工程水文学 第二章 河川水文基础知识ppt课件.ppt

'第二章、河川水文基础知识(河川径流)河流和流域径流形成及主要影响因素河川径流的动态变化 地表水在重力作用下，沿陆地的凹地流动，按其大小可分为江、河、溪和沟，这些统称为河流，而流域中河流（包括干流、支流）和流域内的湖泊、沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统，称水系，又称河系或河网。2.1.1河系的特征(1)概述:河系汇聚全流域的地表和地下水，最终注入海洋、湖泊或消失于荒原。水系的名称通常以它的干流或以注入的湖泊、海洋命名，如长江水系、太湖水系、太平洋水系等。2.1河流和流域 汇入干流的河流均称为一级支流，而汇入一级支流的河流则称为二级支流，以此类推。河流按不同的级别划分为：河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。支流:干流：依据水流的流动方向从上至下分为五段：河源中游下游河口上游 (2)河系的主要特征：①河流长度L:指河源到河口的轴线长度。尼罗河亚马孙河长江6650km6437km6380km ②流域河网密度D:式中，∑L~流域内干支流的总长度(km)A~流域面积(km2)定义为单位流域面积内的河流总长度，反映了流域对径流的调节能力，计算公式为： 式中，L~河流的实际长度(km);l~河流二端间的直线距离(km)③河流的弯曲系数弯曲系数越大，对洪水宣泄越不利。 ④河流的落差和比降落差：河源与河口的垂直高差称为河流的落差。落差大表明河流水能资源丰富。河道比降：落差与河长的比值称为河流的比降。比降越大河道汇流越快。 a.当河段的纵向河底线近于一条直线时，河道的计算表达式：河道比降的计算：式中，J~河段的比降;h1,h0~河段二端河底高程;L~河段的长度Lh0△h0h10 b.河段的纵向河底线呈折线或曲线时的河道比降计算表达式：式中，L~河段的长度(m)h0,h1,…hn~从下游到上游各点河底高程(m)l1,l2,…ln~各点间的距离(m)Llnlill河底线hnhihlh00 2.1.2流域及流域的主要特征★流域的定义河流某断面以上，汇集地表水和地下水的区域（分别称做地面集水区和地下集水区）统称做河流在该断面以上的流域。 流域面积A,单位km2指分水线所划定的范围在水平面上投影的面积。★流域的主要特征:(1)流域的几何特征流域长度L,单位km指流域的轴长，可用作图法求到，见右示意图。 气候条件以各种的气象因子来描述。流域平均宽度B：km流域的形状系数KB=A/LK=B/L=A/L2(2)流域的自然地理特征地理位置以地理的经度和纬度来表示。 可用流域平均高程、平均坡度S表征。流域的土壤岩石性质和地质构造流域地形特征反映了流域下垫面的特征，影响到降水入渗的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。可用流域地形图表征； l0···l2lnl1S=[Z(0.5l0+l1+···ln-1+0.5ln)]/A式中，l0、l1···ln-1、ln分别为流域内至下而上的等高线长度（km）;Z为相邻二条等高线之间的高差（km）A为流域面积（km2）平均坡度S计算公式: PP/PL/PM⑤流域的植被率和湖沼率植被率PP=AP/A湖泊率PL=AL/A沼泽率PM=AM/A式中，PP、PL、PM～分别为流域内的植被、湖泊和沼泽面积；P～流域总面积。降雨截留量径流R通过调查或遥感信息提取 径流：指降落在流域表面的降水，沿流域地表和地下二个途径流入河系，再流出流域出口断面的水流，这样的物理过程称作径流形成过程。2.2径流的形成和径流的度量有时也指它的量，即在一定时段内通过某一河流断面的水量，称径流量。 流域蓄渗指降雨的雨水耗于植物截留、下渗和填洼等综合过程。降雨形成地面径流之前，在流域中会被以上几个方面所消耗，不参与径流的形成：2.2.1径流形成过程可概化为二个过程：(1)产流过程或称为流域蓄渗过程 b.土壤蓄水量S指降雨入渗过程中被土壤吸附存储于土壤孔隙中的水量。a.植物截留量Is降雨被植物茎叶拦截的现象称截留，APIS 以上各种量不参与径流的形成，统称为:雨量的损失量或地面滞留量。c.填洼量Vd水分停蓄在地面洼陷处（水库、湖、塘等），称填洼。d.雨间蒸散发量E 降雨形成的径流量/净雨量径流量(净雨量)=降雨量-损失量净雨量包括二个方面：地面径流R地下径流Rg 壤中径流/表层流Rin指下渗的雨水，一部分滞蓄在土壤中；一部分继续向下运行，遇到相对不透水层时，形成沿不透水层面的表层流。a.地面径流R包括:坡面漫流Rs指沿流域坡地成片连续流动的水流。 b.地下径流Rg包括:·浅层地下径流Rgs当下渗水流到达地下水面后，则形成地下径流它包括：指潜水面以下和第一个不透水层以上的含水层中的水流，亦称作无压地下水。 以上统称为地下径流，其特点是：流量稳定；地下水运动缓慢，补给河流滞后于地表径流，故往往成为河流枯水期的重要来源。·深层地下径流Rgd指第一不透水层以下的深含水层中的水流，亦称作有压地下水或承压水。 S土壤蓄水填洼量Vd植物截流Is流域渗蓄及汇流过程示意图降雨P蒸发E壤中流Rin浅层地下径流Rgs深层地下径流Rgd坡面漫流Rs 坡地汇流：坡面汇流壤中流地下径流河网汇流：小沟小溪小河大河流域出流(2)汇流过程： 河网汇流：指水流沿河网中各级河槽向出口断面的汇集过程。坡地汇流：指水流沿坡面和地下向河网的流动和汇集过程，它包括坡面汇流、表层汇流和地下汇流。当一次降雨形成的水流全部流出流域出口断面时，一次径流形成过程即告结束。因此，河网汇流可视为三种径流在时间上的再分配。 流域出流蒸发E降水P植物截留Is填洼及地面蓄水Vd土壤蓄水S地下水蓄水G坡面漫流Rs壤中流Rin深层地下水径流Rgd河网蓄水浅层地下水径流Rgs不透水面河川径流形成过程框图 (1)流量Q单位时间内通过某一过水断面的水量，可按下式计算：式中，A：过水断面的面积(m2)V：过水断面的平均流速(m/s)2.2.2径流的度量Q=A×V(m3/s)径流的度量常采用以下几个指标进行度量： 用来表示流域出口断面的径流随时间变化过程流量过程线瞬时流量指某时刻的流量,如右图中的Q1，洪峰流量Qm等。平均流量指定时段内的平均流量，如日平均流量、月平均流量、年平均流量、多年平均流量等。Q(m3/s)Tt1t2t(s)Q1Q(t)WQm 指一定的时段内T(=t2-t1)通过的某一河流断面的总水量，(单位：m3)式中,Q(t)~流量过程线t时刻的瞬时流量;T=t2-t1~计算时段;~计算时段内的平均流量。(2)径流量WQ(m3/s)Tt1t2t(s)Q1Q(t)WQm 式中，F~流域的面积(km2)；T~时段(s)~时段T内的平均流量(m3/s)(3)径流深R 流域出口断面流量与流域面积的比值,即流域单位面积上所产生的流量：(4)径流模数M依据Q的不同含义，M则有不同的称谓：Q若是(多)年平均流量，则M称为(多)年平均流量模数；Q若是洪峰流量，则M称为洪峰流量模数。 中国年径流深图5-50600-100050-100200-400<51000-16001600-2000 (5)径流系数某一时段的径流深R与相应的流域平均降雨深P的比值，其反映了降雨量转换成径流量比例的一个参数： 2.2.3河川径流的动态变化（1）河川径流的年际变化影响年径流年际变化的主要因素是：气候、流域下垫面状况及人类活动等。 （2）河川径流的年内变化由于受气候及其他自然地理因素的影响，河川径流的年内变化是不均匀的。中国的大多数河流，由于受季风的影响，其年内变化特点是：夏季降水量多，径流量大，为洪水期；冬季降水量少，径流量小，为枯水期。 思考题如何确定河流某一指定断面控制的流域面积？毁林开荒为什么会加剧下游的洪水灾害？围垦湖泊，为什么会使洪水加剧？同一地区的多年平均雨量山区的往往大于平原的，而多年平均蒸发量则往往相反，为什么？蒸发对水文循环有何影响？某流域（为闭合流域）上有一场暴雨洪水，其净雨量将如何?河川径流是由流域降雨形成的，为什么久晴不雨河水仍然川流不息？ 思考题如何确定河流某一指定断面控制的流域面积？（1）搜集指定断面以上河流所在地区的地形图；（2）在地形图上画出地面集水区的分水线；（3）用求积仪量出地面分水线包围的面积，即流域面积。毁林开荒为什么会加剧下游的洪水灾害？（1）毁林开荒使山区的植被受到破坏，暴雨时将会造成严重的水土流失，使下游河道淤塞，排水不畅；（2）裸露的坡地，下渗差，暴雨时产生地面径流大，汇流速度快，将使洪峰大大增高。 围垦湖泊，为什么会使洪水加剧？围垦湖泊，主要使湖泊的蓄洪容积大大减小；同时，被围垦的土地，还要大量排渍，使河流洪水显著加剧。同一地区的多年平均雨量山区的往往大于平原的，而多年平均蒸发量则往往相反，为什么？山脉对气流有地抬升作用，与平原区相比，更有利于降水的形成，因此，在同一气候区内，山区的降雨量往往大于平原。山区地势高，气温比平原低，山坡陡峭，雨水不易滞留，土壤常常不如平原的湿润，故蒸发量往往比平原的小。 蒸发对水文循环有何影响？水文循环有蒸发、水汽输送、降水、下渗、径流等环节，蒸发是其中的一个非常重要的环节，从水量平衡原理可知，蒸发增大，将使径流减少，因此，在水资源比较缺乏的地区，要尽可能地减少不必要的蒸发；蒸发增大，将使水汽加大，可能使降水有所增加，但数量甚微。某流域（为闭合流域）上有一场暴雨洪水，其净雨量将（）      a.等于其相应的降雨量    b.大于其相应的径流量       c.等于其相应的径流量    d.小于其相应的径流量 河川径流是由流域降雨形成的，为什么久晴不雨河水仍然川流不息？河川径流是流域降雨通过产流、汇流过程形成的，汇流包括地面汇流和地下汇流，前者主要受河网、湖泊的调蓄作用，后者主要受地下水库的调蓄作用，使径流过程变的远远比降雨过程平缓和滞后，尤其是地下汇流速度极其缓慢，使河川径流常年不断。 BREAK'