水文学原理-3流域及水系.pdf

'第三章流域及水系（Riverbasin&riversystem） 本章主要内容1基本概念2水系地貌特征3流域地貌特征4数字高程模型及流域特征的提取 §1基本概念1.分水线-山峰、山脊和鞍部的连线地形等高线中的极大值称为山峰山峰的下坡方向称为山脊相邻山峰之间的区域称为鞍部地面分水线地下分水线集水线 §1基本概念2.流域（Riverbasin）指地面分水线包围的、能够汇集雨水从其出口流出的区域。流域面积(Drainagearea)指地面分水线包围区域的水平投影面积。 闭合流域地面分水线与地下分水线重合，且河槽切割至不透水基岩的流域称为闭合流域。地面分水线与地下分水线不重合或河槽切割不能到达不透水基岩的流域为非闭合流域。非闭合流域 §1基本概念3.水系流域中大小河流交汇所形成的网络结构，叫做水系，又称河网或河系。水系结构（a）树状结构（b）网状结构 树状羽毛状结构扇形状结构结构流域面积和降雨时空分布相同情况下种水系形状与洪水过程的关系图类Q(t):羽毛状水系洪水过程；1Q2(t):扇形状水系洪水过程；Q1(t):混合状水系洪水过程。混合状结构 §1基本概念4.坡面流域内除河系以外的部分。坡面的几何形状(a)矩形坡面(b)收敛型坡面(c)散发型坡面 §1基本概念5.流域基本单元一个流域若按内部的分水线又可划分成若干个比较小的流域。在这些比较小的流域内部，又可以根据其内部分水线分成更小的流域。这样不断地分下去，最终的结果将是无法再分。这种无法再分成更小的流域，就叫做流域基本单元。流域基本单V形马蹄形元 §2水系地貌特征水系的拓扑性质水系的几何特征 §2水系地貌特征-拓扑性质水系的拓扑性质一个几何图形在连续改变其几何形状时仍能保持不变的一些性质。 §2水系地貌特征-拓扑性质基本术语：①河源：顾名思义，就是一条河流的起始点。②节点：两条相邻河流的交汇处称为节点。③出口：出口是输送整个河系总水量和其他物质的地方。④河链：河源与相邻节点之间的连接的河段，或者相邻两个节点之间的连接河段，或者出口与相邻节点之间的连接河段，称为链。内链外链 树枝状水系 §2水系地貌特征-拓扑性质水系拓扑性质之1：对于二分叉树状水系，如果河源数为N，那么节点数必为N-1，河链数必为2N-1，其中外链数和内链数分别为N和N-1。这就是二分叉树状水系的河源数与节点数和河链数之间的定量关系。 §2水系地貌特征-拓扑性质河流分级Strahler分级格雷夫利厄斯霍顿施里夫沙伊达格 §2水系地貌特征-拓扑性质Strahler分级原则从河源出发的河流称为1级河流两条相同级的河流交汇所形成的河流的级比原来高一级（）两条不同级河流交汇所形成的河流的级为其中较高者（）所有河流级别的最大值即为河网级别，也称流域级别 §2水系地貌特征-拓扑性质水系拓扑性质之2：河数定律其中分叉比为：自然水系的分叉比为：3-5，均值为4. §2水系地貌特征-拓扑性质分叉比推求 §2水系地貌特征-几何特征横断面河长和河段长河流的弯曲河长定律河链长河底比降 §2水系地貌特征-几何特征1.横断面河流上垂直于主流方向沿深度截取的剖面。抛物线形 §2水系地貌特征-几何特征1.横断面山区性河流： §2水系地貌特征-几何特征2.河长和河段长河长是指一条河流从河源沿着主流线到河口的平面投影长度。如果在一条河流上沿主流方向截取上、下游两个断面，则这两断面之间沿主流线的平面投影长度就是其河段长。 §2水系地貌特征-几何特征2.河长和河段长—衍生的一些定量概念ω级河流的总长：水系的水面面积和蓄水量都ω级河流平均河长：与其整个河长密切相关Ω级水系总河长： §2水系地貌特征-几何特征3.河长定律（各级河流平均长度的规律）其中河长比为：自然水系的河长比在：1.5-3.5，均值为2.5 §2水系地貌特征-几何特征4.弯曲率河流上任意两个横断面之间沿主流线距离的平面投影长度与其直线距离平面投影长度之比值称为河流的弯曲率。 §2水系地貌特征-几何特征5.平均河链长平均河链长就是水系的总长度除以水系的河链数。每条河链的平均汇水面积： §2水系地貌特征-几何特征6.河底比降河底比降是指河流上相邻两个横断面的平均河底高程之差与其河段长的比值。亦可以表示为河底线对水平线倾斜角的正切河段平均河底比降 §3流域地貌特征流域的几何特征流域的结构特征流域坡度 §3流域地貌特征-几何特征面积定律流域的长度、宽度和形状 §3流域地貌特征-几何特征1.面积定律同级河流的流域面积总和除以该级河流数，定义为该级河流的平均流域面积。面积比R基本是一个常数，3~6。A §3流域地貌特征-几何特征Horton地貌定律Horton地貌参数 §3流域地貌特征-几何特征2.流域的长度、宽度和形状流域长度：从流域出口断面至分水线的最大直线距离（B）。流域宽度：与流域长度垂直的在分水线之间的最大距离(C)。 §3流域地貌特征-几何特征流域形状（形态因子、伸长比、圆度等）形态因子：流域面积与流域长度平方的比值。Grag发现流域河长和面积存在上述关系 §3流域地貌特征-几何特征流域形状（形态因子、伸长比、圆度等）伸长比：面积等于流域面积的圆的直径与流域长度的比值。 §3流域地貌特征-结构特征河网密度和河道维持常数河流频度和河链频度河长-面积曲线高程曲线 §3流域地貌特征-结构特征1.河网密度和河道维持常数河网密度是指单位流域面积上的河流长度，即为水系总长度L与流域面积A的比值。河道维持常数表示维持单位河长需要多少集水面积=河网密度的倒数 §3流域地貌特征-结构特征2.河流频度和河链频度河流频度—单位流域面积上的河流数。链频度—单位流域面积上的河链数。L>Cff §3流域地貌特征-结构特征3.河长-面积曲线从出口断面开始逆水流方向在河长上量取一段距离l，并求出相应的集水面积A，则两者之间l的关系就称为河长—面积曲线。 §3流域地貌特征-结构特征4.高程曲线流域在某一高程处的水平截面面积与该高程的关系就称为高程曲线。 §3流域地貌特征-流域坡度流域坡度流域上两点之间的高差与它们之间直线距离的比值。流域坡度是位置的函数平均流域坡度高程曲线河长面积曲线 §3流域地貌特征-流域坡度流域坡度'