第二章 河流(1).ppt
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1、第二章第二章 河河 流流第一节第一节 河流、水系和流域河流、水系和流域第二节第二节 河流的水情要素河流的水情要素第三节第三节 河流的补给河流的补给第四节第四节 河川径流河川径流第五节第五节 河流的分类河流的分类第六节第六节 河流的利用改造河流的利用改造第七节第七节 河流与自然地理环境的相互关系河流与自然地理环境的相互关系 较较大大的的河河流流可可分分河河源源、上上游游、中中游游、下下游游、河河口口等等五五个个部部分分,河河源源是是河河流流的的发发源源地地。河河口口是是河河水水的的出出口口处处。上上游游、中中游游、下下游游是是从从河河源源到到河河口口之之间间的的三个河段,它们有着不同的水文地貌特
2、征。三个河段,它们有着不同的水文地貌特征。这些特征是从上向下逐渐变化的。上游上游的特点是:河谷呈的特点是:河谷呈“V”字形,字形,河床多为基岩或砾石;比降大;流速大;下切力强;流量小;水位变幅大。中游的特点是:河谷呈中游的特点是:河谷呈“U”字形;字形;河床多为粗砂;比降较缓;下切力不大而侧蚀显著;流量较大;水位变幅较小。下游的特点是:河谷宽广下游的特点是:河谷宽广,呈呈“”形形,河床多为细砂或淤泥;河床多为细砂或淤泥;比降很小;流速也很小;水流无侵蚀力,淤积显著;流量大;水位变幅较小。描述河流断面的主要参数:描述河流断面的主要参数:1.1.河流纵断面,是指沿河流轴线的河底高程或水面高程的变河
3、流纵断面,是指沿河流轴线的河底高程或水面高程的变化。故河流纵断面可分为河底纵断面和水面纵断面两种。河化。故河流纵断面可分为河底纵断面和水面纵断面两种。河流纵断面可以用比降(流纵断面可以用比降(i)来表示。即:来表示。即:式中:式中:H上上,H下下,分别为河段上下游河槽(或水面)上两点,分别为河段上下游河槽(或水面)上两点的高程;的高程;H上上H下下则为河段的落差;则为河段的落差;L为河段的长度。为河段的长度。2.2.河槽横断面,是指河槽某处垂直于主流方向河河槽横断面,是指河槽某处垂直于主流方向河底线与水面线所包围的平面。底线与水面线所包围的平面。3.过水断面,是指某一时刻水面线与河底线包围过水
4、断面,是指某一时刻水面线与河底线包围的面积。的面积。常用的断面形态要素还有:常用的断面形态要素还有:5.5.过水断面面积过水断面面积W;6.6.湿周湿周P(即过水断面上被水浸湿的河槽部分);即过水断面上被水浸湿的河槽部分);7.7.水面宽度水面宽度B;8.8.平均深度平均深度 H,水力半径水力半径R(R=W/P););9.9.糙度糙度n(指河槽上的泥沙、岩石、植物等对水流阻碍作用的指河槽上的泥沙、岩石、植物等对水流阻碍作用的程度程度,常用糙率系数常用糙率系数n表示,可从表表示,可从表52查出)等;查出)等;上述要素与河流的过水能力有密切的关系。上述要素与河流的过水能力有密切的关系。4.4.大断
5、面,是指最大洪水时的水面线与河底线包围的面积。大断面,是指最大洪水时的水面线与河底线包围的面积。由于科氏力、惯性离心力和流速分布不均等影响,河流横断面的水面由于科氏力、惯性离心力和流速分布不均等影响,河流横断面的水面并不是完全水平的。河流横断面的形态是多种多样的。并不是完全水平的。河流横断面的形态是多种多样的。定义定义组成组成主要特征主要特征河流河流流动水、流动水、凹槽凹槽河源、上游、河源、上游、中游、下游、中游、下游、河口河口1、河流的横断面、河流的横断面2、河流的纵断面、河流的纵断面3、过水断面、过水断面水系水系河流的干河流的干支流形成支流形成的脉络系的脉络系统统干流、支流干流、支流(大大
6、小小的(大大小小的河流、湖泊等)河流、湖泊等)1、河流长度、河流长度2、河网密度、河网密度3、河流的弯曲系数、河流的弯曲系数流域流域分水线包分水线包围区围区分水线包围的分水线包围的地表和地下水地表和地下水系的集水区系的集水区1、流域面积、流域面积2、流域形状、流域形状3、流域的长度和平均宽度、流域的长度和平均宽度4、流域的不对称系数、流域的不对称系数5、流域的平均高度、流域的平均高度6、流域的平均坡度、流域的平均坡度1、列表比较河流、水系、流域的特征?、列表比较河流、水系、流域的特征?(二)水系(二)水系 一一条条河河流流的的干干支支流流构构成成了了脉脉络络相相通通的的水水道道系系统统,这这个
7、个水水道道系统便称为水系或河系。系统便称为水系或河系。水系特征主要包括河长、河网密度和河流的弯曲系数。水系特征主要包括河长、河网密度和河流的弯曲系数。河长是从河口到河源沿河道的轴线所量得的长度。河长是从河口到河源沿河道的轴线所量得的长度。河网密度河网密度是指流域内干支流的总长度和流是指流域内干支流的总长度和流域面积之比,即单位面积内河道的长度。可用域面积之比,即单位面积内河道的长度。可用下式表示:下式表示:D D L/F L/F D D河网密度(河网密度(km/km2km/km2););L L河流总长度(河流总长度(kmkm););F F流域面积(流域面积(km2km2)。)。河流的弯曲系数
8、河河流流的的弯弯曲曲系系数数是是指指某某河河段段的的实实际际长长度度与该河段直线距离之比值。与该河段直线距离之比值。可用下式表示:可用下式表示:式中:式中:K为弯曲系数;为弯曲系数;L为河段实际长度(为河段实际长度(km););l为河段的直线长度(为河段的直线长度(km)。)。水系水系干流及支流干流及支流干流干流 (Mainstream)(Mainstream)在水系中汇集全流域径在水系中汇集全流域径流的河流,例如:黄河、长江。流的河流,例如:黄河、长江。支流支流(Tributary)流入一较大河流或湖泊的河流入一较大河流或湖泊的河流。流。支流是分级的:一级支流支流是分级的:一级支流(注入干流
9、的支流注入干流的支流);二级支流二级支流(注入一级支流的支流注入一级支流的支流);扇状水系扇状水系干支流呈扇状分布,即来自不同方向的各干支流呈扇状分布,即来自不同方向的各支流较集中地汇人干流,流域成扇形或圆形。我国的海支流较集中地汇人干流,流域成扇形或圆形。我国的海河水系就属此类。河水系就属此类。羽状水系羽状水系支流从左右两岸相间汇人干流,形呈羽状。支流从左右两岸相间汇人干流,形呈羽状。如滦河水系。如滦河水系。平行状水系平行状水系 几条支流平行排列。如淮河左岸几条支流平行排列。如淮河左岸的洪河、颖河、西浘河、涡河、浍河等。的洪河、颖河、西浘河、涡河、浍河等。树枝状水系树枝状水系干支流的分布呈树
10、枝状。大多数干支流的分布呈树枝状。大多数河流属此种类型。如珠江的主流西江水系。河流属此种类型。如珠江的主流西江水系。格状水系格状水系于支流分布呈格子状,即支流多呈于支流分布呈格子状,即支流多呈900角汇人于流。这是由于河流沿着互相垂直的角汇人于流。这是由于河流沿着互相垂直的两组构造线发育而成。如闽江水系。两组构造线发育而成。如闽江水系。水系类型不同,对水情变化的影响不同。水系类型不同,对水情变化的影响不同。例如,扇状水系,由于支流几乎同时汇人干例如,扇状水系,由于支流几乎同时汇人干流,当整个水系普降大雨时,就易造成干流流,当整个水系普降大雨时,就易造成干流特大洪水。海河历史上多水灾的原困之一即
11、特大洪水。海河历史上多水灾的原困之一即在于此。而羽状水系因支流洪水是先后汇人在于此。而羽状水系因支流洪水是先后汇人干流的,因此各支流汇人的水量分先后排出,干流的,因此各支流汇人的水量分先后排出,故不易形成水灾。滦河少水灾的原因之一,故不易形成水灾。滦河少水灾的原因之一,即是由于其为羽状水系的缘故。即是由于其为羽状水系的缘故。(三)流域 海南岛地形为中间高四周低,河流由中部山区海南岛地形为中间高四周低,河流由中部山区丘陵向四周以辐射状流入海,构成河流众多、河短丘陵向四周以辐射状流入海,构成河流众多、河短坡陡等特点。坡陡等特点。海南岛水资源较丰富,全岛独流入海的河流海南岛水资源较丰富,全岛独流入海
12、的河流154条,主要河流有南渡江、昌化江和万泉河,流域面条,主要河流有南渡江、昌化江和万泉河,流域面积分别超过积分别超过7000km2、5000 km2、3000 km2,三,三大河流域面积占全岛面积的大河流域面积占全岛面积的47%。集水面积在。集水面积在1000-2000km2的有陵水河、宁远河,的有陵水河、宁远河,500-1000 km2的有珠碧江、望楼河、文澜江、北门江、太阳的有珠碧江、望楼河、文澜江、北门江、太阳河、藤桥河、春江及文教河。全省水资源总量多年河、藤桥河、春江及文教河。全省水资源总量多年平均为平均为314.7亿立米,其中地表径流亿立米,其中地表径流303.7亿立米,亿立米,
13、具有集中开采价值的地下水具有集中开采价值的地下水11亿立米。亿立米。(三)流域(三)流域 划划分分相相邻邻水水系系(或或河河流流)的的山山岭岭或或河河间间高高地地,称称为为分分水水岭岭。分分水水岭岭最最高高点点的的连连线线,称称为为分分水水线线或或分分水水界界。如如秦秦岭岭是是黄黄河河和和长长江江的的分分水水岭岭,而而秦秦岭岭的的山山脊脊线线便便为为黄黄河河和和长长江江的的分分水水线线。分分水水线线可可分分为为地地表表分分水水线线和和地地下下分分水水线线。地地表表分分水水线线主主要要受受地地形形影影响响,而而地地下下分分水水线线主主要要受受地地质质构构造造和和岩岩性性控控制制。分分水水线线不不
14、是是一一成成不不变变的的。河河流流的的向向源源侵侵蚀蚀、切切割割,下下游游的的泛泛滥滥、改改道道等等都都能能引引起起分分水水线线的的移移动动,不不过过这种移动过程一般进行得很缓慢。这种移动过程一般进行得很缓慢。分水线所包围的区域,称为流域。由于分水线有地表分水线所包围的区域,称为流域。由于分水线有地表分水线和地下分水线,故流域也是指汇集地表水和地下水分水线和地下分水线,故流域也是指汇集地表水和地下水的区域。的区域。流流域域可可分分闭闭合合流流域域和和非非闭闭合合流流域域。地地表表分分水水线线与与地地下下分分水水线线重合的流域,称为闭合流域。相反,称为非闭合流域。重合的流域,称为闭合流域。相反,
15、称为非闭合流域。流域面积、流域形状、流域高度、流域的坡度、流域的倾斜流域面积、流域形状、流域高度、流域的坡度、流域的倾斜方向、干流流向等是流域的重要特征。这些特征对河川径流方向、干流流向等是流域的重要特征。这些特征对河川径流的影响是明显的。例如:流域面积大,河水量也大,洪水历的影响是明显的。例如:流域面积大,河水量也大,洪水历时长,且涨落缓慢;流域形状圆形较狭长形的洪水集中,且时长,且涨落缓慢;流域形状圆形较狭长形的洪水集中,且洪峰流量大;流域高度越高,河水量越多;流域向南倾斜的洪峰流量大;流域高度越高,河水量越多;流域向南倾斜的比向北的流域降雪易于消融;在中高纬度地区,冬季有结冰比向北的流域
16、降雪易于消融;在中高纬度地区,冬季有结冰的大河流,若在北半球,其流向自南往北流的,则易产生凌的大河流,若在北半球,其流向自南往北流的,则易产生凌汛。汛。第二节第二节 河流的水情要素河流的水情要素 水情要素是反映河流水文情势及其变化的因子。水情要素是反映河流水文情势及其变化的因子。它主要包括它主要包括水位、流速、流量、泥沙、水化学、水水位、流速、流量、泥沙、水化学、水温和冰情温和冰情等。通过这些因素反映河流在地理环境中等。通过这些因素反映河流在地理环境中的作用,及其与自然地理环境各组成要素之间的相的作用,及其与自然地理环境各组成要素之间的相互关系,也是研究水文规律的基础。互关系,也是研究水文规律
17、的基础。(一)水位(一)水位 河河流流水水位位是是指指河河流流某某处处的的水水面面高高程程。其其零零点点称称为为基基面面。基基面面可可分分绝绝对对基基面面和和相相对对基基面面。绝绝对对基基面面是是以以某某一一河河口口的的平平均均海海平平面面为为零零点点。如如珠珠江江口口基基面面、吴吴淞淞口口基基面面(长长江江口口)、黄黄海海基基面面等等,我我国国规规定定统统一一采采用用青青岛岛基基面面。相相对对基基面面(也也称称测测站站基基面面),是是以以观观测测点点最最枯枯水水位位以以下下0 05 5lmlm处处作作为为零零点点的的基基面面。相相对对基基面面可可减减少少记记录录和和计计算算工工作作量量,但但
18、它它与与其其他他水水文文站站的的水水文文资资料料不不具具有有可可比比性性,故故进进行行全全河河水水文文资资料料整整编编和和水文预报时,必须换算为全河统一的基面。水文预报时,必须换算为全河统一的基面。影响河流水位的因素很多影响河流水位的因素很多,如水量、河道冲淤、风、潮汐、如水量、河道冲淤、风、潮汐、结冰、植物、支流的汇入、人工建筑物、地壳升降等。而其结冰、植物、支流的汇入、人工建筑物、地壳升降等。而其中最主要的因素是水量的增减。水量增加,河水位上涨;水中最主要的因素是水量的增减。水量增加,河水位上涨;水量减少,河水位下降。量减少,河水位下降。河河流流水水位位随随气气候候的的季季节节变变化化和和
19、年年际际变变化化而而变变化化。例例如如由由雨雨水水补补给给的的河河流流,其其水水位位随随降降雨雨的的变变化化而而变变化化。由由冰冰雪雪融融水水补补给给的的河河流流,其其水水位位随随气气温温的的变变化化而而变变化化,气气温温高高,冰冰雪雪融融水水量量多多,则河流水位高;气温低,冰雪融水量少,则河流水位下降。则河流水位高;气温低,冰雪融水量少,则河流水位下降。为了帮助分析研究水位变化规律、断面以上流域内自然地理各因素(特别是气候因素)对该流域水文过程的影响,以及提供各方面的参考使用,常将水位观测资料进行整理,主要有水水位过程线、水位历时曲线、相应水位关系曲线位过程线、水位历时曲线、相应水位关系曲线
20、。水位过程线:是指水位随时间变化的曲线。水位过程线:是指水位随时间变化的曲线。其绘制方法,是以纵坐标为水位,横坐标为时间,将水位变化按时间顺序排列起来所点绘的曲线,便为水位过程线。它的主要作用是:可可分析水位的变化规律,能直接看出特征水位(如最高水位和最分析水位的变化规律,能直接看出特征水位(如最高水位和最低水位)的高度和出现的日期;可研究各补给源的特征;低水位)的高度和出现的日期;可研究各补给源的特征;可用来分析洪水波在河道中沿河传播的情形,以及做洪水的短期预报;水位过程线也能反映流域内自然地理因素对该流域水文过程的综合影响。水位历时曲线:是指大于和等于某一数值的水位与其在水位历时曲线:是指
21、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(历时)所点绘而成的曲线(图研究时段中出现的累积天数(历时)所点绘而成的曲线(图5二二2)。)。其绘制方法,是先将一年内之日平均水位接从大到小其绘制方法,是先将一年内之日平均水位接从大到小次序排列,并对水位变化幅度分为若干相等组距(如以次序排列,并对水位变化幅度分为若干相等组距(如以0.5m为一组),再将每一组距水位出现的日数依次累加为累积天为一组),再将每一组距水位出现的日数依次累加为累积天数(即历时),然后以水位为纵坐标,以累积天数为横坐标数(即历时),然后以水位为纵坐标,以累积天数为横坐标点绘的曲线,则得日平均水位历时曲线。水位历时曲
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