给排水专业基础要点Word文档格式.docx
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（2）缺乏实测径流资料时：
①参数等值线图法②经验公式法③水文比拟法：
将参证站的径流特征值经过适当修正后移用于设计断面。
进行修正的参变量常用流域面积和多年平均降雨量。
其中流域面积为主要参变量，不超过15%为宜；
如径流相似性较好，可适当放宽上述限制。
5、设计年径流的时程分配：
一般按其各月的径流分配比来表示。
（1）代表年的选择：
①根据是设计标准，确定设计年径流量Wp或Qp常选丰平枯（p=20%、50%、80%或25%、50%、75%）三个年份作为代表年。
②选出W实或Q实与Wp或Qp接近的年份。
可选出供水期径流较小的年份为代表年。
对灌溉工程，选取灌溉蓄水季节径流比较枯的年份；
对水电工程，选择枯水期较长，径流Q较枯的年份。
（2）年径流时程分配计算：
K=Wp/W实实或K=Qp/Q实，用此系数乘以代表年各年月实测径流过程，即得设计年径流的按月时程分配。
6、设计枯水流量分析计算：
1.3设计洪水
设计洪水包括设计洪峰流量、不上时段设计洪量及设计洪水过程线三个要素。
两种推求类型：
由设计资料推求和由暴雨资料推求。
防洪标准分设计洪水（正常运用）、校核洪水（非常运用洪水）。
1.3.1由流量资料推求设计洪水
1、设计流量及设计洪峰流量的推求
（1）计算步骤：
①资料的审查（可靠性、一致性和代表性）
②样本选取：
应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个最大流量和固定时段的最大洪水流量，组成洪峰流量和洪量系列。
固定时段一般采用1d、3d、5d、7d、15d、30d。
③特大洪水的处理：
两种情况：
一是系列中没有特大洪水值，序数m是连续的；
二是有特大洪水值，特大洪水值的重现期N必然大于实测系列年数，而在N-n年内各年的洪水数值无法查得，是不连续序列。
特大洪水处理的关键是特大洪水重现期的确定和经验频率计算。
④频率曲线线形选择：
经验频率曲线（几率格纸），一直采用皮尔逊-Ⅲ型。
⑤频率曲线参数估计：
适线法（常用经验适线法）。
用适线法估计频率曲线的统计参数之前，一般采用矩法初步估计参数。
对于Cv一般取Cs=KCv
⑥推求设计洪峰、洪量。
根据上述方法的估算值用适线法推求洪水频率曲线，求得对应设计频率的设计洪峰和各统计时段的设计洪量。
⑦设计洪水估计值的抽样误差。
均方差。
⑧计算成果的合理性检查。
2、设计洪水过程线推求：
放大典型洪水过程线。
（1）典型洪水过程线选择：
1）选择峰高量大的洪水过程线，其特征接近于设计条件下的稀遇洪水。
2）有一定的代表性，即发生季节、地区组成、洪峰次数、峰量关系等能代表本流域上大洪水的特性。
3）选择对工程防洪运用不利的大洪水典型，如峰形比较集中主峰靠后的洪水过程。
（2）放大方法：
1）同频率放大法：
2）同倍比方法法：
按洪峰或洪量同一个倍比放大典型洪水过程线的各纵坐标值。
关键在于确定以谁为主的放大倍比值。
1.3.2由暴雨资料推求设计洪水
1、直接法推求设计面暴雨量
（1）暴雨资料的收集、审查（可靠性审查、代表性分析、一致性审查）与统计选样（统计逐年不同时段的年最大面雨量，大中流域一般选择1d、3d、5d、7d、15d、30d）。
（2）面雨量资料的插补延展。
（3）特大值处理。
（4）面雨量频率计算。
适线法，P-Ⅲ型。
我国暴雨Cs和Cv的比值，一般地区在3.5左右；
在Cv＞0.6的地区，约为3.0，Cv＜0.45的地区，约为4.0。
（5）设计面暴雨量计算成果的合理性检查。
2、间接法推求设计面暴雨量
（1）设计点暴雨量计算；
（2）设计面暴雨量计算：
1）定点定面关系：
折减系数α0=xF/x0；
2）动点动面关系。
3、设计暴雨时程分配的计算
（1）典型暴雨的选择：
选择有代表性的面雨量（资料不足也可由点暴雨量过程代替）；
资料缺乏时可应用水文手册中按地区综合概化的典型雨型（一般以百分数表示）。
（2）缩放典型过程，计算设计暴雨的时程分配。
不同时段控制放大时，一般以1d、3d、7d控制；
暴雨核心部分24h暴雨时程分配，一般取2h、3h、6h、12h、24h控制。
4、小流域设计洪水计算经验公式法
（1）单因素公式：
流域面积
（2）多因素公式
1.3.3水文分析计算中常用的数理统计方法
1、随机变量（X）
（1）分类：
1）离散型，如洪峰次数；
2）连续型，如断面流量。
（2）概率分布：
Pn
2、随机变量统计参数
（1）范围位置特征参数：
平均数/数学期望。
对于离散型：
（2）反应离散特征参数：
1）标准差/均方差（越大越分散，越小越集中）：
2）变差系数（离差系数、离势系数，越大越分散，越小越集中）：
3）反映对称特征的参数——偏态系数（偏差系数）
3、常用的概率分布曲线
（1）正态分布：
许多随机变量如水文测量误差、抽样误差等一般服从正态分布。
（2）P-Ⅲ分布：
一端有限一端无限的不对称单峰曲线。
4、随机变量系列统计参数的估计：
（1）矩法；
（2）适线法。
1.4地下水储存
1.4.1概述
1、岩土中的空隙和水（松散岩土中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙、可溶性岩石中的溶隙）
（1）孔隙。
孔隙度（孔隙体积所占的比例，n=Vn/V），孔隙度的大小主要取决于颗粒排列情况及颗粒分选程度，此外颗粒的形状及颗粒胶结充填情况也影响孔隙度的大小。
分选性越差，即颗粒大小越悬殊，孔隙度越小。
越不规则，孔隙度越大。
（2）裂隙。
按成因分为风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙；
用裂隙率表示：
（3）溶隙。
可溶性岩石（如岩盐、石膏、石灰石等）在地表水和地下水长期溶蚀下形成空洞。
岩溶率Kk。
溶隙发育的规模悬殊，较裂隙有很大的不均匀性。
2、水在岩石中的存在形式（一部分空隙中，分为液态水、气态水和固态水；
一部分岩石骨架中）
（1）液态水（根据受力状况细分以下三类）
1）结合水：
松散岩土颗粒表面及坚硬岩石孔隙壁面均带电荷，水分子是偶极体，一端带正电，一端带负电，固相表面具有吸附水分子的能力。
引力大于重力的那部分水称为结合水，最接近固相表面的称为强结合水（吸着水，厚度相当于几个、几十个或上百个水分子直径，引力相当于1000MPa，排列紧密而规则，平均密度达2g/cm3左右，不能流动，不能被植物吸收，可通过加热转化为气态水二移动），其外层称弱结合水（薄膜水，相当于几百或上千个水分子直径，其外层能被植物吸收利用），结合水区别于普通液态水的最大特征是具有抗剪强度，必须施加外力才能使其变形和流动。
2）重力水：
重力大于吸引力，能够在重力作用下运移。
存在于较大的岩土空隙中，具有液态水的一般特征。
3）毛细水：
既受重力又受毛细力作用的水。
广泛存在于地下水面以上的包气带。
（2）气态水：
以水蒸气状态存在于非饱和含水岩石空隙中的水。
可随空气流动而运移；
及时空气不流动，也能从水汽压力（或绝对湿度）打的地方向小的地方运移。
在一定温度、压力下可与液态水相互转化、保持动态平衡。
当岩土空隙内水汽饱和或温度降至露点时，气态水开始凝结成液态水。
气态水对岩土中水的重新分布有一定影响。
（3）固态水：
温度低于零度时，凝结为固态水。
冻土。
3、岩土性质
（1）溶水性：
常用含水率表示（体积含水率：
分母包含孔隙体积；
重量含水率：
分母为干燥岩土重量）。
容水度：
饱水时的所容纳的最大水体积与岩土总体积之比，其含水率即饱和含水率，一般与孔隙率（裂隙率、岩溶率）相等。
饱和度：
含水体积与孔隙体积之比，饱和时为1；
饱和差：
饱和含水率与实际含水率之差。
（2）持水性：
（3）给水性：
含土在重力作用下能自由释出一定水量的性能。
（4）储水性：
储水率（弹性储存率）：
指压力水头变化一个单位时，由于弹性（骨架压缩和水体膨胀）而从单位岩土体重释放或储存的水量，其刚量为L-1。
（5）透水性：
主要取决于岩土空隙的尺度、数量及连通性。
空隙直径越小，结合水占据的无效空间越大，实际水流流动的断面相应越小；
同时空隙直径越小，水流所能达到的最大流速越小，透水性月越差。
决定岩土透水性能优劣的主要因素是空隙的大小，其次才是空隙的数量。
度量指标为渗透系数。
4、含水层及隔水层
1.4.2不同埋藏条件的地下水
1、包气带水（含上层滞水）：
有时也称非饱和带水。
包气带水是水转化的重要环节。
泛指储存在包气带中的水，包括通称为土壤水的吸着水、薄膜水、保溪水，气态水和过路的重力渗入水，以及由特定条件所形成的属于重力水状态的上层滞水。
上层滞水指包气带中存在局部隔水层时其上部可聚集具有自由水面的重力水。
2、潜水：
地表以下埋藏在饱水带中的第一个具有自由水面的重力水。
潜水没有隔水顶板，或只有局部隔水顶板。
潜水的自由水面称为潜水面，潜水面到地表的铅锤距离为潜水的埋藏深度。
潜水在重力作用下由高处向低处称为潜水流。
潜水的特征：
一般储存在第四季松散沉积物中，也可形成于裂隙性或可溶性基岩中。
与大气水和地表水联系密切，积极参与水循环。
通常情况下潜水的分布区与补给区基本一致。
潜水易受污染。
潜水出流的地区称为排泄区。
排泄方式有两种：
一种径流排泄，是在重力作用下由高向低流动，以泉、渗流等形式泄流或流入地表水；
一种是蒸发排泄。
气象、水文因素的变动对其影响显著，动态变化明显。
3、承压水：
充满与2个隔水层之间的含水层中具有静水压力的重力水。
承压水的特征：
承压性。
能明显区分出补给区、承压区和排泄区。
参与水循环不如潜水积极，水动态较稳定，不如潜水容易补充和恢复。
具有良好的多年调节性。
不易受污染，但一旦污染则不易自净。
1.5地下水运动
1.5.1地下水运动基本方程
1、渗流：
层流（流线层规则层状运动）、紊流（流线相互混杂无规则的流动）
雷诺数：
Re=Vd/γ
V-渗流速度；
d-含水层颗粒的平均粒径：
γ-地下水运动粘度系数。
由层流过渡到紊流的临界雷诺数在60~150之间。
绝大多数情况下，实际流动的雷诺数多数呈层流状态；
只有在卵石层的大孔隙、宽大裂隙、溶洞一级抽水井附近档水力梯度很陡时，才出现紊流状态。
2、渗流的基本定律
其中，K-渗透系数；
I-水力梯度；
V-渗透速度。
n为孔隙度；
A为过水断面。
n总是小于1，因此V永远小于V实。
渗透系数K的大小主要取决于组成含水层的颗粒大小以及胶结密实程度。
1.5.2地下水向井的运动
1.6地下水分布特征
1.6.1孔隙水
1、洪积物中的地下水：
广泛分布于山间盆地和山前平原地带。
地貌上呈现以山口为顶点的扇形（洪积扇）或锥形（冲积锥），越接近山口坡度越陡。
根据组成物质不同，可分为三带：
（1）砂砾石带：
洪积扇上部，坡度陡，水动力条件强，多为砾石、卵石、漂砾等。
直接接受大气降水和地表水补给，含水层厚度大，透水性强，潜水埋藏深，也称潜水深埋带。
水交替强烈，蒸发微弱，溶滤强烈，水质良好，矿化度低于1g/L。
（2）粗粒沉积交替过渡带：
洪积扇中下部，地形变换，水动力渐弱，沉积颗粒逐渐变细，过渡为砂质粉土、粉质黏土，垂直方向出现连续黏土夹层。
潜水径流不畅，地下水位上升，潜水接近地表，也称潜水溢出带。
机油上部潜水层，也有下部承压水层，蒸发加强，含盐量增加，又称盐分过路带。
（3）黏性细土带：
洪积扇下部，扇边缘没入平原的部分，沉积物更细且有淤泥质沉积，毛细上升高度常能达到地表，潜水蒸发极为强烈，水运动主要变现为垂直交换。
矿化度增大，可超过3g/L，在干旱地区特别是内陆盆地，常发生土壤盐渍化。
从山前到平原，岩性由粗到细，透水性由强变弱，含水层富水性由多变少，潜水埋深由大变小，矿化度由小变大，承压水头由小变大。
2、冲积物中的地下水（河流）：
中上游（山区），含水层分布不大，透水性强，富水性好，水质好，河床常切入阶地含水层，雨季补给潜水，平枯水期潜水向河流排泄。
下游平原地区，沉积物堆积，河床变浅，形成地上河，沉积物以细沙为主，向外地势逐渐变低。
平原地区一般是沉降带，冲积物较厚，常储存有水量丰富、水质良好且易开采的浅层淡水。
3、湖积物中的地下水：
属静水沉积，沉积物分选良好，层理细密，自岸边向湖心由粗变细。
湖岸区形成砂堤，常埋藏有潜水。
向湖心过渡，以细粒淤泥质黏土沉积为主，可储存富水性较差的承压水，水质不好。
在河流入湖口的三角洲沉积物中，颗粒较大，含油较丰富的地下水，既有潜水，也有浅层承压水。
4、滨海沉积物中的地下水：
沉积物逐渐变细，含水层岩性主要为细砂和粉细砂，富水性差，含盐量高；
优势滨海区深层可含有水量丰富、水质良好的承压水，埋藏深度一般80~200m。
5、黄土中的地下水：
第四系风成、洪积、冲积、湖积等多种成因的沉积物，以粉土颗粒为主，又称大孔土，在垂直方向向上的渗透能力远较水平方向强，见水后往往下沉（湿陷性）。
无连续隔水层，地下水埋深较大，往往几十米甚至一二百米。
较为缺水，含盐量较高。
北部地区矿化度为3~10g/L，南部多小于1g/L。
6、沙漠风沙层中的地下水：
风沙潜水。
补给来源：
（1）地表水入渗；
（2）大气降水入渗；
（3）凝结水；
（4）沙丘下伏淡水含水层自下而上的补给，有几种类型：
1）河流两旁的潜水（埋藏浅，矿化低）；
2）湖盆边缘的潜水；
3）沙漠边缘低洼处的潜水；
4）砂丘间洼地潜水。
1.6.2裂隙水
1、一般特征：
（1）分布特征：
分布不均匀；
既有层状（裂隙法律密集均匀且开启新和连通性较好，有良好的水力联系和统一的地下水面），也有脉状（裂隙发育不均匀、连通条件差）；
分布和富集受地址构造条件控制明显。
（2）运动特征：
状况复杂，呈明显的各向异性；
产状对运动有明显控制作用；
运动速度一般不大，一般为层流（但在宽大裂隙、一定的水力梯度下，也可呈紊流）。
2、不同成因类型裂隙中的地下水：
（1）风化裂隙水：
风化裂隙一般厚度数米至几十米，裂隙较密集且均匀，为风化或若风化的母岩构成隔水底板，多为埋藏较浅的潜水，且成层分布，水力联系较好，具有统一的地下水面。
分布受气候（干燥而温差大的地区，物理风化强烈，含水量较大，但随深度增加含水量减小）、岩性及地形（山区往往发育不完全，含水量少；
低缓地带有利于汇集降水，可形成较大规模的含水层）等诸多因素影响。
分布广泛，埋藏浅，水质较好，易于开采，但固定的风化壳厚度有限，一般水量不大。
（2）成岩裂隙（成岩过程中内部应力产生的原生裂隙，以喷出岩和侵入者的成岩裂隙最具水文地质意义）水：
陆地喷溢的玄武岩在冷凝收缩时内部张应力产生柱状裂隙，裂隙开张，连通性好，常构成储水丰富、道水通畅的层状裂隙含水层；
侵入岩中的成岩裂隙是在强大压力和冷凝收缩作用下形成的，与岩体产状关系密切，一般分布在侵入岩体与围岩的接触带，边缘富水而中部常常不含水，起隔水作用。
（3）构造裂隙（岩石构造过程中受地应力作用产生的）水：
有特殊意义，分布广泛，一定条件下能大量富集。
塑性岩石（如泥岩、页岩）以剪断为主，常形成闭合的细微裂隙而构成隔水层，脆性岩石（如块状石灰岩）以拉断为主，张开性好，延伸远，导水性能好，常形成含水层。
张应力形成的裂隙一般开张性好，为导水裂隙；
剪应力形成闭合严整的裂隙，多半不导水。
断层带附近均为应力集中部位，往往格外富水。
导水断层具有特殊的水文地质意义，可同时起到储水空间、集水廊道和导水通道的作用。
1.6.3岩溶水
1.7地下水资源评价
1.7.1地下水资源的组成
1、补给量（m3/d）：
1）天然补给量，又分垂直补给（大气降水入渗、临近含水层越流）和侧向补给（上游边界流入，也称天然径流量）；
2）人为补给量（开采补给量、人工补给量）。
2、消耗量（排泄量）：
1）天然消耗量（下游边界流出量、泉水溢出量、地下水转化为地表水量、排泄给相邻含水层的越流量）；
2）人为消耗量（实际开采量、允许开采量）。
3、储存量：
按埋藏条件分类1）容积储存量（大气压条件下重力水体积量）；
2）弹性储存量（开采时压力降低条件下从承压含水层释放出来的重力水体积量）。
按是否参与天然条件下的水的转换分类1）可变储存量（调节储量），最高水位与最低水位之间的重力体积（m3/a）；
2）不变存储量，永久储量或净储量，指可变储存量界面以下的漫长的地质历史时期积累起来的不变水量。
具有流动和更换性质，但一般不做开采资源。
1.7.2水资源量的计算
1、存储量
（1）容积储存量：
μ-含水层给水度；
F-含水层分布面积（m2），H-含水层厚度（m）。
（2）弹性储存量：
，
μe-弹性释水系数；
h-承压水的压力水头（m）
（3）可变储存量（调节储量）：
μ-含水层变幅内平均给水度；
F-含水层分布面积（m2），△H-含水层厚度（m）
2、补给量计算
（1）垂直补给量：
1）降水入渗补给量：
（入渗系数、降水量、含水层分布面积）
2）越流补给量：
（越流补给面积、弱透水层上下水头差、垂直渗透系数、弱透水层厚度）
3）灌溉水入渗补给量：
①灌溉渠渗漏补给量：
（有效利用系数、引水量）
②田间灌溉水渗漏补给量：
参考降水入渗补给量计算。
（2）侧向补给量：
（含水层平均渗透系数、水力坡度、过水断面面积）
（3）河渠渗漏补给量：
（河渠上下游水文断面实测流量、修正系数，一般取0~0.2、计算河渠长度、两侧流断面之间的河渠长度）。
（4）水库（湖泊）蓄水渗漏补给量：
当水位高于地下水位时，可采用与河渠渗漏补给量相同的公式，也可采用下式：
（年内流入流出量、降雨量P和蒸发量，年蓄水量变化）。
3、天然消耗量的计算
（1）潜水蒸发量
潜水蒸发系数、水面蒸发量、潜水水位埋深、地下水蒸发极限深度、与土质有关的指数n=1~3。
柯夫达公式：
，适用于砂质粉土和粉质黏土。
（2）地下水流出量：
可用达西公式进行估算。
（3）泉水溢出量：
可用长期观测资料确定。
（4）消耗项的越流量：
用越流补给公式计算。
4、允许开采量的计算：
水量均衡法
开采时：
预测开采量、侧向流入流出量、垂直补给量、平均给水度、面积、水位变化位幅、计算时间（均衡期）；
降水渗入量、地表水补给量、越流补给量、灌溉补水量、潜水蒸发量。
第2章水处理微生物学
2.1细菌的形态和结构
2.1.1大小和形态
几个微米（μm）。
光学显微镜和电子显微镜观察。
形态：
球状、杆状、螺旋状，少量丝状。
2.1.2细菌细胞的结构和功能
1、基本结构：
（1）细胞壁。
革兰氏染色后蓝紫色为革兰氏阳性菌（G+），红色为革兰氏阴性菌（G-）。
功能：
保持一定的外形；
作为鞭毛的支点，实现鞭毛的运动；
为细胞生长和分裂所需；
与细菌的抗原性、致病性有关；
多孔结构的分子筛，阻挡某些分子进入和保留蛋白质在间质。
（2）细胞（质）膜。
紧贴细胞壁内侧，包被细胞质的一层具有选择性吸收的半透性薄膜，组分包括蛋白质（70%）、糖类和酯类。
流动镶嵌模型：
磷脂双分子构成基本骨架；
膜蛋白以不同方式分布在膜的两侧或磷脂层中；
磷脂分子在膜中不停运动，故膜具有流动性。
选择性控制细胞内外物质（营养和废液）的运输和交换；
位置细胞正常的渗透压；
合成细胞壁和荚膜成分的场所；
进行氧化磷酸化和光合磷酸化的产能基地；
许多代谢酶和运输酶及电子呼吸链组分的所在地；
鞭毛的着生和生长点。
（3）细胞质。
位于细胞膜内，除核质以外无色透明、粘稠的复杂胶体，组成为蛋白质、核酸（RNA）、多糖、脂类、水喝无机盐等。
（4）核质。
又称拟核、核区。
由核酸构成，携带遗传信息。
细菌属于原核生物，所以核质无核膜包被，也无核仁。
（5）内含物。
常见的有异染颗粒、聚β-羟基丁酸盐（PHB）、硫粒、淀粉粒、新产代谢的产物或储备的营养物质。
2、特殊结构。
并非所有细菌的共有构造。
（1）荚膜。
细胞壁外的粘稠物质，薄时称粘稠层，较厚时称荚膜。
主要组分为多糖，含水率达90~98%。
营养缺乏时可作为碳源和能源物质利用。
（2）芽孢。
环境不利时，有些细菌细胞质和核算浓缩，形成圆形或椭圆形的休眠体（非繁殖体）。
特点：
壁厚而致密；
含水分少；
不易透水；
含耐热物质（DPA）和耐热性酶，具有耐热性，需加热120~140度以上才能彻底杀灭。
极强的抗辐射、抗化学药剂能力。
（3）鞭毛。
某些细菌从细胞质内伸出到菌体外的细长弯曲的蛋白丝状物。
主要成分是蛋白质。
是运动器官。
着生位置有端生和周生两种。
（4）菌毛。
又称纤毛、鞭毛，比鞭毛细、短而直的丝状物。
根据功能分为普通菌毛（数量多，可达数百根，与细菌黏附有关，是细菌的致病因素之一）和性菌毛（数量少，中空管状物，船体质粒基因，与细菌的遗传有关）。
2.1.3细菌的生长繁殖和命名
1、生长繁殖（直接分裂或二分裂）和菌落特征
菌落特征：
1）表面特征：
光滑or粗糙，干燥or湿润等；
2）边缘特征：
圆形，边缘齐整，呈锯齿状，花瓣状等；
3）纵剖面特征：
平坦、扁平、隆起、凸起、草帽状等。
枯草芽孢杆菌不具荚膜，菌落为表面干燥、皱褶、平坦的特征。
命名：
林奈双命名法，两个斜体拉丁英文单词，第一个为属名（第一个字母大写），标书微生物的主要特征，第二个为种名，描述微生物的次要特征。
有时后面还会有个单词，通常为命名人，也要斜体。
2.2细菌的生理特征
2.2.1细菌的营养类型
1、构成细菌的化学成分及所需营养
1）化学成分：
水、无机盐、有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪、核酸等）。
湿重中，水是主要成分；
干重中，有机物为主要成分，占90%以上。
2）所需六大营养：
2、细菌的营养类型
1）光能自养型。
光为能源，二氧化碳或盐酸盐等无机碳为主要碳源，如藻类、蓝藻等。
2）化能自养型。
通过氧化无机物获得能源，并以二氧化碳等无机碳为碳源。
如硝化细菌、亚硝化细菌、硫磺细菌、铁细菌等。
3）光能异养型。
以光为能源，以有机物为碳源进行有机大分子合成。
比较少见，如红螺菌。
4）化能异养型。
以氧
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