第二章河流概论课件.ppt
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- 第二 河流 概论 课件
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1、第2章河川径流内 容:2.1 河流和流域2.2 河川径流形式2.3 水文测验2.4 水文资料的收集和整理 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难 点:径流模数和径流深度的概念和计算;河流:沿地表线形凹槽集中地经常性或周期性水流。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。较大的河或江,较小的叫溪。2.1 河流和流域2.1.1 河流的形成和分段(1)干流干流(Mainstream)在水系中汇集全流域径流的河流,例如:在水系中汇集全流域径流的河流,例如:黄河、长江。黄河、长江。(2)支流支流(Tributary)流入一较大河
2、流或湖泊的河流。流入一较大河流或湖泊的河流。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);三级支流三级支流(注入一级支流的支流注入一级支流的支流);四级支流四级支流(注入一级支流的支流注入一级支流的支流)(3)河网河网(Hydrographic Net)由河流的干流和各级支流,流域内湖泊、沼泽或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,称为地下暗河构成脉络相通的一个系统,称为河网河网,也,也叫叫河系河系或或水系水系。2.1.2河流的分段河流的分段(1)河源:河源:河流的发源
3、地。为泉水、溪涧、冰川、河流的发源地。为泉水、溪涧、冰川、或沼泽。或沼泽。(2)上游:上游:紧接着河源,峡谷地形。落差大,坡陡紧接着河源,峡谷地形。落差大,坡陡流急,下切强烈,河谷狭,流量小。(流急,下切强烈,河谷狭,流量小。(V形)形)(3)中游:中游:坡度渐缓,河床比较稳定,下切力量减坡度渐缓,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,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。(两岸常有滩地,冲淤变化不明显。(U形)形)(4)下游:下游:河流的最下级,处于平原区,河床宽,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
4、较显著,沙洲较多。坡度缓,水流慢,泥沙淤积作用较显著,沙洲较多。(5)河口:河口:河流的终点。淤积,形成三角洲。河流的终点。淤积,形成三角洲。外流河外流河:注入海洋的河流。如长江,黄河。:注入海洋的河流。如长江,黄河。内流河或内陆河内流河或内陆河:流入内陆湖泊或消失于沙漠中: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)(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河流下游源头源头地貌 2.1.3河流的基本特征河流的基本特征 河流断面河流断面 a.横断面:垂直于水流方向的断面横断面:垂直于水流方向的断面深泓线:河道中各横断面水流最大流速点的连线
5、。中泓线(溪线):河道中各横断面最大水深点的连线。b.纵断面:沿河流中泓线切出来的断面纵断面:沿河流中泓线切出来的断面中泓线?中泓线?深泓线深泓线?(2)河流长度河流长度(River Length)1)定义定义:河流源头至河口:河流源头至河口 或或 测站断面沿河槽中泓线或轴线测站断面沿河槽中泓线或轴线 量取的距离量取的距离L。2)作用:作用:河流特性的基本参数,可确定落差、比降和能量。河流特性的基本参数,可确定落差、比降和能量。(3)河流弯曲系数河流弯曲系数(Tortuosity)1)定义:定义:沿河流中泓线两点间的实际长度与其直线距离的沿河流中泓线两点间的实际长度与其直线距离的 比值。比值。
6、2)特性:特性:任何河段都有它的弯曲系数;它可反映河流流经地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。的地质地貌特征。lL1LKl(4)河流比降河流比降 1)横比降:河流沿横断面方向的水力坡度横比降:河流沿横断面方向的水力坡度 产生横比降的原因:产生横比降的原因:a)弯曲河段中惯性离心力的作用;弯曲河段中惯性离心力的作用;b)地球自转偏向力的作用;地球自转偏向力的作用;c)流速分布不均匀的影响。流速分布不均匀的影响。I凹岸凸岸I淤积凸岸水 面凹岸冲刷agIRV2 (a)平面图平面图 (b)横断面图横断面图 (c)水面单元水体受力图水面单元水体受力图22tanVVRIaggR
7、横坡度:gRBVIBh2(4)河流比降河流比降 2)纵比降:纵比降:a)水面水面纵比降(水面坡度):中泓线上单位长度内水面纵比降(水面坡度):中泓线上单位长度内水面的落差。的落差。b)河底河底纵比降(纵比降(河底河底坡度):中泓线上单位长度内河底坡度):中泓线上单位长度内河底的落差。的落差。021001000/HHHiLL 2.1.4.流域流域(1)分水岭、分水线和流域分水岭、分水线和流域 1)分水岭:划分相邻水系(或河流)的山岭或河间高地。分水岭:划分相邻水系(或河流)的山岭或河间高地。2)分水线:分水岭最高点的连线(山脊线)。分水线:分水岭最高点的连线(山脊线)。3)流域:一个水系(或河流
8、)的集水(地表或地下水)区域。流域:一个水系(或河流)的集水(地表或地下水)区域。(2)流域的几何特征流域的几何特征 1)流域面积流域面积:是流域的主要几何特征。通常先在适当比例尺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。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、求积仪法方格法、求积仪法 2)流域长度:用河流的干流长度代替。流域长度:用河流的干流长度代替。L 3)流域平均宽度:流域平均宽度:4)流域形状系数:流域形状系数:FBLBL(3)(3)流域的自然地理特征流域的自然地理特征 流域的地理位置、气候、地形、植被、土壤
9、特性,地流域的地理位置、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。的自然地理特征。1)1)流域的地理位置流域的地理位置 2)2)流域的气候条件流域的气候条件 3)3)流域的地形条件流域的地形条件 4)4)流域的土壤、岩石性质和地质构造流域的土壤、岩石性质和地质构造 5)5)流域的植被流域的植被 森林度:森林度:6)6)流域的湖泊和沼泽流域的湖泊和沼泽 湖泊率:湖泊率:0100%cFF 1 0 0%cAF2.1.5 河流的平面形态特征河流的平面形态特征(1)平原河流平原河流 特点:特点:在
10、环流、泥沙的冲刷和淤积作用下,蜿蜒曲折形态,即在环流、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。深槽、浅槽沿水流方向交替出现,呈规律性。专业术语:专业术语:凹岸、凸岸、左岸、右岸、深槽、浅槽凹岸、凸岸、左岸、右岸、深槽、浅槽(2)山区河流山区河流 大多为岩石河床,异常复杂大多为岩石河床,异常复杂山区河流山区河流1.峡谷河段峡谷河段2.开阔河段开阔河段 2.1.6 不同类型河段的河床演变一般规律不同类型河段的河床演变一般规律(1)山区河段山区河段 1)山区河流的洪峰特征:山区河流的洪峰特征:a)洪峰暴涨暴落;洪峰暴涨暴落;b)流量和水位变化幅度很大;流量和水
11、位变化幅度很大;c)中水历时短暂中水历时短暂 2)山区河流的纵横断面特征:山区河流的纵横断面特征:a)横断面:多呈横断面:多呈v字形或字形或U字形字形 b)纵断面:河底比降较大,变化急剧,存在一系列折点,纵断面:河底比降较大,变化急剧,存在一系列折点,急滩与深潭交错,且常因落差集中而形成陡跌水甚至瀑布。急滩与深潭交错,且常因落差集中而形成陡跌水甚至瀑布。(2)平原河段平原河段 1)顺直微弯型河道:顺直微弯型河道:a)浅滩和深槽交替发生冲淤,不但浅滩多,而且浅滩、浅滩和深槽交替发生冲淤,不但浅滩多,而且浅滩、深槽和水流线位置很不稳定,河床附近时而为深槽,时而为深槽和水流线位置很不稳定,河床附近时
12、而为深槽,时而为浅滩,水深变化大。浅滩,水深变化大。b)边滩和深槽同步顺流下移。边滩和深槽同步顺流下移。c)河床周期性展宽和缩窄。河床周期性展宽和缩窄。2)游荡型(宽浅型)河道:游荡型(宽浅型)河道:a)多年平均情况下,河床不断淤积抬高,形成多年平均情况下,河床不断淤积抬高,形成“地上地上河河”。b)年内的冲淤变化,一般为汛期主槽冲刷,滩地淤积,年内的冲淤变化,一般为汛期主槽冲刷,滩地淤积,而非汛期则相反。而非汛期则相反。c)沙洲移动迅速,河道外形经常改变,冲淤变化幅度极沙洲移动迅速,河道外形经常改变,冲淤变化幅度极大。一次洪水后,河床面目全非。大。一次洪水后,河床面目全非。d)主槽经常摆动,
13、而且摆动的速度和幅度都很大。主槽经常摆动,而且摆动的速度和幅度都很大。3)弯曲型(蜿蜒型)河道:弯曲型(蜿蜒型)河道:a)凹岸崩退和凸岸淤长;凹岸崩退和凸岸淤长;b)河湾发展、河线蠕动;河湾发展、河线蠕动;c)自然的裁弯取直,并伴随又一轮的河湾消长。自然的裁弯取直,并伴随又一轮的河湾消长。4)分汊型河道:分汊型河道:a)洲滩的移动;洲滩的移动;b)河岸的崩坍和弯曲;河岸的崩坍和弯曲;c)汊道的交替兴衰。汊道的交替兴衰。2.2 2.2 河川径流形成河川径流形成2.2.1 2.2.1 径流的形成过程径流的形成过程 流域内的水自降落开始至水流汇集、流至出口断面的整个流域内的水自降落开始至水流汇集、流
14、至出口断面的整个过程,称为过程,称为径流形成过程径流形成过程。一般分为。一般分为4 4个阶段个阶段(1)降水阶段:从云降落到地面的液态或固态水的滴粒降水阶段:从云降落到地面的液态或固态水的滴粒 降水量降水量 H:一定时间内降落在某一点或某一集雨面积上: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,的总水量,用深度表示,mm 降水历时降水历时t:降水的持续时间,:降水的持续时间,min,h或或d 降水强度降水强度i:单位时间内的降水量,:单位时间内的降水量,mm/min、mm/hHit降雨量对径流量的大小起决定性的作用。降雨量对径流量的大小起决定性的作用。根据根据24h降水总量或降
15、水总量或12h降水总量,可以把降水强度分降水总量,可以把降水强度分 为小雨、阵雨、中雨、暴雨、特大暴雨等为小雨、阵雨、中雨、暴雨、特大暴雨等。(2)流域蓄渗阶段流域蓄渗阶段 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,物截留,一部分会渗入地表土中,部分被蓄留在坡面的坑部分被蓄留在坡面的坑洼里。这一阶段称为洼里。这一阶段称为流域蓄渗流域蓄渗。(3)坡面漫流阶段坡面漫流阶段 流域蓄渗阶段完成以后剩余雨水沿着坡面形成流域蓄渗阶段完成以后剩余雨水沿着坡面形成坡面漫坡面漫流流。它从局部区域开始,逐渐扩展到全流域。坡面漫流的
16、雨。它从局部区域开始,逐渐扩展到全流域。坡面漫流的雨水最后汇入河沟。水最后汇入河沟。(4)河槽集流阶段河槽集流阶段 汇入河沟的水,顺着河道由小沟到支流、由支流到干流、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。这个阶段称为最后到达流域出口断面。这个阶段称为河槽集流河槽集流。河川径流的大小和变化,通常用河川径流的大小和变化,通常用流量流量和和水位水位来表示。来表示。一年内的最大洪峰流量,称为一年内的最大洪峰流量,称为年最大流量年最大流量。2.2.2 2.2.2 河川径流的影响因素河川径流的影响因素 从径流形成过程来看影响径流变化的主要因素可分为从径流形成过程来看影响径
17、流变化的主要因素可分为气候因素气候因素、下垫面因素下垫面因素和和人类活动因素人类活动因素。(1)(1)气候因素气候因素 降水降水和和蒸发蒸发直接影响径流的形成和变化。直接影响径流的形成和变化。(2)(2)下垫面因素下垫面因素 1)1)地貌地貌 2)2)地质和土壤地质和土壤 3)3)植被植被 4)4)湖泊和沼泽湖泊和沼泽 5)5)流域面积与形状流域面积与形状(3)(3)人类活动因素人类活动因素 1)1)增加河川径流量的措施:人工降雨、融雪、跨流域调水增加河川径流量的措施:人工降雨、融雪、跨流域调水 2)2)改变河川径流分配的措施:修筑水库等水利工程改变河川径流分配的措施:修筑水库等水利工程 3)
18、3)减少地表径流的措施:引水灌溉等减少地表径流的措施:引水灌溉等2.2.3 2.2.3 河川径流的特征值河川径流的特征值(1)流量流量Q:单位时间内流经河流某一水断面的水量。:单位时间内流经河流某一水断面的水量。m3/s(2)径流总量径流总量W:一段时间内通过河流过水断面的总水量,:一段时间内通过河流过水断面的总水量,m3 (3)径流模数径流模数M:单位流域面积上平均产生的流量,:单位流域面积上平均产生的流量,L/skm2(4)径流深度径流深度R:它是径流总量它是径流总量W折算成全流域的平均水深,折算成全流域的平均水深,单位为单位为mm,常用来与降水量作比较,常用来与降水量作比较(5)径流系数
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