水文学原理-第4章 河流与流域

2020年2月1日
5
沿水流方向河流可分为：河 源、上游、中游、下游和河口 河源：河流的发源地，可以 是冰川、泉水、沼泽、湖泊等 上游：深山峡谷，落差大， 水流急，急滩瀑布 中游：两岸有滩地，河床较 稳定 下游：平原，河槽宽，比降 小，水流缓，浅滩河湾 河口：河流的终点，河口三 角洲
2020年2月1日
2020年2月1日
25
河口
③流域平均宽度
流域平均宽度（B）——流域面积与流域长度的比值
B F L
若两个流域面积相等，L越大，则B越小，水的流程也越长，这 样的流域，洪峰流量较小。 反之，L小，B就大，这样的流域，洪水威胁就大。
2020年2月1日
26
④流域形状 流域形状系数——流域平均宽度与流域长度的比值。
2020年2月1日
31
（3）流域的自然地理特征主要包括： 地理位置 气候特征 下垫面条件
2020年2月1日
32
流域地理位置：一般用流域中心或其边界的经纬度表示，如黄河 流域位于北纬32～42和东经96～11 9。还需要说明流域距离海洋 的远近以及与其他流域和周围较大山脉的相对位置，影响水汽的输 送条件，直接导致降雨量的大小和时空分布的不同。 流域气候条件：包括降水、蒸发、气温、湿度、气压、风速等。 降水量的大小及分布，直接影响河流年径流的多少；蒸发量则对年、 月径流有重大影响。气温、湿度、风速、气压等主要通过影响降水 和蒸发，从而间接影响流域径流。 流域下垫面条件：下垫面是相对于大气层而言的地球表面，流域 的下垫面条件指流域的地形地貌、地质构造、土壤和岩石性质、植 被、湖泊、沼泽、河网等情况。
6
第二松花江与嫩江汇合流向东 北，经哈尔滨、佳木斯、同江等 市县，于同江县东北约7km处由 右岸注入黑龙江。 根据松花江干流的地形及河道 特性，可分为上、中、下三段， 即由三岔河至哈尔滨市为上段， 上段全长240km，区间集水面 积3万km2，河道流经松嫩平原 的草原、湿地。哈尔滨市至佳木 斯市是松花江干流中段，穿行于 断崖、低丘和草地之间。由佳木 斯至同江是松花江干流下段。
2020年2月1日
10
扇状水系
2020年2月1日
羽毛状水系
11
树枝状结构
2020年2月1日 网状结构
12
混合状水系
2020年2月1日
13
三、分水线
当地形向两侧倾斜，使雨水分别汇入两条不同的河流中去，这一地形的 脊线起着分水的作用。分割相邻两个流域的高地称为分水岭，分水岭上最 高点的连线称为分水线，有对称与不对称(两坡岩性不同或两侧流域的侵 蚀基准面不同造成)两类。
线处处与等高线相垂直，且经
过一系列的山头和鞍部，可以
在地形图上直接确定。
2020年2月1日
23
dc b
n gma
透明方格法通常是在透明纸上绘出边长为1mm的小方格，每个 方格的面积为1平方毫米，而所代表的实际面积则由地形图的比例 尺决定。
量测图上面积时，将透明方格纸固定在图纸上，先数出完整小方 格数n1，再数出图形边缘不完整的小方格数n2。然后，按下式计 算整个图形面积：
干（支）流：汇集的水流注入海洋或内陆湖泊的河流。汇入另 一条河流为支流。 支流可分为多级，直接汇入干流的河流为一级支流；直接汇入 一级支流的河流为二级支流，其余的可以此类推.还有其他分级 方法。
2020年2月1日
2
11
11
2 2
11
2
2
1
2
1
1
3
3
1
3
14
4
1
4
河网是由各级河流组成的网络。按斯特拉勒(Strahler)河流的级一般定 义为：从河源出发的河流称为一级河流，两条Ω级河流汇合成的河流称 为Ω+1级河流(Ω±1，2，...)；两条不同级河流汇合成的河流的级是两 条河流中较高的级。
2020年2月1日
19
第二节 流域与水系特征
1、 流域特征
流域特征主要: 流域的形状特征 流域的地形特征 流域的自然地理特征
2020年2月1日
20
（1）流域的形状特征主要: 流域面积 流域长度 流域平均宽度 流域形状系数
2020年2月1日
21
①流域面积
因地下分水线不易确定，通常所指的流域为地面分水线包围 的区域。地面分水线所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地面分水线后，量出 流域面积。勾绘地面分水线时一定要保证其与每条等高线在相 交处垂直。因流域形状大多不规则，勾绘出分水线后，采用方 格法或求积仪法，定出流域的面积。 河流的流域面积可以计算到河流的任一河段，如水文站控制 断面、水库坝址断面或任一支流的汇合口处。如不特别说明， 流域面积是指河口断面以上地面分水线包围的面积。
2020年2月1日
33
2、 水系 河流长度与河网密度
河流长度指从河口到河源区河流最初具有地表水流形态的地点的 河道水面中心线的距离，简称河长。一般可由一定比例尺的地形图 上量得。
2020年2月1日
34
河网密度指流域内河流总长度与流域面积的比值。即：
KD L F
河网密度↗，流域切割程度↗，径流汇集速度↗；反之， 河网密度↘，流域排水不畅，径流汇集速度↘。
K

B L

F L2
K值越小，流域越狭长，径流变化越平缓； K值越大，流域近于扇形，易形成洪水。
2020年2月1日
27
（2）流域的地形特征主要体现在： 流域平均高程 流域平均坡度 面积高程曲线
2020年2月1日
28
流域平均高程指流域地面分水线内地表的平均高程。直接影响流 域的气温和降水。
闭合流域
注意：流域是相对于某一出口断面的。 当不指明断面时，即指对河口断面以上 区域。
2020年2月1日
非闭合流域
17
五、坡地
流域中水系以外的陆域部分称为坡地。 坡地的几何形状：倾斜面、收敛曲面、发散曲面
2020年2月1日
18
六、流域基本单元
一个流域按流域内的自然分水线划分成若干不嵌套的子流域， 再划分成更小的不嵌套的子流域……最后划分成不可在划分 的部分就是流域基本单元，它是组成流域的最小单位。 基本形状：书型、扇形、倒扇形、马蹄形
2020年2月1日
35
第三节 河流的纵横断面
1、河流的横断面
垂直于流向方向的断面称为横断面，简称断面。 枯水期水流流经部分称为基本河床；洪水期被水被水淹没称为洪 水河床 断面内有水流流经的部分称为过水断面。
2020年2月1日
36
（1）横断面类型 按水力特性河流横断面可分为：单式断面，复式断面
两等高线间的平均坡度Ji为
式中，l1l2l3为各等高线的长度
2020年2月1日
30
面积高程曲线 某些水文要素，如降水、蒸发等，与高程之间具有一定的 关系，为研究高程对水文特征值的影响，就需要了解流域面 积随高程的分布变化情况。 具体作法是量算出相邻两条等高线之间的面积，统计出大 于等于某一高程的面积与流域面积之比，然后以高程为纵坐 标，面积比为横坐标绘出光滑曲线，如图3—5所示。
Hale Waihona Puke 山脊线山谷线倾斜变换点
方向变换点
2020年2月1日
15
2020年2月1日
16
四、流域
流域是汇集地面水和地下水的区域，也即是分水线
包围的集水区。有地面集水区和地下集水区两类。平时所指 的流域一般指地面集水区。 （大中型流域、小流域或者 石灰岩地区）
地面分水线与地下分水线重合的流域 称为闭合流域；完全闭合流域是不存在 的 地面分水线与地下分水线不重合的流 域称为非闭合流域。
◎宜昌
◎ 湖口
上海◎
8
河流
外流河：最终汇入海洋的河流。如长江、黄河等。
内流河：汇入内陆湖泊或消失于沙漠的河流。如青海的 格尔木河、新疆的塔里木河等。
2020年2月1日
9
二、水系（河系） 流域中干流及其全部支流交汇形成的树枝状或网状结构称为 水系、河系或河网.
树状结构：自然形成的水系多为树状结构； 羽毛状：多为狭长型流域 平行状：多为扇形流域 混合状：介于上述二者之间 网状结构：人工开挖形成的平原水系可为网状结构。
分别为河段上下游 河槽（或水面）上
2020年2月1日
伊勒呼里山
三岔河◎
◎
哈尔滨
同江 佳木斯
◎
白头山天池
7
长江源于唐古拉山脉，在唐古拉山脉主峰各拉丹冬西南侧。 从江源到入海口，可分为三大段：湖北宜昌以上为长江上游；宜昌至江西湖口 为长江中游；从湖口至入海口（崇明岛）为下游。
格拉丹东雪山
河源
上游 分段 中 游
下游
河口
2020年2月1日
山峰：地形等高线中的极大值 山脊：山峰的下坡方向 鞍部：相邻山峰之间的区域 河流水源包括地下水和地表水，分水线也有地面分水线和地下分水线。 垂直方向上不重合。 地表分水线：将地面河流分开流向相邻两条河流 地下分水线：将含水层中的地下水流分开流向相邻两条河流
2020年2月1日
14
山顶点
鞍部点
2020年2月1日
22
通常是在地形图上确定汇水面积。
汇水面积是由山脊线所构成的
区域。如图，某公路经过山谷
地区，欲在m处建造涵洞，cn
和em为山谷线，注入该山谷的
e
雨水是由山脊线（即分水线）a、
b、c、d、e、f、g及公路所围
成的区域。
f
区域汇水面积可通过面积量测
方法得出。
根据等高线的特性可知，山脊
流域平均坡度：对地表径流的产生、集流、下渗、土壤水、地下 水、土壤流失、河流的含沙量等均有很大影响。可用下式计算：
式中 Ji——相邻两等简线间的平均坡度(m／km)； fi一相邻两等高线间的面积(km2)； F——流域面积(km2)。
设bi为相邻两根长为li和li+1等高线间的水平距离，则该两等高线间的面积fi为
2020年2月1日
3
河谷：河流流经的谷地。主要要素有：河床、河漫滩、谷底、 坡麓、谷坡、阶地、谷肩等。其中河床、谷底和谷坡称为河谷 的3个基本要素。 河床或者河槽：谷地过水部分。在枯水期，河水在河床中流动， 但在洪水期就溢出河床，漫到河漫滩上。
2020年2月1日
4
左岸、右岸？？（面向水流） 凹岸、凸岸 深槽、浅槽
第三章 河流和流域
基本概念 流域与水系特征 河流的纵横断面
2020年2月1日
1
一、河流
第一节 基本概念
降落到地面的雨水，除下渗、蒸发损失外，在重力的作用下沿 一定的方向和路径流动，这种水流称为地面径流。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——汇集 地面水和地下水的天然泄水通道。
单式断面：只有主槽而无滩地的断面，河流的水面宽度随水位 的变化是连续的或渐变的。（图中a、b） 复式断面：既有主槽又有滩地的断面，河槽水面宽随水位的变 化有突变。（图中c、d）
2020年2月1日
37
（2）水面横比降与横向环流 水面横比降：左右岸水面的高程差与之相 应断面的河宽之比。产生的原因是地球自 转所产生的偏转力（主要原因）和河流弯 道离心力。 横向环流：在地球偏向力和超压力的作用 下，河流中表层的水流向右岸流动，底岸 的水流向左岸流动——构成横向环流，横 向环流是水流具有下切能力和侧向侵蚀能 力的原因。
加权法：流域内相邻等高线间的面积乘以其相应平均高程乘积 之和与流域面积的比值表示。即：
n
fiZi
Z f 1Z 1 f 2Z 2 .... fnZn i1
F
F
方格法：将流域的地形图划分为100个以上的方格，求出交叉 点高程的算术平均值，即为其平均高度。
2020年2月1日
29
S

(n1

n2 2
)
M2 10 6
(m2 )
上式中，M为地形图比例尺分母。
2020年2月1日
24
②流域长度 目前确定流域长度的常用方法有以下三种， 从流域出口断面沿主河道到流域最远点的距离为流域长度； 从流域出口断面至分水线的最大直线距离为流域长度； 用流域平面图形几何中心轴的长度(也称流域轴长)表示，即以流 域出口断面为圆心作若干不同半径的同心圆，每个圆与流域边界 的两个交点连一割线，各割线中点的连线的总长度即为流域几何 轴长。它一般比弯曲蜿蜒的河道长度要短得多，但当流域为狭长 形，河流两岸较为对称时，干流河长大体上可与L相当。 流域长度以L表示，单位以km计。
2020年2月1日
38
2、 河流的纵断面 （1）纵断面特征 河流纵断面：从河源到河口的河床最低点的连线，表示河槽或 水位纵向坡度变化特征。 河流纵断面的特征可用落差、比降表示。 落差：任意河段两端的高差 比降：单位河长的落差。（水面比降随水位而变化、河底比降 较稳定）
2020年2月1日
式中：H上，H下，