水文学原理 第二章 河流和流域特征

2.2 流域与水系特征
（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 ；
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。
(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Δ 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Δt：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
H i t
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 。
（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
B
4)流域形状系数：
L
B L
(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：
2.1 河流及特征 2.1.1 干流及支流
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。
(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)
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。
凸岸
I
I
凹岸
I a g
ρ
水面
V2 R
ρ
凸岸
凹岸 淤积 冲刷
σ
(a)平面图
(b)横断面图
(c)水面单元水体受力图
V2 V2 R 横坡度：I tan a g gR

h1 h0 h J l l


（2）当河底高程沿程变化时， 如下图，比降计算式为：
(h0 h1 )l1 (h1 h2 )l2 (hn 1 hn )ln 2h0 L J L2
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。
BV 2 h B I gR
(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。
H 2 H1 H i 10000 / 00 L L

比降计算公式： （1）当河道纵断面近于直线 时，比降计算式为：
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： F
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。
Fc 0 100% F
湖泊率：
A c 100% F
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ｋｍ/ｋｍ２
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
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
( K i 1) 2 Cv , K i Qi / Q n 1 1
n
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（200~800mm） 3、过渡带（50~200mm） 4、少水带（10~50mm） 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。
2.1.2 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）
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--Cv
Ki--年径流变率，n--为观测年数
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
b. 纵断面：沿河流中泓线切出来的断面
中泓线？
深泓线?
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。
(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。 L K 1 l 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。
河流等级 1 1 2 1 1 2 3 4
霍顿分级法
1
1 1 2 1
2
3
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
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。
2.4 影响径流的主要因素
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





2.6.4 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
(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