第2章河川径流
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桥涵水文课件2河川径流
金沙江虎跳峡，平水期
虎跳石，平水期
金沙江虎跳峡，汛期
虎跳石被淹没，汛期
§1-3 水文测验
第三节 水文测验
• • • • • • • 1、水位观测 2、流速测验 3、断面的测量 4、流量计算 5、相应水位的计算 6、绘制水位流量关系曲线（补充） 7、水位—流量关系曲线的应用（补充）
§1-3 水文测验
河段分类
河段分类：
按地区划分
山区河段 平原河段 峡谷性河段 稳定性河段 次稳定性河段 变迁性河段 游荡性河段 宽浅性河段
按河床演变划分
冲击漫流性河段
第二节 径流形成
• 一、径流形成过程 • 二、影响径流的主要因素 • 三、我国河流的水量补给
§1-2 径流形成
一、径流形成过程
1、降雨过程 2、流域蓄渗过程 3、坡面漫流过程 4、河槽集流过程
1、雨源类 2、雨雪源类 3、冰雪源类
1、雨源类
秦岭、淮河以南到台湾、海南岛、云南广大地区 特点：一年内径流量的变化与降水变化完全一致
2、雨雪源类
华北、东北、西北地区的河流，每年有两次汛期， 年流量过程线成双峰形。
黄河解冻（凌汛）
3、冰雪源类
西北地区新疆、青海等地的河流，年流量过程线成 单峰形。
其他看法
• 交通局认为是过度采砂。 • 河道管理部门认为河流缺乏疏浚。 • 民间认为：任何桥梁设计均可能存在问题。
案例二 ：辽宁浑河上游苏子河段东南杂木大桥 发生坍塌 （一）
东南杂木大桥发生坍塌 （二）
初步分析
• 中间有一处桥墩被大水冲毁，随之有两跨 上部结构掉入水中。 • 水的流速大，造成桥梁下部基础被冲毁， 是冲刷深度大于基础（扩大基础）的埋深 所致，纠其原因应该是桥梁设计时未考虑 这么大的水，桥跨布置过小，河床段面压 缩过大所致。
桥涵水文 第二章 河川径流PPT课件
2020/11/12
长安大学
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2.2.1 流域
流域：降落到地面上的水，被高地、山岭分隔而汇集到不同 的河流中，这些汇集水流的区域称为某条河流的流域。
分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线， 称为分水岭。如秦岭是黄河和长江的分水线，而黄河和淮河 的分水线则是黄河南岸大堤。
流域分水线所包围的平面面积，称为流域面积。其大小应该
测速垂线数目，根据河宽、水深来确定。测速垂线上的测点数，根据垂 线的水深，流速仪的悬吊方式和测量精度的要求来确定。
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2.3.3 流量计算
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2.3.3 流量计算
V (m/s)
一点法 Vm V0.6
0.0
0.2
二点法
Vm 12(V0.2 V0.8)
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2.3.2 流速测验
流速观测 天然河流过水断面上的流速分布 流速观测的常用方法：流速仪和浮标法
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2.3.3 流量计算
断面流量
流速仪只能测得某点的流速，为了求得断面平均流速，首先在断面上布 设一些测速垂线，在每一条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速， 最后根据测点流速的平均值求得测线平均流速，再由测线平均流速求得 部分面积平均流速，进而推得断面流量。
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2.2.4 河川径流的形成
暴雨：50~100 1) 暴雨( >50mm/24h) 大暴雨：100~200 I
特大暴雨：>200
2) 大雨 ：25~50 mm/24h
3) 中雨 ：10~25 mm/24h
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。
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
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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 河川径流形成的基本知识
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：
Pc R Ec Sc
C指大陆
Po R Eo So
O指海洋
多年平均情况下：∆S→0
大陆多年平均水量平 衡方程为：
海洋的多年平均水量平 衡方程为：
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
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
中游
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
洪水位
中游特点：河道坡度变缓，流速减小，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
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
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
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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
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第二章 河川径流
分水岭
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第二章 河川径流
分水岭
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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。
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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。
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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
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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。
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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_川_径_流
河槽横断面是指与水流方向相垂直的断面， 也称过水断面。 （a）单式横断面 （b）复式横断面
（a）单式横断面
单式横断面一般 只有河槽没有河 滩。(多为山区深 谷河沟中)
（b）复式横断面
一槽一滩(多为河湾处)
一槽两滩(多为平原和微丘区纵向顺直河段）
4．河流的比降 （纵断面）
河流的纵断面：河流沿水流方向各断面最大水 深点的连线被称为中泓线或溪线．沿河流中泓 线切出来的断面称为河流的纵断面。 水面比降：单位河长的水面落差。 河底比降：单位河长的河底落差，又叫河道纵 比降。
判断河段类属，通常在桥位上游不小于3 判断河段类属，通常在桥位上游不小于3～4倍 桥位上游不小于 河床宽度，下游不小于2倍河床宽度范围内。 河床宽度，下游不小于2倍河床宽度范围内。对 不小于 于变迁性和游荡性河段， 于变迁性和游荡性河段，在桥位上游至少还应 包括一个河湾作考察范围。 包括一个河湾作考察范围。判断河段稳定性及 其变形大小，通常以50年左右作衡量标准 50年左右作衡量标准。 其变形大小，通常以50年左右作衡量标准。
（1） 扇形水系
河流的干支流分布形状如扇骨。如海河；
（2） 羽形水系
河流的干流由上而下沿途汇入多条支流，好比羽 毛形状。如红水河；
（3） 平行水系
河流的干流在某一河岸平行接纳几条支流。如 淮河；
（4） 混合水系
一般大的江河多为以上二至三种水系组成， 混合排列。
3．河床和河谷（横断面） 河床和河谷（横断面）
河流分为支流与干流，构成脉络相通的大小河 流，称为河系(水系或河网 ) 直接流入大海或内陆湖泊的河流称干流 汇入干流的称一级支流，汇入一级支流的支流 称二级支流 水系用干流名称呼。 根据干支流的分布，河系的几何形态分为：
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__河川径流
流域面积A越小，Q越小，但洪水涨落较为急剧。流域形
状影响径流汇集时间的长短和径流形成过程。若流域形 状狭长为羽毛形，则出口断面流量就小，径流过程的变
化较小而历时较长。相反，流域形状为扇形，则出口断
面流量大，径流过程的历时较短。
2.流域的自然地理特征
主要是流域的地理位置和地形
流域的地理位置一般以流域中心和流域边界的经纬度来表
顺直微弯型河段
弯曲型河段（长江下荆江蜿蜒型河段）
分叉型河段（长江南京附近八卦洲）
游荡型河段（黄河花园口）
顺直微弯型 分汊型 散乱型
弯曲型
第二节 河川径流的形成
降落在流域表面的雨水，除去损耗外，剩余的部分
从地面和地下汇入河槽中而形成河川径流。其中来自地
面的部分称为地面径流，来自地下的部分称为地下径流
（2）蒸发
流域内的蒸发是指水面蒸发、陆面蒸发、植
物散发等各种蒸发的总和。
在一次降雨过程中，蒸发对径流影响不大，但对降雨 前的流域蓄渗影响却很大；如蒸发强度大，则雨前土壤的 含水率就小，降雨的入渗损失量就增大，而径流量就减小 。因此，蒸发也是影响径流变化的重要因素。
2.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，相对于气候因素而言，称为下垫面因素。
（3）降水强度（mm/min或mm/h）：单位时间内的降水量
降水的变化过程直接决定径流过程的趋势，降水过 程是径流形成过程的重要环节。
2.流域蓄渗过程
降水开始时并不能立即形成径流。雨水被流域内的树木、杂 草以及农作物等的茎叶截留一部分，不能落到地面，称为植物截 留；落到地面上的雨水，部分渗入土壤，称为入渗；单位时间内 的入渗量（mm）称为入渗强度（mm/min或mm/h）。降雨开始时入 渗较快，随着降雨量的不断增加，土壤中水分逐渐趋于饱和，入 渗强度减缓，达到一个稳定值，称为稳定入渗；还有一部分雨水 被蓄留在坡面的坑洼里，称为填洼。
第二章__河川径流
普通高等教育“十一五”国家级规划 教材 21世纪交通版高等学校教材
桥涵水文（第四版）
第二章 河川径流
高冬光 王亚玲 编著 李家春 李朋丽 课件编制
高冬光校审
人民交通出版社
自然界的水循环
地球表面的各种水体，在太阳幅射热的
作用下，不断蒸发成水汽，上升至空中，随气流的运动散 布到各处，并在适当条件下凝结，以降水(雨、雪、霄、 雹等)的形式降落到地面，到达地面的水分，除部分被植
流域的地理位置直接影响降雨量的多少，流域的地
形对降雨、蒸发以及蓄渗和回流过程都有影响，流域面
积的大小、形状又与径流量有直接关系。土壤和地质因
素决定着入渗和地下径流的状况。植物茎叶截留部分降 雨，植物根系又能贮藏大量水分，可改造土壤和气候。 湖泊也有贮存水量、调节径流的作用。
3.人类活动因素
人类活动对河川径流也有重要影响。封山育林
流域面积A越小，Q越小，但洪水涨落较为急剧。流域形
状影响径流汇集时间的长短和径流形成过程。若流域形 状狭长为羽毛形，则出口断面流量就小，径流过程的变
化较小而历时较长。相反，流域形状为扇形，则出口断
面流量大，径流过程的历时较短。
2.流域的自然地理特征
主要是流域的地理位置和地形
流域的地理位置一般以流域中心和流域边界的经纬度来表
.
一 径流形成过程
流域内，自降水开始到水量流过出口断面为止的整 个物理过程，称为径流形成过程。
降雨 蓄渗 漫流 集流
Hale Waihona Puke 径流形成过程示意图1.降水过程 降水是形成地面径流的主要因素，降水的多少决定 径流量的大小。
降水的形式：雨、雪、霰、雹、霜等。 降水的特征要素： （1）降水量（mm）：以降水厚度表示。 （2）降水历时（min或h）：降水的持续时间。
桥涵水文（第四版）
第二章 河川径流
高冬光 王亚玲 编著 李家春 李朋丽 课件编制
高冬光校审
人民交通出版社
自然界的水循环
地球表面的各种水体，在太阳幅射热的
作用下，不断蒸发成水汽，上升至空中，随气流的运动散 布到各处，并在适当条件下凝结，以降水(雨、雪、霄、 雹等)的形式降落到地面，到达地面的水分，除部分被植
流域的地理位置直接影响降雨量的多少，流域的地
形对降雨、蒸发以及蓄渗和回流过程都有影响，流域面
积的大小、形状又与径流量有直接关系。土壤和地质因
素决定着入渗和地下径流的状况。植物茎叶截留部分降 雨，植物根系又能贮藏大量水分，可改造土壤和气候。 湖泊也有贮存水量、调节径流的作用。
3.人类活动因素
人类活动对河川径流也有重要影响。封山育林
流域面积A越小，Q越小，但洪水涨落较为急剧。流域形
状影响径流汇集时间的长短和径流形成过程。若流域形 状狭长为羽毛形，则出口断面流量就小，径流过程的变
化较小而历时较长。相反，流域形状为扇形，则出口断
面流量大，径流过程的历时较短。
2.流域的自然地理特征
主要是流域的地理位置和地形
流域的地理位置一般以流域中心和流域边界的经纬度来表
.
一 径流形成过程
流域内，自降水开始到水量流过出口断面为止的整 个物理过程，称为径流形成过程。
降雨 蓄渗 漫流 集流
Hale Waihona Puke 径流形成过程示意图1.降水过程 降水是形成地面径流的主要因素，降水的多少决定 径流量的大小。
降水的形式：雨、雪、霰、雹、霜等。 降水的特征要素： （1）降水量（mm）：以降水厚度表示。 （2）降水历时（min或h）：降水的持续时间。
第二章__河川径流
流量计算
五点法 V V V V m m m
1 10 1 3 1 2
(V
1 Vi (Vm1 Vm2 ) 2
0.0
3V
0.2
3V ) 0.8
0.6
2V
0.8
V 1.0
三点法 二点法 一点法 或
(V (V
0.2 0.2
V V
0.6
V
Q
i 1
v i Ai
海河
海河洪水来自夏季暴雨，可分南系洪水 和北系洪水，南系洪水主要来源于太行 山区，北系洪水主要来源于燕山山区。 海河洪水发生时间主要集中在7月下旬至 8月上旬，洪水季节最为集中。大部分河 道中游段短，洪水源短流急，洪量集 中。洪水洪峰流量量级和洪水年际变化 大是本流域洪水的最大特点。
辽河、松花江
珠江
珠江流域的洪水主要由暴雨形成，4～7月份为前 汛期，主要由大气环流热带季风影响的结果；8～ 9月份为后汛期，主要由热带风暴和台风形成。洪 水峰高量大，历时长。一般来说，各大支流洪水 出现的时间自东向西逐步推进，但西江与北江洪 水遭遇的情形较多，且两江洪水量级越大，其遭 遇的机会越多，从而形成珠江三角洲特大洪水。 另外，热带风暴和台风导致的风暴潮对沿海地区 威胁很大。淮河 Nhomakorabea
淮河流域洪水发生时间主要集中在6～8月。 从梅雨期开始，大范围连续多次暴雨可形成历时达2个月 以上的流域型洪水；而由台风或涡切变天气系统暴雨则往 往形成的局地性洪水，且洪峰流量很大。 淮河水系为非对称的羽状河流，来自淮南山区的暴雨洪水 源短流急，暴涨暴落，而来自北部平原支流的洪水在比降 平缓的中游河段相继汇入。 13~19世纪黄河夺淮期间，大量泥沙淤积在淮河下游，使 淮河丧失了自己的入海通道，在淮河平原洼地上蓄积成洪 泽、高邮等湖泊后，被迫向南汇入了长江。而在干流中游 入洪泽湖的河段甚至形成了倒比降，使得中游洪水消退缓 慢，汛期长时间处于高水行洪状态，不得不沿河设置大量 行洪区与蓄洪区以分滞大量的洪水。
水文学第二章第七节径流
径流形成过程示意图
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
流域汇流过程
河网汇流过程
Rs
上述三个阶段是指长时间连续降水 下发生的典型模式。实际上由于每次 降水的强度和持续时间不同，各流域 自然条件也不一样，所以，无论是不 同流域，或是同一流域在不同降水过 程中的径流形成，都可能有不同程度 的差别。
四、影响径流的主要因素
气象气候因素 降水 蒸发
人类活动 农业措施 林牧业措施 水利措施
下垫面因素 地理位置 地形地貌
土壤和地质
植被和湖沼
流域形状 和面积
降水对径流的影响
P 降雨量 S 土壤蓄存量 rs 地面产流量 qs 地面流量 Q 出口断面流量 In 截留量 fg 补给地下水量 rss 壤中产流量 qss 壤中流量 Sd 填洼量 fd 深层下渗量 rg 地下产流量 qg 地下水流量
4.径流模数M
▪ 计算公式为：M Q （单位：L/s·km2） 1000F
▪ M反映一个流域的产水能力。
世界大河径流模数比较 河流名称 尼罗河 长江 亚马逊河 径流模数 0.79 17.6 17
刚果河 10.6
5.径流系数ɑ ▪ 计算公式为： R
P
▪ 对于闭合流域：α＜1
▪ 问题：径流系数为1的含义？
[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
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
流域汇流过程
河网汇流过程
Rs
上述三个阶段是指长时间连续降水 下发生的典型模式。实际上由于每次 降水的强度和持续时间不同，各流域 自然条件也不一样，所以，无论是不 同流域，或是同一流域在不同降水过 程中的径流形成，都可能有不同程度 的差别。
四、影响径流的主要因素
气象气候因素 降水 蒸发
人类活动 农业措施 林牧业措施 水利措施
下垫面因素 地理位置 地形地貌
土壤和地质
植被和湖沼
流域形状 和面积
降水对径流的影响
P 降雨量 S 土壤蓄存量 rs 地面产流量 qs 地面流量 Q 出口断面流量 In 截留量 fg 补给地下水量 rss 壤中产流量 qss 壤中流量 Sd 填洼量 fd 深层下渗量 rg 地下产流量 qg 地下水流量
4.径流模数M
▪ 计算公式为：M Q （单位：L/s·km2） 1000F
▪ M反映一个流域的产水能力。
世界大河径流模数比较 河流名称 尼罗河 长江 亚马逊河 径流模数 0.79 17.6 17
刚果河 10.6
5.径流系数ɑ ▪ 计算公式为： R
P
▪ 对于闭合流域：α＜1
▪ 问题：径流系数为1的含义？
[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
工程水文学第二章径流形成
状态。 具有均匀的温湿特性，在气压场作用下向同
方向移动的大气称为气团。
48
降水的成因
空气达到饱和的原因是空气温度下降至露点 温度以下。水汽在过饱和状态下是不稳定的，多 余的水汽很容易凝结成水。
充足的水分、强烈持久的空气上升动力冷却是 降水的充分必要条件，而造成空气冷却的主要原 因是气团抬升，气压下降，体积膨胀耗能。
流域形状系数：流域平均宽度与流域长度的比值
r＝B/L ＝F/L2
42
⑤流域平均高度H（m）与平均坡度J：将流域划分
成100以上的正方格，定出每个方格交叉点上的高程 及坡度，这些格点的高程和坡度的平均值为流域平 均高度和平均坡度。 流域平均高度直接影响流域的气温与降水，流域平 均坡度对径流的产流、汇流、下渗、土壤流失等有 很大的影响。
82
20cm小型蒸发器
83
84
蒸发实验站
85
飘浮水面蒸发观测试验场 86
3.土壤蒸发 第一阶段，土壤蒸发主要发生在表层，蒸发速度稳定，
其蒸发量接近蒸发能力。 第二阶段，土壤表面局部地方开始干化，土壤蒸发一
部分在地表进行，另一部分发生在土壤内部。蒸发速度 逐渐降低，其蒸发量与土壤含水量成正比。
蒸发量常用蒸发水层的深度（mm）表示。
81
2. 水面蒸发
观测水面蒸发量的蒸发器有20cm口径蒸发器 、80cm口径套盆蒸发器、还有埋在地下的60cm 口径带套盆蒸发器（E601） 。
这三者都属于小型蒸发器皿，观测到的蒸发量， 都应乘一折算系数，才能作为天然水体蒸发量的 估计值。折算系数随蒸发皿（器）的类型而异， 且与月份及所在地区有关。
在地下水面以上，土壤含水量未达饱和，是土壤 颗粒、水分和空气同时组成的三相系统，称为 包气带。
方向移动的大气称为气团。
48
降水的成因
空气达到饱和的原因是空气温度下降至露点 温度以下。水汽在过饱和状态下是不稳定的，多 余的水汽很容易凝结成水。
充足的水分、强烈持久的空气上升动力冷却是 降水的充分必要条件，而造成空气冷却的主要原 因是气团抬升，气压下降，体积膨胀耗能。
流域形状系数：流域平均宽度与流域长度的比值
r＝B/L ＝F/L2
42
⑤流域平均高度H（m）与平均坡度J：将流域划分
成100以上的正方格，定出每个方格交叉点上的高程 及坡度，这些格点的高程和坡度的平均值为流域平 均高度和平均坡度。 流域平均高度直接影响流域的气温与降水，流域平 均坡度对径流的产流、汇流、下渗、土壤流失等有 很大的影响。
82
20cm小型蒸发器
83
84
蒸发实验站
85
飘浮水面蒸发观测试验场 86
3.土壤蒸发 第一阶段，土壤蒸发主要发生在表层，蒸发速度稳定，
其蒸发量接近蒸发能力。 第二阶段，土壤表面局部地方开始干化，土壤蒸发一
部分在地表进行，另一部分发生在土壤内部。蒸发速度 逐渐降低，其蒸发量与土壤含水量成正比。
蒸发量常用蒸发水层的深度（mm）表示。
81
2. 水面蒸发
观测水面蒸发量的蒸发器有20cm口径蒸发器 、80cm口径套盆蒸发器、还有埋在地下的60cm 口径带套盆蒸发器（E601） 。
这三者都属于小型蒸发器皿，观测到的蒸发量， 都应乘一折算系数，才能作为天然水体蒸发量的 估计值。折算系数随蒸发皿（器）的类型而异， 且与月份及所在地区有关。
在地下水面以上，土壤含水量未达饱和，是土壤 颗粒、水分和空气同时组成的三相系统，称为 包气带。
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桥涵水文
②弯曲型（蜿蜒型）河段：
凹岸
凹 岸
？
凸 岸
第二章 河川径流
凹 岸 冲 刷、 凸 岸 淤 积
桥涵水文
• ③分汊型（交替消长型）河段：
第二章 河川径流
特点：河槽分 汊，两股汊道 周期性交替消 长。
长江南京附近八卦洲分汊河段
桥涵水文
• ④散乱型（游荡型）河段：
黄河花园口游荡型河段
ห้องสมุดไป่ตู้
第二章 河川径流
2
第二章 河川径流
• 1、降雨过程； • 2、流域蓄渗过程； • 3、坡面漫流过程； • 4、河槽集流过程
图2-2-1 径流形成过程示意图
桥涵水文
第二章 河川径流
• 河川径流的大小和变化，通常用流量Q和水 位H来表示。
第二章 河川径流
2、河流的基本特征
• 一般用河流断面、河流长度及河流比降来表示。 (1)河流断面：分为河流横断面、河流纵断面。
概念：水位、河槽、河滩、单式断面、复式断面、过水断面、 深泓线（航线） 。
H1
H2
水准基面
桥涵水文
第二章 河川径流
位于青岛观象山山顶处，由中国人民解放军总参 测绘局于50年代所建，全国各地的海拔高度皆由此 点起算。我国把黄海海平面定为海拔基准面。
黄 河 流 域 航 拍 图
桥涵水文
第二章 河川径流
2、流域的特征
（1）几何特征
主要是流域面积和流域形状。河流集水
区域的面积大小，称为流域面积。
流域面积和 流域形状是 如何影响径
流的？
桥涵水文
第二章 河川径流
在相同自然地理条件下：
✓ 流域面积A越大，径流量Q越大，流域对径流变 化的调节作用也越大，因而洪水涨落平缓；流域 面积A越小，Q越小，但洪水涨落较为急剧。流域 形状影响径流汇集时间的长短和径流形成过程。
✓ 流域形状狭长为羽毛形，则出口断面流量就小， 径流过程的变化较小而历时较长。相反，流域形 状宽阔呈扇形出口断面流量大，径流过程的历时 较短。
桥涵水文
第二章 河川径流
桥涵水文
第二章 河川径流
（2）自然地理特征
主要是流域的地理位置和地形。
地理位置
影响流域的降水和蒸发
地形
平均高程 平均坡度
影响降水和蒸发 汇流速度和时间
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：
特点：河槽顺直、 边滩交错、洪水 期缓慢下移。
科罗拉多河(Colorado River)
桥涵水文
• ②弯曲型（蜿蜒型）河段：
长江荆江蜿蜒型河段
第二章 河川径流
特点：河槽弯曲、 凹岸冲刷、凸岸 淤积，河槽蜿蜒 蛇形。
桥涵水文
第二章 河川径流
自然界的水分循环：地球表面的各种水体在太阳
辐射的作用下，不断蒸发成水汽进入大气，水汽在上 升和随气流运动中遇冷凝结，并以降水（雨、雪、 霜、露等）形式降落到海洋或地面上，到达地面的水 分，除部分被植物截留和蒸发外，其余一部分通过 河流汇入海洋；一部分渗入地下，随含水层流动并以 泉水的形式汇入江河；汇入江河的水最终汇入海洋。 然后又重新蒸发、上升、移动、凝结、降雨。如此 周而复始，形成自然界的水分循环。
特点：河槽宽浅， 沙滩密布，主流 摆动频繁。
游荡型）河段
桥涵水文
第二章 河川径流
• §2.2 河川径流的形成
• 一、径流形成的过程：
（1）定义 流域内，自降水开始到汇集的雨水流过出口断面的全过
程，称为径流形成过程。
（2）此过程分为四个阶段：
降水——流域蓄渗——坡面漫流——河槽集流
桥涵水文
• 径流形成的过程：
桥涵水文
第二章 河川径流
§2.1 河流和流域
一、河流
1、河流的形成与分段 河川径流；水系；干流；支流； 河源；河口；上游；中游；下游
图2-1-1 黄河水系略图
黄河发源于青藏高原巴 颜喀拉山北麓（lu）海 拔4500米的约古宗列盆 地。经青藏高原的青海、 四川、甘肃，黄土高原 和鄂尔多斯高原的宁夏、 内蒙古、陕西、山西， 华北平原的河南、山东， 注入渤海，全长5464公 里，流域面积75万平方 公里.
桥涵水文
三、河流分类
• 1、根据流域地形特点分类： ①山区河流
第二章 河川径流
②平原河流
特点 ：地势陡峻，汇流时间 短，暴涨暴落，水位流量变 幅大，持续时间短，水流流 态紊乱，河流比降大。
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
桥涵水文
第二章 河川径流
• 相关定义
水位——横断面内，自由水面高出某一水准基面 的高程；水位分为高水位和低水位；
河槽——宣泄洪水和输送泥沙的主要通道，常年 流水，分为主槽和边滩；
河滩——只有汛期才有水流，无明显底沙运动， 可生长植物、种植农作物；
深泓线—河流中沿水流方向各横断面上最大水深点 的连线。
桥涵水文
第二章 河川径流
第二章 河川径流
第一节 —— 河流和流域 第二节 —— 河川径流的形成 第三节 —— 水文测验 第四节 —— 水文资料的搜集和整理
本章要求：掌握河川径流的基本概念，并能对其中的 基本概念归纳出正确的定义。
桥涵水文
引言
第二章 河川径流
海陆循环
桥涵水文
第二章 河川径流
内陆循环
桥涵水文
第二章 河川径流
• 相关定义
河川径流——受重力作用沿河床流动的水流； 水系——脉络相通的大小河流所构成的系统； 干流——水系中直接流入海洋或内陆湖泊的河流； 支流——流入干流的河流； 河源——在河流干流上开始具有表面水流的地方； 河口——河流流入海洋或湖泊的地方。
黄 河 水 系 略 图
桥涵水文
i H2 H1 l
一条河流各段比降是不一致的，河流比降一般自河源向 河口逐渐减小。河底比降相对水面比降来说比降稳定，因为 水面比降还会受到水位的影响。
桥涵水文
二、流域
第二章 河川径流
1、定义：汇集水流的区域称为某河的流域（汇水区、汇水面积）
流域的周界称为分水线。分水线就是流域四周最高点的 连线，在山区是流域四周的山脉脊线;平原地区是四周地面最 高点的连线。如秦岭是黄河和长江的分水线。
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。