水文学原理(第二节)

流域和水系 (River Basin & River System)
内
①河流及特征
容
②流域与水系特征
提
纲
③径流形成过程
④影响径流的因素
⑤径流表示方法
流域和水系 (River basin & river system)
教学 目标一：理解掌握径流形成过程
目标
目标二：理解掌握径流特征表示方法
难点一：不同下垫面条件的径流过程
地下净雨
第三节 径流形成过程
（ Runoff Process ）
4、汇流过程
坡地汇流：净雨在坡地上从地面和地下汇入河网的过程。 1）坡地漫流：超渗雨满足了填洼后产生的地面净雨沿坡面流 到附近河网的过程。 2）壤中流径流：壤中流净雨沿坡地侧向经表层土壤孔隙流入 河网。 3）地下水汇流：地下净雨向下渗透至地下潜水面或深层地下 水体后，沿水力坡度最大的方向流入河网。
第一节 河流特征 （ River Characteristics ）
2、分水线
山峰、山脊、 鞍部的连接线 称分水线。 通常情况下分 水线是指地面 分水线。
第二节 流域与水系 （ Basin and River System ）
1、流域
流域—地面分水线包围的区域。 流域面积(km2)—流域分水线包围区 域的水平投影面积。 地面分水线与地下分水线重合的流 域称为闭合流域。 地面分水线与地下分水线不重合的 流域称为非闭合流域。
第二节 流域与水系 （ Basin and River System ）
2、水系 流域中大大小小河道交汇形成的树枝状或网状结构。
第三节 径流形成过程
（ Runoff Process ）
降雨时，枝叶会留存部分水珠。
自 降雨时，野外的土壤会变湿润。
然 现
降雨时，低洼地面会存蓄一定水量。
坡面漫流：一般流程较短，大雨时是构成河流流量 的主要水源，形成陡涨陡落的洪峰。
壤中流：比地表径流慢，到达河槽较迟，但对于较 大的流域和历时较长的降雨，是形成洪水的重要成 分。 地下径流：汇流很慢，可以维持很长时间，是河川 的基本流量。
河网汇流特征
涨水阶段（河槽蓄水量增加，出口断面流量小于 河
汇流流量）
径流的特征值：流量、径流量、径流深、径流 模数、径流系数、径流年内分配不均匀系 数、年径流变差系数
流量：单位时间内通过河流某一断面的水量（m3/s） ,以Q表示。瞬时流量、洪峰流量、日平均流量、月 平均流量、年平均流量、多年平均流量。
径流量：时段T内通过河流某一断面的总水量 （m3），以W表示。
日 月
溪涧
湖泊பைடு நூலகம்
冰川
沼泽
上游处于深山峡谷中，坡陡流急，河谷下切 强烈，常有急滩或瀑布，河床多为基岩。
下游处于平原区，河槽 宽阔，河床坡度较小， 浅滩较多，河床多为冲 积层。
中游河段坡度渐缓，河槽变 宽，两岸有滩地，河床多为 砂卵石。
河口是河流的终点，该处泥沙大量淤积，往往 形成三角洲。
那幅图是河流？
象 降雨时，河道会涨水，河道水位会升高；雨停后，
河道出现退水，水位降低，恢复到降雨前状态。
这些自然现象和什么有关？
径流形成过程指从降水落到流域表面至
水流汇集到流域出口断面的整个物理过 程。一般可概括为产流过程和汇流过程 2个阶段。
第三节 径流形成过程
（ Runoff Process ）
1、研究径流形成过程的意义？ 径流形成过程与洪灾旱灾密切相关
槽
退水阶段（随着降雨和坡面漫流量的减少，直至 调
完全停止，河槽水量减少，水位下降） 蓄
超渗雨满足了填洼后产生的地面净雨沿坡面流到 附近河网的过程，形成河流洪峰的主要水源。
坡 坡面漫流
地
表层流净雨沿坡地侧向经
汇 表层土壤孔隙流入河网
流
表层流径流
河
坡地水流进入河网后，使 河槽水量增加，水位升高，
网
形成洪水涨水阶段。
❖ 地表

植物截 留
地表
+ ❖+ + ❖+
地面净雨 壤中流净雨

填 洼

地面净雨
❖

在表土层 形成饱和
层
下渗至地下 潜水或深层
地下水体
壤中流净雨 地下净雨
+ ❖+
地下净雨
直接进入河网汇流
降雨 地表 填洼 地面净雨
地表
在表土层形 成饱和层
壤中流净雨
降雨
下渗
下渗至地下潜水 或深层地下水体
时段T内平均流量 (m3/s)
流域面积（km2）
例题：某流域面积为4200km2，上图是流域出口 水文站1975年1-6月的月平均流量数据（m3/s）， 请计算该流域3月份的径流深。
径流模数：流域出口断面流量与流域面积F(km2)之 比值（单位流域面积上单位时间所产生的径流量）， 以M（升/秒*平方千米）表示。当Q(m3/s)为洪峰流 量时，相应的M为洪峰流量模数；Q为多年平均流量 时，相应的M为多年平均流量模数。
例题：已知流域面积为4200km2，流域出口断面 1975年的月平均流量数据如图（m3/s），请计算 该流域1975年平均流量模数。
径流系数：某一时段的径流深与相应时段的流域平 均降雨深之比，值小于1。
径流年内分配不均匀系数
年内平均月径流量
Cv / R
1 12
12 i 1
下垫面条件
人类活动
降水（影响径流量）
蒸发（影响损失量）
地理位置（经纬度） 植被、土壤及地质构造（土壤性质，
是否有透水岩层） 地形特征（流域平均高度、坡度、切
割程度） 形状和面积（狭长或宽短）
水利工程，水土保持，挖沙，采煤
第五节 径流表示方法
（characteristic value of runoff ）
汇
流 涨水阶段
地下净雨向下渗透至地下潜水 面或深层地下水体后，沿水力 坡度最大的方向流入河网
随着降雨和坡地径流量逐渐减少直 至完全停止，河槽水量开始减少， 储存的水量逐渐流出流域，形成洪 水退水阶段。
坡地地下水汇流
退水阶段
☆课程小结
了解认识河流、流域、水系；重点 理解径流形成过程。
☆思考题
①河川径流组成一般可划分为【】 A 地面径流 坡面径流 地下径流 B 地面径流 表层流 地下径流 C 地面径流 表层流 深层地下径流 D 地面径流 浅层地下径流 深层地下径流
植物截留不仅在数量上减少了林下雨 量，而且可推迟林下降雨开始时间。
影响植物截留的因素：植物特性（树种、树龄、树冠厚 度、茂密度）和气候气象条件（降雨量、降雨强度、气 温、风）。
A 树
B 树
填洼—降雨被流域上池塘、小沟等闭合洼地拦 蓄的现象。
填洼过程： i>f 开始填洼
D=Dmax 洼地出流
降雨终止后，填洼量耗 于下渗和蒸散发
学习
难点 难点二：径流特征值在实际中的应用
第一节 河流特征 （ River Characteristics ）
1、河流
河流：自然界中脉络相通的排泄降水径流的天然输 水通道,其中分为各级支流及干流。 河流分段：河源、上游、中游、下游、河口。 干流、支流（一级、二级等）、外流河、内陆河
河源是河流的发源地，一般为冰川、溪涧、湖 泊、泉水等。
下渗—水分从地表渗入地下的现象。 下渗损失—流域坡面上的降雨渗入地下的水量中， 不能成为径流的那部分水量。
第三节 径流形成过程
（ Runoff Process ）
3、产流过程
产流过程指降雨经植物截留、下渗、填洼，形成径流损失之后， 成为净雨的过程。
降雨
产流过程7种路径：

降落在河 面，开始 河网汇流
绝对变化幅度
☆课程小结
理解影响径流的主要因素；掌握径 流特征值的计算。
☆思考题与作业 计算课堂例题，计算径流的各特征值。
径流形成过程与流域水资源开发利用密切相关： 水资源评价、水文预报、工程设计
径流形成过程与流域生态环境密切相关
第三节 径流形成过程
（ Runoff Process ）
2、涉及的概念
植物截留—降雨在植物枝叶表 面吸附力、承托力、水分重力 和表面张力等作用下储存于植 物枝叶表面的现象。截留的水 量最终消耗于蒸发。
坡 坡面漫流 地 汇 壤中流
流 地下径流
河网 小沟 汇流
上游
小溪 支流 干流 下游 流域出口断面
河网汇流：汇入河网后，然后再沿着河网汇集到流 域出口断面的过程。
流域汇流=坡地汇流+河网汇流
坡 坡面漫流 地 汇 壤中流 流 地下径流
河网 汇流
小沟 小溪 支流 干流
上游 断面
下游
流域出口
坡地汇流特征
(Ri

R)2
/
1 12
12 i 1
Ri
不均匀系数
各月径流量
例题：已知流域面积为4200km2，流域出口断面 1975年的月平均流量数据如图（m3/s），请计算 该流域1975年径流年内分配不均匀系数。
年径流变差系数
相对变化幅度
Cm Qmax / Qmin Q Qmax Qmin
②一次降雨形成径流的损失量包括【】 A 植物截留 填洼 蒸发 B 植物截留 填洼 补充土壤缺水量 蒸发 C 植物截留 填洼 补充土壤吸着水 蒸发 D 植物截留 填洼 补充土壤毛管水 蒸发
第四节 影响径流的主要因素 （ Main Factors of Effecting Runoff ）
气象
影响 因素
一月
1
2.90
2
2.90
3
2.90
4
3.38
5
3.75
6
4.03
7
4.23
8
4.38
9
4.46
10
4.50
例题：左图为某河流水文站 1985年1月上旬的日平均流量数 据（m3/s），请计算该月上旬 的径流量。
径流深：将径流量平铺在整个流域面积上所 得的水层深度（mm）,以R表示。
时段T内径流量(m3)