第六节-河流

第六节河流长江长江一、河流、水系和流域（一）河流陆地表面经常或间歇有水流动的泄水凹槽，称为河流。即为流动的水与凹槽的总称，它主要是由于水流侵蚀作用的结果。河流是水分循环的一个重要组成部分，是地球上重要的水体之一。它是塑造地表形态的动力，对气候和植被等都有重要的影响。自古以来，河流与人类的关系很密切，它是重要的自然资源，在灌溉、航运、发电、水产和城市供水等方面发挥着巨大的作用。但河流也会给人类带来洪涝灾害。因此，要开发利用河流，变水害为水利，就必须深入研究河流。河流的分段:较大的河流可分河源、上游、中游、下游、河口等五个部分，河源是河流的发源地。河口是河水的出口处。上游、中游、下游是从河源到河口之间的三个河段，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。上游的特点是：河谷呈“V”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“U”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,呈“︶”形,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。V型河谷中游河段亚马孙平原下游河段长江下游（二）水系一条河流的干支流构成了脉络相通的水道系统，这个水道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。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。可用下式表示：D＝∑L/F式中：D为河网密度（km/km2）；∑L为河流总长度（km）；F为流域面积（km2）。河网密度表示一个地区河网的疏密程度。河网的疏密能综合反映一个地区的自然地理条件，它常随气候、地质、地貌等条件不同而变化。一般地说，在降水量大，地形坡度陡，土壤不易透水的地区，河网密度较大；相反则较小。例如我国东南沿海地区比西北地区河网密度大。河流的弯曲系数，是指某河段的实际长度与该河段直线距离之比值。根据干支流分布的形状，可进行水系分类，主要可分5类：扇状水系：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。我国的海河水系就属此类。羽状水系：支流从左右两岸相间汇人干流，形呈羽状。如滦河水系。平行状水系：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。树枝状水系：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。格状水系：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两组构造线发育而成。如闽江水系。一般较大的水系，难以用一种类型概括，大多是由两种或两种以上的水系类型所组成。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，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。（三）流域划分相邻水系（或河流）的山岭或河间高地，称为分水岭。分水岭最高点的连线，称为分水线或分水界。如秦岭是黄河和长江的分水岭，而秦岭的山脊线便为黄河和长江的分水线。分水线可分为地表分水线和地下分水线。地表分水线主要受地形影响，而地下分水线主要受地质构造和岩性控制。分水线不是一成不变的。河流的向源侵蚀、切割，下游的泛滥、改道等都能引起分水线的移动，不过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和地下分水线，故流域也是指汇集地表水和地下水的区域。流域可分闭合流域和非闭合流域。地表分水线与地下分水线重合的流域，称为闭合流域。相反，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；流域向南倾斜的比向北的流域降雪易于消融；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，则易产生凌汛。二、河流的水情要素河流是通过它的流水活动影响和改变地理环境的。为了认识河流的特征及其地理意义，必须首先了解有关河流水情的一些基本概念。水情要素是反映河流水文情势及其变化的因子。它主要包括水位、流速、流量、泥沙、水化学、水温和冰情等。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互关系，也是研究水文规律的基础。（一）水位河流中某一标准基面或测站基面上的水面高度，叫做水位。水位高低是流量大小的主要标志。流域内的降水和冰雪消融状况等径流补给是影响流量，同时也是影响水位变化的主要因素。但是，其他因素也可以影响水位变化。例如：流水侵蚀或堆积作用造成河床下降或上升；河坝改变了河流的天然水位情势；河中水草或河流冰情等使水流不畅，水位升高；入海河流的河口段和感潮段由于潮汐和风的影响而引起水位变化，等等。可见，水位变化是多种因素同时作用的结果。这些因素各具有不同的变化周期，如流水侵蚀作用具有多年变化周期，径流补给形式的变化具有季节性周期，潮汐影响具有日变化周期，等等，因而，河流的水位情势是非常复杂的。三峡大坝水文测量站钦州市水文站三峡长江大通站水位测量库区水位站低水水尺测量中小河流水文监测系统水文水位鄱阳湖水位监测（二）流速流速指水质点在单位时间内移动的距离。它决定于纵比降方向上水体重力的分力与河岸和河底对水流的摩擦力之比。可以运用等流速公式，即薛齐公式计算水流某一时段的平均流速v：v=cRI式中，R为水力半径；I为河流纵比降；c为待定系数。这是一个应用很广的基本公式。建立这一公式的基本出发点是：只有动力与摩擦力相等时，水流才沿河槽作等速运动（三）流量流量是指单位时间内通过某过水断面的水的体积。常用Q表示，单位是m3/s。它可用下式表示：Q=wv式中：Q为流量（m3/s）；w为过水断面积（m2）；v为流速（m／s）。流量关系曲线（四）河水温度与冰情河流的补给特征是影响河水温度状况的主要因素。由冰川和积雪补给的河流，水温必然较低；从大湖泊流出的河流，春季水温低而秋季水温高；地下水补给量丰富的河流，冬春季水温较高。还有许多其他因素影响河水温度，例如，太阳辐射和流域的气温状况，等等。河水温度也随时间而变化。夏季水温有明显的日变化，而且中低纬河流比高纬河流显著。季节变化表现为夏季水温高，冬季水温低。北方河流并可以发生结冻现象。三、河川径流（一）径流的形成和集流过程径流的形成是一个连续的过程，但是可以划分为几个不同的特征阶段。了解这些阶段的特点，对于水文分析是重要的。1.停蓄阶段降水落到流域内一部分被植物截留，另一部分被土壤吸收，然后经过下渗，进入土壤和岩石孔隙中，形成地下水。所以降水初期不能立即产生径流。降水进行到大于上述消耗时，便在一些分散洼地停蓄起来。这种现象称为填洼。停蓄于洼地的水也不能立即变为径流，所以这个阶段叫做停蓄阶段。对于径流形成而言，停蓄阶段是一个耗损过程；但是，从增加雨水对地下水的补给和减少水土流失来说，这个阶段是具有重要意义的。2漫流阶段降水进行到植物截留和填洼都已达到饱和，降水量超过下渗量时，地表便开始出现沿天然坡向流动的细小水流，即坡面漫流。坡面漫流逐渐扩大范围，并分别流向不同的河槽里，叫漫流阶段。3.河槽集流阶段坡面漫流的水进入河道中，沿河网向下游流动，使河流流量大为增加，叫做河槽集流。河槽集流阶段，大部分河水流出河口外，只有小部分渗过河谷堆积物补给地下水，待洪水消退后，地下水又反过来补给河流（图5-7）。河槽集流过程在降水停止后还将继续很长时间。这个阶段包括雨水由坡面进入河网，最后流出出口断面的整个过程，它是径流形成的最终环节。上述三个阶段是指长时间连续降水下发生的典型模式。实际上由于每次降水的强度和持续时间不同，各流域自然条件也不一样，所以，无论是不同流域，或是同一流域在不同降水过程中的径流形成，都可能有不同程度的差别。（二）径流计量单位在研究某时段内河流水量变化和比较各河流的径流量时，都必须采用适当的量值来计算。常用的量有以下几种：（l）流量Q前已述及，流量是指单位时间内通过某一横断面的水量，常用单位为m3/s。其计算式详见前述水情部分。（2）径流总量W径流总量是指在一定时段内通过河流某一横断面的总水量（一般指出口断面）。常用单位为m3其计算式为：W=QT式中：Q为流量（m3/s）；T为时段（如日、月、年等）长（s）。(3)径流模数径流模数是指单位流域面积上产生的流量。常用单位dm3/(s·km2），其计算式为：式中；Q为流量（m3/s）；F为流域面积（km2）；1000为单位换算系数（即lm3水为l000dm3）。（4）径流深度R径流深度是指单位流域面积上的径流总量。也即是把径流总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深度，常用单位为毫米（mm）。其计算式为：式中：W为径流总量（m3）；F为流域面积（km2）；为单位换算系数。（6）径流系数径流系数是指任一时段的径流深度（或径流总量）与该时段的降水量（或降水总量）之比值。其计算式为：式中：R为径流深度（mm）；P为降水量（mm）。三．河川径流的变化流是多变的，其变化具有必然性和偶然性（l）年正常径流量：如果实测资料的年数增加到无限大时，多年平均径流量将趋于一个稳定的数值，此称为年正常径流量。（2）河川径流的年际变化。由于影响径流的重要因素——气候具有年际变化，因此，河川径流量和径流过程也有年际变化，再加上其他自然地理因素的综合作用的结果，使河川径流的年际变化十分复杂。研究和掌握河川径流的年际变化规律，对于一个地区自然地理条件的综合分析评价，以及为水利工程的规划设计都是很重要的资料。反映年径流量变化幅度主要是年径流量的变差系数Cv值和绝对比率。l）年径流量的变差系数Cv值：其计算公式为：即用常用年径流变率的反差来表示，式中：K为第i年的年径流变率（即：）；n为观测资料数列的年数。例如，甲系列某5年的径流深度（mm）分别为：220210200190180乙系列某5年的径流深度（mm）为：20202010200019901980从Cv值的物理意义可知，它能反映径流总体的相对离散程度（即不均匀性）。年径流量Cv值大，则年径流量的年际变化剧烈，易发生洪、旱灾害，水工建筑物费用大；相反，Cv值小，则年径流量的年际变化小，水工建筑物费用就小。Cv值的变化与自然地理因素有着密切的关系，归纳起来有如下几方面降水量少的地区，其Cv值大于降水量多的地区。因为降水量大的地区，水汽输送量大而稳定，降水量的年际变化较小。同时，降水量丰富的地区地表供水充分，蒸发比较稳定，故使年径流Cv值小；降水量少的地区，降水量集中而不稳定，蒸发量年际变化较大，致使年径流Cv值大以雨水补给为主的河流，其Cv值大于以地下水补给为主的河流，也大于以冰雪融水补给为主的河流。因为冰雪融水量主要取决于气温，气温年际变化较降雨年际变化小，故冰雪融水的Cv值很小。例如我国天山、昆仑山、祁连山一带河流的Cv值只有0．l－0，2。以地下水补给为主的河流，因其补给量较稳定，故其Cv值也较小。例如，无定河上游，虽降水少，但地下水补给量大，故Cv值较小，在0.4以下，甚至只有0.2－0.3。2.年际变化径流量的年际变化往往是由降水量的年际变化引起的。通常以径流的离差系数来表示年径流的变化程度。我国中等河流的离差系数，长江以南一般在0.30以下，长江下游及黄河中游各河流和东北山区河流为0.40，淮河为0.60，海河为0.70。这种大致从南向北增长的趋势，与我国降水量变率的分布趋势基本一致。（五）特征径流1.洪水河流的水位达到某一高度，致使沿岸城市、村庄、建筑物、农田受到威胁的水位，称为洪水位。连续的强烈降水是造成洪水的主要原因，积雪融化也可以造成洪水。流域内