水文学原理第二章 河流和流域特征ppt课件.ppt

第2章河流和流域特征,内 容：2.1 河流及特征2.2 流域与水系特征2.3 径流形成过程概述2.4 影响径流的主要因素2.5 径流的表示方法和度量单位2.6 河川径流情势及我国河川径流分布重 点：径流的形成过程、影响因素、表示方法；流量过程及其组成。难 点：径流模数和径流深度的概念和计算,河流：沿地表线形凹槽集中地经常性或周期性水流。较大的河或江，较小的叫溪。,2.1 河流及特征2.1.1 干流及支流,(1)干流(Mainstream)在水系中汇集全流域径流的河流，例如：黄河、长江。,(2)支流(Tributary)流入一较大河流或湖泊的河流。支流是分级的：一级支流(注入干流的支流)；二级支流(注入一级支流的支流)；三级支流(注入二级支流的支流)；四级支流(注入三级支流的支流),2.1.2 河流的分段（1）河源：河流的发源地。为泉水、溪涧、冰川、或沼泽。（2）上游：紧接着河源，峡谷地形。落差大，坡陡流急，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）,（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。,外流河：注入海洋的河流。如长江，黄河。内流河或内陆河：流入内陆湖泊或消失于沙漠中（瞎尾河）。如塔里木河、格尔木河（青海）,河流上游,黄河上游,山区上游河流,河流中游,河流下游,源头,源头地貌,虎跳峡峡口海拔1800米；南岸的玉龙雪山海拔5596米，临峡一侧山体陡峭，几乎是绝壁，无路可寻；北岸的哈巴雪山海拔5386米，临峡一侧山坡稍缓，这一侧有一条简易的碎石公路，贯通全峡，公路上方还有一条步行小路。金沙江劈开玉龙雪山和哈巴雪山，形成世界最深的大峡谷虎跳峡。江水经过虎跳峡时上下落差200米，两岸雪峰高出江面3000多米，其势惊险奇绝，慑人魂魄。虎跳峡分上中下三段，全长17千米，12险滩错落排列在峡谷中，浪涛翻卷，惊心动魂。江面最窄处仅30米，在虎跳峡上游的金沙江入口处，有一巨石横卧江心，激流从仅有30米宽的巨石两侧穿流而过，涛声震天，白浪翻滚，传说猛虎常靠江心巨石跃上对岸，故名虎跳峡。,长江最为壮丽的一段是三峡。它西起四川省奉节县白帝城，东止湖北宜昌县南津关，全长193公里，由瞿塘峡、巫峡和西陵峡组成。瞿塘峡长8公里，两壁对耸狭窄，最窄处不到百米，最宽处不过150米，以雄伟险峻著称。巫峡以巫山得名，长45公里，是三峡中最整齐的峡谷。巫峡以幽深秀丽著称。西陵峡全长76公里，是三峡中最长的，其特点是峡中有峡，滩内含滩，江流回环曲折，水势凶险。,2.1.3 河流的基本特征 河流断面 a.横断面：垂直于水流方向的断面,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。,b.纵断面：沿河流中泓线切出来的断面中泓线？深泓线?,(2)河流长度(River Length)1)定义：河流源头至河口 沿河槽中泓线量取的距离L。2)作用：河流特性的基本参数，可确定落差、比降和能量。(3)河流弯曲系数(Tortuosity)1)定义：沿河流中泓线两点间的实际长度与其直线距离的 比值。2)特性：任何河段都有它的弯曲系数；它可反映河流流经地 的地质地貌特征。,l,L,(4)河流比降 1)横比降：河流沿横断面方向的水力坡度 产生横比降的原因：a)弯曲河段中惯性离心力的作用；b)地球自转偏向力的作用；c)流速分布不均匀的影响。,(a)平面图(b)横断面图(c)水面单元水体受力图,(4)河流比降 2)纵比降：a)水面纵比降（水面坡度）：中泓线上单位长度内水面的落差。b)河底纵比降（河底坡度）：中泓线上单位长度内河底的落差。,比降计算公式：（1）当河道纵断面近于直线时，比降计算式为：（2）当河底高程沿程变化时，如下图，比降计算式为：,2.1.4 水系(Hydrographic Net)由河流的干流和各级支流，流域内湖泊、沼泽或地下暗河构成脉络相通的一个系统，称为河网，也叫河系或水系。,霍顿分级法,斯特拉勒分级法,如右图，其中的各个河流按自上而下的顺序分为1级、2级。规定2条同级的河流汇合为高一级的河流，例如2条1级河流汇合后为2级；不同级的汇合时，则不增加汇合后的河流级别，如2级与1级汇合后仍为2级。,河流地貌定律,（一）概述1流域：汇集地面水和地下水的区域称为流域，也就是分水线包围的区域。当不指明端面时，流域乃对河口断面而言。2分水线：流域的周界。每个流域的分水线，就是流域四周最高点的连线，通常就是流域四周山脉的脊线。如秦岭是长江与黄河的分水岭。包括：地面分水线地面水集水区；地下分水线地下水集水区；,2.2 流域与水系特征,3闭合流域：当一个流域的地面分水线与地下分水线相重合，河床切割较深。（理想）4不闭合流域：由于地质构造上的原因，地面分水线与地下分水线并不完全重合。不闭合流域与相邻流域间发生水量交换，实际上很少有严格的闭合流域。实际工作中，除有石灰岩溶洞等特殊的地质情况外，一般较大流域，不闭合引起的水量误差相对较小，可按闭合流域考虑（流域是相对于某一出口断面而言，当不指明断面时，流域即指对河口断面以上区域）。,流域的几何特征 1)流域面积：是流域的主要几何特征。通常先在适当比例尺的地形图上定出流域分水线，然后量出它所包围的面积。F（km2）方格法、求积仪法 2)流域长度：以流域出口为中心向河源方向做一组不同半径的同心圆，各圆与流域分水线相交形成割线，各割线中点的连线长度。L 3)流域平均宽度：4)流域形状系数：,(3)流域的自然地理特征 流域的地理位置、气候、地形、植被、土壤特性，地质构造，沼泽及湖泊情况等，都是与流域水文特性密切有关的自然地理特征。1)地理位置：经纬度 2)气候条件：降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素 3)下垫面条件：地形地貌、地质构造、土壤、岩石性质、流域的植被、流域的湖泊和沼泽 森林度：湖泊率：,二、水系的基本特征,1、水系的形状（1）扇形水系（2）羽形水系（3）平行状水系（4）混合状水系,2、河网密度：干支流总长度/流域面积/,2.3 径流形成过程概述流域内的水自降落开始至水流汇集、流至出口断面的整个过程，称为径流形成过程。一般分为4个阶段,(1)降水阶段：从云降落到地面的液态或固态水的滴粒 降水量 H：一定时间内降落在某一点或某一集雨面积上的总水量，用深度表示，mm 降水历时t：降水的持续时间，min,h或d 降水强度i：单位时间内的降水量，mm/min、mm/h,降雨量对径流量的大小起决定性的作用。根据24h降水总量或12h降水总量，可以把降水强度分 为小雨、阵雨、中雨、暴雨、特大暴雨等。,(2)流域蓄渗阶段 降雨开始时并不立即形成径流。雨水一部分会被地面植物截留，一部分会渗入地表土中，一部分被蓄留在坡面的坑洼里。这一阶段称为流域蓄渗。(3)坡面漫流阶段 流域蓄渗阶段完成以后剩余雨水沿着坡面形成坡面漫流。它从局部区域开始，逐渐扩展到全流域。坡面漫流的雨水最后汇入河沟。(4)河槽集流阶段 汇入河沟的水，顺着河道由小沟到支流、由支流到干流、最后到达流域出口断面。这个阶段称为河槽集流。,河川径流的大小和变化，通常用流量和水位来表示。,一年内的最大洪峰流量，称为年最大流量。,从径流形成过程来看影响径流变化的主要因素可分为气候因素、下垫面因素和人类活动因素。(1)气候因素 降水和蒸发直接影响径流的形成和变化。(2)下垫面因素 1)地貌 2)地质和土壤 3)植被 4)湖泊和沼泽 5)流域面积与形状(3)人类活动因素 1)增加河川径流量的措施：人工降雨、融雪、跨流域调水 2)改变河川径流分配的措施：修筑水库等水利工程 3)减少地表径流的措施：引水灌溉等,2.4 影响径流的主要因素,(1)流量Q：单位时间内流经河流某一水断面的水量。m3/s(2)径流总量W：一段时间内通过河流过水断面的总水量，m3(3)径流模数M：单位流域面积上平均产生的流量，L/skm2(4)径流深度R：它是径流总量W折算成全流域的平均水深，单位为mm，常用来与降水量作比较(5)径流系数：径流深度R与降水量X之比，有,2.5 径流表示方法和度量单位,某水文站流域面积F=54500。多年平均降雨量P=1650，多年平均流量Q=1680/。求该流域径流参数。解：（1）多年平均径流量：W=QT=1680*365*86400=530亿（2）多年平均径流深：R=W/100F=530*108/1000*54500=972（3）多年平均径流模数：M=1000Q/F=1000*1680/554500=30.8L/（）（4）多年平均径流系数：=R/P=972/1650=0.59,2.6.1径流的年内变化径流情势：在一年内和多年期间，河流径流的变化特性。或称年内变化、年际变化年内变化-又称年内分配：常用年流量过程线来表示。横坐标通常以月和旬作单位，其相应的流量即为月平均流量或旬平均流量水文年度:一般是按照洪、枯水期在一年内的周期变化特点来划分的。始于枯水期结束（汛期开始）之日，如汉水流域6月1日、东北地区5月1日、南方各地3月1日或4月1日 径流的季节分配主要取决于补给来源及其变化 我国大部分河流都是以雨水补给为主，径流的季节分配在很大程度上取决于降水的季节分配 北方的河流，除降水外热量条件也是一个重要的影响因素,2.6河川径流情势及我国河川径流分布,2.6.2 径流的年际变化 年径流的多年变化一般指年径流年际间的变化幅度(简称年际变幅)和多年变化过程两个方面 年际变幅：用年径流变差系数(Cv值)、实测最大年平均流量与最小年平均流量比值（简称年际比值)来表示 多年变化：包括年径流丰、平、枯水的特征及其循环 年径流变差系数-CvKi-年径流变率，n-为观测年数Cv值-反映一个地区年径流相对变化程度（Cv值大-变化剧烈，不利于水资源的利用；Cv值小-年际变化缓和，有利于水资源的利用）,影响Cv值大小的因素主要有年径流量的多少和补给来源,2.6.3我国河川径流分布概况 我国年径流分布和年降水量分布一样，总趋势：由南向北和由东向西递减，新疆、甘交界以西，则由西向东递减，具有明显的地域性分布规律，地形分布复杂呈现多种非地域性变化（一）年径流的地理分布1、丰水带（800mm）2、多水带（200800mm）3、过渡带（50200mm）4、少水带（1050mm）5、干涸带（10mm）（二）年径流的年内变化径流的年内变化主要取决于河流的补给条件。雨水补给，汛期，枯水期（三）年径流的年际变化径流的年际变化，较降水更为剧烈，北方大于南方，水量越贫乏的地区，丰枯年间的水量相差越大。,2.6.4 我国河流流量的主要补给类型(1)雨源类(2)雨雪源类,(3)雪源类,雨源类河流,季节性河流,雨雪源类河流,