第二章 河流与径流

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。即使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 ) 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
必须指出：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。
2、径流的表示方法与度量单位 （1）流量Q（flow、discharge）：单位时间内通过河 流某一断面的水量称为流量，以m3/s计。
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
河槽（river channel）
河滩（flood plain）
河滩 河槽
高水位 主槽 中水位 低水位
主槽（main channel） 边滩（river shoal）
河滩
边滩
图 2.2 横断面示意图
单式断面 (single cross-section)
河源 上游 中游 河源
下游 河口
海 洋
河源：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
上游断面：
洪水位
中游断面：
洪水位
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
L
横断面（river section）
纵断面（river profile）
海 洋
（1） 河流横断面（简称：断面 cross-section）： 水位 （water level、water stage）
海 洋
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）
左岸
右岸（right bank）
外流河、内流河（内 陆河）
海 洋
右岸
2.1.1 河流特征（characteristics of river）
1、河流的分段： 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）
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） 山脊线
3、流域水量平衡
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 R E EPR
( 2 8) ( 2 8)
2.2.2 径流形成过程（process of runoff formation）
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。 1、径流形成的物理过程
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；河床由水流冲积而成，
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。
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）: B = F / LF
（3）流域形状系数（coefficient of basin shape）:
水量与输出的水量之差，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。
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
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）。
水分循环
水汽输送 水汽 水汽输送 降 水 水汽
土 壤 蒸 发
植 物 散 发
降 水 蒸 发 蒸 发 海洋
地面径流 地下径流
陆地
下 渗
湖泊
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，所以水在自然界循环的路径（ Path）和过程（Process）极其复杂并且多变。
入输出组成写出具体的水量平衡方程。
陆地： 海洋：
多年平均： 陆地： 海洋： 全球：
PO R EO ΔS O
ΔSC 0 , ΔSO 0
（2-3） （2-4） （2-5）
P C R EC P O R EO
P C P O EC EO
PE
全球多年降水量与多年平均蒸发量相等，为1130mm。
防洪堤 河滩
河槽
3） 分叉型河段（braided reach）
4） 散乱型（游荡型）河段（wandering reach）
§2.2
径流及其形成过程
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）
植被（vegetation cover）
湖泊（lake）与沼泽（swamp、marsh、bog）
人类活动措施 （human activities）
2.1.3
1、山区河流
山区河流和平原河流
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
AB J BC
1 S AB BC 2 AB 2 S / BC BC L J 2 S / L2
图2-3 河道平均纵比降计算示意图
( Z 0 Z1 ) L1 ( Z1 Z 2 ) L2 ( Z n1 Z n ) Ln 2 Z 0 L J L2
( 2 1)
.
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：
1） 顺直微弯型（边滩平移型）河段（straight reach）
泛滥边界
边滩

河滩
河槽边界
深槽
河滩
泛滥边界
2） 弯曲型（蜿蜒型）河段
（curved reach、meandering reach）
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 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。
3）坡地汇流（坡面漫流过程） 净雨首先从流域的坡面汇入河网（小沟、小溪、
小河），形成地面径流，这部分径流速度快，历时短，
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）。
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）
4、 河道比降
落差（fall）
Z2
Z1
河底
Z Z 2 Z 1
比降（slope of river）
l
Z 2 Z1 Z J 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：
是形成洪水的主体；另一部分净雨沿地下潜水层流入
河网，形成地下径流，这部分径流流速较小，形成比 较稳定的地下径流。 坡面漫流是从流域局部开始漫流，然后逐渐扩大 到全流域。
4）河网汇流（河槽集流过程） 进入河网的径流（河川径流），在重力作用下
沿着河道从支流到干流，从上游到下游汇集到流域
出口断面，完成径流形成的整个物理过程。 径流的形成过程，通常把降雨转化为净雨的 过程称为产流过程；净雨转化为河川径流的过程 称为汇流过程。
洪水位（flood level） .. .. . .. . ... . .. .. . . . . . . . . . . .. . . . .. . . .. .. . . . . . . . . . . . . .. .冲积层 .. . . . . . . . . .. . .. （. river . alluvium）
复式断面 (compound cross-section)
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）。
Z2
（2） 河流纵断面
河底
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 ）。 表示河床自上游向下游沿程变化。
第 2 章
CHAPTER 2
河流与径流
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 集成河流。
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… 地质构造（geological structure） 岩石性质（rock features） 土壤（soil characteristics）
（2）流域
闭合流域 （closed basin） 不闭合流域 （unclosed basin）
地面分水线 地下分水线 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，量算出分水线包围的面积，即流域面
1）降雨过程
降雨量（mm） 降雨强度（mm/min mm/h）
笼罩面积（km2） 程的大小和变化趋势。
暴雨中心
降雨量及其在时间和空间的变化决定了径流过
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）
流量随时间的变化过程
称为流量过程线
（hydrograph），以
Q ～ t 表示。 水位过程线，以 Z ~ t 表 示。
K = B / LF =F/LF2 3、流域的自然地理特征 （the physical features of river basin） (2-2)
地理位置（geographical position）：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）