3水文循环与径流形成

第二章 水文循环与径流形成

研究对象 1.自然界的水文循环 2.河流与流域 3.降雨、蒸发、下渗与径流
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第二章 水文循环与径流形成
研究内容 1. 自然界水文循环及水资源
2. 河流、流域特征及其对水文变化的影响 3. 降水成因、分类、观测 4. 蒸发观测与计算 5. 下渗观测与计算 6. 径流及其形成过程 7. 全球、流域水量平衡
分水线 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。目前，可用GIS软件自动勾绘出流域边界 ，计算出流域面积。 流域面积
作用：自然条件相似的情况下，流域面积越大，河流水量
河流
越大。
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二 流域及其特征
(2)流域长度，L，km
流域长度的计算方法有三种：
A：从流域出口沿主沟道至流域最远点之间的曲线距离；
全球：Pc Po Ec Eo Sc So
P E S
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三 人类活动对水循环、水平衡的影响
修建水库
有利影响
引水灌溉 跨流域调水 大面积滥伐森林
不利影响
排干湖、沼 过度抽取地下水
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第二节 河流与流域


主要内容： 河流及其特征、河流地貌定律；流域及其特征 学习要求： 了解河流、水系的基本概念； 掌握河流主要特征的计算方法； 掌握流域、闭合流域、非闭合流域的基本概念以 及流域特征对径流的影响。
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一 河流及其特征
4 河流基本特征 （1）河流长度：或河长，是指自河源沿主沟道至河口的长 度，L，km。 在一定比例尺地形图上量出。 河长作用：是河流特性的基本参数，可确定河流落差、 比降和能量。 河源

河口
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一 河流及其特征
(2)河网密度

定义：单位面积内河流干、支流的总长度称为河网密度。 反映了一个地区的河网疏密程度，用符号D表示，单位为 km/km2，计算公式如下：
I Q S
式中：I为给定时段内输入研究区域的总水量；O为给定时段内输出
研究区域的总水量；△S为给定时段内研究区域蓄水量的变化量。
上式是水量平衡方程的最基本形式，对于不同的区域和研究问题 ，还应具体分析其输入输出量的组成，写出相应的水量平衡方程。

水循环过程中的水量平衡方程的基本因素为降水量、蒸发量和径 2013-7-30 7 流量以及区域蓄水量的变化量。
L D
F
式中：D为河网密度, km/km2；F为区域总面积, km2。

作用：河网密度越大，流域切割程度越大，径流汇集速度 较快；河网密度小，则流域排水不良，径流汇集缓慢；河 网密度越大，河道滞蓄水量越大，防洪越有利。
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一 河流及其特征
(3)河流弯曲系数
定义：河流长度与河源到河口间直线距离之比，表示河流平 面形状的弯曲程度。用符号K表示，计算公式如下： L K l 式中：K为河流弯曲系数；L为河流实际长度，km；l为河流直线 长度。
外部因素：地心引力、太阳辐射大气 陆地 海洋 水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。它对地球环境 大循环，海洋 定义：地球上各种水体中的水在太阳辐射和地心引力作用下通过 主要环节：降水、蒸发、下渗、径流 太阳辐射为水分蒸发提供热量，促使液态、固态的水变成水 的形成、演化和人类生存都有着重要的作用和影响。正是由于水文 不断蒸发、水汽输送、凝结、降水、下渗、径流的永无休止的往 水文循环 海洋小循环，海洋 大气 海洋 小循环 汽，并引起空气流动；地心引力使空中水汽以降水形式回到 循环，才使得人类生产和生活中不可或缺的水资源具有了可再生性 复循环过程，称为水文循环，或水循环。 陆地小循环，陆地 大气 陆地 地面，并促使地表水、地下水汇入海洋。 和时空分布的不均匀性，提供了江河湖泊等地表水资源和地下水资 另外，陆地上的地形、地质、土壤、植被等条件对水文循环 源，同时也造成了旱涝灾害，给水资源的开发利用增加了难度。 也有一定的影响。 研究水文循环的目的在于认识其基本规律，揭示其内在联系， 内部因素：水的物理三态（固、液、气）在一定条件下可以相互转换。 这对合理开发利用水资源、抵御洪旱灾害等都有重要的意义。
B：从流域出口至流域最远点之间的直线距离； C：流域平面图形的几何中心轴长度。
目前，常用流域几何中心轴长度作为流域长度。
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二 流域及其特征
流域几何中心轴长度推求方法如下：
流域
流域轴线
河口
（1）以河口为圆心绘制同心圆 （2）作同心圆弧割线交于流域周线
（3）通过割线中点作流域轴线，其长度为流域长度
洪水位
枯水位
河床
主槽
滩地
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一 河流及其特征
左、右岸：面向下游，位于身体左侧的河岸为左岸，位于身体 右侧的河岸为右岸。 凹、凸岸：弯曲河段沿流向的平面水流形态呈凹形的岸称为凹 岸，相反称凸岸； 凹岸 凸岸
凸岸
凹岸
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一 河流及其特征
干流：将汇集的水流注入海洋、湖泊甚至沙漠等的河流。如长江、 黄河、珠江，以及塔里木河(入湖)、石羊河(消失于沙漠)等 。 支流：将汇集的水流注入一个更高一级河流的河流；
支流分级：
直接汇入干流的河流称为干流的一级支流，直接汇入一级 支流的河流称为干流的二级支流，依此类推。
南溪河 岔巴沟
黑河
泾河
渭河 无定河
黄河 黄河
大理河
河系或水系：河流的干流及其全部支流构成的脉络相通的水流系统 。水系通常用干流命名，如长江水系、黄河水系；或以归宿 2013-7-30 14 的湖泊而定名，如洞庭湖水系，鄱阳湖水系等。
在河流弯道段的横断面上存在水面横比降。产生原因是， 流经弯道河段水流收到地球自转偏转力和河流弯道离心力共同 作用，导致表层水流向凹岸流动，凹岸水面高程大于凸岸水面 高程。河流弯道段凹、凸岸水面高程差与相应横断面河宽的比 值称为河流弯道横比降。 在二力作用下，河流弯道表层水流从凸岸向凹岸流动，底 层水流从凹岸向凸岸流动，构成一个封闭的横向环流。横向环 流与纵向水流共同作用形成江河中常见的螺旋流。这种螺旋流 使河道的凹岸受到冲刷，凸岸受到淤积，因此将取水建筑物布 置在河道弯道凹岸。

作用：弯曲系数K值越大，河段越弯曲，对航运和排洪不利。
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一 河流及其特征
(4)河流断面

1）横断面：与水流方向相垂直的断面，两边以河岸、下面 以河底为界、上面为水面；包括水位线在内的横断面则叫过 水断面。任一条河流自河源至河口有无数个横断面，各横断 面形状各异，且受冲淤变化影响。
完全闭合流域是不存在的。在实际工作中，除了有石灰岩溶洞
等特殊地质情况外，对于一般大中流域而言，当对所讨论问题 影响不大时，多按闭合流域考虑。
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二 流域及其特征
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二 流域及其特征
3 流域基本特征
流域基本特征包括形状特征、地形特征 和自然地理特征 三类。 3.1流域形状特征 (1)流域面积，F，km2。 定义：流域地面分水线所包围区域的水平投影面积。
横断面分类：河流横断面是河流平面形态和水流长期相互作 用和相互影响的结果。根据横断面形状可分为单式断面（V或U 形）和复式断面（宽浅阶梯状U形，有多级河漫滩）两类。

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27 河流横断面的一般形状
一 河流及其特征
(4)河流断面

2）河流纵断面
定义：是指沿河流水流方向从河源到河口的各横断面最大 水深点的连线的剖面。
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二 流域及其特征
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二 流域及其特征
2 闭合流域和非闭合流域
河流水源有地面水和地下水之分，同样分水线也有地下水分水
线和地面水分水线之分。二者一般大体一致，但有时受地貌特 征和水文地质条件的影响，二者可能不一致。
地面分水线与地下分水线重合的流域称为闭合流域。 地面分水线与地下分水线不完全重合的流域称为非闭合流域。
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二 流域及其特征
1 流域与分水线概念
流域：河流某一横断面以上汇集地面水和地下水的区域称为
流域。
分水线：流域四周地面最高点的连线，通常就是流域四周山
脉的脊线。例如，降落在秦岭以南的雨水流入长江，降落在 秦岭以北的雨水则汇入黄河，秦岭便是长江和黄河的分水岭 。对较小流域而言，其间虽无山岭，但有地形上的脊线，也 构成分水线。
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一 河流及其特征
1 基本概念：
河流：汇集一定区域内地表水与地下水的天然泄水通道，由流 动的水体与容纳水流的河槽两大要素构成。 河谷：河流流经的谷地。
河床或河槽：河谷底部有水流的部分。
枯水期水流所占据的河床称为主槽；
仅在汛期才被洪水淹没的河床部分称为河漫滩。
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第二章 水文循环与径流形成

研究目的
1.从自然界的水文循环理解水资源的再生性与有限性 2.了解流域对水文变化的作用及影响 3.掌握降水、蒸发、下渗的基本概念与变化规律 4.掌握径流形成的基本概念与定量描述方法
5. 熟练掌握水量平衡原理及方程。
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第一节 水文循环与水量平衡

有些河流消失在沙漠中，则无河口，如甘肃石羊河。 高77.8m，宽101.0m
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长江河口
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