水文学：水文-第2节（河流）

华南师范大学地理科学学院水文第一节地球上的水循环和水量平衡第二节河流第三节湖泊与沼泽第四节地下水第五节冰川第六节海洋第七节水资源目录中国主要河流有：长江、金沙江、黄河、黑龙江、珠江、淮河、海河、雅鲁藏布江、澜沧江、额尔齐斯河、塔里木河、万泉河.中国河流，按照水系分，主要有珠江、长江、黄河、淮河、辽河、海河和松花江七大水系,均为一级支流。

定义1：陆地表面经常或间歇有水流动的泄水凹槽。流动的水+凹槽=河流定义2：河流概指陆地表面依赖重力顺槽形凹地向低处流的线性水流。作用：灌溉、航运、发电、水产、给城市供水、旅游一级支流是指直接流入干流的河流。二级支流是指直接流入一级支流的河流。一、河流、水系和流域第二节河

流（一）河流河长:自河源沿干流至河口的距离河床横断面：垂直于平均流向或主流方向的平面(中泓线)河床纵断面：河流中线或轴线的剖面左岸、右岸一、河流、水系和流域第二节河

流（一）河流第二节河

流（一）河流一、河流、水系和流域河流分段河源：河流开始的地方，可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊等上游：直接连着河源，在河流的上段，它的特征是落差大，水流急，下切力量强，河谷狭，流量小，河流中经常出现急滩和瀑布中游：一般特点是河道比降变缓，河床比较稳定，下切力量减弱而旁蚀力量增强，因此河槽逐渐拓宽和曲折下游：河谷宽，纵断面比降和流速都很小，河道中淤积作用较显著，河曲发育河口：河流的终点，也是河流流入海洋、湖泊或其它河流的处所。河口处泥沙淤积严重第二节河

流（一）河流一、河流、水系和流域河流横断面形态要素过水断面面积W；湿周P（过水断面上被水浸湿的河槽部分）；水面宽度

B；平均深度H＝W／B；水力半径R＝W／P；糙度系数n（指河槽上的泥沙、岩石、植物等对水流的阻碍作用程度，表5.2）。第二节河

流落差：任意河段两端(水面或河底)的高差△h。河道纵比降J：单位河长的落差。（水面比降、河底比降）河流纵断面：河底纵断面、水面纵断面河流纵断面用比降（i）表示，即：（一）河流一、河流、水系和流域河流横断面形态要素H上、H下分别指河段上下游河槽（或水面的高程）；L为河段落差。第二节河

流（一）河流一、河流、水系和流域第二节河

流（一）河流一、河流、水系和流域水系：脉络相通的大小河流所构成的系统干流：水系中直接流入海洋、湖泊的河流支流：流入干流的河流第二节河

流（一）河流一、河流、水系和流域水系及河流地貌定律河流地貌定律：河流可按照斯特拉勒分级法进行分级，直接发源于河源的小河流为一级河流；两条同一级别的河流汇合而成的河流级别比原来的高一级；两条不同级别的河流汇合而成的河流级别为两条河流中的较高者；依此类推至干流。干流是水系中最高级别的河流。第二节河

流（二）水系一、河流、水系和流域河系分类扇形河系：河系如扇骨状分布；羽形河系：沿途纳入需水支流如羽毛状；平行河系：几条支流并行排列，至河口处始行汇合；混合型河系：大河流多数包括第二、三种型式的混合排列。

海河——扇形河系淮河——平行河系滦河——羽型河系长江——混合型水系节约水资源、保护水资源——势在必行，从我做起。http://6.cn/player.swf?v=93393&l=339&w=320&h=240&vid=PULJqXewO8duvVU_73W7/A/u/vw/954543第二节河

流第二节河

流（二）水系一、河流、水系和流域河网密度：等于河系干支流总长度与其流域面积的比值弯曲系数：等于河流实际长度Ｌ与河流两端间的直线ｌ比值降水量大、地形坡度陡、土壤不易透水地区，河网密度大。它表示河网的疏密程度，能综合反映一个地区的汇流能力和自然地理条件。河段越弯越不利于航运，排洪也越不方便。第二节河

流分水线：河网四周最高点的连线。分水线有地面、地下之分；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；闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合；非闭合流域：地面分水线与地下分水线不重合的流域；（三）流域一、河流、水系和流域第二节河

流二、河流的水情要素（一）水位绝对基面：将某一海滨地点平均海水面的高程定为0.000m，作为水准基面。我国曾沿用过大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面，现在统一规定的基面为青岛黄海基面。（我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面）

假定基面：这是在水文测站附近没有国家水准点或在一时还不具备接测条件的情况下暂时假定的一个水准基面（补充）水位：指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面离开固定基面的高程第二节河

流二、河流的水情要素（一）水位测站基面（相对基面）：某些水文测站专用的一种假定基面，一般选择在河床最低点或历年最低水位以下0.5～1.0m处的水平面作为零点来计算水位高度冻结基面：将测站第一次使用的基面冻结下来作为永久固定基面的一种基面，也属水文测站专用的另一种假定基面。使用冻结基面可保持测站水位资料的历史连续性水位：指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面离开固定基面的高程第二节河

流二、河流的水情要素（一）水位应用：水位过程线：水位随时间的变化。水位历时曲线：大于和等于某一数值的水位与其在研究时段中出现的累积天数所点绘而成的曲线。相应水位曲线：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。意义：水位历时曲线：从水位历时曲线上可看出一年内超过某一水位高度出现的总天数，对航运、灌溉、防汛都有意义。相应水位曲线：短期的水文预报、校验上下游水位观测成果、插补延长资料、推求无资料地区的数据。第二节河

流二、河流的水情要素（一）水位第二节河

流二、河流的水情要素（一）水位第二节河

流流速：指河流中水质点在单位时间内移动的距离。即v＝L／t(单位:m／s)河道中的流速分布：在纵断面上，由上游向下游减少；在横断面上，从水面向河底递减。谢才公式（天然河道平均流速计算）：v为平均流速；c为谢才系数，它与糙率等因素有关，我国多采用满宁公式求得；R为水力半径；i为水面比降。满宁公式，n为糙率系数二、河流的水情要素（二）流速

运动水体要克服各种阻力，如运动速度不一的水质点之间的摩擦阻力，与运动水体边界的摩擦阻力。运动水体边界的摩擦阻力的大小，与边界的粗糙程度有关。因此，通常是中心部位的流速比边沿部位要快得多；用流速仪测流速时要考虑水面宽度，布多条垂线和考虑水深布多个测点，以求过水断面平均流速；天然河道中流速的分布1.纵向剖面垂线上的流速分布；2.纵向剖面床底障碍物对垂线流速分布的影响3.过水断面的流速分布；4.结冰水面下过水断面的流速分布。第二节河

流二、河流的水情要素（二）流速Vmax——绝对最大流速；——平均流速；底部的流速趋于零；流速脉动现象：在紊流的水流中，水质点运动的速度和方向不断地变化，而且围绕某一平均值上下跳动的现象。第二节河

流二、河流的水情要素（二）流速第二节河

流流量：指单位时间内通过某过水断面的水的体积。即Q＝w·v单位为m3／s；

式中，w为过水断面面积；v为流速。流量过程线：是流量随时间变化过程曲线。纵坐标为流量，横坐标为时间。反映径流变化规律水位－流量关系曲线：是水位随流量变化的曲线。即Q＝f（H）水位-流量关系曲线的最主要作用：用水位资料推求流量，使测流工作大为简便。二、河流的水情要素（三）流量水位流量关系曲线是以水位为纵坐标、流量为横坐标，将每组水位、流量实测值点绘在坐标系中，连接点群中心点的平滑曲线。因此，只要掌握了水位与流量的变化相关规律，就可以利用水位流量曲线由水位值推算得相应的流量值。第二节河

流二、河流的水情要素（三）流量

水体的颜色决定于水体对太阳光线的吸收和反射状况。太阳光中的红光、橙光和紫光进入水体后，在水深20m以内被吸收，绿色、黄光与蓝光透到更深一些，极少量蓝光能透到100-1000m以下。水体的透明度以直径30cm的白圆盘投入水中的可见深度来表示。影响水体颜色与水体透明度的因素很多，尤其如水体中的悬浮微粒、水生生物、水体运动等等。近岸水体常呈绿、黄或棕色，除了水深因素外，便与水生生物丰富和悬浮物质及溶解物质的量多有关。黄河出峡第二节河

流二、河流的水情要素（四）水体颜色第二节河

流二、河流的水情要素（五）河流泥沙河流泥沙：指组成河床和随水流运动的矿物、岩石固体颗粒。随水流运动的泥沙又称固体径流。含沙量：河水中泥沙的含量。单位为kg／m3。输沙率：指单位时间内通过一定过水断面的泥沙总量。单位为kg／s或t／s。输沙量：指在一定时段内通过一定过水断面的泥沙总量。单位为t或万t。侵蚀模数：是指每km2

流域面积上，每年被侵蚀并汇入河流的泥沙重量。单位为t／（km2·a）长江河口西陵峡龙马溪口第二节河

流二、河流的水情要素（五）河流泥沙第二节河

流二、河流的水情要素（六）河水化学河水化学主要是河水的化学组成、性质、时空分布变化，以及它们同环境之间的相互关系。天然河水化学组成：HCO3-,SO42-,Cl-,CO32-,Ca2+,Na+,Mg2+,K+等离子,以及生物有机质，并溶解有气体和一些微量元素。矿化度(g/L)：1升河水中所含离子、分子和各种化合物的总量.天然河水的矿化度普遍较低。矿化度是反映河水化学特征的重要指标，一般地，河水矿化度<1g/L。汛期、或以雨水、冰雪融水补给给河流径流时，其矿化度降低；枯水期、或以地下水补给给河流径流时，其矿化度增加。第二节河

流水温与冰情的变化，主要受太阳辐射、气温等地带性因素控制，其分布具有地带性规律。如我国秦岭－淮河一线，以南冬季不结冰，以北则冬季结冰。◆河流水温的地区分布与气温分布基本一致，或略高1～2℃。◆河流冰情的三个发展阶段：结冰、封冻、解冻。凌汛：如果河流由低纬流向高纬，会出现上游解冻早，而下游解冻晚的现象，向下游移动的冰块可能壅积成冰坝，使水位抬高，称为凌汛。二、河流的水情要素（七）河水温情与冰清第二节河

流三、河流的补给河流补给又称为河流的水源；补给的来源：雨水、融雪、湖泊、沼泽、地下水。第二节河

流三、河流的补给降水——主要的补给来源；通过地表径流，流域的产汇流形式补给河流；雨水补给特点：降雨的特性-降雨量-降雨强度。补给过程中，补给的含沙量多。（一）雨水补给第二节河

流三、河流的补给融雪补给分为季节性积雪融水、永久性积雪或冰川融水补给。融雪补给特点：冰雪量和气温的变化；融雪补给量较为缓和，表现为流量过程线较为平缓和圆滑；补给过程中，补给的含沙量少。发源于祁连山、天山、昆仑山和喜马拉雅山等地的河流，都不同程度地接纳了冰雪融水的补给。（二）融水补给第二节河

流三、河流的补给湖泊的位置：河流的源头（长白山的天池）、河流的中下游地区。湖泊对河流的补给作用：储存水量，缓慢释放，大大降低了河流的洪峰流量，使河流水量年内变化趋于均匀。（三）湖泊、沼泽水补给第二节河

流三、河流的补给地下水：河流经常而又比较稳定的补给源。（四）地下水补给第二节河

流三、河流的补给地下水的分类：1）浅层地下水、深层地下水。2）按照埋藏条件分：潜水和承压水。河川基流——地下水补给。（四）地下水补给三、河流的补给（四）地下水补给退水曲线：流域降水或融雪过程中，地面水流停止后，断面的流量随时间消减的变化曲。第二节河

流三、河流的补给跨流域调水人工降雨人工融冰化雪（五）人工补给第二节河

流四、河川径流径流：指大气降水到达陆地后，除了蒸发而余存在地表或地下，从高处向低处流动的水流。径流可分为地表径流和地下径流。河川径流：指从地表和地下汇入河川后，向流域出口断面汇集的水流。1.径流是指降水所形成的,沿着流域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地等流动的水流地面径流（地表径流）:沿着地面流动的水流地下径流:沿土壤岩石孔隙流动的水流河川径流:汇集到河流后,在重力作用下沿河床流动的水流第二节径流四、径流流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程损失量：植物截留、填洼、蒸发、下渗（满足土壤缺水）净雨量=降雨量-损失量径流成分及产流条件

(1)地面径流：i>f降雨强度大于下渗强度

(2)壤中流：f上>f下上层土壤下渗强度大于下层下渗强度

(3)浅层地下径流：F>θ缺下渗水量大于土壤缺水量

(4)土壤缺水量=田间持水量-初始土壤含水量

(5)深层地下径流：深层透水层具有一定的水头压力，并有露头，本次降雨对其无影响a.产流过程：垂向运动、产生径流的阶段第二节径流四、径流2.径流的形成过程b.产流模式超渗产流：雨强大于下渗能力，且下渗量小于缺水量第3种模式蓄满产流：下渗量大于缺水量，第2、4种模式第二节径流四、径流2.径流的形成过程i:降雨强度，f:下渗强度F:下渗水量，θ缺：土壤缺水量

净雨沿坡面从地面和地下汇入河网，再沿河网汇集到流域出口断面的过程（水流横向运动）c.汇流过程坡面漫流，流程历时较短，大雨是构成河流流量的主要来源壤中流，由土壤孔隙流入河网，流程历时较坡面漫流长，对历时较长的暴雨，也是构成河流流量的主要来源坡地地下汇流，地下水补给河流，构成河流的基流坡地汇流从支流到干流，从上游到下游，最后到达流域出口断面净雨量=降雨量-损失量=径流量二者的过程却完全不同，净雨是径流的来源，而径流则是净雨汇流的结果；净雨在降雨结束时就停止了，而径流却要持续很长时间河网汇流第二节径流第二节径流3.从实测降雨、径流过程线分析产、汇流上部为流域降雨过程和扣除损失后的地面净雨过程及地下净雨过程

下部为这场降雨在流域出口形成的流量过程，它又分为地面径流过程与地下径流过程降雨扣除损失后形成净雨净雨要经过相当长的时间才能汇集到出口，所以洪水要比暴雨滞后，且历时要比暴雨历时长得多地下径流比较稳定，维持河川径流常年不断1.流量定义：单位时间内流过江河某一横断面的水量，单位m3/s流量过程线：流量Q随时间的变化过程，Q(t)常用流量：瞬时流量日平均流量月平均流量年平均流量多年平均流量时段平均流量第二节径流三、径流的表示方法2.径流量定义：径流量W指时段T内通过河流某一断面的总水量，单位m3梯形面积法：T时段内的径流量W为流量过程线Q(t)所包围的面积平均流量第二节径流三、径流的表示方法3.径流深定义：将径流量平铺在整个流域面积上所得的水层深度R，单位mm

公式：F--流域面积,km2；T--计算时段,s；Q--平均流量,m3/s定义：流域出口断面流量与流域面积之比值，单位L/(s.km2)

公式：4.径流模数当Q为洪峰流量,相应的M为洪峰流量模数,Q为多年平均流量,相应的M为多年平均流量模数等第二节径流三、径流的表示方法定义：某一时段的径流深R与相应时段内流域平均降雨深度P之比值称为径流系数,记为α公式：5.径流系数因R<P,故α<1第二节径流三、径流的表示方法第六节径流习题径流的季节分配,主要取决于补给来源的性质及其变化规律。我国除西北地区一些河流属冰川融水补给为主外,全国大部分河流是以雨水补给为主。因此,我国绝大部分河流的季节分配主要取决于降水的季节分配我国连续最大四个月径流量占年径流量的比重,全国范围在45%-90%之间,一般为55%-75%。全国大部分地区连续最大四个月径流量起始月份与降水量相一致,但出现滞后性。长江中下游南岸,我国东南地区一般为4-7月；华北地区、黄河流域、长江上中游北岸,一般为7-10月；西部的新疆、西藏、云南等许多河流则为6-9月,这与受季风影响的降水量起始月份一致径流的季节特征第二节径流中国降雨量具有地域与时间分配的极不均匀性，因而我国洪涝与干旱频繁,水资源开发与利用难度大，效益低，成本高，对环境影响比较大第六节径流第二节河

流四、河川径流（二）河川径流的形成与变化影响河川径流的因素气候因素下垫面因素人为因素第二节河

流◆洪水：指大量降水短时间内汇入河槽，形成特大的径流，达到威胁沿岸地区安全的程度。洪水又称为“汛”。洪水溢出河槽而造成洪灾。洪涝灾害是全世界排位第一的自然灾害类型。▲洪水三要素：洪峰流量（Qm），洪水总量（W）和洪水过程线。四、河川径流（三）洪水与枯水洪水◆

洪水波：指在天然河道中，洪水的流量和水位随时间而成波状起伏的变化。▲

当洪水波由上游向下游传播时，波长不断加大，波高不断减少，这个过程称为洪水波的展开。▲洪水波传播过程中，由于波峰的水深大，使波峰点的运动速度大于波前运动速度，从而波前变短、变陡，而波后变长、变缓的变行过程，成为洪水波的扭曲。第二节河

流◆是指年内没有洪水时期的径流。枯水径流发生在以地下水补给为主的时期，这个时期称为枯水期。◆在我国，南方河流的枯水期是冬季，而北方河流则为冬季＋春末夏初。◆枯水影响航行、发电、农业灌溉、工业和城市供水。四、河川径流（三）洪水与枯水枯水第二节河

流五、蒸发蒸发是构成水循环的另一个重要环节，天然流域蒸发包括：水面蒸发、土壤蒸发、植物散发。一、水面蒸发水面蒸发是水面的水分由液态转化为气态向大气扩散、运移的过程。单位时间蒸发的水深，称蒸发率或蒸发强度，以mm/d计。水面蒸发观测资料较多，比较可靠，常是其他蒸发量计算的基础。第二节河

流五、蒸发一、水面蒸发水面蒸发量常用蒸发水层的深度（mm）表示，常用蒸发器进行观测。常用的蒸发器有：20cm直径蒸发皿、口径为80cm带套盆的蒸发器、口径为60cm的埋在地表下的带套盆的E－601蒸发器。E－601蒸发器贯彻条件比较接近天然水体，代表性和稳定性都较好。但是这三者都属于小型蒸发皿，观测到的蒸发量，与天然水体表面上的蒸发量仍有一定差别。第二节河

流五、蒸发一、水面蒸发观测资料表明，当蒸发器的直径超过3.5m时，蒸发器观测的蒸发量与天然水体的蒸发量才基本相同。因此，用上述设备观测的蒸发量数据，都应乘一折算系数，才能作为天然水体的蒸发量估计值，即：E=KE器E——天然水面的蒸发量，mm；E器——蒸发器实测水面蒸发量，mm；K——蒸发器折算系数。第二节河

流五、蒸发一、水面蒸发二、土壤蒸发第二节河

流五、蒸发土壤蒸发过程比水面蒸发复杂一些。饱和的土壤，其蒸发过程一般可分为三个阶段：第一阶段，表层土壤的水分蒸发后，能得到下层土壤水分的补充。这时土壤蒸发主要发生在表层，蒸发速度稳定，接近相同气象条件下的水面蒸发；当土壤含水量降至田间持水量以下时，土壤表面开始干化，进入第二阶段。这时蒸发速度随着毛管水供给地面蒸发范围的缩小而降低，大致与表层土壤含水量成正比；当毛管水完全不能到达地表时，进入第三阶段。这时土壤蒸发主要发生于土壤内部，蒸发的水汽由于分子扩散作用通过表面干涸层逸入大气，蒸发速度极其缓慢。土壤蒸发可通过称重法观测，但土壤蒸发观测比较困难，而且精度较低，一般测站均不进行土壤蒸发观测。三、植物散发第二节河

流五、蒸发植物散发是植物根系从土壤中吸收的水分，通过叶面、枝干散逸到大气中的一种生理过程。其观测也可以通过称重法进行，但由于植物的多样性及不同生长过程散发能力的复杂性，我国植物散发的观测资料很少，故流域散发量难以估算。四、流域总蒸发第二节河

流五、蒸发流域总蒸发是流域内各类蒸发的总和。在现有技术条件下，要精确求出各项蒸发量是困难的。在实际工作中，常用流域水量平衡方程和实测的降水量、径流量资料推算流域总蒸发量。我国现已绘制出全国的多年平均蒸发量等值线图，可供查用。1.下渗的物理过程第二节河

流六、下渗下渗是指水从地表渗入土壤的运动过程。下渗的快慢以下渗率（单位时间内入渗的水深，常以mm/h计）表示。非常干燥的土壤，在充分供水的条件下，下渗过程如图中的f～t线（称下渗能力曲线），将经历以下3个阶段：

渗润阶段：入渗初期，吸湿水尚未得到满足，在强大的分子力吸引下，雨水迅速下渗，具有很大的下渗率，当入渗水量使土壤达到最大分子力持水量时，这一阶段结束。渗漏阶段：后期入渗的雨水，主要在毛管力作用下，沿土壤中的毛管作不稳定运动，直到土壤饱和，毛管力消失。这一阶段结束。渗透阶段：土壤饱和后，水分在重力作用下呈稳定运动，这时下渗以稳定下渗率进行。称为稳定下渗率，以fc表示。2.下渗规律的数学描述

第二节河

流六、下渗下渗率随时间的变化过程线称为下渗曲线，在充分供水条件下的下渗曲线称为下渗能力曲线。图中的I(f～t)线。下渗能力曲线可用下面的霍顿（Horton）公式来描述：

ft=(fo-fc)e­βt+fc式中：ft——t时刻的下渗率（mm/h）;fo——初始下