4.67 河流 湖泊与沼泽

推导平均流速公式的示意
薛齐公式中的 C 是一个不定值，可能决定于 糙度、深度、过水断面形状等。下面是两个最常 用的计算C值的公式： 1.满宁公式：C=(1/N)R1/6; N：河槽粗糙系数（可查表得到）； R：水力半径。 2.巴甫诺夫斯基公式：C=(1/N)Rx； x＝2.5N1/2－0.13－0.75R1/2(N1/2－0.10)
火星表面的树枝形河流
（三）河流的纵横剖面
河源与河口的高度差，就是河流的总落差。某一 河段两端的高度差，则是这一河段的落差。单位 河长的落差，叫做河流的比降。 河流纵断面 能够很好地反映河流比降的变化。 如下图，河流的纵断面：
河 流 的 纵 断 面
河流纵断面的类型可分为四种：



直线形纵断面(年轻河流)：全流域比降接近一致的 纵断面。 平滑下凹形纵断面（成熟河流）：河源比降大，向 下游递减的纵断面。 下落形纵断面（早期或中期河流）：比降上游小， 下游大的纵断面。 折线形纵断面（中期）：各段比降变化无规律的纵 断面。 纵断面的类型与地质、地貌及河流的年龄相关。
长江河源和上游
沱沱河的晚霞 长江源头的各拉丹东雪山
瀑
布
尼 罗 河 三 角 洲
河口及拦门沙
（五）流域特征对河流的影响 流域面积是流域的重要特征之一。除干燥区外，一般 是流域面积越大，河流水量也越大。此外，流域形状对 河流水量变化也有明显的影响。 流域中干支流总长度和流域面积之比，称为河网密度， 计算式为： D=ΣL/F D的单位为km/km2。 河网密度是地表径流丰富与否的标志之一。流域气候、植 被、地貌特征、岩石土壤渗透性和抗蚀能力，是河网密度 大小的决定性因素。 二、水情要素 （一）水位 河流中某一标准基面或测站基面上的水面高度，叫做 水位。
流 量 过 程 线
（四）水温与冰情 1.影响水温的因素： （1）河流的补给特征；【主要因素】 （2）河水温度也随时间变化； （3）河水温度还随流程远近而发生变化； （4）河流水温受河流流向的影响。黄河的春汛的发生。 2.冰情 当气温降到0 oC以下，水温降到0 oC时，河中开始出现 冰晶，岸边形成岸冰。冰晶扩大，浮在水面形成冰块。 随着冰块增多和体积增大，河流狭窄处和浅水处首先发 生阻塞，最后使整个河面封冻。 （1）结冰期：与流速有关，缓慢流动易结冰 （2）封冰期（封冻期） （3）解冻期
树 枝 状 水 系 长洲
塘福


塘福，是香港大屿山的一处村落和地方，为其中一处假日渡 假地点。 塘福泳滩在塘福南部，其景观常常吸引游客在此游泳，因此， 塘福那里有大量短期客租屋提供给游客暂住。几条小河流经 塘福，适合耕作，其中一条河流位处塘福西部。 其河流亦流经蔴埔坪，蔴埔坪地区有时亦视为塘福地区之一， 那里有一座蔴埔坪监狱。蔴埔坪南方的海湾叫塘福庙湾，因 紧接塘福庙而命名。塘福庙旁边是Flag光缆亚欧段海底电缆 中转站，并通往南中国海。
一般河流上游的功能以汇水和流水侵蚀为主，水环境特点是它被约束在峡谷 之中，水流湍急，流速与水位变化快、变幅大，水动力作用特别强，侵蚀谷底并 发育深槽，侵蚀水下岸坡并导致崩塌滑坡等 河流中游的功能以输水输沙为主，水环境特点是水的时聚时泄变 化比较快， 因而水的蚀、积作用转换比较快； 河流下游水环境特征是比较稳定，水位流速流量变化相对比较小，有稳定的 淤沙、输沙和多样化的河道变迁，并逐步向河口海岸海洋水环境过渡； 河口水环境系统的特点，是河流水动力作用逐步被海岸海洋水动力作用所替 代 并以不同 方式营造 三角洲。
（二）水系形式 按照一定的岩层构造、沉积物性质和新构造应力场 的反映，水系形式通常分为：树状、格状和长方形三 类。 （按流域形状划分） 按照干支流相互配置的关系或它们构成的几何形态 划分可分为：扇状水系、羽状水系、梳状水系和平行 水系四类。平行水系易引发洪水。 按照水系流向的相互关系划分：向心水系和辐散水 系。
流域内的径流补给是影响流量、水位变化的主要因素。 水位过程线：用纵坐标表示不同时间的水位高度，横 坐标表示时间，即可绘出水位过程线。 相应水位线：用纵轴表示上游站水位，横轴表示下游 站水位，即可绘出两个测站的相应水位曲线。 相应水位：河流各站的水位过程线上，上下游站在同 一 次涨落水期间位相相同的水位，叫相应水位。 平均水位：是单位时间内水位的平均值。 中水位：一年中观测水位值的中值。 平均高水位和平均低水位：各年最高水位与最低水位 各自的平均值。

流速的测定：浮标法，流速仪
流速的分布规律

1.河底与河岸附近流速最小，流速从水底向水面和从岸边向 主流线递增。 2.绝对最大流速出现在水深1／10~ 3／10处，弯曲河道的最 大流速接近凹岸处。 3.平均流速与水深的6／10处的点流速相等。 4.顺风时最大流速常出现在水面，逆风时，上层流速减小， 甚至为负数，最大流速往往在下层水流的上部。 5.河底有障碍时，最大流速常在水面。 6.水面冰封时，最大流速在水深的6／10处。 7.在深槽，深度越大，最大流速距水面较近。 8.在浅滩，其上游最大流速往往在水面，浅滩处最大流速则排列的逐日水位 值居中的水位。 一年中，各有半数日期的水位高于和低于中 水位。 与平均水位不同，可看作在时段内高于或低 于中水位的水位机会相等，而平均水位是时 段内水位的平均值。

相 应 水 位 曲 线
（二）流速 流速指水质点在单位时间内移动的距离。 可用 等流速公式（薛齐公式） 计算某一时段的平均流 速：V=C(RI)1/2 R：水力半径，为过水断面面积与水浸部分弧长之比； I：河流纵比降； C：待定系数。 建立等流速公式的基本出发点是：只有动力与摩擦力 相等时，水流才沿河槽作等速运动。 如下图所示：
河流纵剖面
河流的横断面
河槽中垂直于流向并以河床为下界、水面为 上界的断面，就是河流的横断面。 由于地转偏向力和弯曲河道中河水离心力的 影响，水面具有横比降。 由于流速分布不均匀，水面还发生凹凸变形， 所以河水面不是一个严格的平面。

（四）河流的分段 一条河流常常可以根据其地理－地质特征分为 河源、 上游、中游、下游和河口五段。 河源 是指河流最初具有地表水流形态的地方； 上游 是指紧接河源的河谷窄、比降和流速大，水量小、 侵蚀强烈、纵横面呈阶梯状并多急滩和瀑布的河段。 中游 水量逐渐增加，比降已较和缓； 下游 河谷宽广,河道弯曲，河水流速小而流量大，淤 积作用显著，到处可见浅滩和沙洲。 河口 是河流入海、入湖或汇入更高级河流处，经常有 泥沙堆积，有时分汊现象显著，在入海、入湖处形成三 角洲。
第六节 河流
河流功能主要是汇流和泄水排沙。但是，处于 不同气候区的大河，不仅泥沙物质总输送量有 很大的差别，而且泥沙物质输送量占总物质输 送量的比率，也有很大的差别。从而说明，不 同气候区的大河，具有不同的水环境特性。
河流水环境指标体系 包括流域水文水质特征、河流水文水质特征等，如干流、 支流、水系、流域面积、流域形状系数、流域平均坡度、流域平均高度、流域气 候、流域生态等描述流域特征；河床、断面、湿周、河宽、河深、宽深比等描述 河道特征；水位、流速、流量、含沙量、迳流量、输沙量等描述水文特征；此 外，还有描述水质、水的理化性质等一系列的项目指标。
土壤、岩石的下渗强度，从一开始下渗就逐渐减弱，一定 时间后成为稳定值，这个稳定值称为稳渗率。漫流阶段的 产流强度，决定于降水强度和土壤稳渗率之差。 坡面漫流是地表径流向河槽汇集的中间环节，分为： 片流、沟流和壤中流三种形式。其中，沟流是主要形式。 3.河槽集流阶段 坡面漫流的水进入河道后，沿河网向 下游游动，使河流流量增加，叫做河槽集流。 （二）径流计算单位 1.流量Q 单位时间内通过河道过水断面的水量。 Q=Av A为过水断面面积，v为平均流速。 2.径流总量W 在一特定时间内通过河流测流断面的总 水量。 W＝QT
（三）流量 1.定义：单位时间内通过某过水断面的水量，叫做流量。 计算式为：Q=Av；A为断面积，v为平均流速。 2.流量和水位之间的内在联系： 1/2 V=C(RI) =f1(H), A=f2(H), 那么，Q=f1(H)•f2(H)=F(H) 这个公式所表示的就是水位流量关系曲线，如下图：
在实际工作中，常常还需绘制另一种曲线——流量过程 线 。如下图所示：
三、河川径流 （一）径流的形成和集流过程 径流的形成是一个连续的过程，但可以划分为几个特 征阶段： 1.停蓄阶段 降水落在流域内，一部分被植物截留，另 一部分被土壤吸收，然后经过下渗，进入土壤和岩石孔 隙中，形成地下水。降水量超过上述消耗而有余时，便 在一些分散洼地停蓄起来，这种现象叫做填洼。 2.漫流阶段 植物截留和填洼都已达到饱和，降水量超 过下渗量时，地面便开始出现沿天然坡向流动的细小水 流，即坡面漫流。坡面漫流逐渐扩大范围，并分别流向 不同的河槽里，叫漫流阶段。
树枝状水系：一般发育在抗侵蚀能力比较一致 的沉积岩或变质岩区； 格状水系：经常出现在岩层软硬相间、地下水 源比较丰富的的平行褶皱构造区； 长方形水系：则往往和巨大的的断裂构造相联 系。
大帽山

在距福州约20公里的闽侯县南通乡境内，发源于县南古崖山尾东麓，为大樟溪 下游南岸支流。流域面积约62平方公里，其间水平长度500米以上的溪流有24条， 取名“十八”，形容其多。第三批省级风景名胜区。全区散布着由火山岩构成的 峰、岩、崖、谷、洞、石，山水交融，天然浑朴，有西溪瀑布、乌龙戏珠、大帽 山、文笔峰、宝塔峰、三仙洞等景点。游客一般从三、四重溪开始游览。 四重 溪又称风光岩，附近的皇冠峰肃穆挺拔，峰下有一高８米的独峰斜立，象探身招 呼客人的侍者，人称“侍者峰”。五重溪又称黄坑口，主要景点有石人、石马、 石风帆等。石风帆是在干流河道中残留的一块巨石，高出水面5.2米。 六重溪、 七重溪有鸳鸯洞、流纹岩、三层岩等景点。八重溪的龙潭、知音瀑布等都很出名。 水深10余米，潭中山峰倒影，风景秀美。知音瀑布是当地大小12个瀑布的代表， 瀑高40多米，宽10多米，丰水时甚为壮观。八重溪与九重溪间为宽40米的溪流 所隔，有竹筏过渡。十三重溪以下人迹罕至。景区东北部的大帽山，又名古灵山， 海拔786.3米。晴日登顶，可一览十八重溪山水秀色。此外，宝塔峰俊秀凌空， 玉女石、猴洞、倾缸瀑布、天柱瀑布等也各有特色。奇特的火山岩地貌、典型的 季节河、成群的野生猕猴景区的三大特色。