《水系和流域》PPT课件.ppt
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1、第六节 河流,一、河流、水系和流域陆地水以河流、湖泊、沼泽、冰川和地下水等形式存在。(一)河流、水系和流域的概念 河流:降水或由地下涌出地表的水,汇集在地面低洼处,在重力作用下经常地或周期地沿流水本身造成的洼地流动 水系:河流沿途接纳众多支流,并形成复杂的干支流网络系统,就是水系。流域:每一条河流和每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给,这部分陆地面积就是河流和水系的流域,也就是河流和水系在地面的集水区。,(二)水系形式按照一定的岩层构造、沉积物性质和新构造应力场的反映,水系形式通常分为:树枝状、格状和长方形三类。按照干支流相互配置的关系或它们构成的几何形态划分可分为:扇状水系、羽状水系、梳状
2、水系和平行水系四类按照水系流向的相互关系划分:向心水系和辐散水系。,树 枝 状 水 系,火星表面的树枝形河流,(三)河流的纵横剖面 河源与河口的高度差,就是河流的总落差。某一河段两端的高度差,则是这一河段的落差。单位河长的落差,叫做河流的比降。河流纵断面能够很好地反映河流比降的变化。如下图,河流的纵断面:,河流的纵断面,河 流 纵 剖 面,(四)河流的分段 一条河流常常可以根据其地理地质特征分为 河源、上游、中游、下游和河口五段。河源 是指河流最初具有地表水流形态的地方;上游 是指紧接河源的河谷窄、比降和流速大,水量小、侵蚀强烈、纵横面呈阶梯状并多急滩和瀑布的河段。中游 水量逐渐增加,比降已较
3、和缓;下游 河谷宽广,河道弯曲,河水流速小而流量大,淤积作用显著,到处可见浅滩和沙洲。河口 是河流入海、入湖或汇入更高 级河流处,经常有泥沙堆积,有时 分汊现象显著,在入海、入湖 处形成三角洲。,瀑 布,尼罗河三角洲,(五)流域特征对河流的影响 流域面积是流域的重要特征之一。除干燥区外,一般是流域面积越大,河流水量也越大。此外,流域形状对河流水量变化也有明显的影响。流域中干支流总长度和流域面积之比,称为河网密度,计算式为:D=L/F D的单位为km/km2。河网密度是地表径流丰富与否的标志之一。流域气候、植被、地貌特征、岩石土壤渗透性和抗蚀能力,是河网密度大小的决定性因素。二、水情要素(一)水
4、位 河流中某一标准基面或测站基面上的水面高度,叫做水位。,流域内的径流补给是影响流量、水位变化的主要因素。水位过程线:用纵坐标表示不同时间的水位高度,横坐标表示时间,即可绘出水位过程线。相应水位线:用纵轴表示上游站水位,横轴表示下游站水位,即可绘出两个测站的相应水位曲线。相应水位:河流各站的水位过程线上,上下游站在同一次涨落水期间位相相同的水位,叫相应水位。平均水位:是单位时间内水位的平均值。中水位:一年中观测水位值的中值。平均高水位和平均低水位:各年最高水位与最低水位各自的平均值。如下图,相应水位曲线:,相应水位曲线,(二)流速 流速指水质点在单位时间内移动的距离。可用 等流速公式(薛齐公式
5、)计算某一时段的平均流速:V=C(RI)1/2 R:水力半径,为过水断面面积与水浸部分弧长之比;I:河流纵比降;C:待定系数。建立等流速公式的基本出发点是:只有动力与摩擦力相等时,水流才沿河槽作等速运动。如下图所示:,推导平均流速公式的示意,薛齐公式中的 C 是一个不定值,可能决定于糙度、深度、过水断面形状等。下面是两个最常用的计算C值的公式:1.满宁公式:C=(1/N)R1/6;N:河槽粗糙系数(可查表得到);R:水力半径。2.巴甫诺夫斯基公式:C=(1/N)Rx;x2.5N1/20.130.75R1/2(N1/20.10)。,(三)流量 1.定义:单位时间内通过某过水断面的水量,叫做流量。
6、计算式为:Q=Av;A为断面积,v为平均流速。2.流量和水位之间的内在联系:V=C(RI)1/2,A=f2(H),那么,Q=f1(H)f2(H)=F(H)这个公式所表示的就是水位流量关系曲线,如下图:,在实际工作中,常常还需绘制另一种曲线流量过程线如下图所示:,流量过程线,(四)水温与冰情 1.影响水温的因素:(1)河流的补给特征;【主要因素】(2)河水温度也随时间时间变化;(3)河水温度还随流程远近而发生变化。2.冰情 当气温降到0 oC以下,水温降到0 oC时,河中开始出现冰晶,岸边形成岸冰。冰晶扩大,浮在水面形成冰块。随着冰块增多和体积增大,河流狭窄处和浅水处首先发生阻塞,最后使整个河面
7、封冻。,三、河川径流(一)径流的形成和集流过程 径流的形成是一个连续的过程,但可以划分为几个特征阶段:1.停蓄阶段 降水落在流域内,一部分被植物截留,另一部分被土壤吸收,然后经过下渗,进入土壤和岩石孔隙中,形成地下水。降水量超过上述消耗而有余时,便在一些分散洼地停蓄起来,这种现象叫做填洼。2.漫流阶段 植物截留和填洼都已达到饱和,降水量超过下渗量时,地面便开始出现沿天然坡向流动的细小水流,即坡面漫流。坡面漫流逐渐扩大范围,并分别流向不同的河槽里,叫漫流阶段。,土壤、岩石的下渗强度,从一开始下渗就逐渐减弱,一定时间后成为稳定值,这个稳定值称为稳渗率。漫流阶段的产流强度,决定于降水强度和土壤稳渗率
8、之差。坡面漫流时地表径流向河槽汇集的中间环节,分为:片流、沟流和壤中流三种形式。其中,沟流是主要形式。3.河槽集流阶段 坡面漫流的水进入河道口,沿河网向下游游动,使河流流量增加,叫做河槽集流。(二)径流计算单位 1.流量Q 单位时间内通过河道过水断面的水量。Q=Av A为过水断面面积,v为平均流速。2.径流总量W 在一特定时间内通过河流测流断面的总水量。WQT,T为时间,Q为时段平均流量。3.径流模数 单位时间单位面积上产出的水量。M=Q/F Q为流量,F为流域面积。4.径流深度y y=W/F 5.径流变率(模比系数K)任何时段的径流值M1、Q1或y1等,与同时段多年平均值Mo、Qo或yo之比
9、。K=M1/Mo=Q1/Qo=y1/yo 6.径流系数 一定时期的径流深度y与同期降水量x之比。y/x 降水量大部分形成径流则值大,降水量大部分消耗于蒸发和下渗,则值小。,(三)正常径流值 河流的年正常径流量是指多年径流量的算术平均值,即平均每年中流过河流某一断面的水量。数理统计中用均方差与均值之比作为衡量相对离散程度的参数,即离差系数Cv。Cv=(1/x)(xi-xo)2/n1/2Cv值反映各年中具体径流量计算的准确程度的关系,如下图:Cv值、观测年数和准确程度的关系,(四)径流的变化 1.年内变化 根据一年内河流水情的变化,可以分为若干个水情特征时期,如:汛期、平水期、枯水期或冰冻期 河流
10、处于高水位的时期称为汛期。枯水期是河流处于低水位的时期。如果此时河流封冻,则又称冰冻期。平水期是河流处于低水位的时期。2.年际变化 径流量的年际变化往往由降水量的年际变化引起。通常以径流的离差系数来表示年径流的变化程度(五)特征径流 1.洪水 河流水位达到某一高度,致使沿岸村庄、城市建筑物。农田受到威胁时,称为洪水位。影响洪水性质的因素:流域内的降水分布、强度、降水中心移动路线、支流排列方式。,分类 按照来源可分为 上游演进洪水 和 当地洪水。洪水期间,在没有大支流加入的河段中,同一断面上总是首先出现最大比降,接着出现最大流速,然后是最大流量,最后是最高水位。2.枯水 一年中没有洪水时期的径流
11、,成为枯水径流。枯水径流主要来源于流域的地下水补给。我国大多数河流的枯水径流出现在10月至次年34月。四、河流的补给(一)河流补给的形式 河流补给的几种主要形式:降水、冰川积雪融水、地下水、湖泊和沼泽。(二)各种补给的特点 1.降水补给 雨水是全球大多数河流最重要的补给来源。,据估计,我国河流年径流量降水补给约占70。2.融水补给 融水补给为主的河流的水量及其变化,与流域的积雪量和气温变化有关。这类河流在春季气温回升时,常因积雪融化而形成春汛。3.地下水补给 河流从地下所获得的水量补给,称为地下水补给。地下水补给一般约占河流径流总量的1530地下水补给具有稳定和均匀两大特点。4.湖泊与沼泽水补
12、给 一般来说,湖泊沼泽补给的河流水量变化变化缓慢而且稳定。5.人工补给 从水量多的河流、湖泊中把水引入水量缺乏的河流,向河流中排放废水等,都属于人工补给范围。,(三)河流水源的定量估计 为了准确地从河流总水量中划分出地表径流和地下径流,常常需要从河流的流量过程线中,把各种形式的补给分割出来。所以河流水源的定量估算,也叫做流量过程线的分割。1.直线分割法 如下图所示:,2.退水曲线法 实际上是根据标准退水曲线,从流量过程线两端向内延伸,退水曲线以下部分就是地下径流。如下图所示:,以上所述两种方法只限于分割地面径流和地下径流两部分。地表径流的进一步分割,请看下面的一个例子:,图中很明确地指出了洪水
13、和降水持续时间。流量过程曲线分为涨水曲线、洪峰曲线、和退水曲线三部分。,五、流域的水量平衡 流域水量平衡原理:进入任意流域的水量,减去消耗的部分,等于原有水量的绝对增加量。设:x为一定时间内流域的降水量;u2为收入超过支出时的增量;w1为进入流域的地下径流量;z1为地表及土壤中凝结的水量;w2为由地下径流方式流出的水量;z2为雪面、土面、叶面、水面蒸发量;u1为支出超过收入时的减量;y为以地表径流方式流出的水量。,以上所有数值都用水深表示,则一条河流任意时段的水量平衡方程式可写为:x=y+(z2-z1)+(w2-w1)+(u2-u1)令 z=z2-z1;u=u2-u1;w=w2-w1。u、w可
14、正可负,则平衡方程变为:x=y+z+u+w 当其它条件相同时,流域面积越大,w就越小,因此,当计算大流域时,w可忽略,即公式变为:x=y+z+u 当计算一年的时:x=y+z+u年;当计算多年水量平衡时:xo=yo+zo;xo为多年平均降水量,yo为正常径流量zo为正常蒸发量。,对于内陆流域,多年水量平衡式为:xo=zo,即多年平均降水量等于多年平均蒸发量。六、河流的分类(一)河流分类的意义和原则 河流分类的原则包括:1.以河流的水源作为河流最重要的典型标志,按照气候条件对河流进行分类;2.根据径流的水源和最大径流发生季节来划分;3.根据径流年内分配的均匀程度来划分;4.根据径流的季节变化,按河
15、流月平均流量过程线的动态来划分;5.根据河槽的稳定性来划分;,6.根据河流及流域的气候、地貌、水源、水量、水情、河床变化等综合因素来划分。(二)我国河流的分类 我国河流常以河流径流的年内动态差异为标志进行河流分类:1.东北型河流,包括东北的大多数河流;2.华北型河流,包括辽河、海河、黄河以及淮河北侧各支流;3.华南型河流,包括淮河南侧支流,长江中下游干支流浙、闽、粤沿海及台湾省各河,以及除西江上游以外的珠江流域大部分;4.西南型河流,包括中下游干支流以外的长江、汉水、西江上游以及云贵高原的河流;,5.西北型河流,包括新疆和甘肃河西地区发源于高山的河流;6.阿尔泰型河流,我国境内属于此类的河流很
16、少;7.内蒙古型河流 8.青藏型河流七、河流与地理环境的相互影响 1.河流的地理分布受气候的严格控制;流域的海拔高度坡度、切割密度直接影响着径流汇聚条件;地表组成物质决定着径流下渗情况;植被则通过降水的截留影响径流。2.河流对地理环境也有显著的影响。,第七节 湖泊与沼泽,一、湖泊(一)湖泊的成因和类型 1.定义:地面洼地积水形成较为宽广的水域称为湖泊。湖盆是形成湖泊的必要条件,水则是形成湖泊不可或缺的物质基础。2.湖泊的分类:1)按照湖水来源,海迹湖、陆面湖;2)依据湖水与径流的关系,内陆湖、外流湖;3)根据湖水的矿化程度,淡水湖、咸水湖;4)按湖水温度状况,热带湖、温带湖、极地湖;,5)以湖
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