第二章流域與水系

流域與水系基本概念1.水系的地貌特征2.流域的地貌特征3.數(shù)字流域和數(shù)字水系4.§1基本概念分水線山峰、山脊和鞍部的連接線流域

地面分水線包圍的區(qū)域水系

流域中河流交匯形成的樹枝狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)坡地流域中除水系以外的陸域部分流域基本單元流域中不可再劃分的最小部分分水線地形等高線中的極大值稱為山峰山峰的下坡方向為山脊相鄰山峰之間的區(qū)域稱為鞍部山峰、山脊和鞍部的連接線稱為分水線分水線分水線有地面分水線和地下分水線之分。地面分水線將地面水流分開流向相鄰的兩條河流。地下分水線則將含水層中的地下水流分開流向相鄰的兩條河流。流域閉合流域非閉合流域流域地面分水線包圍的區(qū)域稱為流域。流域有閉合流域和非閉合流域之分。地面分水線與地下分水線重合的流域稱為閉合流域。地面分水線與地下分水線不重合的流域稱為非閉合流域。水系水系流域中大大小小河流交匯形成的樹枝狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)稱為水系，亦稱河系。自然形成的水系多為樹狀結(jié)構(gòu)人工開挖形成的平原水系可為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水系羽毛狀水系的支流自上游而下游，在不同的地點依次匯入干流，相應(yīng)的流域形狀多為狹長形。平行狀水系的支流與干流大體成平行趨勢相交匯，相應(yīng)的流域形狀多為扇形?；旌蠣钏档闹Я髋c干流的關(guān)系介于前兩者之間，相應(yīng)的流域形狀也介于狹長和扇形之間。羽毛狀水系平行狀水系混合狀水系水系對面積相同、水系形狀不相同的流域，同樣一場暴雨形成的流域出口斷面流量過程線明顯不同。平行狀水系由于各支流匯集到流域出口斷面的同時性強，所以產(chǎn)生較尖瘦的洪水過程。羽毛狀水由于各支流匯集到流域出口斷面的時間相互錯開，所以產(chǎn)生較矮胖的洪水過程。混合狀水系產(chǎn)生的洪水過程則介于以上兩者之間。坡地流域中水系以外的陸域部分稱為坡地。流域是由水系和坡地組成的。除平原水網(wǎng)地區(qū)外，一個流域的水系的水面面積約占全流域面積的10%左右，其余90%左右即為坡地。坡地按坡面的幾何形狀，可將坡地分為傾斜面、收斂曲面和發(fā)散曲面三種類型。流域基本單元一個流域按流域內(nèi)的自然分水線可以劃分成若干個不嵌套的子流域，每個子流域按其內(nèi)部的自然分水線又可劃分成一些更小的不嵌套的小流域，這樣不斷地劃分下去，最后得到的不可再劃分的部分就是流域基本單元，它是組成一個流域的最小單位。流域基本單元流域基本單元可分為四種形狀，“一本打開的書”、扇形、倒扇形和馬蹄形。河流的分級格雷夫利厄斯(Gravelius)分級法霍頓(Horton)分級法斯特拉勒(Strahler)分級法施里夫(Shreve)分級法沙伊達格(Scheidagger)分級法霍頓(Horton)分級法將最小的不分叉的河流稱為1級河流，只接納1級河流匯入的河流稱為2級河流；只接納1，2兩級河流匯入的河流稱為3級河流，其余類推，直至將水系中所有的河流命名完畢。斯特拉勒(Strahler)分級法定義從河源出發(fā)的河流為1級河流；同級的兩條河流交匯形成的河流的級比原來增加1級；不同級的兩條河流交匯形成的河流的級等于兩者中較高者?！?

水系的地貌特征11111111111122222333444Strahler分級法§2

水系的地貌特征河數(shù)定律§2水系的地貌特征河數(shù)定律自然水系的分叉比：Rb=3~5§2水系的地貌特征河流長度AB一條河流的長度是指從其起始斷面，沿河流中心線至終了斷面的距離?！?水系的地貌特征河流長度ω級河流總長度：ω級河流平均長度：水系中全部河流總長度：L顯然是決定水系槽蓄量的一個重要參數(shù)§2水系的地貌特征河長定律水系中ω級河流的平均長度與比其低一級即(ω-1)級河流的平均長度的比值稱為河長比自然水系的河長比：Rb=1.5~3.5§2水系的地貌特征§2水系的地貌特征鏈長度橫斷面Bd§2水系的地貌特征彎曲率ABCabLab在河流上取兩點，其沿河流中心線的長度與該兩點之間的直線長度的比值稱為這兩點之間河段的彎曲率?！?水系的地貌特征河底比降河段上相鄰兩斷面河底的高程差與該兩斷面之間中心線的長度的比值稱為河底比降?！?水系的地貌特征比降定律水系中不同級河流的河流比降是不同的。定義ω級河流的平均河底比降與低一級即(ω-1)級河流的平均河底比降的比值為比降比對一個自然水系，如果流域的地質(zhì)條件比較均勻，則Rs幾乎不隨河流的級ω而變化，近似為一常數(shù)。這一規(guī)律稱為比降定律。研究表明，濕潤地區(qū)壯年期水系的Rs約為0.55。半干旱地區(qū)較年輕的水系的Rs約為0.57§3流域的地貌特征1流域面積及面積定律分水線包圍區(qū)域的平面投影面積稱為流域面積2流域長度和寬度ABC§3流域的地貌特征2流域長度和寬度從流域出口斷面至分水線的最大直線距離稱為流域長度，與它正交方向的分水線之間的最大直線距離稱為流域?qū)挾?。格拉?Grag)通過對許多小流域資料的分析，發(fā)現(xiàn)流域長度與流域面積有如下關(guān)系:§3

流域的地貌特征3流域形狀形態(tài)因子：流域面積與流域長度平方的比值圓度：流域面積與周長為流域周長的圓面積的比值伸長比：面積等于流域面積的圓的直徑與流域長度的比值當A增加時，形態(tài)因子減小，這意味著對較大的流域，其形狀是趨于狹長形的。§3

流域的地貌特征4河網(wǎng)密度和河道維持常數(shù)單位流域面積上的河流長度稱為河網(wǎng)密度河網(wǎng)密度的概念首先由霍頓于1945年引入，它表達了流域水系排水的有效性。河網(wǎng)密度的倒數(shù)稱為河道維持常數(shù),它的含義是為了維持單位長度的河道必須要有多少匯水面積提供徑流。一般來說，隨著河流級的增加，要求的給養(yǎng)面積也增加?！?流域的地貌特征5河流頻度和鏈頻度單位流域面積上的河流數(shù)目——河流頻度單位面積上的鏈數(shù)——鏈頻度§3流域的地貌特征6面積－河長曲線7高程曲線河長同相應(yīng)匯水面積之間的關(guān)系曲線§3流域的地貌特征8流域坡度流域上兩點間的高差與它們之間直線距離的比值——兩點之間的坡度最小二乘法高程曲線法高程曲線包圍的面積相當于以面積為權(quán)重的平均流域高差面積河長曲線包圍的面積相當于以面積為權(quán)重的平均流域長度它們的比值則相當于平均流域高差與平均流域長度之比值，即平均流域坡度§4

數(shù)字流域和數(shù)字水系§4

數(shù)字流域和數(shù)字水系數(shù)字高程模型是指描述地面高程空間分布的有序數(shù)值陣列，可用二維函數(shù)離散取得的有序集合來表示。數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)的來源主要是：影像、地形圖和用測量儀器實地測量。其中影像包括航測、航天遙感、干涉雷達和激光掃描儀等?！?

數(shù)字流域和數(shù)字水系數(shù)字高程模型自20世紀50年代提出以來，由于它適用于計算機處理，故不僅能為復雜的地表形態(tài)提供有效的描述手段，而且也為地形地貌參數(shù)的計算、流域水系的生成等提供基于數(shù)字化的自動處理方法。為各種專題信息，如土壤、植被、土地利用情況等的空間分布描述提供數(shù)字化的空間載體。數(shù)字高程模型在構(gòu)建“數(shù)字地球”中具有基本的重要性，有著十分廣闊的發(fā)展前景?；镜匦蔚孛矃?shù)的提取自數(shù)字高程模型出現(xiàn)以來，人們就對如何利用數(shù)字高程模型計算坡度和坡向進行大量的研究，提出了多種具體計算方法。水系和流域的生成1.確定格網(wǎng)中水流的流向一般采用D8方法。該法認為每個格網(wǎng)中水流有8個可能的流向，應(yīng)取最大坡度方向作為格網(wǎng)中水流實際發(fā)生的流向。凡匯入各個方向水流的格網(wǎng)稱為凹點，相鄰格網(wǎng)的高程相等而無法判定水流流向的稱為零點。凹點的集合稱為洼地，例如實際地形中的水庫、湖泊等。零點的集合稱為平坦區(qū)域，例如實際地形中的平地。洼地和平坦區(qū)域的存在使得確定水流流向發(fā)生了困難。因此，在用D8方法確定水流流向時，應(yīng)對原始數(shù)字高程模型進行預(yù)先處理。2.識別流域的分水線應(yīng)用數(shù)字高程模型來識別流域的分水線，必須先定出流域出口斷面的位置，即找到流域出口斷面所在的格網(wǎng)的平面坐標，然后按前述