水文學(xué)原理第二章河流和流域特征

第2章

河流和流域特征當(dāng)前第1頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)內(nèi)容：2.1河流及特征2.2流域與水系特征2.3徑流形成過(guò)程概述2.4影響徑流的主要因素2.5徑流的表示方法和度量單位2.6河川徑流情勢(shì)及我國(guó)河川徑流分布重點(diǎn)：徑流的形成過(guò)程、影響因素、表示方法；流量過(guò)程及其組成。難點(diǎn)：

徑流模數(shù)和徑流深度的概念和計(jì)算當(dāng)前第2頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)河流：沿地表線(xiàn)形凹槽集中地經(jīng)常性或周期性水流。較大的河或江，較小的叫溪。2.1河流及特征2.1.1干流及支流(1)

干流(Mainstream)

在水系中匯集全流域徑流的河流，例如：黃河、長(zhǎng)江。當(dāng)前第3頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(2)支流(Tributary)流入一較大河流或湖泊的河流。支流是分級(jí)的：一級(jí)支流(注入干流的支流)；二級(jí)支流(注入一級(jí)支流的支流)；三級(jí)支流(注入二級(jí)支流的支流)；四級(jí)支流(注入三級(jí)支流的支流)當(dāng)前第4頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)2.1.2河流的分段（1）河源：河流的發(fā)源地。為泉水、溪澗、冰川、或沼澤。（2）上游：緊接著河源，峽谷地形。落差大，坡陡流急，下切強(qiáng)烈，河谷狹，流量小。（V形）（3）中游：坡度漸緩，河床比較穩(wěn)定，下切力量減弱而旁蝕力量增強(qiáng)，河槽逐漸拓寬、曲折、開(kāi)闊，兩岸常有灘地，沖淤變化不明顯。（U形）當(dāng)前第5頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)（4）下游：河流的最下級(jí)，處于平原區(qū)，河床寬，坡度緩，水流慢，泥沙淤積作用較顯著，沙洲較多。（5）河口：河流的終點(diǎn)。淤積，形成三角洲。外流河：注入海洋的河流。如長(zhǎng)江，黃河。內(nèi)流河或內(nèi)陸河：流入內(nèi)陸湖泊或消失于沙漠中（瞎尾河）。如塔里木河、格爾木河（青海）當(dāng)前第6頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)河流上游當(dāng)前第7頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)黃河上游當(dāng)前第8頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)山區(qū)上游河流當(dāng)前第9頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)河流中游當(dāng)前第10頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)河流下游當(dāng)前第11頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)源頭當(dāng)前第12頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第13頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第14頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第15頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)源頭地貌當(dāng)前第16頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第17頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)

虎跳峽峽口海拔1800米；南岸的玉龍雪山海拔5596米，臨峽一側(cè)山體陡峭，幾乎是絕壁，無(wú)路可尋；北岸的哈巴雪山海拔5386米，臨峽一側(cè)山坡稍緩，這一側(cè)有一條簡(jiǎn)易的碎石公路，貫通全峽，公路上方還有一條步行小路。金沙江劈開(kāi)玉龍雪山和哈巴雪山，形成世界最深的大峽谷──虎跳峽。江水經(jīng)過(guò)虎跳峽時(shí)上下落差200米，兩岸雪峰高出江面3000多米，其勢(shì)驚險(xiǎn)奇絕，懾人魂魄。虎跳峽分上中下三段，全長(zhǎng)17千米，12險(xiǎn)灘錯(cuò)落排列在峽谷中，浪濤翻卷，驚心動(dòng)魂。江面最窄處僅30米，在虎跳峽上游的金沙江入口處，有一巨石橫臥江心，激流從僅有30米寬的巨石兩側(cè)穿流而過(guò)，濤聲震天，白浪翻滾，傳說(shuō)猛虎?？拷木奘S上對(duì)岸，故名虎跳峽。當(dāng)前第18頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第19頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)長(zhǎng)江最為壯麗的一段是三峽。它西起四川省奉節(jié)縣白帝城，東止湖北宜昌縣南津關(guān)，全長(zhǎng)193公里，由瞿塘峽、巫峽和西陵峽組成。瞿塘峽長(zhǎng)8公里，兩壁對(duì)聳狹窄，最窄處不到百米，最寬處不過(guò)150米，以雄偉險(xiǎn)峻著稱(chēng)。巫峽以巫山得名，長(zhǎng)45公里，是三峽中最整齊的峽谷。巫峽以幽深秀麗著稱(chēng)。西陵峽全長(zhǎng)76公里，是三峽中最長(zhǎng)的，其特點(diǎn)是峽中有峽，灘內(nèi)含灘，江流回環(huán)曲折，水勢(shì)兇險(xiǎn)。當(dāng)前第20頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第21頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第22頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第23頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第24頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)2.1.3河流的基本特征河流斷面a.橫斷面：垂直于水流方向的斷面當(dāng)前第25頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)深泓線(xiàn)：河道中各橫斷面水流最大流速點(diǎn)的連線(xiàn)。中泓線(xiàn)(溪線(xiàn))：河道中各橫斷面最大水深點(diǎn)的連線(xiàn)。

b.縱斷面：沿河流中泓線(xiàn)切出來(lái)的斷面中泓線(xiàn)？深泓線(xiàn)?當(dāng)前第26頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(2)河流長(zhǎng)度(RiverLength)1)定義：河流源頭至河口沿河槽中泓線(xiàn)量取的距離L。2)作用：河流特性的基本參數(shù)，可確定落差、比降和能量。(3)河流彎曲系數(shù)(Tortuosity)1)定義：沿河流中泓線(xiàn)兩點(diǎn)間的實(shí)際長(zhǎng)度與其直線(xiàn)距離的比值。2)特性：任何河段都有它的彎曲系數(shù)；它可反映河流流經(jīng)地的地質(zhì)地貌特征。lL當(dāng)前第27頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(4)河流比降1)橫比降：河流沿橫斷面方向的水力坡度產(chǎn)生橫比降的原因：a)彎曲河段中慣性離心力的作用；b)地球自轉(zhuǎn)偏向力的作用；c)流速分布不均勻的影響。

(a)平面圖(b)橫斷面圖(c)水面單元水體受力圖當(dāng)前第28頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(4)河流比降2)縱比降：

a)水面縱比降（水面坡度）：中泓線(xiàn)上單位長(zhǎng)度內(nèi)水面的落差。

b)河底縱比降（河底坡度）：中泓線(xiàn)上單位長(zhǎng)度內(nèi)河底的落差。當(dāng)前第29頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)

比降計(jì)算公式：（1）當(dāng)河道縱斷面近于直線(xiàn)時(shí)，比降計(jì)算式為：（2）當(dāng)河底高程沿程變化時(shí)，如下圖，比降計(jì)算式為：

當(dāng)前第30頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)2.1.4水系(HydrographicNet)由河流的干流和各級(jí)支流，流域內(nèi)湖泊、沼澤或地下暗河構(gòu)成脈絡(luò)相通的一個(gè)系統(tǒng)，稱(chēng)為河網(wǎng)，也叫河系或水系。111111112222334

河流等級(jí)霍頓分級(jí)法當(dāng)前第31頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)斯特拉勒分級(jí)法

如右圖，其中的各個(gè)河流按自上而下的順序分為1級(jí)、2級(jí)……。規(guī)定2條同級(jí)的河流匯合為高一級(jí)的河流，例如2條1級(jí)河流匯合后為2級(jí)；不同級(jí)的匯合時(shí)，則不增加匯合后的河流級(jí)別，如2級(jí)與1級(jí)匯合后仍為2級(jí)。

當(dāng)前第32頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)河流地貌定律當(dāng)前第33頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第34頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第35頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)（一）概述1． 流域：匯集地面水和地下水的區(qū)域稱(chēng)為流域，也就是分水線(xiàn)包圍的區(qū)域。當(dāng)不指明端面時(shí)，流域乃對(duì)河口斷面而言。2． 分水線(xiàn)：流域的周界。每個(gè)流域的分水線(xiàn)，就是流域四周最高點(diǎn)的連線(xiàn)，通常就是流域四周山脈的脊線(xiàn)。如秦嶺是長(zhǎng)江與黃河的分水嶺。包括：地面分水線(xiàn)——地面水集水區(qū)；地下分水線(xiàn)——地下水集水區(qū)；2.2流域與水系特征當(dāng)前第36頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第37頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)3．閉合流域：當(dāng)一個(gè)流域的地面分水線(xiàn)與地下分水線(xiàn)相重合，河床切割較深。（理想）4．不閉合流域：由于地質(zhì)構(gòu)造上的原因，地面分水線(xiàn)與地下分水線(xiàn)并不完全重合。不閉合流域與相鄰流域間發(fā)生水量交換，實(shí)際上很少有嚴(yán)格的閉合流域。實(shí)際工作中，除有石灰?guī)r溶洞等特殊的地質(zhì)情況外，一般較大流域，不閉合引起的水量誤差相對(duì)較小，可按閉合流域考慮（流域是相對(duì)于某一出口斷面而言，當(dāng)不指明斷面時(shí)，流域即指對(duì)河口斷面以上區(qū)域）。當(dāng)前第38頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)

流域的幾何特征

1)流域面積：是流域的主要幾何特征。通常先在適當(dāng)比例尺的地形圖上定出流域分水線(xiàn)，然后量出它所包圍的面積。F（km2）方格法、求積儀法2)流域長(zhǎng)度：以流域出口為中心向河源方向做一組不同半徑的同心圓，各圓與流域分水線(xiàn)相交形成割線(xiàn)，各割線(xiàn)中點(diǎn)的連線(xiàn)長(zhǎng)度。L3)流域平均寬度：4)流域形狀系數(shù)：當(dāng)前第39頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第40頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(3)流域的自然地理特征流域的地理位置、氣候、地形、植被、土壤特性，地質(zhì)構(gòu)造，沼澤及湖泊情況等，都是與流域水文特性密切有關(guān)的自然地理特征。

1)地理位置：經(jīng)緯度2)氣候條件：降水、蒸發(fā)、濕度、氣溫、氣壓、風(fēng)等要素3)下墊面條件：地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、土壤、巖石性質(zhì)、流域的植被、流域的湖泊和沼澤森林度：

湖泊率：當(dāng)前第41頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)二、水系的基本特征1、水系的形狀（1）扇形水系（2）羽形水系（3）平行狀水系（4）混合狀水系當(dāng)前第42頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)2、河網(wǎng)密度：干支流總長(zhǎng)度/流域面積ｋｍ/ｋｍ２當(dāng)前第43頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)2.3徑流形成過(guò)程概述流域內(nèi)的水自降落開(kāi)始至水流匯集、流至出口斷面的整個(gè)過(guò)程，稱(chēng)為徑流形成過(guò)程。一般分為4個(gè)階段當(dāng)前第44頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(1)降水階段：從云降落到地面的液態(tài)或固態(tài)水的滴粒降水量Δ

H：一定時(shí)間內(nèi)降落在某一點(diǎn)或某一集雨面積上的總水量，用深度表示，mm

降水歷時(shí)Δt：降水的持續(xù)時(shí)間，min,h或d

降水強(qiáng)度i：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的降水量，mm/min、

mm/h降雨量對(duì)徑流量的大小起決定性的作用。根據(jù)24h降水總量或12h降水總量，可以把降水強(qiáng)度分為小雨、陣雨、中雨、暴雨、特大暴雨等。當(dāng)前第45頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(2)流域蓄滲階段降雨開(kāi)始時(shí)并不立即形成徑流。雨水一部分會(huì)被地面植物截留，一部分會(huì)滲入地表土中，一部分被蓄留在坡面的坑洼里。這一階段稱(chēng)為流域蓄滲。(3)坡面漫流階段流域蓄滲階段完成以后．剩余雨水沿著坡面形成坡面漫流。它從局部區(qū)域開(kāi)始，逐漸擴(kuò)展到全流域。坡面漫流的雨水最后匯入河溝。(4)河槽集流階段匯入河溝的水，順著河道由小溝到支流、由支流到干流、最后到達(dá)流域出口斷面。這個(gè)階段稱(chēng)為河槽集流。當(dāng)前第46頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)河川徑流的大小和變化，通常用流量和水位來(lái)表示。一年內(nèi)的最大洪峰流量，稱(chēng)為年最大流量。當(dāng)前第47頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)從徑流形成過(guò)程來(lái)看．影響徑流變化的主要因素可分為氣候因素、下墊面因素和人類(lèi)活動(dòng)因素。(1)氣候因素

降水和蒸發(fā)直接影響徑流的形成和變化。(2)下墊面因素1)地貌2)地質(zhì)和土壤3)植被4)湖泊和沼澤5)流域面積與形狀(3)人類(lèi)活動(dòng)因素1)增加河川徑流量的措施：人工降雨、融雪、跨流域調(diào)水2)改變河川徑流分配的措施：修筑水庫(kù)等水利工程3)減少地表徑流的措施：引水灌溉等2.4影響徑流的主要因素當(dāng)前第48頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)(1)流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)河流某一水?dāng)嗝娴乃?。m3/s(2)徑流總量W：一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)河流過(guò)水?dāng)嗝娴目偹?，m3

(3)徑流模數(shù)M：?jiǎn)挝涣饔蛎娣e上平均產(chǎn)生的流量，L/s?km2(4)徑流深度R：

它是徑流總量W折算成全流域的平均水深，單位為mm，常用來(lái)與降水量作比較(5)徑流系數(shù)α：徑流深度R與降水量X之比，有2.5徑流表示方法和度量單位當(dāng)前第49頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)某水文站流域面積F=54500ｋｍ２。多年平均降雨量P=1650ｍｍ，多年平均流量Q=1680ｍ３/ｓ。求該流域徑流參數(shù)。解：（1）多年平均徑流量：W=QT=1680*365*86400=530億ｍ３（2）多年平均徑流深：R=W/100F=530*108/1000*54500=972ｍｍ（3）多年平均徑流模數(shù)：M=1000Q/F=1000*1680/554500=30.8L/（ｓｋｍ２）（4）多年平均徑流系數(shù)：α=R/P=972/1650=0.59當(dāng)前第50頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)2.6.1徑流的年內(nèi)變化徑流情勢(shì)：在一年內(nèi)和多年期間，河流徑流的變化特性?；蚍Q(chēng)年內(nèi)變化、年際變化年內(nèi)變化--又稱(chēng)年內(nèi)分配：常用年流量過(guò)程線(xiàn)來(lái)表示。橫坐標(biāo)通常以月和旬作單位，其相應(yīng)的流量即為月平均流量或旬平均流量水文年度:

一般是按照洪、枯水期在一年內(nèi)的周期變化特點(diǎn)來(lái)劃分的。始于枯水期結(jié)束（汛期開(kāi)始）之日，如漢水流域6月1日、東北地區(qū)5月1日、南方各地3月1日或4月1日

徑流的季節(jié)分配主要取決于補(bǔ)給來(lái)源及其變化我國(guó)大部分河流都是以雨水補(bǔ)給為主，徑流的季節(jié)分配在很大程度上取決于降水的季節(jié)分配北方的河流，除降水外熱量條件也是一個(gè)重要的影響因素2.6河川徑流情勢(shì)及我國(guó)河川徑流分布當(dāng)前第51頁(yè)\共有58頁(yè)\編于星期二\9點(diǎn)2.6.2徑流的年際變化

年徑流的多年變化一般指年徑流年際間的變化幅度(簡(jiǎn)稱(chēng)年際變幅)和多年變化過(guò)程兩個(gè)方面年際變幅：用年徑流變差系數(shù)(Cv值)、實(shí)測(cè)最大年平均流量與最小年平均流量比值（簡(jiǎn)稱(chēng)年際比值)來(lái)表示多年變化：包括年徑流豐、平、