《河流概论》PPT课件.ppt

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1、第2章河川径流,内 容：2.1 河流和流域2.2 河川径流形式2.3 水文测验2.4 水文资料的收集和整理 重 点：河川径流的形成过程、影响因素、表示方法；平原河流的特征；水位与流量关系曲线难 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 河流和流域2.1.1 河流的形成和分段,(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(注入一级支流的支流

2、)；四级支流(注入一级支流的支流),(3)河网(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。,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。,

3、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,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 或 测站断面沿河槽中泓线或轴线 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(

4、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。,2.1.4.流域(1)分水岭、分水线和流域 1)分水岭：划分相邻水系（或河流）

5、的山岭或河间高地。2)分水线：分水岭最高点的连线（山脊线）。3)流域：一个水系（或河流）的集水（地表或地下水）区域。(2)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：用河流的干流长度代替。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)流域的地理位置 2)流域的气候条件 3)流域的地形条件 4)流域的土壤、岩石性质和地质构造 5)流域的植被

6、 森林度：6)流域的湖泊和沼泽 湖泊率：,河流的平面形态特征(1)平原河流 特点：在环流、泥沙的冲刷和淤积作用下，蜿蜒曲折形态，即深槽、浅槽沿水流方向交替出现，呈规律性。,专业术语：凹岸、凸岸、左岸、右岸、深槽、浅槽,(2)山区河流 大多为岩石河床，异常复杂,山区河流,1.峡谷河段,2.开阔河段,2.1.6 不同类型河段的河床演变一般规律(1)山区河段 1)山区河流的洪峰特征：a)洪峰暴涨暴落；b)流量和水位变化幅度很大；c)中水历时短暂 2)山区河流的纵横断面特征：a)横断面：多呈v字形或U字形 b)纵断面：河底比降较大，变化急剧，存在一系列折点，急滩与深潭交错，且常因落差集中而形成陡跌水甚

7、至瀑布。,(2)平原河段 1)顺直微弯型河道：a)浅滩和深槽交替发生冲淤，不但浅滩多，而且浅滩、深槽和水流线位置很不稳定，河床附近时而为深槽，时而为浅滩，水深变化大。b)边滩和深槽同步顺流下移。c)河床周期性展宽和缩窄。,2)游荡型（宽浅型）河道：a)多年平均情况下，河床不断淤积抬高，形成“地上河”。b)年内的冲淤变化，一般为汛期主槽冲刷，滩地淤积，而非汛期则相反。c)沙洲移动迅速，河道外形经常改变，冲淤变化幅度极大。一次洪水后，河床面目全非。d)主槽经常摆动，而且摆动的速度和幅度都很大。,3)弯曲型（蜿蜒型）河道：a)凹岸崩退和凸岸淤长；b)河湾发展、河线蠕动；c)自然的裁弯取直，并伴随又一

8、轮的河湾消长。,4)分汊型河道：a)洲滩的移动；b)河岸的崩坍和弯曲；c)汊道的交替兴衰。,2.2 河川径流形成2.2.1 径流的形成过程 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

9、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，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。,2.2.2 河川径流的影响因素 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

10、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,2.2.3 河川径流的特征值(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

11、深度R与降水量X之比，有,我国七大江河汛期大致划分如下：1珠江：4-9月 5海河：6-9月 2长江：5一10月 6辽河：6一9月 3淮河：6-9月 7松花江：6一9月 4黄河：6一10月 七大江河主汛期分别为：1珠江：5一7月 5海河：7-8月 2长江：6一9月 6辽河：7-8月 3淮河：6-8月 7松花江：7-8月 4.黄河：7-9月,2.2.4 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,2.3 河川的泥沙运动2.3.1 河川泥沙及其特性河川泥沙：组成河床和随水流运动的泥、土、砂、石等固体颗粒。对于河流的水情及河流的变迁有重大影

12、响。给防洪、航运、灌溉等提出课题。(1)河流泥沙的来源 从流域地表充蚀而来。侵蚀模数：每平方公里流域地面上，每年侵蚀下来并汇入河流的泥沙吨数。流域的侵蚀模数和河流含沙量的大小主要取决于流域上暴雨的集中程度、土壤结构与组成特性、地表切割程度与地表坡度以及植被覆盖条件等。,(2)泥沙特性 1)几何特性：大小、形状,粒径（d）：用与泥沙同体积球体的直径来表示，mm,2)重力特性：含沙量（含沙浓度）：单位浑水体积中所含泥沙的质量。3)水力特性：a)沉降速度：单颗粒泥沙在无限大静止水体中匀速下沉的速度称为泥沙的沉降速度。b)水力粗度：泥沙沉降速度的数值主要与泥沙颗粒的粒径和形状、水流的紊动强度有关故也称

13、为泥沙的水力粗度。单位为cm/s或mm/s。,2.3.2 泥沙的运动形式(1)推移质运动(2)悬移质运动,2.3.2 泥沙的运动形式(1)推移质运动 1)泥沙的起动、扬动和止动 a)起动流速:当接近河底的水流流速增加到一定数值时，作用于泥沙颗粒的力开始失去平衡，泥沙开始起动的临界流速。b)扬动流速：当流速增大到一定程度后，泥沙悬浮在水中，随水流一起运动的速度。c)止动流速：当流速减小到某数值时，运动着的泥沙便降落在床面而停止不动，此时的临界速度为止动流速。起动流速止动流速 泥沙颗粒越细，差值越大。一般为倍。,2)沙波运动 是天然河流中推移质集体运动的一种主要形式。当推移质运动达到一定的规模时，

14、河床表面便会形成波状起伏并向下游移动。这种泥沙颗粒在床面的集体运动，称为沙波运动。,2.3.2 泥沙的运动形式(2)悬移质运动 1)悬移质的分布与变化：紊流运动和重力作用的结果 2)水流挟沙能力 单位体积的水流能够挟带泥沙的最大数量。上游的来沙量河段的水流挟沙能力，河槽淤积；上游的来沙量河段的水流挟沙能力，河槽冲刷；上游的来沙量河段的水流挟沙能力，河槽不冲不积；3)河流输沙率 单位时间内通过过水断面处的泥沙质量。,输沙率,1.悬移质输沙率,2.推移质输沙率,很小，忽略不计,2.4 河床演变河床演变：河床在自然条件下或受人工建（构）筑物的影响而发生的变化，这种变化是水流、泥沙与河床相互作用的反映

15、。2.4.1 河床演变基本特征(1)河床特征 a)一定的河床形态及河床组成，有一定的与之相适应的水流结构与水流条件；b)一定的河床形态及河床组成，有一定的与之相适应的输沙率。,(2)河床演变的基本分类 1)河床的横向变形 指沿河宽方向的平面形态的变化，如河湾发展，河槽拓宽、塌岸、分汊、改道、裁弯等河床平面形状的变化。2)河床的纵向变形 指沿水流方向河床高程的变化，亦即河床纵断面的变化。河床纵向变形主要表现为河床冲淤不平衡所引起的高程变化，其原因是河流纵向输沙不平衡。,(3)影响河床演变的主要因素与水利工程、市政工程、交通土建工程等都有密切的关系，同时也对相关建（构）筑物的使用安全起到至关重要的

16、作用。1)流量大小及变化 2)河段来沙量及来沙组成 3)河段比降 4)河床地质情况 5)河床形态 6)人类生产活动：如修建水库,2.5 河川水文资料的收集和整理水文资料包括水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、水质、地下水位等资料，是水文分析计算的基本依据，也是水利工程、桥涵工程规划设计和管理运用的基础资料。2.5.1 水文资料的收集(1)水文站资料观测资料水文年鉴和水文站详细调查一般搜集桥位附近水文站历年实测最大流量、水位、流速、糙率、水面比降、含沙量、水位流量、水位面积、水文流速等。(2)洪水调查资料 在桥位上、下游调查历史上各次较大洪水的水位，确定洪水比降和河床糙率，推算相应的历史洪水流量

17、；调查桥位附近河道的冲淤变形及河床演变，确定历史洪水计算断面和桥梁墩台天然冲刷深度的依据。(3)洪水考证 文献考证、实地探访,2.5.2 水文资料的测验方法(1)水位观测 水位：河流、湖泊、海洋、水库等水面相对于标准基面（绝对基面）的高程。单位：m 标准基面：我国统一采用青岛附近黄海海平面作为标准基面。水位过程线：不同时刻的水位变化曲线。流量过程线：不同时刻的流量变化曲线。水位观测仪器：水尺和自记水位计。,直立式水尺,倾斜式水尺,(2)断面测量 形态断面（水文断面）：计算流量所依据的河流横断面。断面测量的方法：先测水位再沿水面宽度取若干点测水深计算河底高程连接各测深点绘出过水断面图。,测深工具

18、：测深杆、测深锤、回声测深仪。测时水位：H水尺零点高程测时水尺读数 相应某一水位时的河段水面比降：,(3)流速测量 岸边流速中间流速，河底流速表面流速 流速测量的方法：流速仪法、浮标法。流速仪法的基本原理：水流冲击旋杯而发生旋转，旋杯旋转的转数与水的流速是一致的，据此可得出测试点的河水流速。,(4)流量计算 1)垂线平均流速计算 2)部分面积平均流速的计算,3)部分面积的计算 中间部分：梯形 岸边部分：三角形 4)流量计算,2.5.3 水文资料的整理(1)资料的审查分析 1)资料的可靠性审查 2)洪水系列的代表性分析 代表性直接影响计算结果，应将短系列资料与邻近测站资料进行比较。频率计算时，一

19、般要求实测年份多于20年。无论实测期长短，均须进行历史洪水的调查和考证工作，增加系列代表性。3)洪水资料样本的选择 不能把彼此有关联的水文资料统一在一起分析计算。所选的各年实测最大洪峰流量资料应属于同一洪水类型。,(2)洪水要素关系曲线的确定 根据断面实测水位和对应的流量资料点绘成的图形，称为水位流量关系曲线。水位流量关系曲线在水文计算中应用很广。主要用来根据断面的水位(流量)推求相应的流量（水位）。用水位流量关系曲线可根据水位的变化过程推求流量的变化过程。或将水文计算所得的设计水位（流量），直接转换为设计流量（水位）等。,(3)水位流量关系曲线的移用,规划设计工作中，设计断面处缺乏实测数据时，将邻近水文章的水文流量关系移用到设计断面上。当设计断面和水文站相距不远且两断面间的区间流域面积不大，河段内无明显的出流与入流的情况下，在设计断面设立临时水尺，与水文站同步观测水位。利用水力学方法进行移用推算设计断面的水位流量关系。,