河流与径流

水量平衡方程（Water Budget Equation): I – O = ΔS
式中， ΔS 可正可负。 上式为通式，对具体的研究对象，需根据具体的输 入输出组成写出具体的水量平衡方程。
陆地： 海洋：
PO R EO ΔSO
多年平均：
ΔSC 0 , ΔSO 0
陆地： 海洋：
PC R EC PO R EO
水量平衡原理（Principle of Water Budget)： 在水文循环过程中，任意区域，任一时段，进入的
水量与输出的水量之来自百度文库，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。
地面分水线 地下分水线
（2）流域
闭合流域 （closed basin）
不闭合流域 （unclosed basin）
流域是相对应于某一出口断面（outlet）的，当 不指明断面时，指河口以上区域。
2、流域的几何特征 （1）流域面积 F (catchment area)：在地形图上绘出流 域的分水线，用求积仪量出分水线包围的面积，即流 域面积，以km2 （2）流域长度 LF（the length of watershed）：从流域 出口到流域最远点的流域轴线长度，km计。 平均宽度 B（the average width of watershed）:
1）顺直微弯型（边滩平移型）河段（straight reach）
2）弯曲型（蜿蜒型）河段 （curved reach、meandering reach）
3）分叉型（交替消长型）河段（braided reach）
4）散乱型（游荡型）河段（wandering reach）
不同类型的河段对 建桥有何影响？
高水位 低水位
图 2.2 横断面示意图
高水位以下为河床：
河床
主槽（main channel）
河槽（river channel） 边滩（river shoal） 河滩（flood plain）
河滩
河槽
高水位 主槽
中水位
低水位
河滩
边滩
图 2.2 横断面示意图
单式断面 (single cross-section) 复式断面 (compound cross-section)
河川径流源源不断，是由于地球上存在着自然界 永不停止的水分循环，也称为水循环或水文循环。
2.2.1 水文循环与水量平衡
1、自然界的水文循环（Water Cycle in Nature）
地球上的水是以气态、液态和固态三种形式存在 于空中、地面、地下及生物体内，组成一个相互联系 的水圈（Hydrosphere）。
地质构造（geological structure） 岩石性质（rock features） 土壤（soil characteristics） 植被（vegetation cover） 湖泊（lake）与沼泽（swamp、marsh、bog） 人类活动措施 （human activities）
§2.2 径流及其形成过程
有的地区湿润多雨，水量丰沛；有的地区则干旱 少雨，河湖干涸。同一地区有时大雨滂沱，江河 横溢；有时却久旱无雨，江河枯竭。正是由于自 然界的水文循环，才形成这种永无终止、千变万 化的水文现象。
径流是水文循环中最为 重要的一个环节，与人类社 会的关系最为密切。
2、地球上的水量平衡（Global Water Budget )
河源
河源
河源（river head、river sources）
上游（upper course、 upper reaches）
中游（middle course、 river reaches）
下游（downstream、 lower reaches）
河口（river mouth）
上游
中游
下游
河口
海 洋
河源：
上游断面：
洪水位
中游断面：
洪水位
下游
河口：
黄河入海口
2、 河流的长度L ：自河源沿主河道至河口的长度，简 称河长，以 km 计
3、河流的断面
横断面（river section）、纵断面（river profile）
河流横断面（简称：断面 cross-section）： 水位 （water level、water stage）
水分循环
水汽
水汽输送 水汽输送
降 植水 土物 壤散 蒸发 发
陆地
下
渗
蒸 发 湖泊
地面径流 地下径流
水汽
降 水 蒸 发 海洋
水文循环（Hydrologic Cycle）
大循环 小循环
图 2-5 自然界水文循环示意图
水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之 一。在水文循环中，水的物理状态、水质、水量都 在不断变化，水通过蒸发、水汽输送、降水和径流 四个环节进行着交换。由于地球大气环流机制和海 陆分布决定了地球上水汽的运行规律，加上不同地 区地形地貌特点、岩石土壤性质、植被、湖泊、沼 泽等条件的差异，水在自然界循环的路径（Path） 和过程（Process）极其复杂并且多变。
径流形成过程是从降雨开始，到径流流出流域出 口断面整个物理过程。径流形成过程可概括为如下的 图式：
降雨过程 → 流域蓄渗过程（扣除损失 → 净雨过 程）→ 坡面漫流过程 → 河槽集流过程（流域出口断面 流量过程）
其中，降雨转化为净雨的过程称为产流过程；净雨 转化为河川流量的过程称为汇流过程。
1、径流形成过程 （1）产流过程 1）降雨过程
...
..
.......
.
........
.........
. .
洪水位（flood level）
.. .
...（.. ...ri.v..e.r冲.a..积llu.层v.i.um.....）..
.
. ..
. .
. ... . .
基岩（bed rock）
平原河流按平面形状及演变过程，分为四种类型 的河段：
B = F / LF
（3）流域形状系数（coefficient of basin shape）: K = B / LF =F/LF2 (2-2)
3、流域的自然地理特征 （the physical features of river basin） 地理位置（geographical position）：处的经纬度 气候条件（climatic condition）：气温 （temperature）、气压（air pressure）、湿度 （humidity）、降水（precipitation）、蒸发 （evaporation）、风（wind） 4、流域的下垫面条件 （underlying surface condition ） 地形（topography） 地貌（geomorphy）：山区、山丘区、平原湖区…
（2）汇流过程
1）坡地汇流（坡面漫流过程） 净雨从流域的坡面汇入河网（小沟、小溪、小
河），这部分径流速度快，历时短，是形成洪水的主 体；另一部分净雨沿地下潜水层流入河网，这部分径 流流速很小，形成比较稳定的地下径流。坡面漫流是 从局部漫流，逐渐扩大到全流域。 2）河网汇流（河槽集流过程）
进入河网的径流，从支流到干流，从上游到下游 向流域出口汇集的过程。
2.1.2 流域（Basin、Valley）特征
水系（河系）（water system、drainage system、 river network） 干流（trunk stream） 支流（tributary）
干流是水系中最高级别的河流。
1、分水线和流域
（1）分水线 分水线（basin divided、 watershed line）
（2-3） （2-4）
全球：
PC PO EC EO （2-5）
PE
全球多年降水量与多年平均蒸发量相等，为1130mm。
3、流域水量平衡
图2-6 某一区域水量平衡示意图
对某一闭合流域，某一时段T：
P – E – R = ΔS
多年平均：
（2-7）
P RE EPR
(2 8) (2 8)
2.2.2 径流形成过程（process of runoff formation）
第 2 章 河流与径流
CHAPTER 2 River and Runoff
§2.1 河流和流域
River and Basin
河流的形成：
降落到地面的雨水，除
了下渗、蒸发等损失外，在
重力作用下沿着一定的方向
和路径流动，这种水流称为
地面径流(surface runoff)。
地面径流长期侵蚀地面，冲
成沟壑，形成溪流，最后汇
降雨量（mm） 降雨强度（mm/min 笼罩面积（km2） 暴雨中心
mm/h）
降雨量及其在时间和空间的变化决定了径流过 程的大小和变化趋势。
2）流域蓄渗过程
降雨的损失：降雨中不能形成径流的那一部分雨量 植物截留IS （interception by vegetation） 下渗 f （infiltration） 填洼 Vd （depression detention） 雨期蒸发E 这几部分雨量将耗于流域蒸、散发，不会形成径
表示河床自上游向下游沿程变化。
4、 河道比降 落差（fall）
Z2 Z1
比降（slope of river）
l
J Z2 Z1 Z
l
l
以小数、千分数表示。
水面比降（slope of water surface） 河底比降（slope of river bed）
一条河流的河底平均比降：
图2-3 河道平均纵比降计算示意图
Runoff Formation
径流（Runoff）:是指降水形成的，沿着流域地面 和地下向河川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。 包括：
地面径流（surface runoff）
地下径流（underground runoff）。
汇集到河流后，在重力作用下沿河床流动的水 流称为河川径流（river runoff）。
（1）山区河流
特点：流域内坡面陡峭，河床断面呈“V”、“U”型， 河床多为基岩、卵石组成，河床稳定；沿程常有急滩、 卡口、深潭，河底比降大；洪水暴涨暴落，水位变幅极 大，水流流态紊乱，存在回流、漩涡、跌水和水跃。
洪水位
洪水位
（2）平原河流
特点：断面开阔，常有河滩；河床由水流冲击而成， 冲积层常常数十米，泥沙组成呈分层现象：最深处多 为卵石，其上为夹砂卵石，再上为粗砂、中砂以至细 砂；河滩常为粘土、粘壤土。断面不稳定，主槽常左 右摆动，河槽冲淤；河床比降小，洪水涨落缓慢，水 位变幅较小，汇流历时长。
径流形成过程是从降雨开始，到径流流出流域 出口断面整个物理过程。降雨、流域蓄渗、坡面漫 流、河槽集流是径流形成过程中的四个阶段，它们 在时间上没有截然的分界，而是同时交错进行的。
J AB BC
S 1 AB BC 2
AB 2S / BC BC L J 2S / L2
J ( Z0 Z1 )L1 ( Z1 Z2 )L2 ( Zn1 Zn )Ln 2Z0 L L2
(2 1)
5、山区河流和平原河流
（ Mountain River and Plain River）
流，因此称之为损失（losses）。降雨量减去损失等 于净雨量。 降雨过程减去损失过程称为净雨过程。
净雨（net rainfall）又可分为地面净雨、表
层流净雨和地下净雨。地面净雨形成从地面汇入河 流的地面径流QS，表层流净雨从地表相对不透水层 汇入河流的表层流Qi，表层流又称为壤中流 （interflow），地下净雨一部分从地下潜水层汇入江 河，称为浅层地下径流Qg1，另一部分从地下承压层 汇入江河，称为深层地下径流Qg2 。
图 2.2 河槽断面图
横断面内，通过水流部分称为过水断面 （wetted cross-section or water-carrying section）， 其面积称为过水断面面积（m2）。
河流纵断面：
Z2
Z1
l
河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线， 称为深泓线（thalweg），沿河流深泓线的剖面称为河 流的纵断面（ river profile ）。
海
洋
集成河流。
河流流经的谷地称为河谷（river valley），河谷 底部有水流的部分称为河槽（river channel）。
左岸（left bank），右岸（right bank）。 外流河、内流河（内陆河）
2.1.1 河流特征（characteristics of river）
1、河流的分段：