水文学原理-第二章-河流和流域特征

第2章河流和流域特征内容：2.1河流及特征2.2流域与水系特征2.3径流形成过程概述2.4影响径流的主要因素2.5径流的表示方法和度量单位2.6河川径流情势及我国河川径流分布重点：径流的形成过程、影响因素、表示方法；流量过程及其组成。难点：径流模数和径流深度的概念和计算河流：沿地表线形凹槽集中地经常性或周期性水流。较大的河或江，较小的叫溪。2.1河流及特征2.1.1干流及支流(1)干流(Mainstream)在水系中汇集全流域径流的河流，例如：黄河、长江。(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(注入二级支流的支流)；四级支流(注入三级支流的支流)2.1.2河流的分段（1）河源：河流的发源地。为泉水、溪涧、冰川、或沼泽。（2）上游：紧接着河源，峡谷地形。落差大，坡陡流急，下切强烈，河谷狭，流量小。（V形）（3）中游：坡度渐缓，河床比较稳定，下切力量减弱而旁蚀力量增强，河槽逐渐拓宽、曲折、开阔，两岸常有滩地，冲淤变化不明显。（U形）（4）下游：河流的最下级，处于平原区，河床宽，坡度缓，水流慢，泥沙淤积作用较显著，沙洲较多。（5）河口：河流的终点。淤积，形成三角洲。外流河：注入海洋的河流。如长江，黄河。内流河或内陆河：流入内陆湖泊或消失于沙漠中（瞎尾河）。如塔里木河、格尔木河（青海）河流上游黄河上游山区上游河流河流中游河流下游源头源头地貌虎跳峡峡口海拔1800米；南岸的玉龙雪山海拔5596米，临峡一侧山体陡峭，几乎是绝壁，无路可寻；北岸的哈巴雪山海拔5386米，临峡一侧山坡稍缓，这一侧有一条简易的碎石公路，贯通全峡，公路上方还有一条步行小路。金沙江劈开玉龙雪山和哈巴雪山，形成世界最深的大峡谷──虎跳峡。江水经过虎跳峡时上下落差200米，两岸雪峰高出江面3000多米，其势惊险奇绝，慑人魂魄。虎跳峡分上中下三段，全长17千米，12险滩错落排列在峡谷中，浪涛翻卷，惊心动魂。江面最窄处仅30米，在虎跳峡上游的金沙江入口处，有一巨石横卧江心，激流从仅有30米宽的巨石两侧穿流而过，涛声震天，白浪翻滚，传说猛虎常靠江心巨石跃上对岸，故名虎跳峡。长江最为壮丽的一段是三峡。它西起四川省奉节县白帝城，东止湖北宜昌县南津关，全长193公里，由瞿塘峡、巫峡和西陵峡组成。瞿塘峡长8公里，两壁对耸狭窄，最窄处不到百米，最宽处不过150米，以雄伟险峻著称。巫峡以巫山得名，长45公里，是三峡中最整齐的峡谷。巫峡以幽深秀丽著称。西陵峡全长76公里，是三峡中最长的，其特点是峡中有峡，滩内含滩，江流回环曲折，水势凶险。2.1.3河流的基本特征河流断面a.横断面：垂直于水流方向的断面深泓线：河道中各横断面水流最大流速点的连线。中泓线(溪线)：河道中各横断面最大水深点的连线。b.纵断面：沿河流中泓线切出来的断面中泓线？深泓线?(2)河流长度(RiverLength)1)定义：河流源头至河口沿河槽中泓线量取的距离L。2)作用：河流特性的基本参数，可确定落差、比降和能量。(3)河流弯曲系数(Tortuosity)1)定义：沿河流中泓线两点间的实际长度与其直线距离的比值。2)特性：任何河段都有它的弯曲系数；它可反映河流流经地的地质地貌特征。lL1LKl(4)河流比降1)横比降：河流沿横断面方向的水力坡度产生横比降的原因：a)弯曲河段中惯性离心力的作用；b)地球自转偏向力的作用；c)流速分布不均匀的影响。I凹岸凸岸I淤积凸岸水面凹岸冲刷agρIσRρV2(a)平面图(b)横断面图(c)水面单元水体受力图22tanVVRIaggR横坡度：gRBVIBh2(4)河流比降2)纵比降：a)水面纵比降（水面坡度）：中泓线上单位长度内水面的落差。b)河底纵比降（河底坡度）：中泓线上单位长度内河底的落差。021001000/HHHiLL比降计算公式：（1）当河道纵断面近于直线时，比降计算式为：（2）当河底高程沿程变化时，如下图，比降计算式为：lhlhhJ012012211102)()()(LLhlhhlhhlhhJnnn2.1.4水系(HydrographicNet)由河流的干流和各级支流，流域内湖泊、沼泽或地下暗河构成脉络相通的一个系统，称为河网，也叫河系或水系。111111112222334河流等级霍顿分级法斯特拉勒分级法如右图，其中的各个河流按自上而下的顺序分为1级、2级……。规定2条同级的河流汇合为高一级的河流，例如2条1级河流汇合后为2级；不同级的汇合时，则不增加汇合后的河流级别，如2级与1级汇合后仍为2级。河流地貌定律（一）概述1．流域：汇集地面水和地下水的区域称为流域，也就是分水线包围的区域。当不指明端面时，流域乃对河口断面而言。2．分水线：流域的周界。每个流域的分水线，就是流域四周最高点的连线，通常就是流域四周山脉的脊线。如秦岭是长江与黄河的分水岭。包括：地面分水线——地面水集水区；地下分水线——地下水集水区；2.2流域与水系特征3．闭合流域：当一个流域的地面分水线与地下分水线相重合，河床切割较深。（理想）4．不闭合流域：由于地质构造上的原因，地面分水线与地下分水线并不完全重合。不闭合流域与相邻流域间发生水量交换，实际上很少有严格的闭合流域。实际工作中，除有石灰岩溶洞等特殊的地质情况外，一般较大流域，不闭合引起的水量误差相对较小，可按闭合流域考虑（流域是相对于某一出口断面而言，当不指明断面时，流域即指对河口断面以上区域）。流域的几何特征1)流域面积：是流域的主要几何特征。通常先在适当比例尺的地形图上定出流域分水线，然后量出它所包围的面积。F（km2）方格法、求积仪法2)流域长度：以流域出口为中心向河源方向做一组不同半径的同心圆，各圆与流域分水线相交形成割线，各割线中点的连线长度。L3)流域平均宽度：4)流域形状系数：FBLBL(3)流域的自然地理特征流域的地理位置、气候、地形、植被、土壤特性，地质构造，沼泽及湖泊情况等，都是与流域水文特性密切有关的自然地理特征。1)地理位置：经纬度2)气候条件：降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素3)下垫面条件：地形地貌、地质构造、土壤、岩石性质、流域的植被、流域的湖泊和沼泽森林度：湖泊率：0100%cFF100%cAF二、水系的基本特征1、水系的形状（1）扇形水系（2）羽形水系（3）平行状水系（4）混合状水系2、河网密度：干支流总长度/流域面积ｋｍ/ｋｍ２2.3径流形成过程概述流域内的水自降落开始至水流汇集、流至出口断面的整个过程，称为径流形成过程。一般分为4个阶段(1)降水阶段：从云降落到地面的液态或固态水的滴粒降水量ΔH：一定时间内降落在某一点或某一集雨面积上的总水量，用深度表示，mm降水历时Δt：降水的持续时间，min,h或d降水强度i：单位时间内的降水量，mm/min、mm/hHit降雨量对径流量的大小起决定性的作用。根据24h降水总量或12h降水总量，可以把降水强度分为小雨、阵雨、中雨、暴雨、特大暴雨等。(2)流域蓄渗阶段降雨开始时并不立即形成径流。雨水一部分会被地面植物截留，一部分会渗入地表土中，一部分被蓄留在坡面的坑洼里。这一阶段称为流域蓄渗。(3)坡面漫流阶段流域蓄渗阶段完成以后．剩余雨水沿着坡面形成坡面漫流。它从局部区域开始，逐渐扩展到全流域。坡面漫流的雨水最后汇入河沟。(4)河槽集流阶段汇入河沟的水，顺着河道由小沟到支流、由支流到干流、最后到达流域出口断面。这个阶段称为河槽集流。河川径流的大小和变化，通常用流量和水位来表示。一年内的最大洪峰流量，称为年最大流量。从径流形成过程来看．影响径流变化的主要因素可分为气候因素、下垫面因素和人类活动因素。(1)气候因素降水和蒸发直接影响径流的形成和变化。(2)下垫面因素1)地貌2)地质和土壤3)植被4)湖泊和沼泽5)流域面积与形状(3)人类活动因素1)增加河川径流量的措施：人工降雨、融雪、跨流域调水2)改变河川径流分配的措施：修筑水库等水利工程3)减少地表径流的措施：引水灌溉等2.4影响径流的主要因素(1)流量Q：单位时间内流经河流某一水断面的水量。m3/s(2)径流总量W：一段时间内通过河流过水断面的总水量，m3(3)径流模数M：单位流域面积上平均产生的流量，L/s•km2(4)径流深度R：它是径流总量W折算成全流域的平均水深，单位为mm，常用来与降水量作比较(5)径流系数α：径流深度R与降水量X之比，有1000QMFRhXxWQt1000WRA2.5径流表示方法和度量单位某水文站流域面积F=54500ｋｍ２。多年平均降雨量P=1650ｍｍ，多年平均流量Q=1680ｍ３/ｓ。求该流域径流参数。解：（1）多年平均径流量：W=QT=1680*365*86400=530亿ｍ３（2）多年平均径流深：R=W/100F=530*108/1000*54500=972ｍｍ（3）多年平均径流模数：M=1000Q/F=1000*1680/554500=30.8L/（ｓｋｍ２）（4）多年平均径流系数：α=R/P=972/1650=0.592.6.2径流的年际变化年径流的多年变化一般指年径流年际间的变化幅度(简称年际变幅)和多年变化过程两个方面年际变幅：用年径流变差系数(Cv值)、实测最大年平均流量与最小年平均流量比值（简称年际比值)来表示多年变化：包括年径流丰、平、枯水的特征及其循环年径流变差系数--CvKi--年径流变率，n--为观测年数Cv值--反映一个地区年径流相对变化程度．（Cv值大-变化剧烈，不利于水资源的利用；Cv值小--年际变化缓和，有利于水资源的利用）QQKnKCiiniv/,1)1(12影响Cv值大小的因素主要有年径流量的多少和补给来源2.6.3我国河川径流分布概况我国年径流分布和年降水量分布一样，总趋势：由南向北和由东向西递减，新疆、甘交界以西，则由西向东递减，具有明显的地域性分布规律，地形分布复杂．呈现多种非地域性变化．（一）年径流的地理分布1、丰水带（800mm）2、多水带（200~800mm）3、过渡带（50~200mm）4、少水带（10~50mm）5、干涸带（10mm）（二）年径流的年内变化径流的年内变化主要取决于河流的补给条件。雨水补给，汛期，枯水期．（三）年径流的年际变化径流的年际变化，较降水更为剧烈，北方大于南方，水量越贫乏的地区，丰枯年间的水量相差越大。2.6.4我国河流流量的主要补给类型(1)雨源类(2)雨雪源类(3)雪源类雨源类河流季节性河流雨雪源类河流