自4-2水文

null第三节 河流 第三节 河流 一、河流、水系和流域一、河流、水系和流域（一）河流 1、河流：指陆地表面经常性或周期性有水流动的 泄水凹槽。河流是流动的水与河谷的总称。 2、河流的分段：河源、上游、中游、下游、河口等五个部分。★河口的分段★河口的分段近口段 潮区界——潮流界河口段 潮流界——口门单向水流双向水流口外海滨段 口门——三角洲前缘近口段、河口段、口外海滨段陆海3、河流纵断面3、河流纵断面◆指沿河流轴线的河底高程或水面高程的变化。 可分为河底纵断面和水面纵断面两种。 河流纵断面用比降（ i ）表示：H上、H下 分别为河段上下游 河槽（或水面）上两点的高 程；H上－H下 则为河段的落 差；L 为河段长度。 4、河流横断面 ◆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。 ★过水断面：指某一时刻河底线与水面线所 包围的平面。★河流横断面形态要素★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）。（二）水系（二）水系水系：指由干流和各级支流组成的河流系统。河流的分级443★河流的分级★河流的分级1、水系特征1、水系特征包括河长、河网密度和弯曲系数。 ◆河长——指从河口至河源沿河流轴线 所量得的长度。 ◆河网密度——指流域内干支流的总长 度与流域面积之比，即单位面积内的河 道长度。 km／km2kmkm2◆弯曲系数◆弯曲系数弯曲系数是指某河段的实际长度与该河段直线 距离之比。K 值越大，河段就越弯曲。2、水系的类型 ①扇状水系：干支流呈扇状分布，各支流较集中 地汇入干流，流域呈扇形或圆形。如海河。 ②羽状水系：支流从两岸相间汇入干流。如滦河。 ③平行状水系：各支流平行排列。如淮河左岸。 ④树枝状水系：干支流分布呈树枝状。如西江。 ⑤格状水系：支流成90°角汇入干流。河流发育 受两组互相垂直的构造线控制。如闽江。3、水系的发育3、水系的发育初 期——多湖泊分布，支流少而小； 伸长期——溯源侵蚀，干支流系统初步形成； 扩张期——溯源侵蚀、侧蚀强烈，水系密度最大； 合并期——河流劫夺（袭夺），长期侵蚀后转向 堆积，水系越来越简单化。风口断头河（被夺河）袭夺河AB袭夺湾（三）流域（河盆）（三）流域（河盆）河盆系统河盆系统★流域的基本概念与特征★流域的基本概念与特征◆分水岭：指划分相邻水系或河流的山岭或 河间高地； ◆分水线（分水界）：分水岭最高点的连线； 地表分水线受地形影响，地下分水线则受地 质构造和岩性控制； ◆流域（河盆）：指分水线所包围的区域； ◆流域特征：包括流域面积、流域形状、流 域高度、流域坡度、干流流向等。二、河流的水情要素二、河流的水情要素（一）水位 ◆水位：指河流某处的水面高程。其零点称 为基面。 ◆绝对基面：是以某一河口的平均海平面为 零点。我国规定统一采用青岛黄海基面。 资料可比 ◆相对基面（测站基面）：以观测点最枯水 位以下0.5 ～ 1 m 处作为零点的基面。 资料不可比河流的水情要素河流的水情要素◆水位变化：主要受水量影响；包括季节 变化、年际变化等； ◆水位过程线：是指水位随时间变化的曲 线。其纵坐标为水位，横坐标为时间。水 位过程线反映了水位变化的规律； ◆相应水位曲线：指在同一涨落水期间， 上下游站位相相同的水位。纵轴为上游站 的水位，横轴为下游站的水位。依据相应 水位曲线可做短期水文预报。（二）流速（二）流速◆流速：指河流中水质点在单位时间内移动的 距离。即 v ＝ L ／t 其单位为 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（三）流量（三）流量◆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）；纵坐标为水位，横坐标 为流量。可用水位资料推算流量（四）河流泥沙（四）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） （五）水温与冰情（五）水温与冰情◆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。三、河川径流三、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。 （一）径流特征值 1、流量 Q ：指单位时间内通过某过水断面的 水的体积，单位为 m3／s ； 2、径流总量 W ：指在一定时段内通过某一横 断面的总水量，单位为 m3 ； 即 W ＝ Q T T 时段长（ s ，如年、月、日等）。3、径流深度（R）3、径流深度（R）◆指单位流域面积上的径流总量，即把径流 总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深 度，单位为 mm 。W 径流总量；F 流域面积； 1／1000为单位换算系数。4、径流模数（m） ◆是指单位流域面积上产生的流量，单位为 dm3 ／ （s · km2 ）。Q 流量（m3／s） ；F 流域 面积（ km2）；1000为单位 换算系数 1 m3 ＝1000 dm35、模比系数（K，又称径流变率）5、模比系数（K，又称径流变率）◆指某一时段径流值（mi，Qi，Ri 等），与同 期的多年平均径流值（m0，Q0，R0等）之比。m 径流模数；Q 流量； R 径流深度。6、径流系数（ а ）◆指某一时段的径流深度（或径流总量）与该 时段的降水量（或降水总量）之比。 R 为径流深度（ mm ）； а ＝ R／P P 为降水量（ mm ）。（二）河川径流的形成（二）河川径流的形成1、流域蓄渗阶段（产流） ◆指在降水开始之后，地表径流产生之前的 降水损失过程。有蓄满产流和超渗产流两种。 ▲植物截留：降水被植物茎叶拦截的现象； ▲下渗：水分渗入土壤和地下的运动过程； ▲填洼：水在地面凹洼处停蓄的过程。 2、坡地漫流阶段（汇流） ◆指降水产流后，水在重力作用下沿着坡地 流动的过程，又称坡地汇流。 ◆三种主要形式：片流、沟流、壤中流。以 沟流为主。流域上的净雨量有 85 — 95 ％ 是通过坡地漫流而进入河网的。3、河网汇流阶段（汇流）3、河网汇流阶段（汇流）◆指坡地漫流到达河网后，沿着河网向下游 干流出口断面汇集的过程。是径流形成的最 终环节。 ◆河网调蓄作用：包括河岸调节作用和河槽 调蓄作用。 涨洪时——河水补给河岸地下水； 落洪时——河岸地下水补给河水； ◆河槽调蓄作用与河流形状、河网密度和河 槽纵比降有关。河流长而宽、深度大、河网 密度大、河槽蓄水量多，调节作用显著；河 槽纵比降大、泄流快、调节作用较小。（三）河川径流的变化（三）河川径流的变化1、年内变化 ◆汛期：指河流处于高水位的时期，如夏季； ◆枯水期：指河流处于低水位的时期，如冬季； ◆平水期：指河流处于中常水位的时期，如秋季； 2、年际变化 ◆通常用径流的离差系数表示年径流的变化程度。 ◆正常径流量：指多年径流量的算术平均值。离 差 系 数 见课本P158 ★离差系数 Cv 值的水文含义★离差系数 Cv 值的水文含义 Cv 反映总体的相对离散程度（即不均匀性）。 ◆Cv 值大，表示年径流的年际变化大，容易发 生洪、旱灾，水利建设费用大；Cv 值小则相反。 ◆降水量少的地区 Cv 值 ＞ 降水量多的地区； ◆雨水补给为主的河流 Cv 值 ＞ 地下水补给为 主的河流，也 ＞ 冰雪融水补给为主的河流； ◆平原和盆地的 Cv 值 ＞ 相邻的高山和高原区； ◆流域面积小的河流 Cv 值 ＞ 流域面积大的； ◆在我国， 河流的 Cv 值大致自南向北增大， 这与降水量变率的分布一致。（四）特征径流（四）特征径流 1、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。 ◆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。2、枯水2、枯水◆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、河流的气候分类四、河流的气候分类根据河流的补给和洪水进行分类。 1、融水补给的河流 ①平原及 1000 m 以上山地融雪补给的河流； ②山中融雪补给的河流； ③春季或夏初融雪补给为主，常年有大量雨 水补给的河流；河流的气候分类河流的气候分类2、雨水补给的河流 ①雨水补给，夏季有洪水的河流； ②冬季雨水补给，全年分配较均匀的河流； ③ 冬季雨水补给丰富，夏季降水很少的河流； ④ 气候干燥而不成的河流； 3、融雪及雨水补给都不足的河流（干涸的河流） 4、冰川补给的河流（南极和格陵兰所特有）；第四节 地下水第四节 地下水一、地下水概述一、地下水概述★地下水：指埋藏在地面以下岩土空隙中的水 体。包括气态的、液态的和固态的水。地下水 的来源，主要来自大气降水和地表水的下渗， 小部分来自水汽在地下岩土中的凝结。（一）地下水的蓄水构造 ◆指由透水岩层与隔水层构成的能够富集和 贮存地下水的地质构造体。 ——基本条件： 1、有透水岩层构成蓄水空间； 2、有相对的隔水层构成隔水边界； 3、具有透水边界，补给水源和排泄地下水。（二）岩石的水理性质（二）岩石的水理性质◆指岩石与水的贮容、运移等有关的性质。 1、容水性： 指岩土容纳水量的性能， 用容水度表示。 容水度是单位体积的岩土所能容纳的最大 水量。 2、持水性： 指在重力作用下， 岩土依靠分子力和毛管 力保持一定水量的性能，用持水度表示。 持水度是岩土在重力水排出后所保持的水 体积与岩土总体积之比。岩石的水理性质岩石的水理性质3、给水性： 指在重力作用下， 饱水岩土自由流出一定 水量的性能，用给水度表示。 给水度是从 饱水岩土中流出的水体积与岩土体积之比。 4、透水性： 是指岩土的透水性能。 主要取决于孔隙的 大小和连通性，以及孔隙的多少。二、地下水的理化性质二、地下水的理化性质（一）地下水的物理性质 1、温度：泉水 冷泉（＜20℃）； 温泉（21～37℃）； 热泉（38 ～42℃ ）； 高温泉（＞43℃）； 沸泉（＞当地沸点）TH为H深处地下水 温度；TB为年平均 气温；H 为地下水 深度； h 为地温年 恒温带深度；G 为 地温梯度33m／℃ 。地下水 ＜ 20℃ —— 冷水； 20 ～ 50℃ —— 温水； ＞ 50℃ —— 热水 .2、颜色：2、颜色：地下水一般无色透明。 3、透明度： 地下水一般 是透明的。 4、嗅感和味感： 取决于地下水的化 学成分和溶解的气 体。如 H2S 的臭鸡 蛋味，有机质的鱼 腥味；含CO2多则 爽口，含重碳酸钙、 镁［Ca、Mg（HCO3）2］常常有甜味。（二）地下水的化学性质（二）地下水的化学性质1、主要化学成分 ◆离子：Cl－、SO42－、HCO3－、 CO32－、以及H＋、Na＋、K＋、 Ca2＋、Mg2＋ 等等； ◆气体：CO2、O2、N2、CH4、 H2S 等等； ◆放射性元素：微量，如氡； 2、矿化度 指水中离子、分子及化合物的 总含量，称为总矿化度，简称 矿化度，单位为 g／l 。3、硬 度3、硬 度水中Ca2＋、Mg2＋ 的含量称为硬度。 ◆暂时硬度： 指水煮沸后发生沉淀的那部 分 Ca2＋、Mg2＋。 ◆永久硬度： 指水煮沸后仍然溶在水中的 Ca2＋、Mg2＋的数量。 ——硬度的表示方法： 德国度（°d ，以 1 升水含 10 mg CaO 为 1 度）； 毫克当量 即 Ca2＋、Mg2＋的 mmol／l ， 1 °d ＝ 0.35663 mmol／l . ——水的硬度分类（P172）。三、地下水的运动三、地下水的运动◆渗透（渗流）：重力水在岩土空隙中的运动。 ◆地下水的运动形式：以层流为主、紊流次之。 ◆直线渗透定律（达西定律）： 层流状态 v ＝ Q／A ＝ KI v 为渗透流速；K 为渗透系数；I 为水头梯度。 ◆非直线渗透定律：下式中，m的变化范围为 1 — 2，当m＝1时，即为 达西定律；而当m＝2时， 则为非直线渗透定律。紊流时混合流时四、地下水的类型四、地下水的类型1、上层滞水：存在于包气带中局部隔水层上 的重力水。 特点：分布范围小，水量小而季节变化剧烈； 补给区与分布区一致；补给源是大气降水和 地表水；耗损形式是蒸发和渗透；地下水的类型地下水的类型2、 潜水：指埋藏在地表以下第一个稳定隔 水层之上，具有自由表面的重力水。 特点：潜水面不承受静水压力；补给区与分 布区一致；动态变化较不稳定，有明显的季 节变化；潜水补给条件好，水量丰富；水质 容易遭污染。 3、 承压水：指充满于两个稳定隔水层之间 的具有压力的地下水。 特点：承压水具有一定压力水头；补给区与 承压区不一致；动态变化较稳定，没有明显 的季节变化；补给条件较差，大规模开发后， 水的补充和恢复较缓慢；水质不易遭污染。自流水盆地示意图自流水盆地示意图4、泉4、泉◆泉：地下水之天然露头谓之泉； ◆按泉水的矿化度分为淡水泉和矿泉两大类。 矿泉＞ 1 g∕l ；淡水泉＜ 1 g∕l ； ◆矿泉又分为矿泉水和矿化水两类。矿泉水 有显著的医疗价值，而矿化水无医疗价值。 ◆矿泉水的国际通用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 水中六种主要离子：碳酸氢根、硫酸根 、氯、 钠、钙、镁 ； 三种气体：二氧化碳、氡、硫化氢 ; 某些活性元素，如铁、砷、典、溴的含量为 标准。★温泉的分布★温泉的分布◆全世界已发现温泉6000多处，中国拥有2600 处以上，占2∕5，居世界首位，而且分布广泛， 以藏、滇、台、闽最为集中。 ◆中国是个多泉之国。 ◆世界很多地方因温泉而成为著名旅游区。温 泉水滋润着植被，美化环境，调节气候。 ◆“温泉城”福州，温泉带南北长 5 km ， 东西 宽 1 km ，水温 50 ～ 80 ℃ ，最高达 97 ℃ ； ◆ “西湖双绝”：龙井茶虎跑水； ◆名泉酿名酒： “地有名泉，必有佳酿”，如茅 台、五粮液、青岛啤酒等等；结束结束扇状水系扇状水系羽状水系羽状水系平行状水系平行状水系树枝状水系树枝状水系格状水系格状水系亚马孙流域亚马孙流域流域面积大，水量 大，洪水历时长。长江，1998长江，1998刚果河刚果河流域形状呈圆形，洪 水集中且洪峰流量大黄河凌汛黄河凌汛干流流向影响距水面 1／4 处流速最大距水面 1／4 处流速最大深度流速距水面 3／5 处 大致为平均流速壶口，汛期壶口，汛期壶口枯水期，1995壶口枯水期，1995金沙江虎跳峡，平水期金沙江虎跳峡，平水期虎跳石，平水期虎跳石，平水期金沙江虎跳峡，汛期金沙江虎跳峡，汛期虎跳石被淹没，汛期虎跳石被淹没，汛期黄河水，上游黄河水，上游黄河水，中游黄河水，中游黄河水，下游黄河水，下游黄河结冰黄河结冰黄河封冻，山东黄河封冻，山东黄河封冻黄河封冻壶口之冬壶口之冬黄河解冻（凌汛）黄河解冻（凌汛）凌汛造成洪灾，加拿大凌汛造成洪灾，加拿大三峡泄洪三峡泄洪小浪底泄洪小浪底泄洪洪水三要素洪水三要素QmQt基 流W涨水过程退水过程洪 水 过 程 线降雨与洪水降雨与洪水时距最大雨量洪峰流量时间（小时）洪水总量基本径流洪灾洪灾洪灾，德国洪灾，德国密西西比河，1993密西西比河，1993尼 罗 河 的 洪 水尼 罗 河 的 洪 水云南大理蝴蝶泉 —— 冷泉云南大理蝴蝶泉 —— 冷泉济南趵突泉 —— 冷泉济南趵突泉 —— 冷泉济南百脉泉济南百脉泉华清池 —— 温泉华清池 —— 温泉台湾文山温泉台湾文山温泉海螺沟的热泉海螺沟的热泉日本的热泉日本的热泉冰岛的热泉冰岛的热泉长白山的高温泉长白山的高温泉82℃云南腾冲的高温泉云南腾冲的高温泉95℃西藏羊八井 —— 沸泉西藏羊八井 —— 沸泉羊八井羊八井羊八井地热发电站羊八井地热发电站井深仅30m，温度便高达130℃新西兰的高温泉新西兰的高温泉黄石公园的高温泉黄石公园的高温泉黄石公园的沸泉黄石公园的沸泉黑烟囱黑烟囱洋底沸泉，约400℃， 因巨大压力并不沸腾。绿岛温泉旅游区绿岛温泉旅游区万泉河万泉河珠海珠海龙门的温泉旅游区龙门的温泉旅游区新西兰的地热保护区新西兰的地热保护区泥浴泥浴