水文学复习资料 河流.doc

第三章 河流第一节 河 流知识体系一、河流、水系和流域（一） 河流的分段和纵、横断面（二 ）水系和水系特征（三）流域和流域二、河流的水情水情要素：水位、流速、流量、水温与冰情、泥沙、矿化度三、河川径流（一）河川径流的形成与影响因素(二)产汇流计算（三）河川径流的变化（时变性、变化表征）（四）特征径流（洪水和枯水）四、河流的补给（一）雨水补给（二）融水补给（三）湖泊水补给（四）沼泽水补给（五）地下水补给（六）人工补给五、河流水源的定量估算六、河川的利用和改造七、河流与自然地理环境的关系 （一）河川径流的形成与影响因素 1.河川径流的形成概念：河川径流是指降落到流域表面上的雨水，由地面与地下汇入河川，最终流出流域出口断面的水流形成阶段：降雨径流形成过程大致可分为如下四个阶段：（1）降雨阶段 （2）流域蓄渗（停蓄）阶段（3）坡地漫流阶段 （4）河槽集流(河网汇流)阶段降雨扣除损失之后，剩下的部分称为净雨，在数量上就等于它所形成的径流深在我国常称净雨量为产流量.上述过程为降雨转化为净雨的过程,称为产流过程注意：净雨和它形成的径流在数量上是相等的,但二者的过程却完全不同,净雨是径流的来源,而径流则是净雨汇流的结果;净雨在降雨结束时就停止了,而径流却要延长很长时间。

产流模式决定产流的气象条件是降水，流域条件主要是土壤缺水量和下渗能力几种条件的不同组合决定不同的产流模式.第 1、2 两种模式都不会发生洪水,习惯上称第 3 种模式为“超渗产流” ，第 4 种模式为“蓄满产流” ，所谓蓄满是指含气层蓄满到了田间持水量1）坡地汇流过程坡地汇流分为三种情况: A.坡面流:超渗雨满足了填洼后产生的地面净雨沿坡面流到附近河网的过程,称为坡面漫流坡面漫流是由元数股彼此时分时合的细小水流所组成,通常没有明显的固定沟槽,雨强很大时可形成片流坡面漫流的流程较短,一般不超过数百米,历时亦短地面净雨经坡面漫流注入河网,形成地面径流大雨时地面径流是构成河流流量的主要来源B.表层流径流:表层流净雨沿坡面侧向表层土壤孔隙流人河网,形成表层流径流表层流流动比地面径流慢,到达河槽也较迟,但对历时较长的暴雨,数量可能很大,成为河流流量的主要组成部分表层流与地面径流有时能相互转化,例如,在坡地上部渗入土中流动的表层流,可在坡地下部流出,以地面径流形式流入河槽;部分地面径流也可能在坡面漫流过程中渗入土壤中流动成为表层流这就是实际工作中把表层流归入地面径流的原因C. 地下径流和基流:地下净雨向下渗透到地下潜水面或深层地下水体后,沿水力坡度最大的方向流入河网,称为坡地地下径流。

深层地下水汇流很慢,所以降雨以后,地下水流可以维持很长时间,较大河流可以终年不断,是河川的基本径流,所以常称为基流 在径流形成过程中,坡地汇流过程对净雨在时程上进行的第一次再分配降雨结束后,坡地汇流仍将持续一定时间 净雨沿着坡面汇入河网(称坡地汇流)，然后经河网汇流形成流域出口的径流，这个过程称作流域汇流过程4）河槽集流(河网汇流)阶段 河网汇流过程:各种成分径流经坡地汇流注入河网,从支流到干流,从上游向下游,最后流出流域出口断面,这个过程称为河网汇流或河槽集流过程对地面径流来说，坡面汇流距离最多不过 200m，汇流时间不到 0.5hr汇流时间主要是河网汇流时间，可达 10h 以上，所以地面汇流过程以河网汇流为主幻灯片 8河岸调节与河槽调蓄河岸调节：在河槽集流过程中，当河槽水位高于两岸地下水位，且河水与河岸地下水之间有水力联系的情况下，河水补给地下水；反之，地下水补给河水高低河槽调蓄：河槽接收坡地汇流，河槽水位抬升，增加河槽蓄水；坡地汇流停止后，河槽水位渐退，河槽蓄水流出，这种河槽“库容”对径流产生的调节作用，称为河槽调蓄河岸调节和河槽调蓄是对净雨在时程上进行的第二次再分配。

河槽调蓄和河岸调节作用使降雨径流历时延长，出口断面流量过程变得平缓上述作用与河流形状、河网密度及河槽纵比降有关2．影响河川径流的因素 P99 影响径流的因素主要有气候、下垫面和人为因素 (l）气候因素 气候是影响河川径流的最基本和重要因素，气候因素中的降水和蒸发直接影响径流的大小和变化 (2）下垫面因素 流域的下垫面因素具有对降水再分配的功能下垫面因素包括地貌、植被和土壤岩性等3)人为因素 人类活动影响径流是多方面的积极方面：植树造林、修筑梯田、修水库；消极方面：围湖、伐林扩大农田，对水资源的污染等幻灯片 11(二)产汇流计算P1011.下渗曲线法2.径流系数法3.降雨径流关系法流域蓄水量 W 或其前期影响雨量 Pa 表示流域的干湿程度幻灯片 124.等流时线及其在地面汇流分析中的应用￿ 同一时刻在流域各处形成的净雨距流域出口断面远近、流速各不相同,所以不可能全部在同一时刻到达流域出口断面￿ 不同时刻在流域内不同地点产生的净雨,却有可能在同一时刻流达流域的出口断面幻灯片 13（1）基本概念及含义：汇流时间 τ：流域各点的地面净雨流达出口断面所经历的时间流域汇流时间 ：流域上最远点的净雨流到出口的历时。

等流时线：流域上汇流时间 τ 相等点子的连线，如图中标有 1 、2 、…的虚线（ 为单位汇流时段长） 等流时面积：两条相邻等流时线间的面积幻灯片 14（2）等流时线的应用为计算上的方便，取计算时段等于汇流时段△t=△τ幻灯片 151） 地面净雨历时等于一个汇流时段Ts = ∆ t = ∆τT s= ∆ t <τ m = 3 ∆ τ部分面积造峰幻灯片 162）地面净雨历时多于一个汇流时段流域上净雨历时 Ts = 3∆ t ，雨强 i s1 = Rs1/ ∆ t ， i s2 = Rs2/ ∆ t ， i s3 = Rs3/ ∆ t ，它们各自在流域出口形成的地面径流流量过程，可用与上面完全相同的方法求得幻灯片 17（3）结论一个时段的净雨在流域出口断面形成的地面径流过程，等于该净雨强度与各块等流时面积的乘积，即 Qi=isFi多时段净雨在流域出口形成的地面径流过程，等于它们各自在出口形成的地面径流过程叠加当净雨历时 Ts 小于流域汇流时间 τm 时，称为流域部分面积汇流造峰（部分汇流造峰） 当净雨历时 Ts 大于或等于 τm 时，称为流域全面积汇流造峰（全面汇流造峰） 地面径流总历时 T 等于净雨历时 Ts 与流域汇流时间 τm 之和.该法是对地面汇流进行概化的一种设想，与实际情况有一定的出入，难以实际应用。

但对于理解流域汇流的本质和原理是非常有益的幻灯片 18作 业根据表中资料计算河流出口的地面径流5、时段单位线法（1）.单位线的基本概念①定义：在给定的流域上,单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨，在流域出口断面形成的地面径流过程线，称为单位线单位净雨一般取 10mm,单位时段可取 1、3、6、12、24h 等,依流域大小而定倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是 k 个单位,则形成的流量过程是单位线纵标的 k 倍叠加假定：如果净雨不是一个时段而是 m 个时段,则形成的流量过程是各时段净雨形成的部分流量过程错开时段叠加③推流公式：R1+R2Q1=R1/10*q1Q2=R1/10*q2+R2/10*q1Q3=R1/10*q3+R2/10*q2Q1=R1/10*q1Q2=R1/10*q2Q3=R1/10*q3R1式中，Qi 为流域出口断面各时刻流量值，m3/s；Rj 为各时段净雨量，mm； qi-j+1 为单位线各时刻纵坐标，m3/s；k=m+n-1 为流域出口断面流量过程线时段数；m 为净雨时段数；n 为单位线时段数（2）单位线的分析与推求1°根据实测的暴雨径流资料制作单位线时，首先应选择历时较短的暴雨及该次暴雨所产生的明显的孤立的洪峰作为分析对象。

2°求出本次暴雨各时段的流域平均雨量，扣除损失，得出各时段的净雨深 Ri，净雨时段△t3°由实测流量过程线上分割地下径流及计算地面径流深，务使净雨深等于地面径流深，即∑Ri=y4°要将流量过程线割去地下水以后得到的地面径流过程线各时段纵坐标值，除以净雨量的单位(个)数（一个单位为 10 毫米）就可得出单位线将该单位线代入其它多时段净雨的洪水中进行验算，将算得的流量过程与实测洪水进行对比，如发现明显不符，可将单位线予以修正，直到最后由单位线推出的流量过程符合实际为止 分析法推求单位线详解:设出口断面的地面流量过程为 Q1,Q2,…,Qk,流域的净雨过程为 R1,R2,…,Rm, 由推流公式构成一个以 q1,q2,…,qm 为未知数的线性代数方程组,解之即可得单位线 21312311 11 1RQ-q12 021 2/RqQ--312 033 1 /R 0Q=q q=02q+ q q00RR + =0Q式中,i=1,2,…,n, n 为单位线的时段数 ,n=k-m+1 j=1,2,…,m幻灯片 261RmjQqii02q【例】某流域实测流量资料分割地下径流后的地面径流过程以及推算出的地面净雨过程见下表,试分析单位线。

本例净雨时段数 m=2,地面流量过程时段数 =20,计算时段 Δt=12h 由1RmjQqii02q幻灯片 27幻灯片 28(3)单位线法存在的问题及处理方法 单位线的两个假定不完全符合实际，一个流域上各次洪水分析的单位线常常有些不同，有时差别还比较大在洪水预报或推求设计洪水时，必须分析单位线存在差别的原因并采取妥善的处理办法幻灯片 291)净雨强度对单位线的影响及处理方法在其他条件相同情况下，净雨强度越大，流域汇流速度越快，由此洪水分析出来的单位线的洪峰比较高，峰现时间也提前；反之，由净雨强度小的中小洪水分析单位线，洪峰低，峰现时间也要滞后，如图所示针对这一问题，目前的处理方法是：分析出不同净雨强度的单位线，并研究单位线与净雨强度的关系进行预报或推求设计洪水时，可根据具体的净雨强度选用相应的单位线单位线受地面净雨强度影响 幻灯片 302.净雨地区分布不均匀的影响及处理方法单位线受暴雨中心位置影响 同一流域，净雨在流域上的平均强度相同，但当暴雨中心靠近下游时，汇流途径短，河网对洪水的调蓄作用减少，从而使单位线的峰偏高，出现时间提前；相反，暴雨中心在上游时，大多数的雨水要经过各级河道的调蓄才流到出口，这样使单位线的峰较低，出现时间推迟，如图所示。

针对这种情况，应当分析出不同暴雨中心位置的单位线，以便洪水预报和推求设计洪水时，根据暴雨中心的位置选用相应的单位线 当一个流域的净雨强度和暴雨中心位置对单位线都有明显影响时，则要对每一暴雨中心位置分析出不同净雨强度的单位线，以便将来使用时能同时考虑这两方面的影响幻灯片 31(4)应用单位线预报洪水过程 举例 试利用下表所给资料，采用单位线法计算洪水过程某河某站用单位线法由降雨推求洪水过程（F=5253km2）幻灯片 32作业：列表计算流域单位线幻灯片 33（三）河川径流的变化 为了充分合理地利用水资源，必须首先掌握河川径流变化的一些特性：年内变化和年际变化年径流分析计算的任务： 一般地说，是研究径流年际水量变化与年内水量变化的规律，为合理兴建水利工程提供正确的水文依据具体地说，工程水文学中的年径流分析计算：主要是为水库的规划设计和调度运行服务幻灯片 341、河川径流的时变性年内变化：汛期（夏汛和春汛） 、平水期、枯水期或冰冻期 （P159）年际变化：丰水年，枯水年，中水年通常以径流的离差系数表示变化程度幻灯片 352、河川径流变化表征(P158)（l）正常年径流量 ：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表征。