河流与流域

河流与流域河流（River）•陆地表面上经常或间歇有水流动，形成的线形天然水道（也有人工的），称为河流。河流在我国的称谓很多，较大的称江、河、川、水，较小的称溪、涧、沟、曲等。如长江、黄河、钱塘江、苕溪。•河流是地球上水分循环的重要路径，对全球的物质、能量的传递与输送起着重要作用。流水还不断地改变着地表形态，形成不同的流水地貌，如冲沟、深切的峡谷、冲积扇、冲积平原及河口三角洲等。•每条河流都有河源和河口。•河源是指河流的发源地，有的是泉水，有的是湖泊、沼泽或是冰川，各河河源情况不尽一样。•通常大江大河在入海处都会分多条入海，形成河口三角洲。SourceZone源头，上游Rainandsnow雨和雪Lake湖Glacier冰川Rapids急滩Waterfall瀑布Tributary支流Floodplain洪积平原Oxbowlake牛厄湖Saltmarsh盐沼Delta三角洲Depositedsediment沉积Ocean海洋Sediment沉积物Water水FloodplainZone泛滥平原带TransitionZone过度带，中游河流（River）•河流分段–河源：溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊–上游：落差大、水流急、河谷狭、急滩和瀑布–中游：比降变缓，河槽拓宽曲折，两岸有滩地–下游：河谷宽，比降和流速小，河道淤积明显，浅滩或河洲到处可见，河曲发育–河口：是河流流入海洋、湖泊或其他河流的处所，泥沙淤积严重。河流分段示意图河流（River）•上游比降大，流速大，冲刷占优势，河槽多为基岩或砾石；中游比降和流速减小，流量加大，冲刷、淤积都不严重，但河流侧蚀有所发展，河槽多为粗砂。下游比降平缓，流速较小，但流量大，淤积占优势，多浅滩或沙洲，河槽多细砂或淤泥。水系•流域里的大大小小的水流路线，构成脉络相通的系统，称为水系（河系、河网）。水系是由干流和他的全部支流构成的一个独立的水道系统。水系的名称通常以他的干流或注入的湖泊命名。•水系是指某一干流及其支流组成的河槽系统。•干流和支流的概念：一级支流、二级支流、三级支流等水系•通常把流入海洋的河流称为外流河，补给外流河的流域范围称为外流流域。流入内陆湖泊或消失于沙漠之中的这类瞎尾河称为内流河，补给内流河的流域范围称为内流流域。如塔里木河为内流河。(2)支流(Tributary)流入一较大河流或湖泊的河流。支流是分级的：一级支流(注入干流的支流)；二级支流(注入一级支流的支流)；三级支流(注入一级支流的支流)；四级支流(注入一级支流的支流)河系特征•河系的几何形态–扇形河系–羽毛形河系–平行状河系–混合形河系•河流长度：河源至河口的距离称为河长•河长(RiverLength)：沿河槽中泓线或轴线量取的距离。•河长为河流特性的基本参数，可确定落差、比降和能量。•中泓线?•深泓线?中泓线：河道中各横断面水流最大流速点的连线。深泓线(溪线)：河道中各横断面最大水深点的连线。河系特征•河流的弯曲系数表示河流平面形状的弯曲程度，可用河流实际长度与河流两端间的直线长度之比来衡量。lL弯曲系数(Tortuosity)可反映河流流经地的地质地貌特征。L1L2流域（watershedordrainagebasin）.•流域是指河流或湖泊的集水区域。包括地面集水区和地下集水区。流域的周界称为分水线或分水岭。每个流域的分水线就是四周最高点的连线，通常就是流域四周的山脉脊线。分为地面分水线和地下分水线。•地面分水线和地下分水线完全重合的为闭合流域；地面分水线和地下分水线不完全重合的为非闭合流域。•流域是水资源科学和水环境科学研究的基本空间单位，河流水量的大小与流域面积大小有直接关系。流域示意图地面分水线与地下分水线不一致示意图流域特征•流域的几何特征–流域面积F（km）：流域分水线包围的面积–流域长度（流域的轴长）L（km）：从河口起通过横断流域的若干割线的中点而到达流域最远点的连线。–流域平均宽度B（km）：B=F/L–流域形状系数K：K=B/L=F/L2流域的自然地理特征•流域的地理位置：经度和纬度•流域的气候条件：降水、蒸发、温度、湿度、风等•流域的土壤、岩石性质和地质构造：如土壤质地、结构；岩石的透水性、给水度；地层的褶皱、断层、节理、新构造运动等流域的自然地理特征•以l0、l1、l2……ln为各等高线在流域内的长度，f0、f1、f2……fn为相邻两等高线间的面积，H为两等高线的高差，F=f1+f2+f3+……fn为流域总面积，•则流域的平均坡度：•流域的平均高度:•流域的植被率K植：以植被面积占流域面积的百分比表示•流域的湖泊率K植和沼泽率K植：以湖泊面积和沼泽面积占流域面积的百分比表示FfZfZfZZnn2211FllllHJn2)(210河系特征•河网密度D：干支流总长度和流域面积之比，即单位面积内干支流的长度。FLD河道特征•河槽的平面形态–弯段：凸岸、边滩；凹岸、深槽–直段：浅滩–主流线：各横断面上的最大流速点的连线–深水线（航线、谿线）：各横断面上的最大水深点的连线。河流平面形态示意图河道特征•河流的断面–纵断面：从源头到河口的最低点连线称为纵剖面。沿河流深水线的断面。–横断面（过水断面）：横切河道与水流方向垂直的断面。呈低洼的槽形–河岸是指河床在低水位时露出水面以上比较倾斜的部分。河底是指在低水位以下常年润水部分。河流的纵断面1)定义：河流从上游至下游沿深泓线所切取的河床和自由水面间的剖面。2)作用：绘制河流纵断面图，见右图。反映河底纵坡和落差的分布，可推算水流特性、估计水能储量。河流横断面示意图河流横断面形状河道特征•河道纵比降–落差：河段两端的河底高程差–总落差：河源和河口两处的河底高程差–河床坡降：单位河长的落差叫河道纵比降lhlhhJ012012211102)()()(LLhlhhlhhlhhJnnn河道特征•河流横比降：因离心力作用引起的垂直于主流向的横向水面坡度。–河流横断面通常不是绝对水平的，而有水面横比降存在。–河弯处离心力作用，凹岸水面高于右岸水面–地球自转偏向力作用：地偏力，因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。地转偏向是科氏力（科里奥利力）在沿地球表面方向的一个分力。北半球总是偏于物体运动的右方；南半球总是偏于物体运动的左方。–北半球右转弯时：i=i1-i2–北半球左转弯时：i=i1+i2河流地形•河床——枯水期水流所占据的谷底部分。–浅滩——一些冲击物堆积体，边滩、心滩–深槽——浅滩与浅滩之间较深的河段–沙波——河床中的微地貌，顺行沙波，逆行沙波–壶穴——是基岩河床中被水流冲磨的深穴–岩槛——基岩河床中较坚硬岩石横亘于河床底部形成的，常形成瀑布和跌水浅滩、边滩、深潭壶穴、岩槛、瀑布、跌水瀑布、跌水水源、峡谷河源是指河流的发源地，有的是泉水，有的是湖泊、沼泽或是冰川，各河河源情况不尽一样河流的平面形态1)平原河流特点：在环流、泥沙的冲刷和淤积作用下，蜿蜒曲折形态，即深槽、浅槽沿水流方向交替出现，呈规律性。河床平面形态•将河流分为平直河、蛇曲河（曲流河）、辫状河、网状河四种类型。其中以蛇曲河和辫状河分布最广，而平直河和网状河较少见。•曲流——河流的弯曲形态•辫流——河流的河床分汊许多，形似发辫，成为辫流河床平面形态•2)山区河流•大多为岩石河床，异常复杂，无规律可循。河漫滩•河流洪水期淹没河床以外的谷底部分称为河漫滩。–牛轭湖–滨河床沙坝，迂回扇–心滩沙堤牛轭湖的形成河流阶地•河流下切侵蚀，原先的河谷底部，超出一般洪水位以上，呈阶梯状分布的地形•洪积扇或冲积扇——河流出山口的扇形堆积体•河口区——河流入海或入湖的河口地段。–近口段——潮流界至潮区界–河口段——潮流界至口门–口外海滨段——口门以外至水下三角洲坡折处。洪积扇•三角洲——河流带来的泥沙超过海洋或湖泊的搬运能力，形成的向海或湖的突出的堆积体。•三角湾——如果河流、海洋或湖泊的侵蚀作用大于河口区的堆积作用，就形成一个喇叭形的河口，成为三角湾或三角港。黄河三角洲长江三角洲三角湾——杭州湾河流生态系统•河流生态系统指河流水体的生态系统，属流水生态系统的一种，是陆地和海洋联系的纽带，在生物圈的物质循环中起着主要作用。河流生态系统包括陆地河岸生态系统、水生态系统、相关湿地及沼泽生态系统在内的一系列子系统，是一个复合生态系统，并具有栖息地功能、过滤作用、屏蔽作用、通道作用、源汇功能等多种功能。河流生态系统组成•非生物环境条件——河床、河漫滩、阶地、河岸、空气、流速、营养物质、水质、水深、水文等非生物环境条件。•河流生物——包括鱼、虾、龟、蚌等水生动物、各种水生植物、各种微生物等•河流形态的多样性造就了河流生物的多样性河流生态特征，包括：•水质：水温、溶解氧、酸碱性、有机物•河流内栖息地（水流条件、掩蔽物、底质等）•河岸带和河漫滩栖息地•生物多样性：植物与动物群落•河岸带净化作用河流生态系统主要具有以下特点：•（１）具纵向成带现象，但物种的纵向替换并不是均匀的连续变化，特殊种群可以在整个河流中再现。•（２）生物大多具有适应急流生境的特殊形态结构。表现在浮游生物较少，底栖生物多具有体形扁平、流线性等形态或吸盘结构，适应性广的鱼类和微生物丰富。•（３）与其它生态系统相互制约关系复杂。一方面表现为气候、植被以及人为干扰强度等对河流生态系统都有较大影响；另一方面表现为河流生态系统明显影响沿海（尤其河口、海湾）生态系统的形成和演化。•（４）自净能力强，受干扰后恢复速度较快。河流系统的功能•河流系统具有三项主要功能：–1、生物栖息地；–2、物质流、能量流、信息流的输移通道；–3、具有屏障和过滤功能。•这三项功能与河流的地貌特征和景观格局密切相关。河流系统的功能•1、物理功能——水文和水力学过程–地表水短期蓄存–地表水长期蓄存–地表水与地下水之间的联系–地下水–能量过程•2、物理功能——泥沙过程、栖息地和温度–泥沙过程–河床过程–提供栖息地和底质–保持温度•3、化学功能–保持水质–维持营养循环•4、生物功能–提供栖息地–促进生物生长–保持演替过程河流连续体概念•包括四个方面：–水文-水力学的连续性–营养物质、能量的连续性–生物结构的连续性–信息流的连续性自然河流自然河流的特点•1、与陆地联系密切。河滩、阶地，河口湿地、岸边湿地、海岸湿地•2、与空气交流密切，特别是浅滩、瀑布和跌水曝气作用明显•3、上中下游生境异质性。上中下游气象、水文、地貌和地质条件差异很大，导致生物多样性。（以长江流域为例解释）自然河流的特点•4、河流的纵向蜿蜒性，急流与缓流相间•5、河流横断面形状多样复杂，深潭和浅滩交替出现•6、河床材料（透水性和多样性）：基岩、卵石、沙土、粘土•7、多样的河流形态决定了河流生物群落的多样性自然河流•一条健康的自然河流，沿水流方向具有通畅的连续性，沿侧向具有良好的连通性，在垂向具有良好的透水性，成为物质流、能量流、信息流以及生物物种迁徙流动的保障。•河流的平面形态往往是蜿蜒型的，形成深潭－浅滩序列，造成多样的水力学条件，加之洪水脉冲过程和连续的水流条件，使得包括鱼类在内的水生生物的产卵、育肥、避难和洄游等生命活动都各得其所。