2017年河南理工大学水文学原理考研大纲硕士研究生入学大纲

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水文学原理考试大纲
一、试卷满分及考试时间
试卷满分为 100 分，考试时间为 120 分钟
二、答题方式
答题方式为闭卷、笔试。
三、考核方式
鉴于为研究生入学考试，可以采用以计算题和问答题为主的方式出题。其中：
计算题 40%，问答题 60%。
四、课程的性质与设置目的和要求
本课程为水文与水资源工程专业的一门专业基础课程。设置目的：使学生了
解水文学的研究对象、研究内容和研究途径。了解水文学与相关学科的联系，掌
握基本的水文学概念和水文学方法，熟悉水文学的一般性、普遍性原理，为进一
步学习水文水资源专业各门专业课打下良好的基础。
基本要求：使学生了解研究水文现象的三大途径：成因分析途径、数理统计
途径、地理综合法途径的基本思想，掌握理解各种途径具体实现的成熟的水文学
方法，以及方法本身依据的原理。了解径流形成过程的各个环节的研究方法和理
论，以及计算方法所依据的原理。要求学生掌握我国各种时间尺度的水文要素量，
如降雨量、蒸发量、径流量的分布和计算方法的原理。掌握产流和汇流理论和方
法。
五、课程内容与考核目标
（一）课程内容
1.水文学的研究对象和研究途径
⑴ 陆地上自然界中的水体及存在形式
水汽、降水（降雨、降雪，冰雹，霜冻）、河川径流、湖泊，沼泽、冰川、
积雪、结冰等水体以气态、液态、固态形式存在于自然界中。自然界中的水体和
水文现象与生活中遇到的水体和水现象之间的区别。
⑵自然界中的水文现象及水文学的研究内容
水汽输送，降水过程，河川径流形成和变化，湖泊、沼泽、冰川、积雪的形
成和演变，干旱现象，河流冰情等水文现象的描述。
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水文学的学科分支及主要研究内容：
a 水文学气象学，主要研究大气中水分的形成、水汽的输送及分布规律。
b 海洋水文学，主要研究海水的物理性质、化学性质、海水的运动和各种海
洋现象的发生、发展规律及其内在联系。海水的物理化学性质如温度、盐度、密
度、水色、透明度等；海洋现象如洋流、潮汐、波浪、泥沙等。
c 陆地水文学：主要研究大陆表面上各种水体的水文现象，按研究水体的不
同又可分为：①河川水文学，②湖泊（水库）水文学，③沼泽水文学，④冰川水
文学；⑤河口水文学。
d 地下水文学，主要研究地壳表层内的地下水的形成、分布与运动规律及其
物理化学性质。
⑶水文现象的基本特性
说明水文现象的时程变化和地区分布特征的含义，阐述水文现象在时程变化
上存在周期性和随机性的对立统一，水文现象在地区分布上存在相似性与特殊性
的对立统一的特征。阐述时程变化的周期性和随机性的根源。说明地区分布上的
相似性是由大尺度的气象和地理特征决定，特殊性是由具体流域或地区的下垫面
条件，如土壤、岩石、植被、地形地貌、河网等较小尺度特征造成的。
⑷水文现象的研究途径
水文成因分析途径：根据水文站网和室外、室内试验的观测资料，从物理成
因出发，研究水文现象的形成过程，以阐明水文现象的本质及其内在联系，揭示
水文现象的成因规律，建立水文现象各要素间的定性或定量关系。
数理统计途径：基于水文现象具有的随机特性，根据概率理论，运用数理统
计方法，处理长期实测所获得的水文资料，求得水文现象特征值的统汁规律。
地理综合途径：气候因素和地形地质等因素的分布具有地区特征。从而使水
文现象的变化在地区的分布上也呈现出一定的规律性。因此，可建立水文现象的
地区性经验公式，也可与地图结合在一起绘制水文特征的等值线等，以分析水文
现象的地区特性，揭示水文现象的地区分布规律。
着重阐述三种途径的基本思想和方法实质。说明不同途径的优点和局限，以
及它们在水文水资源领域生产和科研中的不同用途。
⑸水文学的发展历程
阐述水文学科的发生、发展和变化过以及当前的一些前沿研究领域。
2.自然界的水分循环和水量平衡
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⑴水分循环的概念和类型
大循环、小循环，内陆水分循环的描述。中国五大水分循环系统介绍。强调
水分循环和水量平衡是水文现象所遵循的最基本规律。
水分循环的影响因素：a 气象因素，如温度、风速、风向、湿度等；b 自然
地理条件，如地形、地质、土壤、植被等；c 是人类活动，包括各种水利措施和
农业措施等，d 是地地位置。强调气象因素是影响水分循环的主导因素。
⑵水量平衡方程的建立和应用
通过几个具体水量平衡方程的建立来说明水量平衡的含义。指出建立方程时
必须明确研究范围和时段。举例说明水量平衡原理在检查水文成果时的重要应
用。
3.河流及流域特征
⑴河流的形成与分段
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*
河流的长度及测量计算方法，河流横断面和纵断面及测量计算方法。单式断
面和复式断面的概念。河道纵比降及测量计算方法。
⑶水系及河流地貌定律
斯持拉勒(strahlcr)河流分级法。河数律、河长律、面积律和河流比降律的内
容和公式。
⑷水系和流域特征
水系和流域概念的区别和联系，水系几何特征的描述，地形特征的描述。河
网密度及其它河系特征系数的量测和计算。流域分水线的勾绘，流域几何特征，
如面积、长度、宽度、流域平均高度和流域平均坡度的量测和计算，流域自然地
理特征的描述：流域的地理位置、气候特征、下垫面条件。人类活动对水文现象
的影响。流域自然地理特征的描述在各种水文分析报告中的作用。水系和流域基
本资料的收集途径。
⑸水系和流域特征对水文情势的影响分析。
4.径流形成过程
⑴径流形成过程描述
径流的概念和表示方法，产流及扣损的概念，植物截留，填洼、下渗、河网
入流、坡面汇流、河网汇流，流域汇流等概念的建立。
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⑵径流形成的影响因素分析
气象因素，下垫面因素，人类活动影响因素对径流的影响情况分析。
⑶量过程及其组成流量过程线的特征点，流量过程的水源组成
⑷径流的表示方法和度量单位
径流量、径流深、径流模数、径流系数的定义和计算。
⑸河川径流情势我国河川径流分布
河川径流情势的含义，河川径流的时程变化特征，径流的年内变化，年际变
化特征，洪、枯水特征及水温冰情特征。我国河川年径流的地理分布概述。
5.降水
降水的形成
⑴降水的形成和类型、降水要素
形成降水的三个因素：水汽含量、水汽上升运动、水汽冷却凝结。降水量，
降水强度，降水历时，降水时间，降水面积等降水要素的含义。
⑵降雨时空分布特征的数值表示
说明用降雨量过程线表示降雨的时程变化特征，用等雨量线和分站累积降雨
量表示降雨的空间分布特征。降雨过程线，累积雨量线，等雨量线的绘制方法。
⑶流域平均降雨量的计算
算术平均法，泰森多边形法，等雨量线法。
⑷积雪和融雪研究及估算
积雪和融雪过程描述。积雪的测量方法。融雪量的估算方法。
⑸降雨资料的审查和分析及缺测资料插补*
等雨量线法和相邻站对照检查雨量资料的可靠性和合理性。由算术平均法，
比例法，等雨量线法，加权平均法插补缺测资料的步骤。
⑹降水的观测
器测法及相关仪器的结构，观测方法。雷达测雨的原理和应用。气象卫星云
图数据采集、云图识别、降雨量计算、雨区移动预测。
⑺我国降水时空分布
年降水量地理分布，暴雨分布，特大暴雨实例介绍。
6.植物截留与填洼
⑴植物截留机制和影响因素分析
影响植物截留的两大类因素：一是植物本身的生理特征，如树种、树龄、林
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冠厚度，茂密度等；二是气象因素，如降雨强度、蒸发、气温、季节、风等。
⑵植物截留量的估算方法研究
利用植物截留的主要影响因素通过实验建立经验估算的思路介绍。常用计算
模型介绍：中国科学院地理所模型，四川凯江模型。
⑶填洼估算公式的建立
填洼物理过程描述。流域填洼过程在径流形成中作用。填洼面积分配曲线的
概念，填洼估算公式的推导和应用。最大填洼量参数的分析和估计。
7.土壤水和土壤水运动
⑴土壤的水理特性
土壤物质组成：土粒、水、空气。砂粒、粉粒、和粘粒的定义。砂土、粘土、
和壤土三种土壤的定义。土壤结构、土壤孔隙分布与土壤的透水、输水、蓄水性
的关系。
土壤比重、土壤容重、土壤孔隙比、土壤孔隙率的定义和观测计算。
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数的含义*
分子力、毛管力、重力、粘滞力、空气压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，土壤容积含水率。各种土壤水分作用力与土壤
含水量的关系。
吸湿水，薄膜水，毛管水，重力水等水分存在形式的描述，以及它们与土壤
水分运动的关系。土壤水分常数的定义，土壤水分常数在水文学中的意义和作用。
⑶土壤水的水力特性*
毛细现象及毛管力,土水势的概念，总土水势、基质势、溶质势、压力势、
重力势的定义。土壤水力特性的滞后现象
强调土水势是土壤水分受土壤中各种保守力而产生的势能，其中对水文学有
重要意义的是毛管势和重力势。
⑷土壤水分运动方程的建立*
土壤水流的连续方程的建立，饱和水流运动方程～达西定律介绍，渗透系数
（水力传导度）的定义，说明达西定律的适用范围。非饱和水流运动的达西定律,
非饱和土壤渗透系数的表示。非饱和水流的基本微分方程，非饱和水流的扩散方
程的推导。
⑸土壤含水量的测定
称重法的测量和计算，射线法原理，负压计(张力仪)原理、结构和使用。
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8.下 渗
⑴流域下垫面土层水分分带
包气带和饱和带的概念。包气带的含水特征与毛管悬着水带、中间包气带、
支持毛管水带的概念和描述。包气带土壤水分布特征描述，各种水分分带内的土
壤含水量的消退和增长。
⑵下渗现象下渗现象的描述：渗润阶段、渗漏阶段、渗透阶段的物理过程。
下渗过程中土壤含水量的垂向分布规律。土壤水分的再分配过程。
下渗能力与下渗率概念的区别与联系。自然条件下的下渗描述。下渗与雨强
的关系，下渗的空间分布。
⑶饱和下渗理论和非饱和下渗理论介绍*
饱和下渗理论的基本假定，定解问题的建立，定解问题的求解思路及求解结
果。非饱和下渗理论的基本假定，定解问题的建立，定解问题的求解思路及求解
结果。理论下渗公式的意义及应用时的局限。
⑷下渗经验公式
霍顿公式的建立及公式参数的意义，公式参数的分析和确定。霍尔坦公式的
建立及公式参数的意义，公式参数的分析和确定。考斯加柯夫公式的建立及公式
参数的意义，公式参数的分析和确定。菲利浦下渗公式参数的分析和确定。理论
下渗公式和经验下渗公式的比较分析。
⑸下渗实验与分析
径流试验场的概念。下渗的直接测定法：注水法与同心环下渗仪介绍。人工
降雨法实验过程。
⑹水文分析法推求下渗曲线的原理和步骤
水文分析法推求下渗曲线的意义和基本原理，方法的应用条件。分析计算实
例。
9.蒸散发计算
⑴水面蒸发的物理现象及蒸发量计算*
水面蒸发的物理过程描述。水分汽化过程，凝结潜热与蒸发潜热的概念，蒸
发潜热的计算公式，水汽扩散过程，水汽分子的扩散现象，空气对流引起的水汽
输送，空气的紊动引起的水汽输送。影响水面蒸发的因素：a 气象因素：饱和水
汽压差，风或气流，温度, 降水量及强度和时空分布。b 水体自身因素：水质，
水深、水面的情况。c 地理位置、地形、地貌情况。道尔顿定律及应用介绍。水
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面蒸发的观测计算：器测法，水面蒸发器类型、结构和观测。经验公式法，热量
平衡法，彭曼法计算原理及计算公式推导。
⑵土壤蒸发的物理现象及蒸发量估算
土壤蒸发过程，土壤的蒸发三阶段规律。土壤蒸发影响因素：a 气象因素，
如温度、湿度、风速等，b 土壤表面特征及地形等因素，如地下水埋深、土壤质
地、土壤色泽等。壤蒸发量的确定方法：器测法，г г и _500 型土壤蒸发器结
构及土壤蒸发观测。经验公式法，水量平衡法。
⑶植物蒸发的物理现象及散发量估算
植物散发的物理过程。影响植物散发的因素：a 植物生理条件：树种，树龄。
b 气象因素: 温度、湿度、日照和风速。
植物散发量的测定和估算：器测法，水量平衡法。
⑷流域蒸散发的计算
流域蒸散发的计算方法：长时段流域蒸散发量的水量平衡推算法，水热平衡
推算法，经验公式计算法的原理。
计算短时段流域蒸散发量的蒸发模式原理。模式从流域蒸散发的供水因素和
蒸散发能力两个方面出发来计算流域蒸散发量。一、二层蒸发模式公式及计算步
骤。
⑸流域蒸散发能力的确定方法。
水面蒸发量折算法；辐射平衡法；经验公式法，辐射平衡法。重点讲解水面
蒸发量折算法的做法，折算系数的分析和确定。
⑹我国蒸散发分布规律
多年平均蒸散发量在地区上的分布出现 2 个高值区和 3 个低值区介绍。
10.产流机制研究
⑴包气带特性和产流的关系
包气带的水分分带，包气带对降水的分配，蓄存和输移作用。包气带水分动
态及水量平衡方程。包气带在产流中的作用，包气带对降雨过程进行的；两次再
分配。
⑵流域产流理论
霍顿产流理论的产流条件分析，水源划分。霍顿的产流观念的局限。流域产
流理论的发展：超渗地面径流产流机制，壤中流产流机制，饱和地面径流与回归
流产流机制，地下径流产流机制的阐述。
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⑶产流类型和产流模式
单点产流的九种类型，不同产流类型的下垫面特点及包气带特征。不同产流
类型的影响一次降雨径流总径流的因素分析。九种产流类型概化和提炼，超渗产
流和蓄满产流模式的提出。
11.流域产流
⑴山坡流域的分类
山坡流域的概念，山坡流域的四种类型及特征。的四种。山坡流域包含的产
流类型
⑵流域产流模式和产流特征*
流域的山坡流域组成，流域的产流特征由占主导地位的山坡流域的产流特征
决定。单元流域产流特征影响因素分析：a 流域下垫面的构成：地形地貌，地质
构造、土壤分布、植被分布，流域形状及河网特征等。b 流域上的水分因素：降
雨、蒸发、下渗、土壤湿度、地下水位等。
⑶流域上产流面积的变化与发展
部分面积产流与全流域产流的概念。湿润地区蓄满产流面积的发展特点，超
渗产流面积发展的特点。产流面积空间变化统计特性曲线：流域蓄水容量面积分
配曲线及常用函数形式；流域下渗能力面积分配曲线的表示。
⑷蓄满产流模式的产流计算
蓄满产流的降雨径流关系，流域蓄水容量面积分配曲线与蓄满产流的降雨径
流关系之间的转换。流域蓄水容量面积分配曲线计算产流量的原理和公式以及产
流量计算的步骤。蓄满产流的降雨径流关系查算产流量的方法。
⑸超渗产流的产流量计算
下渗曲线的转换与原理。超渗产流量计算原理和计算步骤。
12.河槽洪水演算
⑴洪水波的运动
洪水波的概念及形态描述，洪水波的运动及特征，洪水波的变形，洪水波的
附加比降与相应流量的传播。河段断面洪水流量过程线与洪水波要素的关系。
⑵洪水波的分类
洪水波运动方程的化简及分类，运动波、扩散波、惯性波、动力波的运动特
性。运动波、扩散波水位流量关系的特点。
⑶洪水波波速分析及计算
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塞当公式的推导，洪水波波速分析的水文学方法。
⑷河槽调节与蓄泄关系
河槽调节演算的基本原理，槽蓄曲线的概念及分析。河槽洪水波运动微分方
程及边界条件的处理和数学表达。
入流、单位入流、延迟单位入流、矩形单位入流、延迟矩形单位入流的概
念及数学表达式。河段复杂入流的处理。
⑸河槽洪水演算的特征河长方法
特征河长的概念，特征河长的计算公式推导，工程实践中的特征河长分析计
算。N 个特征河长河段的微分方程的建立，河段汇流瞬时单位线概念及公式。河
段汇流的出流公式卷积表达式。河槽洪水演算的特征河长法原理及步骤。演算实
例。
⑹河槽洪水演算的其它方法简介
工程中其它河槽洪水演算方法的基本思路。
13.水文线性系统基本理论
⑴线性系统基础介绍
系统概念，线性系统与非线性系统概念，线性系统的叠加性和倍比性定义。
线性系统的微分方程。时变与时不变系统概念，集总型和分散型系统概念。
⑵线性时不变系统的卷积表达式*
拉普拉斯变换和逆变换的定义，拉普拉斯变换表的使用。拉普拉斯变换的基
本性质，拉普拉斯变换的卷积定理。拉普拉斯变换在解高阶线性微分方程中的应
用。
14.流域汇流
⑴流域汇流分析
坡面汇流、河网汇流与流域汇流三者间的关系。影响汇流的因素分析。流域
汇流时间、流域滞时的概念
⑵地面径流成因公式
等流时面积概念，地面径流成因公式的建立，等流时线汇流的概念。
⑶经验单位线汇流计算的方法和原理
经验单位线的定义，经验单位线法汇流计算的原理和应用时的假定。经验单
位线法汇流计算的步骤。
⑷瞬时单位线汇流计算的方法和原理
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纳希瞬时单位线的定义，S 曲线的意义和时段单位线的转换。瞬时单位线参
数 和 推求的矩法原理，实例介绍。
⑸线性分散流域汇流模型
流域的植被、土壤、地形和地质条件差异造成的洪水差异分析。暴雨空间分
布，因时程分配造成的洪水差异分析。单元流域的划分，流域出口断面流量的合
成。
⑹作业：经验单位线推流计算
给定流域经验单位线和地面净雨过程，推算流域出口断面洪水过程。
15.湖泊、沼泽水文问题介绍
⑴湖泊、沼泽的形成和形态特征描述
⑵湖泊、沼泽的形态特征值的计算方法介绍。
（二）考核目标
了解水系和流域概念的区别和联系，水系几何特征的描述，地形特征的描述。
河网密度及其它河系特征系数的量测和计算；降水的形成；降雨时空分布特征的
数值表示；植物截留机制和影响因素分析；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；土壤水分运动方程的建立；饱和下渗理论和非饱
和下渗理论；水面蒸发的物理现象及蒸发量计算；包气带特性和产流的关系；山
坡流域的分类；流域汇流分析；分散流域汇流模型。
掌握水量平衡方程的建立明确水量平衡原理的重要意义; 流域平均降雨量
的计算、降雨资料的审查和分析及缺测资料插补；填洼估算公式的建立；下渗现
象下渗现象的描述；土壤蒸发的物理现象及蒸发量估算；植物蒸发的物理现象及
散发量估算；流域蒸散发的计算；流域产流理论，产流类型和产流模式；蓄满产
流模式的产流计算；超渗产流的产流量计算；地面径流成因公式；经验单位线汇
流计算的方法和原理；瞬时单位线汇流计算的方法和原理。
五、参考书目
芮孝芳，《水文学原理》，2005，中国水利水电出版社。