水文学第二章水文学的一般概念与水文测验

1、n内 容：2.1 河流和流域2.2 河川径流及其表示方法2.3 河川径流形成过程及影响径流的因素2.4 流域水量平衡 2.5 水文资料的观测方法与收集2.6 水位与流量关系曲线n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绘制及延长断面特性法。n难 点： 径流模数和径流深度的概念和计算；断面特性法延长水位与流量关系曲线第二章 水文学的一般概念与水文测验2.1 河流和流域2.1.1 干流及支流(1) 干流干流 ( Mainstream ) 在水系中汇集全流域径流的河流，例如：黄河、长江。(2) 支流支流 ( Tributary ) 流入一较大河流或湖泊的河流

2、。 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)； 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、沼泽或地下暗河形成构成脉络相通一个系统，称为河系或水系。2.1.2 河长及弯曲系数(1) 河长 ( 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。 中泓线? 深泓线? 中泓线：河道中各横断面水流最大流速点的连线。深泓线(溪线)：河道中各横断面最大水深点的连线。 2) 作用： 河流特性的基本参数，可确定落差、

3、比降和能量。(2)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。L1L22.1.3 河槽基本特征(1) 河流的平面形态 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，无规律可循。(2) 河流的纵断面 1) 定义：河流从上游至下游沿深泓线所切取的河床和自由水面间的剖面。 2)作用： 绘制河流纵断面图 ，见右图

4、。反映河 底纵坡和落差的分 布，可推算水流特 性、估计水能储量。(3)(3)河流横断面：垂直于水流方向的断面。分单式、复式两河流横断面：垂直于水流方向的断面。分单式、复式两种）种）l （4 4）河流的比降）河流的比降l 河流长度河流长度从河源到河口的距离。从河源到河口的距离。l 河流比降河流比降单位长度河段的落差。单位长度河段的落差。lHlHHi/12i12,HHl 河底或水面比降。河底或水面比降。 河段上游端和下游端水面或河底的高程。河段上游端和下游端水面或河底的高程。 河段长度。河段长度。 H 水面或河底落差。水面或河底落差。 2.1.42.1.4河流的分段河流的分段河流河流汇集地面径流和

5、地下径流的水道汇集地面径流和地下径流的水道l 河水流经的谷地称为河谷。河水流经的谷地称为河谷。l 河谷底部有水流的部分为河床。河谷底部有水流的部分为河床。l 脉络相通的大小河流所构成的系统为水系（或河系）。脉络相通的大小河流所构成的系统为水系（或河系）。河源河源上游上游中游中游下游下游河口河口一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，水情变化等特点，分为：水情变化等特点，分为：2.1.52.1.5流域分水线与流域流域分水线与流域l （1 1）分水线与流域）分水线与流域l 降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分隔而汇集到降水落到地面形成的径流，被

6、高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，汇集水流的同一区域为某河流的流域。不同的河流中，汇集水流的同一区域为某河流的流域。概括说就是河流的集水区域。概括说就是河流的集水区域。l 分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线，称分水线（或分水岭）线，称分水线（或分水岭）l 地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域；地地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域；地面与地下分水线不重合的流域叫做非闭合流域。面与地下分水线不重合的流域叫做非闭合流域。l 流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域面积，流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域

7、面积，或称为集水面积（或称为集水面积（kmkm2 2）2 2）（2 2）流域特征）流域特征几何特征几何特征自然地理特征自然地理特征2.22.2河川径流及其表示方法河川径流及其表示方法l （1 1）河川径流）河川径流l（2 2）表示方法）表示方法l流量（流量（Q Q）：）：单位时间内流过断面的水体体积。单位时间内流过断面的水体体积。( (m m3 3/s)/s)l 径流总量（径流总量（W W）：）：某时段某时段T T内流过断面的总径流体积。内流过断面的总径流体积。( (m m3 3) )l 径流深（径流深（y y）：）：径流总量平均分布在流域上的水深。径流总量平均分布在流域上的水深。( (mm)

8、mm)TQW)(1000101036mmFTQFTQyl 径流模数（径流模数（M M）：）：单位流域面积上所产生的流量。单位流域面积上所产生的流量。310FQMxyl 径流系数（径流系数（）：）：某时段降雨量某时段降雨量x x所形成径流深所形成径流深y y的比例数的比例数因为降雨总是会有损失，所以一般因为降雨总是会有损失，所以一般只能小于只能小于1 1。)/(2kmsLa a）径流形成过程径流形成过程产流过程产流过程降水过程降水过程流域蓄渗过程流域蓄渗过程汇流过程汇流过程坡面漫流过程坡面漫流过程河槽集流过程河槽集流过程2.3 河川径流形成过程及影响因素b b）影响径流的主要因素影响径流的主要因

9、素气象气候因素气象气候因素降水降水蒸发蒸发下垫面因素下垫面因素地形地形土壤和地质土壤和地质植被和湖沼植被和湖沼流域形状流域形状和面积和面积人类活动人类活动农业措施农业措施林牧业措施林牧业措施水利措施水利措施2.4 流域水量平衡1. 通用水量平衡方程通用水量平衡方程 wIOIO W2. 河流流域水量平衡方程河流流域水量平衡方程（1）闭合流域（没有流域来水）的水量平衡方）闭合流域（没有流域来水）的水量平衡方程程某某 时时 段：段：P=E+R W多年平均：多年平均：P=R+E（2）不闭合流域（有外流域来水）的水量平衡方程）不闭合流域（有外流域来水）的水量平衡方程 某某 时时 段：段：P= RO -

10、-R I+E W3. 全球水量平衡方程全球水量平衡方程时时 段：段： Pl =El+R W大陆大陆多年平均：多年平均： Pl =El+R 时时 段：段： Ps =Es- -R W海洋海洋多年平均：多年平均： P s=Es- -R 343434343434107 .57109 .11108 .45107 .57102 . 7105 .50kmPkmPkmPkmEkmEkmElsls全球多年平均：全球多年平均： P=E2.5 水文资料的观测方法与收集l 2.5.12.5.1水位观测水位观测l 水面相对于某一基准面的高程称为水位。水面相对于某一基准面的高程称为水位。水尺水尺自记水位计自记水位计观测水

11、位设备观测水位设备l 水位观测资料的整理水位观测资料的整理绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日、月、年平均水位计算编制“逐日平均水位表”l 日平均水位法日平均水位法1 1）算术平均法）算术平均法2 2）面积包围法）面积包围法niiHnH11nHnmHcbHbaHHHnna12102421l 编制编制“逐日平均水位表逐日平均水位表”l 绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日平均水位过程线是以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的日平均水位过程线是以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的曲线，每年一条，是分析河流水情变化特点的重要资料。曲线，每年一条，是分析河

12、流水情变化特点的重要资料。日平均水位历时区线是一个累积曲线，表示大于或等于某日平均水位历时区线是一个累积曲线，表示大于或等于某一水位值一水位值1 1年中出现的天数，航运工程设计时，很注重此特年中出现的天数，航运工程设计时，很注重此特征值。征值。声波自记水位计的记录合远传设备声波自记水位计的记录合远传设备l 断面测量断面测量测量水位测量水位沿断面宽度选若干个测点及测深垂线沿断面宽度选若干个测点及测深垂线测量各垂线的水深测量各垂线的水深将水位减去水深得到河底高程将水位减去水深得到河底高程绘制河槽断面图绘制河槽断面图计算过水断面面积计算过水断面面积l 流速测量及流量计算流速测量及流量计算 断面流速分

13、布断面流速分布 水面以下水面以下0.20.2倍水深处流速最大，垂线平均倍水深处流速最大，垂线平均流速约在水面以下流速约在水面以下0.60.6倍水深处。倍水深处。HhV2 . 0maxHhmidV6 . 0 测流原理测流原理实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算iniiAvQ1方法种类方法种类流速仪流速仪浮标法浮标法旋杯式旋杯式旋浆式旋浆式l 流速仪实测流速的方法流速仪实测流速的方法l 2.6 2.6 水位水位流量关系曲线流量关系曲线2.6.12.6.1水位水位流量关系曲线的绘制流量关系曲线的绘制定义：用断面的实测流量和相应水位资料点绘的曲线，定义：用断

14、面的实测流量和相应水位资料点绘的曲线，称为：水位称为：水位流量关系曲线流量关系曲线两者关系两者关系单一关系单一关系“稳定良好稳定良好”对应两个以上流量值对应两个以上流量值“不稳定不稳定”洪水涨落影响洪水涨落影响河床冲淤影响河床冲淤影响2、用途、用途3、分类、分类稳定的水位流量关系一般发生在：稳定的水位流量关系一般发生在：河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流l 2.6.2 2.6.2 水位水位流量关系曲线的延长流量关系曲线的延长 水位水位流量关系曲线高水位延长方法流量关系曲线高水位延长方法水位面积流速水位面积流速关系延长法关系延长法水力学公式水力学

15、公式延长法延长法史蒂文森法史蒂文森法1 1）水位）水位面积流速关系延长法面积流速关系延长法 当需要延长的水位变幅小于总水位变幅的当需要延长的水位变幅小于总水位变幅的2020时，可时，可按曲线相关分析的趋势外延。按曲线相关分析的趋势外延。先根据本年实测大断面，绘出H-A关系曲线延长高水位的H-V曲线根据任一高水位值，由上述两条的延长部分查出相应的A,V值，距Q=AV算出延长的流量，就可将H-Q关系曲线延长2 2）水力学公式延长法）水力学公式延长法与前区别是延长与前区别是延长H-vH-v曲线时，流速曲线时，流速v v时根据水力学公式计算的。时根据水力学公式计算的。RICv 6/11RnC 2/13/21IRnv ARInAvQ3/22/11n n 糙率糙率I I 水面比降水面比降R R 水力半径水力半径A A 高水延长的断面积高水延长的断面积 水位水位流量关