第二章 河川径流形成的基本知识
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第二章河川径流形成的基本知识
P19
地面分水线 地下分水线
地下分水线 地面分水线
闭合流域
非闭合流域
闭合流域与非闭合流域示意图
3) 闭合流域水量平衡方程 闭合流域：地表分水线和地下分水线重合，无水分从
地表和地下流入 则 RsI = RgI = 0；
令出流水量 R = RsO + Rg，再假设区域用水量小到 可以忽略，即 q = 0，则闭合流域水量平衡方程为：
P - ( E + R )＝∆S 多年平均情况下，∆S→0 则多年平均水量平衡方程为：
P - ( E + R )＝0
4) 全球水量平衡方程 大陆的水量平衡方程：
➢ 海洋的水量平衡方程：
P cR E c Sc
P oR E o So
C指大陆 多年平均情况下：∆S→0
O指海洋
➢ 大陆多年平均水量平 衡方程为：
2、河流的分段
河流通常分为河源、上游、 河源 中游、下游、河口五段
河源：河流的发源地。正源 上游 确定“唯远唯丰”
河源可以是溪涧、泉水、冰川、沼 泽或湖泊。如黄河发源于青海省巴 彦喀拉山北麓的卡日曲(地下水出露 的泉眼)；长江发源于青海省格拉丹 东雪山的现代冰川；松花江发源于 长白山的天池
上游：直接连着河源 河口：河流的终点
(4) 河流的平面形态 ①平原河流：流经地势平坦的平原地区，河谷多为发
育完全的河漫滩形态 ②山区河流：受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河
谷断面形成发育不完全的“V”字和“U”字形
在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用， 往往形成各种淤积体
相关术语: 站在上游，面向下游，左为左岸，右为右岸 河水流动过程中作用于河岸，侵蚀形成凹岸，堆积形成凸岸 在凹岸水深较大，称为深槽，两反向河湾之间为直段，水深较 浅，称为浅槽
地面分水线 地下分水线
地下分水线 地面分水线
闭合流域
非闭合流域
闭合流域与非闭合流域示意图
3) 闭合流域水量平衡方程 闭合流域：地表分水线和地下分水线重合，无水分从
地表和地下流入 则 RsI = RgI = 0；
令出流水量 R = RsO + Rg，再假设区域用水量小到 可以忽略，即 q = 0，则闭合流域水量平衡方程为：
P - ( E + R )＝∆S 多年平均情况下，∆S→0 则多年平均水量平衡方程为：
P - ( E + R )＝0
4) 全球水量平衡方程 大陆的水量平衡方程：
➢ 海洋的水量平衡方程：
P cR E c Sc
P oR E o So
C指大陆 多年平均情况下：∆S→0
O指海洋
➢ 大陆多年平均水量平 衡方程为：
2、河流的分段
河流通常分为河源、上游、 河源 中游、下游、河口五段
河源：河流的发源地。正源 上游 确定“唯远唯丰”
河源可以是溪涧、泉水、冰川、沼 泽或湖泊。如黄河发源于青海省巴 彦喀拉山北麓的卡日曲(地下水出露 的泉眼)；长江发源于青海省格拉丹 东雪山的现代冰川；松花江发源于 长白山的天池
上游：直接连着河源 河口：河流的终点
(4) 河流的平面形态 ①平原河流：流经地势平坦的平原地区，河谷多为发
育完全的河漫滩形态 ②山区河流：受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河
谷断面形成发育不完全的“V”字和“U”字形
在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用， 往往形成各种淤积体
相关术语: 站在上游，面向下游，左为左岸，右为右岸 河水流动过程中作用于河岸，侵蚀形成凹岸，堆积形成凸岸 在凹岸水深较大，称为深槽，两反向河湾之间为直段，水深较 浅，称为浅槽
河川径流的基础知识
水循环过程图
3、水循环类型
根据其路径和规模分为：
大循环（又称外循环、海陆间循环）
小循环（又称内部循环，包括海洋小循环和陆地小循环）。
水汽输送
蒸 发
径流输送
大陆
海洋
海陆间循环：是指海洋水与陆地水之间通过
一系列过程所进行的相互转换运动。这种循环 又称为大循环。
意义：使得陆地上的水不断得到补充，水资源
第2章 河川径流形成的 基本知识
2.1
水循环及水量平衡
一、水循环
自然界中的水从形态上（固、液、 汽）、位臵上（地面、地下、空中）不 断地、周而复始地变化过程构成了水循 环。（图示）
1、概念
地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通 过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断
地发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水循环。地球
式中，∑L ~ 流域内干支流的总长 度(km) ；A ~ 流域面积(km2)
6、流域的长度和平均宽度
流域长度就是流域轴长。以流域出口为中心向河源方向 作一组不同半径的同心圆，在每个圆与流域分水线相交处 作割线，各割线中点的连线的长度即为流域的长度，以km 计。流域面积与流域长度之比称为流域平均宽度，以km计。
虚拟河底
式中h0 ,…, hn——自下游到上游沿程各点河底高程、 l1 ,…, ln——相邻两点间的距离。m； L ——河段的全长．m。 如果纵剖面呈曲线形，则用折线逼近。
4、河网密度： 流域内河流干支流总长度与流域面积的比值称 为河网密度，以km／km2计。即流域平均单位面积 上的河流长度。表示流域内河网疏密程度，反映 流域汇流能力。密，汇流强；疏，弱。 5、流域面积： 流域分水线包围区域的平面投影面积，称为流 域面积，记为F，以km2计。可在适当比例尺的地 形图上勾绘出流域分水线．量出其流域面积。反 映流域大小，是流域的主要几何特征。
水文学第二章第七节径流
松花江S=55.72万km2，据松花江河口控制站1956～1979 年资料推算，松花江多年平均W为734.7亿m3， R=131.6mm;Q=2329.7m3/s;M=4.18
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14
三、径流的形成过程
1.流域蓄渗过程 2.坡地汇流过程 3.河网汇流过程
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15
流域的蓄渗过程
降雨初期，只有少量(5%)雨水落入河槽，绝大部分落在流域 表面上，并不立即产生径流，而是消耗于植物截留(In)、 下渗(f)、填洼(D)和蒸散发(E)。
壤中流
地表径流
地下径流
沟流
片流
地表径流
坡地汇流
河网汇流
小河流
大河流
大海
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20
产流与汇流
❖ 在径流形成中通常将流域蓄渗过程，到形成地面汇流及早期 的表层流过程，称为产流过程，
❖ 坡地汇流与河网汇流合称为流域汇流过程或汇流过程。
流域蓄渗过程 地面汇流
流域产流过程
径流形 成过程
坡地汇流过程 壤中汇流 地下水汇流
29
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30
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31
[思考题] ❖ 1.对于闭合流域来说，为什么径流系数必然小于1? ❖ 2.径流的度量方法有：( )
A 流量 B 径流量 C 径流深 D 径流系数 ❖ 3.径流形成过程中包括那些子过程，各有何特点？ ❖ 4.河川径流是由流域降雨形成的，为什么久晴不雨河水
仍然川流不息？
1.某闭合流域面积为21901km2，多年平均降水量为476.1mm，多 年平均径流深66.1mm。试求多年平均年蒸发总量，并计算其多 年平均径流系数和蒸发系数。
2.某水文站有40年观测资料，多年平均流量为Q0＝830m3/s。 其控制流域面积为F＝120000km2，多年平均流域降雨量P0＝ 770mm。试计算该水文站控制流域的多年平均径流总量、多年 平均径流深、多年平均径流模数和多年平均径流系数。
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三、径流的形成过程
1.流域蓄渗过程 2.坡地汇流过程 3.河网汇流过程
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15
流域的蓄渗过程
降雨初期，只有少量(5%)雨水落入河槽，绝大部分落在流域 表面上，并不立即产生径流，而是消耗于植物截留(In)、 下渗(f)、填洼(D)和蒸散发(E)。
壤中流
地表径流
地下径流
沟流
片流
地表径流
坡地汇流
河网汇流
小河流
大河流
大海
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产流与汇流
❖ 在径流形成中通常将流域蓄渗过程，到形成地面汇流及早期 的表层流过程，称为产流过程，
❖ 坡地汇流与河网汇流合称为流域汇流过程或汇流过程。
流域蓄渗过程 地面汇流
流域产流过程
径流形 成过程
坡地汇流过程 壤中汇流 地下水汇流
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[思考题] ❖ 1.对于闭合流域来说，为什么径流系数必然小于1? ❖ 2.径流的度量方法有：( )
A 流量 B 径流量 C 径流深 D 径流系数 ❖ 3.径流形成过程中包括那些子过程，各有何特点？ ❖ 4.河川径流是由流域降雨形成的，为什么久晴不雨河水
仍然川流不息？
1.某闭合流域面积为21901km2，多年平均降水量为476.1mm，多 年平均径流深66.1mm。试求多年平均年蒸发总量，并计算其多 年平均径流系数和蒸发系数。
2.某水文站有40年观测资料，多年平均流量为Q0＝830m3/s。 其控制流域面积为F＝120000km2，多年平均流域降雨量P0＝ 770mm。试计算该水文站控制流域的多年平均径流总量、多年 平均径流深、多年平均径流模数和多年平均径流系数。
第二章 水循环与河川径流的形成 工程水文学
2.下垫面因素
下垫面因素：流域的地形、土壤、地质、植被、 湖泊等自然地理因素，称为下垫面因素。 流域的地理位置决定降雨量的多少，地形对降雨 、蒸发、蓄渗及汇流都有影响；土壤和地质因素 决定入渗和地下径流的状况；植被可以改造土壤 和气候；湖泊也有贮存水量、调节径流的作用。 3、人类活动对径流的影响 人类改造自然的活动对径流的影响可从三方面体 现出来：农林牧措施、水土保持措施以及水利化 措施。 另一方面，人类的活动又极大地影响到水质的变 化，致使水体污染加剧。
两脚规法）
河流比降：单位长度河段的落差，分水面比降
和河底比降
H 2 , H1
H
（1）河流——山区与平原河流的一般特性
山区河流
流经地势高峻、地形复杂的山区。
受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形 成发育不完全的“V”字和“U”字形。大多为岩
石河床，复杂、无规律
洪水汇流快，暴涨暴 落，水位变副大，丰
三、地下径流与固体径流 1、地下径流 地下径流与地面径流相比，水量较小，水位变幅不大，在数
量和时间上相对稳定。同时，矿物质含量高、地下径流污染
较轻、水质条件较好 2、固体径流 1）悬移质泥沙：颗粒较小，重量较轻，悬浮于水中，随水流 运动的泥沙 2）推移质泥沙 ：颗粒较大，重量较重，沉于河底，当水流速 度较大，沿河床滚动、跳动的泥沙
坡面漫流过程
汇流
是净雨经坡面、地下水库、 河槽调蓄，在时程上再分配 的过程
河槽集流过程
1/2
二、河川径流的影响因素
1、气象条件 气温、湿度、风等通过降水、蒸发对径流产生作 用，流域内的蒸发、降水直接决定了河川径流量的大 小。 流域地理位置在地球上的经度、纬度以及与海洋、 山脉的远近直接决定流域内的气象条件。
第二章 径流形成过程
S1, S2：Δt时段初、末水体蓄水量 I ：Δt时段平均入流量 O ：Δt时段平均出流量 P：Δt时段内降雨量 E： Δt时段内蒸发量
2.2.3 流域蒸散发量计算
三、水面蒸发量估计
(三)空气动力学法
E0=f(ud)*(e0-ed) e0 ：相应于近水面空气温度的饱和水汽压，英寸； ed ：水面以上一定高度的水汽压，英寸； ud ：水面以上一定高度的风速，英里/天。
2.1 径流形成过程描述
径流形成过程是一个复杂连续的物理过程.它始于降 雨过程，终于流域出口流量过程。径流形成过程可以划 分为五个：
（1）无雨期。降水前的干旱期。流域上无径流产生， 河槽处于低水期，主要靠地下水补给。
（2）初雨期。其特征是除槽面降水产生微量径流外， 流域中的降水，主要耗于植物截留、下渗、填洼和蒸散 发等。
2.3 土壤水分运动
水力传导度与土壤含水量的经验关系式：
K a m1
经验公式：
K K sWsm2
式中 Ws为饱和度（土壤中含水的体积与孔隙体积之比）
K K0 exp( zi / Szm )
式中 zi 为饱和地下水面深度，Szm 非饱和区最大蓄水深度
2.3 土壤水分运动
非饱和土壤水流运动的基本微分方程：
三层蒸发模式的具体计算
1)当WU+P>=EP, EU=Ep, EL=0, ED=0;
2)当WU+P<EP, WL>=C.WLM, EU=WU+P, EL=(EP-EU)*WL/WLM, ED=0;
3)当WU+P<EP, C.(EP-EU)<=WL<C.WLM, EU=WU+P, EL=C*(EP-EU), ED=0;
2.2.3 流域蒸散发量计算
三、水面蒸发量估计
(三)空气动力学法
E0=f(ud)*(e0-ed) e0 ：相应于近水面空气温度的饱和水汽压，英寸； ed ：水面以上一定高度的水汽压，英寸； ud ：水面以上一定高度的风速，英里/天。
2.1 径流形成过程描述
径流形成过程是一个复杂连续的物理过程.它始于降 雨过程，终于流域出口流量过程。径流形成过程可以划 分为五个：
（1）无雨期。降水前的干旱期。流域上无径流产生， 河槽处于低水期，主要靠地下水补给。
（2）初雨期。其特征是除槽面降水产生微量径流外， 流域中的降水，主要耗于植物截留、下渗、填洼和蒸散 发等。
2.3 土壤水分运动
水力传导度与土壤含水量的经验关系式：
K a m1
经验公式：
K K sWsm2
式中 Ws为饱和度（土壤中含水的体积与孔隙体积之比）
K K0 exp( zi / Szm )
式中 zi 为饱和地下水面深度，Szm 非饱和区最大蓄水深度
2.3 土壤水分运动
非饱和土壤水流运动的基本微分方程：
三层蒸发模式的具体计算
1)当WU+P>=EP, EU=Ep, EL=0, ED=0;
2)当WU+P<EP, WL>=C.WLM, EU=WU+P, EL=(EP-EU)*WL/WLM, ED=0;
3)当WU+P<EP, C.(EP-EU)<=WL<C.WLM, EU=WU+P, EL=C*(EP-EU), ED=0;
河川径流
珠穆朗玛峰的溪流
（三）水文统计/统计特征值
1. 算术平均数
又称均值，通常用x表示，设随机变量x有x1， x2……xn个值,则算术平均值为：
x1 + x2 + x3 + ⋯ + xn 1 n x= = ∑ xi n n 1
2.均方差σ 即变量x有x1，x2……xn个值，各值对的离差为， (x1 –x)、（ x2 -x ）、（ xn - x ），离差 值有正有负，均方差就是离差平方的平均数的 平方根。
2. 年内变化 根据一年内河流水情的变化，可分为若干个水情 特征时期，如汛期，平水期，枯水期或冰冻期等。 不同补给形式的河流，其年内变化特征也不一样。
（五）特征径流 1.洪水 河流水位达到某一高度，致使沿岸村庄、 城市建筑物、农田受到威胁时，称为洪水位。 分类 按照来源可分为 上游演进洪水 和 当地洪 水。 2.枯水 一年中没有洪水时期的径流，成为枯水径 流。 枯水径流主要来源于流域的地下水补给。
σ=
∑(x − x )
i
2
n
3 离差系数 用均方差与均值之比作为衡量相对离散程 度的参数，这就是离差系数
1 Cv = = x x
σ
∑(x − x )
i
2
n
Cv值、观测年数和准确程度的关系 值
达到下列准确度（％）必须观测的年数 Cv 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 +4.0 14 25 39 56 76 100 126 156 189 225 +5.0 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 +6.0 6 11 17 25 33 44 55 69 83 99 +7.0 5 8 13 19 25 33 42 50 62 74 +8.0 4 6 10 14 19 25 32 39 47 56 +9.0 3 5 8 11 15 20 25 31 38 45 +10.0 2 4 6 9 12 16 20 25 30 36 +20.0 1 1 2 2 3 4 5 6 8 9
工程水文学 第二章 河川水文基础知识
河流按不同的级别划分为： 干流： 干流：
河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。 河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。
支流 :
汇入干流的河流均称为一级支流， 汇入干流的河流均称为一级支流，而汇入一级 支流的河流则称为二级支流，以此类推。 支流的河流则称为二级支流，以此类推。 依据水流的流动方向从上至下分为五段： 依据水流的流动方向从上至下分为五段： 河源 上游 中游 下游 河口
式中，L ~ 河段的长度 河段的长度(m) 式中， h0, h1, … hn ~ 从下游到上 游各点河底高程(m) 游各点河底高程 l1, l2, … ln ~ 各点间的距 离(m)
河底线
hn 0 ln
h
i
h li L
l
h0 l
l
2.1.2 流域及流域的主要特征
★ 流域的定义
河流某断面以上， 河流某断面以上 ， 汇集地表水和地下水的区 域（ 分别称做地面集水区和地下集水区）统称做 分别称做地面集水区和地下集水区） 河流在该断面以上的流域。 河流在该断面以上的流域。
流域平均宽度B 流域平均宽度B ：km B=A/L 流域的形状系数 K K=B/L=A/L2 (2) 流域的自然地理特征 地理位置
以地理的经度和纬度来表示。 以地理的经度和纬度来表示。
气候条件
以各种的气象因子来描述。 以各种的气象因子来描述。
流域的土壤岩石性质和地质构造
反映了流域下垫面的特征， 反映了流域下垫面的特征，影响到降水入渗 的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。 的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。
(1) 流量 Q
单位时间内通过某一过水断面的水量， 单位时间内通过某一过水断面的水量 ， 可按 下式计算： 下式计算：
第2章 河川径流
桥涵水文
第二章 河川径流
• 三、我国河流的水量补给
1、雨源类 秦岭、淮河以南直到台湾、海南岛、云南等 广大地区的河流，都属于雨源类。
长江汉口水文 站1954年和 1955年流量过 程线
汛期长 水量大
桥涵水文
第二章 河川径流
分水岭
桥涵水文
第二章 河川径流
分水岭
桥涵水文
第二章 河川径流
• 2、雨雪源类 华北、东北地区的河流，每年有两次汛期：34月间由于融雪形成春汛；入夏后降雨增多，6~9 月间形成夏汛或秋汛。
桥涵水文
第二章 河川径流
（2）河流长度：一般天然河流，从河源到河 口的距离。
• 测量方法：用曲线计、两脚规或其它方法，从地图上得到。 • 缺点：一般比实际距离要小，需要进行修正。
桥涵水文
第二章 河川径流
• （3）河流比降：任意河段两端（水面或河底）的高程差
与其河段长度之比称为比降，有水面比降和河底比降。以百 分数或小数表示。
水文资料的来源: 1、水文站观测资料 3、文献考证资料
2、洪水调查资料
桥涵水文
第二章 河川径流
• 一、水文站观测资料
一般搜集历年最大洪峰流量（同一洪水成因）及其相应 的洪峰水位、洪水比降、粗糙系数、流速、河段变化等 。 水文站观测资料由于天然或人为原因，会存在一些误差， 因此在使用时需要复核。 1、洪水水位资料的复核 2、洪峰流量资料的复核
特点：流域面积大，比降 小；汇流时间长、涨落平 缓、水位流量变幅小、河 床稳定性差、地势平坦易 冲淤。
桥涵水文
第二章 河川径流
• 平原河流按平面形态及演变过程可分为四种类型 的河段： • ①顺直微弯型（边滩平移型）河段：
第二章河川径流形成的基本知识
第二章河川径流形成的基本知识2.1水文循环及水量平衡一、水文循环1水文循环（水循环）:存在于地球上各种水体中的水,在太阳辐射与地心引力的作用下,因蒸发成为水汽,经输送、上升、冷却、凝结，并在适当条件下，降落到地面，再经过入渗和径流等方式进行不断交替转移的现象。
2水文循环的要素：蒸发（E）、降水（P）、下渗量（I）、径流（R）3水文循环的分类：大循环---海洋与陆地之间的水分交换；小循环---海洋与大气之间、陆地与大气之间的水分交换。
4水文循环的内外因：外因---太阳辐射、地心引力；内因---水的气、液、固三态在一定条件下彼此之间的转化。
5中国水分循环的途径我国位于欧亚大陆东部，太平洋西岸，处于西伯利亚干冷气团和太平洋暖湿气团的交绥带。
——太平洋是水汽的主要来源，由东南季风和热带风暴降大量水汽输向内陆形成降水，雨量自东南沿海向西北内陆递减，而相应的大多数河流则自西向东注入太平洋，如长江、黄河、珠江等；——其次是印度洋，水汽随西南季风进入我国西南、中南、华北以至河套地区，成为夏秋季降水的主要源泉之一，径流的一部分自西南一些河流注入印度洋，如雅鲁藏布江、怒江等；另一部分分流入太平洋；——北冰洋水汽借强盛的北风经西伯利亚和内蒙古进入我国西北地区，但水汽含量少，引起的降雨并不多，且大部分回归太平洋；——鄂霍茨克海和日本海的水汽随东北季风进入我国，对东北地区春夏季降水起着相当大的作用，径流注入太平洋；——大西洋的少量水汽随盛行的西风环流东移，也能参加我国内陆腹地的水分循环。
6水体更替周期：水体通过水循环得到更新，其更新时间称为“更新周期”。
计算公式为：t r= S/Q。
（式中，t r为更新所需时间；S为水体的储量；Q为流量）二、水量平衡1水量平衡：在任一区域给定时段内，输入水量与输出水量之差等于该区域内的蓄水量变化2水量平衡方程——I –O = △S式中，I——给定时段内的输入水量；OO——给定时段内的输出水量；△S——给定时段内的蓄水量变化，可正可负。
第二章径流形成
，形成20mm净雨深，求在流域出口断面所形成的流量Q，径流总量W以 及流域的径流深R、径流模数M和径流系数α 。
二、某闭合流域的面积为1000km2，多年平均年降水量为1050mm，
出口断面多年平均流量为12.5m3/s（一年以365日计），试求： 1、该流域出口断面的多年平均径流总量； 2、该流域的多年平均蒸发量； 3、该流域的多年平均径流系数。
解： 1、求该流域出口断面的多年平均径流总量W W=QT=(12.5 m3/s)×(365×24×3600s)=3.942×108 m3 2、求该流域的多年平均蒸发量E 多年平均径流深R=W/F=3.942×108 m3/（1000×106m2） =0.3942m=394.2mm 多年平均蒸发量E=多年平均降雨量P-多年平均径流深R =1050-394.2=655.8mm 3、该流域的多年平均径流系数α α =R/P=394.2/1050=0.375
降水形成的水流，从它产生 的地点向流域出口断面的汇集过 程，称为流域汇流。汇流可分为 坡地汇流及河网汇流两个阶段。
产流过程 降水过程 流域蓄渗过程
汇流过程 坡地汇流 过程 河网汇流 过程
径流的影响因素
气候因素 降雨 蒸发 流域地形 流域的大小和形状 径流的 影响因素 地理因素 河道特性 土壤、岩石和地质构造 植被 湖泊和沼泽
降雨-径流过程(Rainfall-runoff process)
填洼 (Depression detention/ storage, ponding)： 降雨被流域 上池塘、小沟等闭合 洼地 拦蓄的现象。
产流过程
降雨
地面径流
壤中流 下渗 地下水位
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
浅层地下径流
不透水层
第二章 径流及径流形成过程
2、径流总量——W 指一段时间内通过流域出口断面的总水量，单位为m3、万 m3 、亿m3 。
t2 计算公式为： W t Q( t )dt 1 Q
Q ( t 2 t 1 ) QT
Q
——时段T内的平均流量
W
t1
T
t2
t
日径流总量、月径流总量、年径流总量通过上式都可以获 得。
3、径流深——R 把径流总量W平铺在流域面积F上所得到的水深，称为径流 深，单位mm。 R=W/(1000F)
1、概念
在流域中，从降水到达地面至水流汇集于流域出口断面的 物理过程。 用简图可以表示如下。
P
Q
t
t
径流形成分两个阶段：产流阶段和汇流阶段。如下图所示。
P 产流 t 降雨过程 净雨过程 t R 汇流 t 流域出口断面流量过程 Q
图中，R=P-P损。 P损 包括植物截留、填洼、 下渗、蒸发等损失水 量。 即：径流量（净雨 量）＝降雨量－损 失量
地下净雨→地下径流
总径流过程
3、
汇流阶段
净雨通过坡地、河网汇集到流域出口断面的过程，可细分 为坡地汇流和河网汇流。 a.坡地汇流 坡面漫流，流程历时较短，大雨时是构成河流流量的主 要来源； 表层流径流，由土壤孔隙流入河网，流程历时较坡面漫 流长，对历时较长的暴雨，也是构成河流流量的主要来源。 坡地地下汇流，地下水补给河流，构成河流的基流。
作
业
1 某水文站多年平均流量Q0=830m3/s。其 控制的流域面积F=120000km2，多年平均流 域面雨量P0=770mm。试求该水文站控制流 域的年平均径流总量、多年平均径流深、 多年平均流量模数和多年平均径流系数。 一场降雨的净雨和径流在数量上相等，但 有何区别？
第二章河流概论
河流的泥沙吨数。 流域的侵蚀模数和河流含沙量的大小主要取决于流域上暴雨
的集中程度、土壤结构与组成特性、地表切割程度与地表坡 度以及植被覆盖条件等。
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(2)泥沙特性 1)几何特性：大小、形状
粒径（d）：用与泥沙同体 积球体的直径来表示，mm
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2)重力特性： s25~27kN/m 3
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）
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（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。
a. 横断面：垂直于水流方向的断面
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b. 纵断面：沿河流中泓线切出来的断面 中泓线？ 深泓线?
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。
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(2)河流长度 ( River Length ) 1)定义 ：河流源头至河口 或 测站断面沿河槽中泓线或轴线 量取的距离L。
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气候因素、下垫面因素和人类活动因素。 (1)气候因素
的集中程度、土壤结构与组成特性、地表切割程度与地表坡 度以及植被覆盖条件等。
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(2)泥沙特性 1)几何特性：大小、形状
粒径（d）：用与泥沙同体 积球体的直径来表示，mm
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2)重力特性： s25~27kN/m 3
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）
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（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。
a. 横断面：垂直于水流方向的断面
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b. 纵断面：沿河流中泓线切出来的断面 中泓线？ 深泓线?
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。
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(2)河流长度 ( River Length ) 1)定义 ：河流源头至河口 或 测站断面沿河槽中泓线或轴线 量取的距离L。
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气候因素、下垫面因素和人类活动因素。 (1)气候因素
第二章 水文循环
§2—5 径流
河川径流：指降水到达流域表面，经
地面和地下注入河槽，并向流域出口断面 汇集的水流。 河川径流的总水源（总补给）是什么？ 大气降水
§2—5 径流
一、河川径流的形成过程
二、影响径流的因素 三、径流量的表示方法和度量单位
一、河川径流的形成过程
河川径流的形成过程：是指从降雨到水流 流经流域出口端面的整个物理过程。 （一）产流过程： 降雨扣除损失成为净雨的 过程 净雨：降雨扣除损失后的雨量称为净雨。
本节小结
一、河川径流 1、概念 2、形成过程（产、汇流） 二、径流量的表示方法及度量单位 1、流量 2、径流总量 3、径流深 4、径流模数 5、径流系数
本章小结
一、水循环与水量平衡
二、降水的成因及类型
三、流域平均降雨量的计算方法有哪些？各
自的适用条件？
四、径流量的表示方法和度量单位？
Qm B
流 量 Q
W C t退 T 时间t
T——洪水总历时； W——洪水总量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA O t涨
二、影响径流的因素 （一）气候因素
（二）下垫面因素 （三）人类活动因素
（一）气候因素
1、降雨
同一降雨量，若强度大、历时短，形成的
洪峰流量也就大，流量过程尖瘦。
暴雨中心位置在下游时，洪峰流量较大。
2、蒸发
净雨和径流有何不同？
数量上：净雨=径流
净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流
的结果；
净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要
延长很长时间。
地面净雨→地面径流 表层流净雨→表层流或壤中流 地下净雨→地下径流
地面 径流 总径流 过程
河川径流：指降水到达流域表面，经
地面和地下注入河槽，并向流域出口断面 汇集的水流。 河川径流的总水源（总补给）是什么？ 大气降水
§2—5 径流
一、河川径流的形成过程
二、影响径流的因素 三、径流量的表示方法和度量单位
一、河川径流的形成过程
河川径流的形成过程：是指从降雨到水流 流经流域出口端面的整个物理过程。 （一）产流过程： 降雨扣除损失成为净雨的 过程 净雨：降雨扣除损失后的雨量称为净雨。
本节小结
一、河川径流 1、概念 2、形成过程（产、汇流） 二、径流量的表示方法及度量单位 1、流量 2、径流总量 3、径流深 4、径流模数 5、径流系数
本章小结
一、水循环与水量平衡
二、降水的成因及类型
三、流域平均降雨量的计算方法有哪些？各
自的适用条件？
四、径流量的表示方法和度量单位？
Qm B
流 量 Q
W C t退 T 时间t
T——洪水总历时； W——洪水总量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA O t涨
二、影响径流的因素 （一）气候因素
（二）下垫面因素 （三）人类活动因素
（一）气候因素
1、降雨
同一降雨量，若强度大、历时短，形成的
洪峰流量也就大，流量过程尖瘦。
暴雨中心位置在下游时，洪峰流量较大。
2、蒸发
净雨和径流有何不同？
数量上：净雨=径流
净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流
的结果；
净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要
延长很长时间。
地面净雨→地面径流 表层流净雨→表层流或壤中流 地下净雨→地下径流
地面 径流 总径流 过程
河川径流的基础知识汇总.
水位线 过水断面
• 3、河流分级：干流：从河源到河口，水量最集中， 河长最大的水流称作干流。水系中直接流入海洋、 湖泊的河流称为干流，流入干流的河流称为支流。 干流是水系中最高级别的河流。 一级支流：直接入干流的水流；（不考虑河长与 水量） 斯特拉勒(strahler) 二级支流：直接入一级支流的水流。 • 4、河系（水系）：脉络相通的大小河流及湖泊、 沼泽等水体所构成的脉络相通的水流系统称为水 系、河系或河网．如图所示。
陆地水平衡方程：
（P外+P内）-（E外+E内）=R P陆-E陆=R
• 陆地：P=E+R
海洋：E=P+R
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• • • •
工程水文学的内容及意义 主要研究方法 水循环 水量平衡
第二节 河流和流域 一、 概述
1、河流： （周期性）沿连续延伸的（本身营造）凹处流动 的天然水体。由水与河槽 两个要素构成。（矛盾统一 体） 2、河流分段： 一条河流沿水流方向，自高向低可分为河源、上 游、中游、下游和河口五段。 河源是河流的发源地，多为泉水、溪涧、冰川、 湖泊或沼泽等。 河口是河流的终点，即河流注入海洋或内陆湖泊 的地方。
上各类水体，通过水循环形成了一个连续而统一的整体。
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• 2、成因
• 水分循环的产生有其内因和外因。 • 内因是水的“三态”变化。 • 外因是太阳辐射和地心引力。太阳辐射分布的不均 匀性和海陆的热力性质的差异，造成空气的流动， 为水汽的移动创造了条件。地心引力（重力）则促 使水从高处向低处流动。从而实现了水分循环。
外流区水量平衡方程 P外-E外-R地表-R地下= S外 多年平均 P外-R- E外= 0 P外-R=E外
式中， P外、E外、R地表、R地下、 S外分别为外流区任意时段内降水量、蒸发量、
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式中，J ~ 河段的比降；
h1 h0 h J L L tgα
△h 0
h1
h0 L 0
h1, h0 ~ 河段二端河底高程；
L ~ 河段的长度
b. 当河段纵断面河底呈折线或曲线时，平均纵比降计算 式：
(h0 h1 )l 1 (h1 h2 )l 2 (hi hi 1 )l i (hn1 hn )l n 2h0 L J L2 li ln l1 l2 (h0 h1 ) (h1 h2 ) (hi hi 1 ) (hn1 hn ) 2h0 L L L 式中： L ~L 河段的长度； 河底线 相等 L h0, h1, … hn ~ 从下游到上 h hx n hi 游各转折点河底高程； h0 hl 0 ll l1, l2, … ln ~ 相邻各点间的 li ln L 距离。
闭合流域与非闭合流域 地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域；
地面与地下分水线不重合的流域为非闭合流域。 一般大中河流多按闭合流域考虑。
P19
地面分水线 地下分水线
地下分水线 地面分水线
闭合流域
非闭合流域
闭合流域与非闭合流域示意图
3) 闭合流域水量平衡方程
闭合流域：地表分水线和地下分水线重合，无水分从 地表和地下流入。 则 RsI = RgI= 0； 令流出水量 R = Rso + Rgo，再假设区域用水量小到可 以忽略，即 q = 0，则闭合流域水量平衡方程为： P - ( E + R )＝±∆V 即 P = E + R ± ∆V
输入与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量。
水量平衡原理（物理学中的质量平衡原理）是水文学中最重要 的原理之一，水量平衡法是分析研究水文现象、建立水文要素 之间定性或定量关系、了解其时空分布变化规律等的主要方法 之一。
2、水量平衡方程
1) 基本形式
据定义，对任意区域，在任一时段内，有
I – O = ± △V
注意：流域有闭合流域和非闭合流域之分。
2 流域的基本特征
几何特征
流域面积和流域形状
自然地理特征
流域的地理位臵和地形
流域几何特征 (1) 流域面积：流域分水线与河口断面所包围区域的 平面投影面积，单位为km2 ，通常用求积仪获得。 (2) 河网密度：流域河流干支流总长度与流域面积的
比值。
(3) 水系：流域里大大小小的水流路线，构成枝状
第二章 河川径流的形成
内 容： 2.1 水文循环与水量平衡 2.2 河流和流域 2.3 降水 2.4 蒸发 2.5 下渗 2.6 径流及其形成过程
重 点： 水量平衡； 河流与流域基本特征； 河川径流及其表示方法 河川径流的形成过程 难 点： 径流的形成
§2.1 水文循环与水量平衡 一
下游断面
洪水位 .. .. . .. . ... . .. .. . . . . . . . . . . .. . . . .. . . .. .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . .. . . 冲积层 基岩
下游特点：河道坡度更缓，流速更小，流量更大，河川淤积作用 显著，河床多浅滩或沙洲，河槽多细砂或淤泥，河曲发育。 泥沙淤积导致形成地上悬河：如黄河开封段、长江荆江段。
水汽输送 云 云
蒸发 植物蒸腾 降水 小循环
降水
蒸发
降水
蒸发
湖
下渗 地下径流
地表径流
小循环
海洋
降雨、下渗、径流、蒸发是水文循环的四个重要环
节。水文循环的强度、规律和路径因下垫面的不同
而不同。
形成水文循环的内因是水的三态（固、液、气）在 水文循环的存在是水资源和水能资源可再生的根
常温下可以相互转化，外因是太阳辐射和地心引力。
较高者；依此类推
干流指水系中最高级别的河流
流入一较大河流的河流称为支流。 一级支流指注入干流的支流；二级支流指注入一级支 流的支流；依此类推。 由河流的干流和各级支流、流域内湖泊、沼泽或地下 暗河构成的脉络相通的系统称为河系或水系。 河流流经的谷地称为河谷，包括河槽、滩地和坡地； 河谷中水流经过的部分称为河槽。 注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与沙漠的河流称为内流河，补给 内流河的流域范围称为内流流域。
面积 /亿km2
1.49 3.61 5.10
多年平均降水量
mm 800 1270 1130 km3 119000 458000 577000
多年平均蒸发量 多年平均入海径流量
mm 458 1400 1130 km3 72000 505000 577000 mm 315 130 km3 47000 47000
2、河流的分段
河流通常分为河源、上游、 河源 中游、下游、河口五段。 上游 河源：河流的发源地。正源 确定原则“唯远唯丰”
河源可以是溪涧、泉水、冰川、沼
河源
中游
泽或湖泊。如黄河发源于青海省巴 彦喀拉山北麓的卡日曲(地下水出露 的泉眼)；长江发源于青海省格拉丹 东雪山的现代冰川；松花江发源于/L2
(3)河网密度：河流干支流总长度与流域面积之比
L D A
(1 / km )
式中，∑L ~ 流域内干支流的总长度 (km) A ~ 流域面积 (km2)
(4) 河流的平面形态 ①平原河流：流经地势平坦的平原地区，河谷多为发 育完全的河漫滩形态。 ②山区河流：受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河
自由水面间的剖面，河流纵断面坡度一般从上游往下
游逐渐变缓。 纵比降：任意河段两端的垂直高差 ∆H 与其长度 L 之比 值。 落差：河源与河口的垂直高差称为河流的落差，落差
大表明河流水能资源丰富。
河道比降：落差与河长的比值称为河流的比降，比降 越大河道汇流越快。
河道纵比降的计算： a. 当河段的纵断面河底近于一条直线时，纵比降计 算式为：
谷断面形成发育不完全的“V”字和“U”字形。
在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用， 往往形成各种淤积体。
3
2
相关术语: 站在上游，面向下游，左为左岸，右为右岸。 河水流动过程中作用于河岸，侵蚀形成凹岸，堆积形成凸岸。
在凹岸水深较大，称为深槽，两反向河湾之间为直段，水深较
浅，称为浅槽。
凹岸 深槽
（自然形成）或网状结构（人工开挖），称为水
系，也称为河系或河网。
水系形态归纳为三类：羽毛状、平行状、混合状 羽毛状水系：自上游到下游，在不同地点依次汇 入干流。相应的流域形状多为狭长形。 平行状水系：干流和支流大体呈平行趋势相交汇， 流域形状多为扇形。 混合状水系：介于前两者之间。
思考：面积相同、水系形状不同的流域，同样一 出口断面 场暴雨形成的流域出口断面流量过程线明显不同， 平行状水系 羽状水系 混合状水系 为什么？P19-20
§2.2 河流和流域 一 河流
降水除去下渗、蒸发等 损失后，在重力作用下
沿一定方向和路径流动，
称为地面径流。地面径
流长期侵蚀地面，冲成
沟壑，形成溪流，最后 汇集成河流
海洋
1、相关概念
直接发源于河源的小河流为一
级河流；
两条同级别的河流汇合而成的
河流比原来高一级；
两条不同级别的河流汇合而成
的河流的级别为两条河流中
下游 河口
海洋
上游：直接连着河源 河口：河流的终点
河源
上游断面
洪水位
上游特点：河道坡度大，水流急，流量小，水情变化大，河谷 窄，多急滩瀑布，河槽多为基岩或砾石，冲刷下切占优势。
中游断面
中游特点：河道坡度变缓，流
洪水位
速减小，流量增大，河道冲淤
都不严重，河床比较稳定，下 切力减弱，但侧蚀力量增强， 河槽逐渐拓宽和曲折，两岸出 现滩地。
水时滩地将被淹没和过水。
横比降：河流弯道处，水流由于作曲线运动产生离心
力，形成的垂直于纵向水流的水面比降。凹岸水面 高于凸案水面，水面存在着横比降。
平原河流的横断面形状根据所在位臵的不同有抛物线、
不对称三角形和W形等数种。
10/10
(6) 河流的纵断面和纵比降 纵断面：河流从上游至下游沿深泓线所切取的河床和
地表径流 蒸 发
壤中流
河川径流
地下径流 含水层系统
是流域水文学 或径流形成学 研究的核心。
水—土—植物系统：
大气水分 降水
截留、蒸散发
植被 下渗
蒸发
蒸发 土壤 下渗 地下水 空间尺度最小，不仅是流域水文学的重要基础，而且是生态 水文学的重要课题之一。 地表径流
三 水量平衡
1、概念：在水文循环过程中，任意区域、任一时段内
.
河流下游横断面图
3、河流主要特征
(1)河长：河源至河口沿河槽中泓线或轴线量取的距离
中泓线：河道中各横断面 表面流速最大点的连线
深泓线：河道中各横断 面最大水深点的连线
(2)弯曲系数：河流的实际长度与河源至河口间直线长度 的比值。弯曲系数能反映河流流经地的地质地貌特征， 弯曲系数 越大，越不利于洪水的宣泄
二
流域
1 流域
(1)分水线：地形等高线中的极大值区域称为山峰， 山峰的下坡方向为山脊，相邻山峰之间的区域称 为鞍部。山峰、山脊和鞍部的连接线称为分水线。
P18
(2)流域：地面分水线和地下分水线包围的集水区或 汇水区域称为流域，习惯上指分水线包围的区域。 流域是相对应于某一出口断面的，当不指明断面 时，指河口以上区域。
大陆多年平均水量平衡 海洋多年平均水量平衡 方程为： 方程为：
Pc R Ec
Po R Eo
则全球多年平均水量平衡方程为：