《河流水環(huán)境》PPT課件.pptVIP

第四章河流 一 河流 水系和流域 一 河流陸地表面經(jīng)常或間歇有水流動(dòng)的泄水凹槽 稱(chēng)為河流 即為流動(dòng)的水與凹槽的總稱(chēng) 它主要是由于水流侵蝕作用的結(jié)果 河流是水分循環(huán)的一個(gè)重要組成部分 是地球上重要的水體之一 它是塑造地表形態(tài)的動(dòng)力 對(duì)氣候和植被等都有重要的影響 自古以來(lái) 河流與人類(lèi)的關(guān)系很密切 它是重要的自然資源 在灌溉 航運(yùn) 發(fā)電 水產(chǎn)和城市供水等方面發(fā)揮著巨大的作用 但河流也會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)洪澇災(zāi)害 因此 要開(kāi)發(fā)利用河流 變水害為水利 就必須深入研究河流 較大的河流可分河源 上游 中游 下游 河口等五個(gè)部分 河源是河流的發(fā)源地 河口是河水的出口處 上游 中游 下游是從河源到河口之間的三個(gè)河段 它們有著不同的水文地貌特征 這些特征是從上向下逐漸變化的 上游的特點(diǎn)是 河谷呈 V 字形 河床多為基巖或礫石 比降大 流速大 下切力強(qiáng) 流量小 水位變幅大 中游的特點(diǎn)是 河谷呈 U 字形 河床多為粗砂 比降較緩 下切力不大而側(cè)蝕顯著 流量較大 水位變幅較小 下游的特點(diǎn)是 河谷寬廣 呈 形 河床多為細(xì)砂或淤泥 比降很小 流速也很小 水流無(wú)侵蝕力 淤積顯著 流量大 水位變幅較小 二 水系一條河流的干支流構(gòu)成了脈絡(luò)相通的水道系統(tǒng) 這個(gè)水道系統(tǒng)便稱(chēng)為水系或河系 水系特征主要包括河長(zhǎng) 河網(wǎng)密度和河流的彎曲系數(shù) 河長(zhǎng)是從河口到河源沿河道的軸線(xiàn)所量得的長(zhǎng)度 河網(wǎng)密度是指流域內(nèi)干支流的總長(zhǎng)度和流域面積之比 即單位面積內(nèi)河道的長(zhǎng)度 可用下式表示 D L F式中 D為河網(wǎng)密度 km km2 L為河流總長(zhǎng)度 km F為流域面積 km2 河網(wǎng)密度表示一個(gè)地區(qū)河網(wǎng)的疏密程度 河網(wǎng)的疏密能綜合反映一個(gè)地區(qū)的自然地理?xiàng)l件 它常隨氣候 地質(zhì) 地貌等條件不同而變化 一般地說(shuō) 在降水量大 地形坡度陡 土壤不易透水的地區(qū) 河網(wǎng)密度較大 相反則較小 例如我國(guó)東南沿海地區(qū)比西北地區(qū)河網(wǎng)密度大 河流的彎曲系數(shù) 是指某河段的實(shí)際長(zhǎng)度與該河段直線(xiàn)距離之比值 根據(jù)干支流分布的形狀 可進(jìn)行水系分類(lèi) 主要可分5類(lèi) 扇狀水系 干支流呈扇狀分布 即來(lái)自不同方向的各支流較集中地匯入干流 流域成扇形或圓形 我國(guó)的海河水系就屬此類(lèi) 羽狀水系 支流從左右兩岸相間匯人干流 形呈羽狀 如灤河水系 平行狀水系 幾條支流平行排列 如淮河左岸的洪河 穎河 西浘河 渦河 澮河等 樹(shù)枝狀水系 干支流的分布呈樹(shù)枝狀 大多數(shù)河流屬此種類(lèi)型 如珠江的主流西江水系 格狀水系 干支流分布呈格子狀 即支流多呈900角匯人干流 這是由于河流沿著互相垂直的兩組構(gòu)造線(xiàn)發(fā)育而成 如閩江水系 一般較大的水系 難以用一種類(lèi)型概括 大多是由兩種或兩種以上的水系類(lèi)型所組成 水系類(lèi)型不同 對(duì)水情變化的影響不同 例如 扇狀水系 由于支流幾乎同時(shí)匯人干流 當(dāng)整個(gè)水系普降大雨時(shí) 就易造成干流特大洪水 海河歷史上多水災(zāi)的原困之一即在于此 而羽狀水系因支流洪水是先后匯人干流的 因此各支流匯人的水量分先后排出 故不易形成水災(zāi) 灤河少水災(zāi)的原因之一 即是由于其為羽狀水系的緣故 三 流域劃分相鄰水系 或河流 的山嶺或河間高地 稱(chēng)為分水嶺 分水嶺最高點(diǎn)的連線(xiàn) 稱(chēng)為分水線(xiàn)或分水界 如秦嶺是黃河和長(zhǎng)江的分水嶺 而秦嶺的山脊線(xiàn)便為黃河和長(zhǎng)江的分水線(xiàn) 分水線(xiàn)可分為地表分水線(xiàn)和地下分水線(xiàn) 地表分水線(xiàn)主要受地形影響 而地下分水線(xiàn)主要受地質(zhì)構(gòu)造和巖性控制 分水線(xiàn)不是一成不變的 河流的向源侵蝕 切割 下游的泛濫 改道等都能引起分水線(xiàn)的移動(dòng) 不過(guò)這種移動(dòng)過(guò)程一般進(jìn)行得很緩慢 分水線(xiàn)所包圍的區(qū)域 稱(chēng)為流域 由于分水線(xiàn)有地表分水線(xiàn)和地下分水線(xiàn) 故流域也是指匯集地表水和地下水的區(qū)域 二 河流的水情要素河流是通過(guò)它的流水活動(dòng)影響和改變地理環(huán)境的 為了認(rèn)識(shí)河流的特征及其地理意義 必須首先了解有關(guān)河流水情的一些基本概念 水情要素是反映河流水文情勢(shì)及其變化的因子 它主要包括水位 流速 流量 泥沙 水化學(xué) 水溫和冰情等 通過(guò)這些因素反映河流在地理環(huán)境中的作用 及其與自然地理環(huán)境各組成要素之間的相互關(guān)系 也是研究水文規(guī)律的基礎(chǔ) 一 水位河流中某一標(biāo)準(zhǔn)基面或測(cè)站基面上的水面高度 叫做水位 水位高低是流量大小的主要標(biāo)志 流域內(nèi)的降水和冰雪消融狀況等徑流補(bǔ)給是影響流量 同時(shí)也是影響水位變化的主要因素 但是 其他因素也可以影響水位變化 例如 流水侵蝕或堆積作用造成河床下降或上升 河壩改變了河流的天然水位情勢(shì) 河中水草或河流冰情等使水流不暢 水位升高 入海河流的河口段和感潮段由于潮汐和風(fēng)的影響而引起水位變化 等等 可見(jiàn) 水位變化是多種因素同時(shí)作用的結(jié)果 這些因素各具有不同的變化周期 如流水侵蝕作用具有多年變化周期 徑流補(bǔ)給形式的變化具有季節(jié)性周期 潮汐影響具有日變化周期 等等 因而 河流的水位情勢(shì)是非常復(fù)雜的 二 流速流速指水質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離 它決定于縱比降方向上水體重力的分力與河岸和河底對(duì)水流的摩擦力之比 可以運(yùn)用等流速公式 即薛齊公式計(jì)算水流某一時(shí)段的平均流速v v cRI式中 R為水力半徑 I為河流縱比降 c為待定系數(shù) 這是一個(gè)應(yīng)用很廣的基本公式 建立這一公式的基本出發(fā)點(diǎn)是 只有動(dòng)力與摩擦力相等時(shí) 水流才沿河槽作等速運(yùn)動(dòng) 三 流量流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某過(guò)水?dāng)嗝娴乃捏w積 常用Q表示 單位是m3 s 它可用下式表示 Q wv式中 Q為流量 m3 s w為過(guò)水?dāng)嗝娣e m2 v為流速 m s 流量關(guān)系曲線(xiàn) 四 河水溫度與冰情河流的補(bǔ)給特征是影響河水溫度狀況的主要因素 由冰川和積雪補(bǔ)給的河流 水溫必然較低 從大湖泊流出的河流 春季水溫低而秋季水溫高 地下水補(bǔ)給量豐富的河流 冬春季水溫較高 還有許多其他因素影響河水溫度 例如 太陽(yáng)輻射和流域的氣溫狀況 等等 河水溫度也隨時(shí)間而變化 夏季水溫有明顯的日變化 而且中低緯河流比高緯河流顯著 季節(jié)變化表現(xiàn)為夏季水溫高 冬季水溫低 北方河流并可以發(fā)生結(jié)凍現(xiàn)象 三 河川徑流 一 徑流的形成和集流過(guò)程徑流的形成是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程 但是可以劃分為幾個(gè)不同的特征階段 了解這些階段的特點(diǎn) 對(duì)于水文分析是重要的 1 停蓄階段降水落到流域內(nèi)一部分被植物截留 另一部分被土壤吸收 然后經(jīng)過(guò)下滲 進(jìn)入土壤和巖石孔隙中 形成地下水 所以降水初期不能立即產(chǎn)生徑流 降水進(jìn)行到大于上述消耗時(shí) 便在一些分散洼地停蓄起來(lái) 這種現(xiàn)象稱(chēng)為填洼 停蓄于洼地的水也不能立即變?yōu)閺搅?所以這個(gè)階段叫做停蓄階段 停蓄階段從增加雨水對(duì)地下水的補(bǔ)給和減少水土流失來(lái)說(shuō) 這個(gè)階段是具有重要意義的 2漫流階段降水進(jìn)行到植物截留和填洼都已達(dá)到飽和 降水量超過(guò)下滲量時(shí) 地表便開(kāi)始出現(xiàn)沿天然坡向流動(dòng)的細(xì)小水流 即坡面漫流 坡面漫流逐漸擴(kuò)大范圍 并分別流向不同的河槽里 叫漫流階段 3河槽集流階段坡面漫流的水進(jìn)入河道中 沿河網(wǎng)向下游流動(dòng) 使河流流量大為增加 叫做河槽集流 河槽集流階段 大部分河水流出河口外 只有小部分滲過(guò)河谷堆積物補(bǔ)給地下水 待洪水消退后 地下水又反過(guò)來(lái)補(bǔ)給河流 河槽集流過(guò)程在降水停止后還將繼續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間 這個(gè)階段包括雨水由坡面進(jìn)入河網(wǎng) 最后流出出口斷面的整個(gè)過(guò)程 它是徑流形成的最終環(huán)節(jié) 上述三個(gè)階段是指長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降水下發(fā)生的典型模式 實(shí)際上由于每次降水的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間不同 各流域自然條件也不一樣 所以 無(wú)論是不同流域 或是同一流域在不同降水過(guò)程中的徑流形成 都可能有不同程度的差別 二 徑流計(jì)量單位在研究某時(shí)段內(nèi)河流水量變化和比較各河流的徑流量時(shí) 都必須采用適當(dāng)?shù)牧恐祦?lái)計(jì)算 常用的量有以下幾種 1流量Q前已述及 流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫斷面的水量 常用單位為m3 s 其計(jì)算式詳見(jiàn)前述水情部分 2徑流總量W徑流總量是指在一定時(shí)段內(nèi)通過(guò)河流某一橫斷面的總水量 一般指出口斷面 常用單位為m3其計(jì)算式為 W QT式中 Q為流量 m3 s T為時(shí)段 如日 月 年等 長(zhǎng) s 3徑流深度R徑流深度是指單位流域面積上的徑流總量 也即是把徑流總量平鋪在整個(gè)流域面積上所得到的水層深度 常用單位為毫米 mm 其計(jì)算式為 式中 W為徑流總量 m3 F為流域面積 km2 為單位換算系數(shù) 4徑流系數(shù)徑流系數(shù)是指任一時(shí)段的徑流深度 或徑流總量 與該時(shí)段的降水量 或降水總量 之比值 其計(jì)算式為 式中 R為徑流深度 mm P為降水量 mm 三 特征徑流1 洪水河流的水位達(dá)到某一高度 致使沿岸城市 村莊 建筑物 農(nóng)田受到威脅的水位 稱(chēng)為洪水位 連續(xù)的強(qiáng)烈降水是造成洪水的主要原因 積雪融化也可以造成洪水 流域內(nèi)的降水分布 強(qiáng)度 降水中心移動(dòng)路線(xiàn) 以及支流排列方式 對(duì)洪水性質(zhì)有直接影響 洪峰流量Qm 洪水總量W和洪水過(guò)程線(xiàn) 稱(chēng)為洪水三要素 在天然河道中 洪水的流量和水位隨時(shí)間而呈波狀起伏的變化 稱(chēng)為洪水波 2 枯水枯水就是特別小的徑流 枯水徑流發(fā)生在以地下徑流補(bǔ)給為主的時(shí)期 故此時(shí)期稱(chēng)為枯水期 3 洪水 枯水期的調(diào)整洪水與枯水對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)均有不良的影響 因此 如何對(duì)洪水與枯水期進(jìn)行調(diào)整就非常重要 目前調(diào)整的方法主要有 興修水利工程 人工降雨等 四 河流的補(bǔ)給 一 河流補(bǔ)給的形式降落在地表的雨水 除部分被植物截留 下滲和蒸發(fā)以外 其余的形成地表徑流 匯入河網(wǎng) 補(bǔ)給河流 冰川 積雪 地下水 湖泊和沼澤 也都可以構(gòu)成河流的水源 根據(jù)降水形式及其向河流運(yùn)動(dòng)的路徑的不同 河流補(bǔ)給可分為 降水補(bǔ)給融水補(bǔ)給湖泊和沼澤水補(bǔ)給地下水補(bǔ)給 二 各種補(bǔ)給的特點(diǎn)1 降水補(bǔ)給雨水是全球大多數(shù)河流最重要的補(bǔ)給來(lái)源 降水補(bǔ)給為主的河流的水量及其變化 與流域的降水量及其變化有著十分密切的關(guān)系 我國(guó)廣大地區(qū) 尤其是長(zhǎng)江以南地區(qū)的河流 降水補(bǔ)給占絕對(duì)優(yōu)勢(shì) 據(jù)估計(jì) 我國(guó)河流的年徑流量中 降水補(bǔ)給約占70 河流水量與降水量分布一樣 表現(xiàn)出由東南向西北遞減的趨勢(shì) 河流多在夏秋兩季發(fā)生洪水 也于降水集中于夏秋兩季有關(guān) 2 融水補(bǔ)給融水補(bǔ)給為主的河流的水量及其變化 與流域的積雪量和氣溫變化有關(guān) 這類(lèi)河流在春季氣溫回升時(shí) 常因積雪融化而形成春汛 春季氣溫和太陽(yáng)輻射的變化 不像降水量變化那樣大 所以春汛出現(xiàn)的時(shí)間較為穩(wěn)定 變化也較有規(guī)律 我國(guó)東北北部地區(qū)有的河流融水補(bǔ)給可占全年水量的20 松花江 遼河 黃河的融水補(bǔ)給 可以形成不太突出的春汛 西北山區(qū)河流中山地帶的積雪及河冰融水 是山下綠洲春耕用水的主要來(lái)源 高山冰川的融水補(bǔ)給時(shí)間略遲 常和雨水一起形成夏季洪峰 3 地下水補(bǔ)給河流從地下所獲得的水量補(bǔ)給 稱(chēng)地下水補(bǔ)給 地下水是河流較經(jīng)常的水源 一般約占河流徑流總量的15 30 地下水補(bǔ)給具有穩(wěn)定和均勻兩大特點(diǎn) 深層地下水因受外界條件影響較小 其補(bǔ)給通常沒(méi)有季節(jié)變化 淺層地下水補(bǔ)給狀況則視地下水與河流之間有無(wú)水力聯(lián)系而定 4 湖泊與沼澤水補(bǔ)給湖泊 沼澤水補(bǔ)給量的大小和變化 取決于湖泊和沼澤對(duì)水量的調(diào)節(jié)作用 湖泊面積愈大 水量愈多 調(diào)節(jié)作用就愈顯著 一般說(shuō)來(lái) 湖泊沼澤補(bǔ)給的河流 水量變化緩慢而且穩(wěn)定 5 人工補(bǔ)給從水量多的河流 湖泊中 把水引入水量缺乏的河流 向河流中排放廢水等 都屬于人工補(bǔ)給范圍 五 河流與地理環(huán)境的相互影響河流是所在流域內(nèi)自然地理總背景下的產(chǎn)物 河水是以不同形態(tài)和經(jīng)過(guò)不同轉(zhuǎn)化途徑的降水為補(bǔ)給來(lái)源的 顯然 只有進(jìn)入河床的水量足以保持經(jīng)常流動(dòng) 即在足以補(bǔ)償蒸發(fā)和滲漏所造成的損耗時(shí) 才能夠形成河流 濕潤(rùn)地區(qū)河網(wǎng)密集 徑流充沛 而干燥地區(qū)河網(wǎng)稀疏 徑流貧乏 說(shuō)明河流的地理分布受著氣候的嚴(yán)格控制 實(shí)際上 河流的水文特征 包括水源的補(bǔ)給形式及其比例 水位 流量及其季節(jié)變化 結(jié)冰與否及結(jié)冰期長(zhǎng)短 等等 無(wú)一不受氣候條件制約 另一方面 河流對(duì)地理環(huán)境也有顯著的影響 河流是地球水分循環(huán)的一個(gè)重要的 不可缺少的環(huán)節(jié) 內(nèi)陸河流把水分從高山輸送到內(nèi)陸盆地底部或湖泊中 實(shí)現(xiàn)水分小循環(huán) 外流河把大量水分由陸地帶入海洋 彌補(bǔ)海水的蒸發(fā)損耗 實(shí)現(xiàn)水分大循環(huán) 同時(shí)