第三節(jié)_河流與流域

1、第三節(jié) 河流與流域 1一、 河流 1.河流及其組成河流定義：在重力作用下，沿著連續(xù)延伸的凹地流動(dòng)的天然水體稱為河流。河流要素：流動(dòng)的水體與容納水體的河槽是構(gòu)成河流的兩個(gè)要素。河槽由于水體的沖刷和淤積，形態(tài)不斷地變化，而河槽形狀又控制著水流情態(tài)。支流：一條河流通常是由眾多的支流組成的，一般取河長最長或水量最大的水道作為干流。直接匯入干流的稱為一級(jí)支流，直接匯入一級(jí)支流的稱為二級(jí)支流，依此類推。河流組成：河流一般由五部分組成：河源、上游、中游、下游、河口。應(yīng)該注意，內(nèi)陸河一般消失在沙漠中，沒有固定的河口。第二節(jié) 河流與流域2第二節(jié) 河流與流域3河口4第二節(jié) 河流與流域52.河流基本特征 (1) 河

2、長L ：自河源沿干流河道至河口的長度稱為河長，以km計(jì)，可從地形圖上量出；(2) 河流橫斷面：垂直水流方向的斷面稱為河流橫斷面，分單式斷面和復(fù)式斷面；(3) 河道縱比降J：河段兩端河底的高程差稱為落差，單位河長的落差稱為河道縱比降。比降常用千分?jǐn)?shù)表示。 當(dāng)河段縱剖面近于直線時(shí)，河段平均比降可按下式計(jì)算： J=(h1-h0)/l=h/l (2-6) 式中 J河段的縱比降； h1，h0 河段上、下端河底高程，m ； l河段長度，m。 (4) 河網(wǎng)密度d： 流域平均單位面積上的河流總長度稱為河網(wǎng)密度（km/km2）。它表示河網(wǎng)的疏密程度，能綜合反映一個(gè)地區(qū)的匯流能力和自然地理?xiàng)l件。第二節(jié) 河流與流域

3、63 水情要素（1）水位定義：河流中某一標(biāo)準(zhǔn)基面上的水面高度第二節(jié) 河流與流域7（2）水文測站 水文測站是進(jìn)行水文觀測的基層單位，也是收集水文資料的基本場所。水文測站在地理上的分布網(wǎng)稱水文站網(wǎng)，它按照統(tǒng)一的規(guī)劃而合理的布設(shè)。水文測站所觀測的主要項(xiàng)目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰情、水質(zhì)等。具體項(xiàng)目根據(jù)各站的任務(wù)而定。 根據(jù)水文測站的性質(zhì)，水文測站可分為三種：基本站、專用站、實(shí)驗(yàn)站1、基本站： 是水文主管部門設(shè)立的,各省、市、自治區(qū)設(shè)水文總站或水文局，地區(qū)一級(jí)設(shè)水文分站，負(fù)責(zé)管理本地區(qū)的水文測站。2、 專用站： 是為某種專門目的或用途由有關(guān)部門自行設(shè)立的。3、實(shí)驗(yàn)站是由科研單位為某種

4、需要而設(shè)立的。第二節(jié) 河流與流域8基面：計(jì)算水位和高程的起始面。絕對基面假定基面凍結(jié)基面測站基面吳淞基面：清光緒三十二年(1906年),1956年黃海高程系1985國家高程基準(zhǔn)： 1957年起逐步在全國使用。1954年學(xué)習(xí)蘇聯(lián)規(guī)范時(shí)，引進(jìn)“測站基面”概念，每站選最低水位以下某高程作為本站基面，并將它同絕對基面相連接。每次重復(fù)測量或平差后，只記載并刊布與首次數(shù)據(jù)間的差值，不再需要更動(dòng)已往的水位數(shù)據(jù)。第二節(jié) 河流與流域910（3）流量 單位時(shí)間內(nèi)通過河流某斷面的水量，以m3/s計(jì)。流速儀法測流： 用流速儀測定水流速度，并由流速與斷面面積的乘積來推求流量的方法。 在過水?dāng)嗝嫔?，流速隨水平及垂直方向的

5、位置不同而變化。從水平方向看，中間流速大，兩岸流速小；從水深方向看，河床流速最小 第二節(jié) 河流與流域11第二節(jié) 河流與流域1213水位流量關(guān)系14斷面測量 河道斷面的測量，是在斷面上布設(shè)一定數(shù)量的測深垂線，如圖3-3-2，施測各條垂線的水深，同時(shí)測得每條測深垂線與岸上某一固定點(diǎn)（斷面的起點(diǎn)樁，一般設(shè)在左岸）的水平距離（稱為起點(diǎn)距），并同時(shí)觀測水位，用施測時(shí)的水位減去水深，得到各測深垂線處的河底高程。 第二節(jié) 河流與流域1516（4）水質(zhì)指標(biāo)物理性指標(biāo)水溫：水的物理化學(xué)性質(zhì)與水溫有密切關(guān)系。水中可溶性氣體氧氣、二氧化碳等的溶解度，水中生物和微生物活動(dòng)，鹽度，pH以及碳酸鈣飽和度等都受到水溫變化的

6、影響。水溫是現(xiàn)場觀測的指標(biāo)之一。臭味和臭閥值：臭是檢驗(yàn)原水和處理水質(zhì)必測項(xiàng)目之一。 臭強(qiáng)度：無臭、微弱、弱、明顯、強(qiáng)和很強(qiáng) 電導(dǎo)率：表示水溶液傳導(dǎo)電流的能力，可間接表示水中可濾殘?jiān)南鄬垦趸€原電位:是水體中多種氧化性物質(zhì)與還原性物質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的綜合指標(biāo)之一，單位用毫伏。17透明度：表示水透明程度的指標(biāo) 我國清澈的湖大多在青藏高原，就目前的數(shù)據(jù)，中國最清澈的湖是西藏阿里的瑪旁雍錯(cuò)，透明度達(dá)到了14米；我國渾濁的湖泊多數(shù)在長江中下游地區(qū)，那里的一些淺水湖，透明度不足0.1米。 顏色和色度：有顏色的水可用真色和表色描述；度量水顏色的指標(biāo)稱色度，與標(biāo)準(zhǔn)水比較而得。濁度：分為總殘?jiān)⒖偪蔀V殘

7、渣、總不可濾殘?jiān)?；mg/lA：總殘?jiān)蜻^濾殘?jiān)罢舭l(fā)皿質(zhì)量；B：蒸發(fā)皿凈質(zhì)量；V：水樣體積18生物性指標(biāo)細(xì)菌總數(shù)：指1mL水樣在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)集中，37下培養(yǎng)24h后，所生長細(xì)菌的總數(shù)。飲用水：細(xì)菌總數(shù)100個(gè)/mL。大腸桿菌：我國飲用水中規(guī)定大腸桿菌3個(gè)/mL游離性余氯:飲用水用液氯消毒后剩余的游離性有效氯為游離性余氯。國家飲用水規(guī)定：集中式給水的出廠水游離性余氯不低于0.3mg/L,管網(wǎng)末梢水不低于0.05mg/L。19化學(xué)性指標(biāo)pH：是指溶液中氫離子濃度或活度的負(fù)對數(shù)。表示水中酸、堿強(qiáng)度。酸度和堿度：水的酸度是水中給出質(zhì)子物質(zhì)的總量，水的堿度是水中接受質(zhì)子的總量。硬度：一半是指水中Ca2+

8、、Mg2+的總量。包括總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。總含鹽量：表示水中各種鹽類的總和，也就是全部陽離子和陰離子的總量，也稱礦化度。有機(jī)污染綜合指標(biāo)：包括有溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、生物化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳、總需氧量等。20（5）河流泥沙 按其運(yùn)動(dòng)形式可分三類：懸移質(zhì)泥沙浮于水中并隨水流運(yùn)動(dòng)；推移質(zhì)泥沙受水流沖擊沿河底移動(dòng)或滾動(dòng)；河床質(zhì)泥沙則相對靜止而停留在河床上。 三者可隨水流條件的變化而相互轉(zhuǎn)化。一般情況，河流中泥沙以懸移質(zhì)為主。 第二節(jié) 河流與流域21含沙量&輸沙率描述河流中懸移質(zhì)的情況，常用的兩個(gè)定量名詞是含沙量和輸沙率。含沙量：單位體積的水內(nèi)所含干沙的質(zhì)量，用Cs表示，單位

9、為kg/m3；輸沙率：單位時(shí)間內(nèi)通過河流某斷面的干沙質(zhì)量，以Qs表示，單位為kg/s。 22顆粒級(jí)配 顆粒級(jí)配曲線是根據(jù)顆分試驗(yàn)成果繪制的曲線，采用對數(shù)坐標(biāo)表示，橫坐標(biāo)為粒徑，縱坐標(biāo)為小于（或大于）某粒徑的土重（累計(jì)百分）含量。它反映了土中各個(gè)粒組的相對含量。 23清水下泄：利？弊？河床沖深，對防洪有利，洞庭湖萎縮速度亦將減緩，是為其利。 崩岸比蓄水前增加，產(chǎn)生新的險(xiǎn)工段，威脅長江堤防安全；一些淺灘河段在枯水期出現(xiàn)坡陡流急現(xiàn)象，船舶上行困難增大；荊江水位降低，下游分洪能力降低。 24清水下泄瞭望新聞周刊證實(shí)，自2003年135米蓄水六年來，長江委水文局在大壩以下的荊江重點(diǎn)河段共發(fā)現(xiàn)40余處崩塌

10、險(xiǎn)情，并確定了多處潛在崩岸段。2006年6月，三峽工程156米蓄水前，鄭守仁上書建議，三峽工程投運(yùn)后對大壩下游河道沖刷進(jìn)行專項(xiàng)研究及治理。中央高層批示：所提建議，值得重視。其時(shí)，觀測資料表明，大壩下游河道沖刷的數(shù)量和強(qiáng)度，遠(yuǎn)大于建庫前，且超出論證與初步設(shè)計(jì)階段的預(yù)估值。25二 流域第二節(jié) 河流與流域261.定義 河流的集水區(qū)域稱為流域，包括地面集水區(qū)域和地下集水區(qū)域。流域的周界線稱為分水線，包括地面、地下分水線（圖2-2-5）。地面分水線包圍區(qū)域?yàn)榈孛婕畢^(qū)，地下分水線包圍區(qū)域?yàn)榈叵录畢^(qū)。27我國主要河流概況：名稱 長度 流域面積(萬km2 ) 平均年徑流量(億m3 )長江 6300 180

11、.85 9755黑龍江 4440 1.85.5 3550珠江 2214 45.4 3360雅魯藏布江2900 93.5 1654淮河 1000 45.6 1054松花江 2309 55.68 742黃河 5464 75.2 59228長江黃河珠江淮河黑龍江遼河雅魯藏布江29長江流域圖30黃河流域圖31珠江流域圖322.流域基本特征流域面積F ： 流域面積一般指地面分水線所包圍的水平面積，可在地形圖上用求積儀量出。以km2計(jì)。流域長度 L ：指從流域出口到流域最遠(yuǎn)點(diǎn)的流域軸線長度，可在地形圖上以流域出口為中心作若干個(gè)同心圓，在同心圓與流域分水線相交處繪出許多割線，各割線中點(diǎn)連線的長度即為流域長度

12、，以km計(jì)。流域平均寬度 B：流域面積F與流域長度L的比值稱為流域平均寬度，單位為km，即：流域形狀系數(shù)K：流域形狀系數(shù)是流域平均寬度B與流域長度L之比，以K表示。它反映流域形狀的特性，如扇形流域K值比羽形流域K值大。流域平均高程與平均坡度： 流域平均高度與坡度可用格點(diǎn)法計(jì)算，可將流域的地形圖劃分成100個(gè)以上的正方格，依次定出每個(gè)方格交叉點(diǎn)上的高程以及與等高線正交方向的坡度，這些格點(diǎn)高程和坡度的平均值，即作為流域平均高度和平均坡度。主要影響降水形式和流域內(nèi)的氣溫，進(jìn)而影響流域的水量變化。 （1）幾何特征33海河流域34河網(wǎng)密度D(km/km2)： 流域中干支流總長度和流域面積之比。表征水系發(fā)

13、育的疏密程度，受到氣候、植被、地貌特征、巖石土壤等因素的控制。 35江蘇常州：水系發(fā)達(dá)，河網(wǎng)縱橫36（2）自然地理特征 包括流域的地理位置、氣候特征、下墊面條件等。流域的地理位置：流域的地理位置以經(jīng)、緯度來表示。流域的氣候特征：包括降水、蒸發(fā)、濕度、氣溫、氣壓、風(fēng)等要素。流域下墊面條件：下墊面條件包括流域的地形、土壤和巖石特性、地質(zhì)構(gòu)造、植被、湖泊及沼澤情況等，都是與流域水文特性密切相關(guān)的因素。應(yīng)該指出，人類活動(dòng)會(huì)改變下墊面條件，從而影響水文特性的變化。37流域過程降水 蒸發(fā)：蒸發(fā)是構(gòu)成水循環(huán)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，天然流域蒸發(fā)包括：水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物散發(fā) 。下滲 彭曼公式下滲是構(gòu)成水循環(huán)的第

14、三個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是地表水轉(zhuǎn)化為土壤水或地下水的過程38徑流徑流形成過程是指流域表面的降水由地面與地下匯入河川，并流出流域出口斷面的水流過程。產(chǎn)流階段匯流階段凈雨沿坡面匯入河網(wǎng)，然后沿河網(wǎng)匯集到流域出口，稱為匯流階段。匯流階段包括坡面匯流過程和河網(wǎng)集流過程。-坡面匯流：地面凈雨從坡面流入最近的河網(wǎng)，稱為坡面匯流，也稱坡面漫流。一般流速較慢，歷時(shí)較短。-河網(wǎng)集流：進(jìn)入河網(wǎng)的水流從支流向干流，從上游向下游匯集，最后流出出口斷面，這一過程稱為河網(wǎng)集流。一般以洪水波的形式運(yùn)動(dòng)，流速較快，歷時(shí)較長。39流域水文模型新安江模型薩克拉門托（ ）模型水箱（Tank）模型 SWMM(EPA)MIKE11(丹麥水力

15、研究所 )AGNPSCREAMS&GLEAMSTOPMODELHSPF單位線法徑流預(yù)報(bào)40徑流的表示方法與度量單位 1. 流量Q 流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，單位為m3/s。流量隨時(shí)間的變化過程可用流量過程線表示。2. 徑流總量 W徑流總量是指時(shí)段T內(nèi) 通過某一斷面的總水量，常用的單位為:m3、萬m3、億m3、(m3/s)d等。若時(shí)段T內(nèi)的平均流量為Q，則徑流總量W可用下式計(jì)算： W=QT3. 徑流深R 將徑流總量W 平鋪在流域面積F上得到的水深，以mm計(jì): 4. 徑流模數(shù)M 平均單位流域面積上產(chǎn)生的流量，以 L / (s.km2) 計(jì): M = 1000Q / F 5. 徑流系數(shù) 徑流系數(shù)是某一時(shí)段的徑流深