算；流域蒸散發的計算；流域產流理論，產流類型和產流模式；蓄滿產
流模式的產流計算；超滲產流的產流量計算；地面徑流成因公式；經驗單位線匯
流計算的方法和原理；瞬時單位線匯流計算的方法和原理。
五、參考書目
芮孝芳，《水文學原理》，2005，中國水利水電出版社。

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