水文学与水文地质学

水口位置的选择。
四、河流的分段
1、河流 —— 江、河、溪、沟统称河流。
2、形成 —— 地面上的水在重力作用下，沿着陆地 表面上的线性凹地流动，从而形成河 流。
3、分段 —— 一条发育完整的河流，按河段的不同 特性，可分为以下几部分：
（1）河源 ——河流的发源地。即开始具有地面水流的地方。
例如：泉水、冰川、溪涧
弯段横比降及水内环流现象 a)弯段河道螺旋流 b)重力与离心力作用 c)断面单环流现象
d)断面冲淤现象 e)平面河流呈蜿蜒曲折平面形态
涨水时水流冲刷两岸，故常出现崩岸， 泥沙向河中搬运；退水时，河中受冲刷， 泥沙向两岸搬运而淤积。
(b)
(c)
(a)
直段横比降及水内环流现象
a)直段河道螺旋流：原因是横向与垂线流速不均匀。
一般用于水位变化 频繁，人工直接观 测不便的河段。
悬锤式水尺 1、刻度尺 3、软索 5、横梁
2、索尾上的记号 4、滑轮 6、重锤
图2—13 直立式水尺分段设立示意图
水文学 与
水文地质学
演讲人 李冬桂
第一部分 水文学
第一章 绪论
重点 通过本章节的介绍，主要了解有关的水文
概念，对水文学的学习有个粗略的认识。
§1—1 水文现象及水分循环
1、水文现象 ——地球上的水在太阳的辐射和地心引 力的作用下，所发生的降水、蒸发、 渗流和径流现象统称为水文现象。
水文的四大表现形式：
深泓线即溪线 ——沿河流各过流断面最大水深点的连线
中泓线 ——沿河流各过流断面最大流速点的连线
4、河流的比降 —— 即河流的坡度
是单位河长的 落差（河段两端的
河底高程差）
河流长度—— 沿溪线测量的长度
可在适当比例 的地图上量得
计算：
s z1 z2 l
其中：Ｚ１、Ｚ２ ——若为河面高程差，则 s 为 河面比降 ； 若为河底高程差，则 s 为 河底比降。
（6）土壤及地质构造—— 影响下渗，地下水对河流的补给，流域地表 的冲刷等。
（7）湖泊和沼泽——
可以通过蓄水作用，调节径流变化，特别是蒸 发影响径流量的大小。
2、人类活动的影响
如水利化措施
可以改变流域内 自然地理面貌，增强内陆水分循环，
影响径流的形成和变化过程。
3、城市化进程的影响
三、地下径流、固体径流与溶解质径流 1、地下径流（基流） ——下渗到地下的水经过一段时间后，经过 渗透流动注入河流的流动。 2、固体径流 （泥沙径流）
长江下荆江蜿蜒型河段
长江南京附近八卦洲 分汊型河段
顺直型河段
2、河流横断面
有单式断面 和复式断面
（1）横断面 —— 与水流方向正交的断面
1>基本河槽 —— 枯水期水主流槽通或过枯的水部河分槽
2>洪水河槽 —— 洪水期被洪河水漫淹滩没或的河部滩分
图2—3河流横断面图示
3、河流的纵剖面 ——沿河流深泓线的剖面 可明显的表示出河底纵坡和落差分布
降水 渗流
蒸发 径流
（1）降水 ——指 雨 、 雪 、 雾 、雹、 霰。
降水的形式
下雪前降落 的小冰粒
（2）蒸发
截流蒸发
指：
地面蒸发
叶面蒸发
水面蒸发
海洋蒸发
水上升为水 汽的五种
形式。
（3）渗流
包含
入渗 地表水经过土壤表面进入土壤的过程。
渗透
水分在土壤中的运动。
（4）径流
分为
地下径流 ——指水流沿地下一定路径流动。 地面径流 ——指水流沿地面一定路径流动。
特点
断面变大， 流速骤减，极易形成沙洲
或三角洲。
五、分水线及流域 1、有关概念：
流域 —— 指河流的集水区域。凡降落在该流域的 水最终都将汇入该条河流中。
分水线 —— 即流域四周的边界线。地势最高 点的连线。
流域面积 ——流域分水线所包围的面积。
闭合流域 ——地面分水线与地下分水线所重合的流域。 非闭合流域 ——地面分水线与地下分水线
流过流断面的总水量。
单位: m3
计算式： W=Q T
3、径流模数 M —计—算式单：位流域M面=积上Q 平
均产生的流量。F
单位: m/s
4、径流深度 R——将计算时段内的径流总量
计均算式匀：的分布R于= 测站W以上的 整个流域面积上，F 所得到
的平均水层厚度。
单位: m
5、径流系数α——同一时段内，流域上径流深度
二、河长及弯曲系数 1、河长
——从河源到河口的距离。是确定河流落差、比降 和能量 的基本参数。
2、弯曲系数 ——河道全长与河源到河口直线距离之比。
表示河流 平面形状弯曲程度的参数
三、河槽的基本特征 1、河流的平面形态 图2.1
一般可以用下面 几个参数来表示
图2.1 河流等深线图
黄河花园口游荡型河段
2、本水文学研究的主要对象
河川径流
3、水分循环
（1）大循环 ——由海洋蒸发的水汽降到陆地后又流入海洋的循环。
（2）小循环 ——由海洋蒸发的水汽成为降水后又直接落入海洋， 或者降落在陆地上的水在流入海洋之前就又蒸发 到空中，这种局部循环称为小循环。
4、水分循环图示：
图1．1水文循环示意图
§1—2 水文学的研究领域及发展
规律、测量方法及在工程中的应用。
§1—4 水文现象的特性
1、水文现象时程变化的
周期性 随机性
的对立统一
2、水文现象地区分布的
相似性 特殊性
的对立统一
§1—5 水文学的研究方法
成因分析法
数理统计法
地理综合法
第二章 水文学的一般
概念与水文测验
重点 •掌握水位～流量关系曲线的绘制及延长 •了解河川径流的基本概念 •掌握一般的测流方法，能进行有关问题的计算。
1 n
n 1
V+E0
＝0
P0 = R 0 + E0
P0
1 n
n 1
P
—— 流域多年平均降水量
R0
1 n
n 1
R
—— 流域多年平均径流量
E0
1 n
n 1
E
——流域多年平均蒸发量
或者写作：
R0 + E0 1 P0 P0
R0 ——径流系数（径流量与降水量之比） P0
E0
——蒸发系数（蒸发量与降水量之比）
——指河流中所挟带的水中悬移质泥沙和 沿河底滚动的推移质泥沙。
3、溶解质径流 ——河流中所携带的粒径小于10 -5mm的微粒物质
溶解质的各种主要成分 都有专门的计算式和测定方法
§2—4 流域的水量平衡
流域的水量平衡方程式是水文分析计算的有力工 具，用以反映流域中各水文要素（降水，蒸发，径流 等）之间的数量变化关系。
不重合的流域。
闭合流域 非闭合流域
地面分水线与地 下分水线重合
2、流域的基本特征：
主要指流域的几何特征、自然地理 特征及人类活动的影响。
决定着每 一区域河流形 成过程的具体环境，并 影响径流的变化
规律。
（1）流域的几何特征 ——主要指流域面积的大小和分布情况。
流域的形状
流域的面积
平均高程
平均宽度 不对称系数等
（2）横比降 —— 指水面的横向比降。 1> 产生横比降的原因 ： 地球自转产生的偏转力； 河流弯道处所受离心力； 流速分布的不均匀性。
F
F
地球自转偏力作用：地球由西向东自转，其自转偏力将 造成自北向南流动的河流右岸受冲刷；自南向北流动的 河流左岸受冲刷。
凹岸水深大，水质好， 是取水口的最佳位置。
b)退水时河道螺旋流：退水时，河中水位下降快，两岸退水慢，水流
一面向下游流动，一面向河道集中，且呈两螺旋流，横断面呈凹形水面。
c) 涨水时河道螺旋流：涨水时，河中央上涨较快，断面呈中高岸低的
“水拱”形，且呈两螺旋流。
2> 造成的后果：
在过水断面上形成一封闭 的环流，与纵向水流结合 形成漩涡流，从而将冲刷 凹岸，淤积凸岸，影响取
平均坡度
（2）自然地理特征
地理位置
后详叙
气象条件
（3）人类活动
地理位置；地形；植被； 土壤；湖泊率；地质构造。
下垫面因素
§2—2 河川径流及表示方法
一、河川径流的基本概念 1、径流——降落在地表上的雨水沿着一定 的路径流动的水流。
地面径流 地下径流
径流是水循环中的一个重要环 节。降落到地面上的水除了下 渗和蒸发等损失外，其余水流 均以径流的形式注入河流。
如果一条河流各段比降不同，一般 可用分段计算法，求得平均比降。
（1）*纵比降计算式：
6—31式 （p186）
s
(z0 +
z1 ) l1 + ( z1 +
z2 )l2 + L l2
+ ( z n 1 + z n )ln 2 z 0l
其中： L1 、 L2 …… Ln——为各相邻两断面之间的距离。 Z1 、Z2 …… Zn——为各断面高程。
与降水量之比。
计算式：
R
α=
P
P——同一时段内的降 水量。
因为 R < P ， 所以α< 1。 但
其多年平均值
R0 /P0 一般比
较稳定，且具 有区域性。
以上五个特征值之间 的关系可以互相推出
§2—3
河川径流形成过程 及影响径流的因素
一、河川径流形成过程及其特征时期 1、径流的形成 以降雨补给河流为例
为了研 究方便， 通常可以将 径流的形成分 为四个阶段
即：
指植物截留、 下渗、填洼、
及蒸发。
1.降水过程
2.蓄渗过程
能简述 3.坡地漫流
4.河槽集流
降水过程ห้องสมุดไป่ตู้
径流形成过程
产流过程
渗蓄过程 坡地漫流
土壤中汇流
汇流过程
地下水汇流 河网汇流
流域 过程
河槽过程
2、河流水源的来源 （1）降水径流
我国的河流大多以此为主。
1、平衡方程 ：
假设有一 闭合流域如图所示
据连续性方程有:
P+V1=R+E+V2
其中：
P ——流域的平均降水量； R ——出口断面的径流量； E ——流域的平均蒸发量； V1 ——时段开始时流域的蓄水量； V2 ——时段末流域的蓄水量。
2、以上平衡方程式还可以写作多年平均值的形式：
即：
P0 R0
2、河川径流——降落到地面上的水，由地面和地下汇集 到河系并沿河槽流动的水流，统称河川 径流。
河川径流的水源主要是大气降水。 其中枯水期以地下径流为主， 洪水暴雨期以地面径流为主。
二、河川径流的表示方法
河川径流的几个特征值
1、流量 Q ——单位时间通过某河流
过流断面的水量。
单位：m3/s
2、径流总量W—— 一段时间内通过某河
§2—１ 河流与流域
一、干流、支流和水系 1、干流 ——直接注入海洋、湖泊的河流。
一般取长度、流量最大的河
2、支流 ——流入干流的河流。
又可分为
一级支流 二级支流
直接注入 干流的河流
注入一级支 流的河流
3、水系 ——河流的干流及全部支流所构成的脉络相 通的河流系统，称为河系或水系。
常用干流名称来命名
（2）上游
——紧接河源上端，奔流于深山峡谷中的一段河流。
特点
水流急， 落差大，冲刷
强烈。
（3）中游 ——上游以下的一段河流。
特点 比降变缓，
冲淤近乎平衡，流 量增大。
（4）下游 ——河流的最下一段。
特点
流速小，坡度 变缓，泥沙淤积，沙洲
众多，断面复杂。
（5）河口
——河流的终点。河流注入海洋、湖泊 或其它河流的地方。
P0
§2—5 水文资料的观测方法与收集
水文测验——对各项水文要素（降水，径流，蒸 发，水位，泥沙，流量等）的观测。
一、水位观测 1、水位——水面相对于某一水基准面的高程。
水基准面
现统一规定用 青岛验潮站黄 海平均海平面 为标准
2、测验方法： 直接水尺法 自动水位计
直立式 矮桩式 倾斜式 悬垂式
1、水文学概念
——水文学是研究地球上各种水体的形成、运 动变化规律以及地理分布的科学。
2、分类 （1）按研究水体可分为：
河流水文学
湖泊水文学
沼泽水文学
河川水文学
海洋水文学
地下水文学
土壤水文学
大气水文学
（2）据所采用的实验方法可分为：
水文测验学
水文调查学
水文实验
（3）据研究内容可分为：
水文学原理
水文地理学
水文动力学
水文预报
水文分析与计算
（4）据应用分类
农业水文学
土壤水文学
城市水文学
工程水文学
森林水文学
研究流域规划、水文计算、 水文预报
（5）随着科技发展，又有：
随机水文学
模糊水文学等
§1—3 水文学与给排水工程的关系
水文学是与给排水工程密切相关的一门学科。 主要研究从降水到径流入海这一段中地面径流的
量小。
平均年蒸发量
平均年径流量
图2.9
（2）流域地理位置—— 将直接影响降水量的多少
（3）流域地形特征—— 地势陡峭 ，汇流时间短，则径 流量大。
（4）流域形状和面积—— 狭长形的径流量小 宽短形的径流量大
流域面积小，径流相对剧烈 流域面积大，径流相对平缓
（5）流域的植物被覆—— 由于植物被覆截留降水，从而将会延缓坡地漫流 的速度，增加渗流，减少蒸发。
（2）融雪径流
局部地区或地段的河流以此为主。
如：青海、 新疆
二、影响径流的主要因素
1、各种自然地理因素对其的影响
（1）气候因素
是影响径流量的决定性因素
降水
对径流影响最大。 若降水强度大，历 时短，则径流量大。
蒸发
水面蒸发 陆地蒸发 植物蒸发
如果蒸发强度大， 雨前土壤含水量小， 则降水损失大，径流