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第三章第三章 陆地表面水的组成与运动陆地表面水的组成与运动第三节第三节 河流的水情河流的水情一、水情要素一、水情要素二、年径流量的有关概念二、年径流量的有关概念三、正常年径流量的计算三、正常年径流量的计算四、径流的年际变化四、径流的年际变化五、径流的年内变化五、径流的年内变化六、洪水与枯水六、洪水与枯水第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动一、水情要素一、水情要素n n1.水位n n2.流速 n n3.流量第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动1.水位（（1）定义）定义水位是指河流（湖泊、水库及海洋等水体）的自由水面的高程，以m计基面：高程起算的固定零点基面：高程起算的固定零点•绝对基面绝对基面：以某一河口平均海平面为零点n例如，大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江，青岛基面（即黄海基面）•测站基面测站基面：指测站最枯水位以下0.5—1m作起算零点的基面，它便于测站日常记录•此外还有假定基面、冻结基面此外还有假定基面、冻结基面n n全河上下游或相邻测站采用一致的固定基面！！全河上下游或相邻测站采用一致的固定基面！！第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动基面、水准点、水尺零点和水位的关系 第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动1.水位（（2 2）影响水位变化的主要因素）影响水位变化的主要因素（（3 3））水位的观测水位的观测（（4 4））水位过程线与水位水位过程线与水位历时曲线历时曲线第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动（（3）水位的观测）水位的观测n n水位观测的作用： (1)直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独使用价值的资料； (2)为推求其他水文数据而提供资料。

 最高水位，最低水位，洪水位，枯水位，警戒水位n n观测水位的设备 A.水尺   分直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式4种B.自记水位计 第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动直立式水尺分级设置 第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动（4）水位过程线与水位历时曲线1      2      3     4      5      6      7     8      9     10    11    12天数月份水位（ m ）水位历时曲线水位历时曲线最高水位最高水位22.1222.12最低水位最低水位17.3617.36平均水位平均水位17.8717.87第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动2.流速n n流速 指河流中水质点在单位时间内移动的距离（米/秒） 即         V =L/tn n垂线流速分布：hV第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动2.流速n n河流断面上的流速分布hh1.31.21.00.80.60.20.40.4封冻期第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动2.流速n n平均流速的测算•通过实测获得•利用水力学公式（谢才公式）求得系数c 值的确定常用满宁公式：c =1/nR1/e或用巴甫洛夫斯基公式：c =1/nRy式中，n 是糙率，可查糙率表；y 是与n 和R 有关的指数，即y = 2.5 n1/2 - 0.13- 0.75 R1/2（ n1/2 - 0.10），巴氏公式只适用于R≤3.0米的情况。

第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动3.流量（1）流量  指单位时间内流经某一过水断面的水量，通常用Q 表示，单位是m3/sec2）流量模型第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动（3）流量过程线和水位—流量曲线n n流量随时间的变化也可以通过绘制流量过程线和历时曲流量随时间的变化也可以通过绘制流量过程线和历时曲线来分析线来分析n n水位与流量的关系水位与流量的关系Q =  = f（（H），用一条曲线来表），用一条曲线来表示，称为水位流量关系曲线示，称为水位流量关系曲线第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动流量过程线与流量历时曲线1      2      3     4      5      6      7     8      9     10    11    12天数月份流量（ m3/S ）流量历时曲线第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动二、年径流量的有关概念二、年径流量的有关概念（1）定义n n一个年度内通过河流某断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量n n多年平均径流量n n正常年径流量：年径流量总体的平均值。

•年平均流量Q（m3/sec）•年径流总量W（m3）•年径流深R（mm）•径流模数M（L/sec·km2）第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动二、年径流量的有关概念二、年径流量的有关概念（2）正常年径流量研究意义n n反映了在天然情况下河流（流域）蕴藏的水资源理论数量，代表能开发利用的地面水资源的最大程度n n水文、水利计算中的一个重要特征值n n在地理综合分析和不同地区水资源进行对比时，它是最基本的数据第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动三、正常年径流量的计算三、正常年径流量的计算1.1.资料充分时正常年径流量的推求资料充分时正常年径流量的推求n n资料充分是指具有一定资料充分是指具有一定代表性代表性的、的、足够长足够长的实测的实测资料系列资料系列1）实测资料系列要求超过30 年（2）包含特大丰水年、特小枯水年及相对应的丰水年组和枯水年组•误差大小取决于：①年份n的大小；②河流年径流变差系数Cv值的大小；③资料总体的代表性第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动三、正常年径流量的计算三、正常年径流量的计算2.资料不足时正常年径流量的推求1 1）参证变量一般必须具有以下条件：）参证变量一般必须具有以下条件：（1）参证变量与研究变量在成因上是相联系的。

当需要借助其他流域资料时，则参证流域与研究流域也需具备同一成因的共同基础2）参证变量的系列比研究变量的系列要长3）参证变量与研究变量必须具有一定的同步系列（10年以上），以建立相关关系2 2）常用参证变量）常用参证变量•相邻测站的年径流实测资料•流域年降水资料第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动计算断面的年径流量R参证站的年径流量R第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动三、正常年径流量的计算三、正常年径流量的计算 3.缺乏实测径流资料时正常年径流量的推求1）等值线图法R1R2O第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动三、正常年径流量的计算三、正常年径流量的计算2）水文比拟法  将参证流域的水文特征值移置于研究流域，即R0研＝R0参•当研究流域与参证流域的各项因素相似，而且参证流域具有较充分的长期水文实测资料时，才可移置•如果两者个别因素有差异，可以适当修正如R0研＝（X年研/X年参）R0参•由流域内雨量站的资料计算出流域多年平均降雨量X，然后参考邻近流域的资料确定多年平均的径流系数α0即 R0＝ α0 X四、径流的年际变化四、径流的年际变化（一）年径流量年际变化幅度的度量指标1.年径流量的变差系数2.年径流量的年际极值比（二）年径流量的多年变化过程1、丰水年、枯水年与平水年的划分2、中国河流丰枯变化的特征（一）年径流量年际变化幅度的度量指标（一）年径流量年际变化幅度的度量指标1. 1.年径流量的变差系数年径流量的变差系数 从从从从CvCv值的物理意义值的物理意义值的物理意义值的物理意义可知，它能反映径流总体的相可知，它能反映径流总体的相可知，它能反映径流总体的相可知，它能反映径流总体的相对离散程度（即不均匀性）。

对离散程度（即不均匀性）对离散程度（即不均匀性）对离散程度（即不均匀性） 年径流量年径流量年径流量年径流量CvCv值大，则年径流量的年际变化剧值大，则年径流量的年际变化剧值大，则年径流量的年际变化剧值大，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，烈，易发生洪、旱灾害，水工建筑物费用大；相反，烈，易发生洪、旱灾害，水工建筑物费用大；相反，烈，易发生洪、旱灾害，水工建筑物费用大；相反，CvCv值小，则年径流量的年际变化小，水工建筑物费值小，则年径流量的年际变化小，水工建筑物费值小，则年径流量的年际变化小，水工建筑物费值小，则年径流量的年际变化小，水工建筑物费用就小2.年径流量的年际极值比我国河流年径流量的年际极值比•长江以南小于3.5 倍，其中比值最小的是怒江，仅1.4 倍；•长江以北都在5 倍以上，最大的是淮河，其比值高达23.7 倍第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动3.影响径流量年际变化的因素1）年降水量和年径流量2）河流的补给来源3）流域面积大小（二）年径流量的多年变化过程1、丰水年、枯水年与平水年的划分R（m）保证率P（％）P＝75％P＝50％P＝25％丰水年丰水年枯水年枯水年平水年平水年2、中国河流丰枯变化的特征•北方河流枯水年和丰水年出现的机会比南方河流多，而平水年出现的机会南方河流多于北方。

•丰水年、枯水年往往连续出现，丰水年组与枯水年组循环交替地变化着，呈现出不固定的周期中国南、北方河流具有不同的特征：n南方河流丰枯水循环交替的周期短，变化幅度小；n北方河流丰枯水循环交替的周期长、变化幅度大•“南旱北涝”或“南涝北旱” 第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动五、径流的年内变化五、径流的年内变化（一）径流的年内变化及其影响因素（二）表示河川径流年内变化的方法n n气候因素n n与流域调蓄能力有关的下垫面因素n n径流补给条件•以降雨补给为主的河流，降雨和蒸发的年内变化，直接影响着径流的年内分配；•冰雪融水及季节性积雪融水补给的河流，年内气温的变化过程与径流季节分配关系密切n人类活动（一）径流的年内变化及其影响因素（二）表示河川径流年内变化的方法1、多年平均季（或月）径流量占多年平均径流量的百分比；2、特征值1、径流的季节分配n n冬季（12 月至2 月）是我国河川径流量最为枯竭的季节，故统称为冬季枯水n n春季（3 月至5 月）是我国河川径流普遍增多的时期，但增长程度相差悬殊n n夏季（6 月至8 月）是我国河川径流最丰沛的季节，统称为夏季洪水。

n n秋季（9 月至11 月）是我国河川径流普遍减退的季节，也称秋季平水2、径流年内变化的特征值1）径流年内分配不均匀系数Cvy2）完全年调节系数CrVtQ洪水期洪水期枯水期枯水期完全年调节库容第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动六、洪水与枯水六、洪水与枯水（一）洪水（二）枯水Link…Link…（一）洪水1.洪水的概念2.洪水的影响因素3.洪峰流量的推求4.历史洪水的调查1.洪水的概念1）洪水：大量降水或积雪融水在短时间内汇入河槽，形成特大的径流，称为洪水•洪水也称汛n n我国历时上的大洪水：•1931年•1954年•1998年2）洪水过程线：暴雨洪水在出口断面上的响应，通过流量过程线表达n n复式洪水过程线n n表征洪水特征的三个要素•洪峰流量Qm•洪水总量W•洪水总历时Ttm3）设计洪水：在水利工程的设计中，水工建筑物能够抗御的最大洪水•某水库是按“百年一遇”洪水设计，就是指该水库所能够抗御重现期为100年的洪水•特大洪水重现期的确定特大洪水重现期的确定   一般是根据历史洪水发生的年代来大致推估      ①从发生年代至今为最大         N=设计年份 - 发生年份 + 1      ②从调查考证的最远年份至今为最大         N=设计年份 - 调查考证期最远年份 + 1平原区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准［重现期（年）］ 项目 水工建筑物级别12345水库工程设计300～100100～5050～2020～1010校核2000～10001000～300300～100 100～50 50～20拦河水闸设计100～5050～3030～2020～1010校核300～200200～100 100～5050～30 30～20项目水工建筑物级别12345设计1000～500 500～100100～5050～3030～20校核土石坝可能最大洪水（PMF）或10000～50005000～20002000～1000 1000～300 300～200混凝土坝浆砌石坝5000～20002000～10001000～500500～200200～100山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准［重现期（年）］ 确定特大洪水重现期实例            经长江重庆～宜昌河段洪水调查，同治九年(1870年)川江发生特大洪水,沿江调查到石刻91处,推算得宜昌洪峰流量Qm=110000 m3/s。

        如此洪水为1870年以来为最大,则     N=1992-1870+1=123 (年)，    这么大的洪水平均123年就发生一次,可能性不大    又经调查, 忠县东云乡长江岸石壁有两处宋代石刻，记述“绍兴二十三年癸酉六月二十六日水泛涨这是长江干流上发现最早的洪水题刻据洪痕实测，忠县洪峰水位为155.6米又据历史洪水调查，宜昌站洪峰水位为58.06米，推算流量为92800 m3/s，3天洪量为232.7亿m3宋绍兴23年 即1153年，该次洪水,也小于1870年洪水,可以肯定自 1153 年以来1870年洪水为最大,故1870年洪水的重现期为：N=1992-1153+1=840 (年) 2.洪水的影响因素1）气象和天气因素2）流域的下垫面因素•地形的起伏影响气流运动•流域面积的大小、形状•土壤性质及植被等因素3）人类活动3.洪峰流量的推求1）根据洪水观测资料推求给定频率的洪峰流量n n年限较长（20 年以上）的实测资料，从中逐年挑选一个最大的洪峰流量（或将每年洪水记录中凡超过某一标准定量的洪峰流量都选上），进行频率计算，从而求得所需频率的洪峰流量第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动3.洪峰流量的推求2）地区综合经验公式法n n经验公式的基本形式：Qp = CpFn3）推理公式n n中国水利电力科学研究院： Qm = 0.278φ（S/τn）F4.历史洪水的调查n n所谓历史洪水，是指在该河段上可能调查到所谓历史洪水，是指在该河段上可能调查到（或实测）的比通常洪水大得多的洪水。

或实测）的比通常洪水大得多的洪水n n调查河段应符合下列要求：调查河段应符合下列要求：①尽量靠近拟建的工程所在位置；②有足够数量的可靠洪痕，并有若干村落以便于查访洪痕位置及发生年代；③河段顺直、无支流汇入及无分流回流现象，以便于计算洪峰流量；④调查河段多年间河床变化不显著第第三三章章陆陆地地表表面面水水的的组组成成与与运运动动长江历史特大洪水石刻1 1）历史洪水调查的工作内容）历史洪水调查的工作内容（1）调查前应收集河流有关的水文、气象、地质及原有勘测设计报告和地方志等资料2）调查洪水发生的时间（年、月、日）、灾情测量、洪水来源、本流域及附近流域的降雨情况、洪痕的位置，确定出最大、次大等各次洪水的顺序和重现期，并在野外标出洪痕位置及编号等3）进行简易地形和洪痕高程测量洪痕位置也要标在地图上，并根据情况测出纵断面和若干横断面图4）整理分析测量结果并推算洪峰流量及重现期5）编写历史洪水调查报告2）历史洪水的流量计算方法（1）水位流量关系法：    如果调查河段附近有水文站，则可利用水文站的水位流量关系曲线加以延长，以求得洪峰流量2）用比降法计算洪峰流量利用谢才公式求得平均流速和流量值（3）利用坝、急滩、卡口计算洪峰流量（二）枯水1.枯水的概念•枯水是河流断面上较小流量的总称。

•枯水经历的时间为枯水期，当月平均水量占全年水量的比例小于5％时，则属于枯水期•河流的枯水径流过程，实质上就是流域蓄水量的消退过程2.影响枯水径流的因素1）流域蓄水量的影响因素•枯水前期的降水量•流域地质、土壤性质及湖沼率、植被覆盖率2）河流的大小及发育程度因素3.枯水径流的消退规律•流域蓄水量W 与出水流量Q 间存性关系，即W = kQ•当无补给时，流域蓄水量和出流量之间存在着下列平衡关系：dW/dt= -Qα是反映枯水径流消退规律的参数，上式反映了流域蓄水量补给枯水径流的汇流特性因此当流域蓄水量大时出现径流大，相应的流速也大，α值也较大，流域退水快α值随水源比例不同而变，地面补给大的α值大，地面补给小的则退水慢，α值小tlogQRsRssRg思考题：1、我国年径流量分布的总趋势如何？2、黄土高原与黄淮海平原年径流量年际变化有何不同，为什么？3、甲系列某5年的径流深度（mm）分别为：220 210 200 190 180；乙系列某5年的径流深度（mm）为：2020 2010 2000 1990 1980试分别计算其Cv值。