第三章河流与流域 (2)

1、第三章 河流和流域基本概念流域与水系特征河流的纵横断面一、河流干（支）流：汇集的水流注入海洋或内陆湖泊的河流。汇入另一条河流为支流河谷：河流流经的谷地。河槽：谷地过水部分左岸、右岸？（面向水流）凹岸、凸岸深槽、浅槽降落到地面的雨水，除下渗、蒸发损失外，在重力的作用下 沿一定的方向和路径流动，这种水流称为地面径流。地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集成河流汇集地面水和地下水的天然泄水通道。沿水流方向河流可分为：河源、上游、中游、下游和河口 河源：河流的发源地上游：深山峡谷，落差大，水流急，急滩瀑布中游：两岸有滩地，河床较稳定下游：平原，河槽宽，比降小，水流缓，浅滩河湾河口：河流的终

2、点，河口三角洲第一节 基本概念二、水系（河系）树状结构：自然形成的水系多为树状结构；l 羽毛状：多为狭长型流域l 平行状：多为扇形流域l 混合状：介于上述二者之间网状结构：人工开挖形成的平原水系可为网状结构。流域中干流及其全部支流交汇形成的树枝状或网状结构称为水系、河系或河网.对于面积相同、水系形状不同的流域。同一场暴雨形成的流域出口断面流量过程线有何不同？当地形向两侧倾斜，使雨水分别汇入两条不同的河流中去，这一地形的脊线起着分水的作用，称为分水线山峰、山脊和鞍部的连接线山峰：地形等高线中的极大值山脊：山峰的下坡方向鞍部：相邻山峰之间的区域地下分水线：将含水层中的地下水流分开流向相邻两条河流地

3、表分水线：将地面河流分开流向相邻两条河流三、分水线四、流域流域是汇集地面水和地下水的区域，也即是分水线包围的集水区。有地面集水区和地下集水区两类。 思考问题：在非溶岩地区，为什么大、中思考问题：在非溶岩地区，为什么大、中流域常常被看作是闭合流域？流域常常被看作是闭合流域？ 闭合流域地面分水线与地下分水线重合的流域称为闭合流域；地面分水线与地下分水线不重合的流域称为非闭合流域。注意：流域是相对于某一出口断面的。当不指明断面时，即指对河口断面以上区域。非闭合流域五、坡地流域中水系以外的陆域部分称为坡地。坡地的几何形状：倾斜面、收敛曲面、发散曲面六、流域基本单元一个流域按流域内的自然分水线划分成若干

4、不嵌套的子流域，再划分成更小的不嵌套的子流域最后划分成不可在划分的部分就是流域基本单元，它是组成流域的最小单位。基本形状：书型、扇形、倒扇形、马蹄形第二节 流域与水系特征1、 流域特征流域特征主要:v流域的形状特征v流域的地形特征v流域的自然地理特征流域的形状特征主要:v流域面积v面积定律v流域长度v流域平均宽度v流域形状系数（1）、流域面积定义：分水线（通常指地面分水线）包围区域的平面投影面积称为流域面积，它是水系的集水面积。11wNwwiiwFFN平均w级流域面积的概念：（2）、面积定律v面积比:1wFwFRF1954年舒姆（Schumm）发现，对于一个流域，RF几乎不随流域级w的变化而变

5、化，大体上是一个常数（36）。即这就是面积定律，也称作霍顿面积定律。11wwFFFR（3）、流域长度流域长度确定的常用方法：从流域出口断面沿主河道到流域最远点的距离从流域出口断面至分水线的最大直线距离流域平面图形几何中心轴的长度（流域轴长）流域平均宽度（B）流域面积与流域长度的比值0.5681.4LF（4）、流域平均宽度 （Grag）流域长度与流域面积的关系：FBL流域形状系数流域平均宽度与流域长度的比值圆度流域面积与周长为流域周长的圆面积的比值伸长比面积等于流域面积的圆的直径与流域长度的比值（5）、流域形状 2BFKLL流域的地形特征主要体现在：v流域平均高程v流域平平均坡度v面积高程曲线v

6、流域平均高程指流域面积分水线内地表的平均高程，常用流域内相邻等高线间的面积乘以其相应平均高程乘积之和与流域面积的比值表示。即：11221.niinnifZf Zf Zf ZZFFv流域平均坡度（地面平均坡度）为坡地漫流过程的一个重要影响因素，在小流域洪水汇流计算时，是一重要参数。即：122111212311.2220.5.0.5n nnnnZ LLfZL fZL fSFfffZLLLLLFv面积高程曲线流域的自然地理特征主要包括：v地理位置v气候特征v下垫面条件地理位置。流域的地理位置用流域的中心或其边界的经纬度来表示，反应流域所处的气候带，说明流域距离海洋的远近，从而反应流域地区水文循环的强

7、弱。气候特征。包括降雨、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素，是河流形成和发展的主要影响因素，也是决定流域水文特征的重要因素。下垫面条件。下垫面是相对于大气层而言的地球表面，流域的下垫面条件指流域的地形地貌、地质构造、土壤和岩石性质、植被、湖泊、沼泽、河网等情况。第二节 流域与水系特征2、 水系水系v水系的拓扑学特征v水系的几何学特征水系特征羽状水系：支流自上游向下游在不同地点一次汇入干流；流域形状狭长型。混合水系：支流和干流的关系介于前两者之间；流域形状介于两者之间。扇状水系：支流大体成平行状与干流交汇；流域性状扇形。水系形态对汇流有何影响？水系形态对汇流有何影响？水系的拓扑学特征v 拓扑学特征

8、的定义：指几何图形在连续改变形状情况下仍能保持不变的一些特征，只考虑物体之间的位置关系，不涉及物体的大小和相互之间的距离。v 例如：曲线的相交性和闭合性就是拓扑学特征。 水系的拓扑学特征主要表现为：水系分叉、河流分级、满足河数定律（1）水系分叉大量的资料表明：自然界的水系一般属于二分叉树的形状。水系的组成：源、出口、节点、链。一般来讲，源越多，水系的量级就越大，反之水系的量级就越小。（2）河流分级v1914年以后，地貌学界采用序列命名的法则将河流加以命名，主要方法如下：1、格雷夫利厄斯（Gravelius）分级法2、霍顿（Horton）分级法3、斯特拉尔（Strahler）分级法4、施里夫（S

9、hreve）分级法5、沙伊达格（Scheidagger）分级法水系中直接流入海洋、湖泊的河流称为干流。流入干流的河流称为一级支流；汇入一级支流的河流为二级支流。其余以此类推。StrahlerStrahler分级法原则分级法原则(1)直接发源于河源的小河流为一级河流；(2)两条同级别的河流汇合而成的河流级别比原来高一级（*= +1 ）；(3)两条不同级别的河流汇合而成的河流的级别为两条河流中的较高（*n=n,n）;(4)整个河网中所有河流的级别的最大值取为整个河网的级别，也称流域级别。 （3）河数定律w级河流的数目Nw随着w的增加而减小，且水系中最高级别的河流数目总是1。定义水系中w级河流数目N

10、w与高一级（w+1）河流数目Nw+1的比值称为分叉比，记作Rb。1945年霍顿发现，对于一个自然水系，分叉比近似于一个常数， Rb =3 5。水系的几何学特征 河流长度河长定律链长度弯曲度河流比降比降定律河流横断面形状水系的主要几何学特性包括：（1）河流长度1,1,2,.,wNwwjjLLL11wNwjwjLL河流长度L；河源沿主河道至河口的长度。（简称河长）以km计（如何获取？）河流长度是决定水系槽蓄量的一个重要参数。v河流长度是指从起始断面，沿河流中心线至终了断面的距离。vw级河流的长度和总长度公式为：（2）河长定律v河长比RL：w级河流的平均长度与比其低一级即（w+1）级河流的平均长度的

11、比值。v对于自然水系而言，RL几乎不变，大量资料分析表明，河长比约为：1.53.51 (/) 1 (/)bLbLLRRLRR通过河数定律和河长定律求河流长度的公式：（3）链长度v 链长度可作为水系中基本的单元河长。一个水系的平均链长为：121LJN（4）弯曲率 ababLC越大，河流越弯曲。=1，河道顺直。定义：在河流上取两点，其沿中心线的长度与该两点之间的直线长度的比值称为这两点之间河段的弯曲率。（5）河底比降定义：河段上相邻两断面河底的高程差与该两断面之间中心线的长度的比值称为河底比降S。（河段长度）水面或河底高程）lhhS(01比降比的公式：1945年霍顿发现：对于一个自然水系，如果流域

12、的地质条件比较均匀，则Rs几乎不随河流的级w而变化，近似为一个常数，这一规律称为比降规律。（6）比降定律 （7）交汇角霍顿1945年研究发现，两条河流的交汇角与该两条河流的比降有关，即：1wswSRS12tancostan （8）河网密度v河网密度指流域内河流总长度与流域面积的比值。即：DLKF河网密度 ，流域切割程度 ，径流汇集速度 ；反之，河网密度 ，流域排水不畅，径流汇集速度 。第三节 河流的纵横断面1、 河流的横断面河流的横断面v横断面类型v水面横比降与横向环流v横断面类型垂直于流向方向的断面称为横断面，简称断面。枯水期水流流经部分称为基本河床；洪水期被水被水淹没称为洪水河床断面内有水流流经的部分称为过水断面。v横断面类型按水力特性河流横断面可分为：单式断面，复式断面单式断面：只有主槽而无滩地的断面，河流的水面宽度随水位的变化是连续的或渐变的。复式断面：既有主槽又有滩地的断面，河槽水面宽随水位的变化有突变。v水面横比降与横向环流（1）水面横比降水面横比降：左右岸水面的高程差与之相应断面的河宽之比。产生的原因：地球自转所产生的偏转力（主要原因）；河流弯道离心力。（2）横向环流在地球偏向力和超压力的作用下，河流