水文學復習資料

1、水文學第一章 緒論 地球上水的性質(zhì)與分布水文學：研究地球上的性質(zhì)，分布，循環(huán)，運動變化規(guī)律及其地理環(huán)境，人類社會之間相互關(guān)系的科學。水文現(xiàn)象：水循環(huán)過程中，水的存在和運動的各種形態(tài)。水文現(xiàn)象的特點：水循環(huán)永無止盡：任何一種水文現(xiàn)象的發(fā)生，都是全球水文現(xiàn)象整體中的一部分和永無止境的水循環(huán)過程中的短暫表現(xiàn)。水文現(xiàn)象在時間上的變化既具有周期性又具有隨機性。周期變化的原因主要是地球公轉(zhuǎn)及自轉(zhuǎn)，地球和月球的相對運動，以及太陽黑子的周期性運動所導致的晝夜，四季交替的影響所致。各因子本身在時間上也不斷變化，因而又具有隨機性。水文現(xiàn)象在地區(qū)分布上既存在相似性，又存在特殊性。不同的流域、如果所處的地理位置相似，

2、由于緯度地帶性的影響，水文現(xiàn)象也就具有一定的相似性。但由于各流域的地質(zhì)、地形等非地帶性下墊面條件的差異，水文現(xiàn)象就會有巨大的差異。第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)水分子聚合體：單水分子（H2O）,雙水分子（H2O）2,三水分子（H2O）3。隨著水溫的升高，水分子聚合體不斷減少，單水分子不斷減少。水溫在3.98°C時，結(jié)合緊密的二水分子最多，故此時水的密度最大。液態(tài)水結(jié)構(gòu)的主要理論模型：“閃動簇團”模型，是把液態(tài)水看成以氫鍵結(jié)合的水分子的閃動簇團，在略 為“自由”的水中游泳的一種液態(tài)體系。海水的溫度分布：水平分布。（三大洋表面平均水溫均為17.4°C，太平洋（19.1）印度洋（17

3、.0）大西洋（16.9）。北半球高于南半球，在南北緯0°-30°之間以印度洋水溫最高，在南北緯50°-60°之間大西洋水溫相差懸殊。）從低緯向高緯遞減，在南北回歸線之間的熱帶海區(qū)水溫最高，大洋東西兩側(cè)，水溫分布有明顯差異，寒暖流交匯處，水溫水平梯度較大，夏季大洋表面水溫普遍高于冬季，水溫水平梯度冬季大于夏季。水溫的垂直分布，從海面向海底呈不均勻遞減趨勢。三大洋水溫垂直分布：冰點溫度，最大密度溫度與鹽度關(guān)系：正溫層：當湖水溫度隨水深的增加而降低時，即水溫梯度呈負值時，將出現(xiàn)上層水溫高下層水溫低，但不低于4攝氏度，這種水溫的垂直分布，稱為正溫層。逆溫層：當湖

4、水溫度隨水深的增加而升高時，即水溫垂直梯度呈正值時，將出現(xiàn)上層水溫低，下層水溫高，但不高于4攝氏度。這種水溫的垂直分布稱為逆溫層。溫躍層：在湖面以下一定深度常形成溫躍層，即上下水溫有急劇變化的一段。同溫層：當湖溫上下層一致，上下層水溫完全相同（同溫層，4）。第二節(jié) 地球上水的化學性質(zhì)天然水的化學成分：1)懸浮物質(zhì)：粒徑大于100納米（107米）的物質(zhì)顆粒，在水中呈懸浮狀態(tài)，如泥沙、粘土、藻類、細菌等 懸浮物的存在使天然水有顏色、變渾濁、產(chǎn)生異味。2)膠體物質(zhì)：粒徑為1001納米的多分子聚合體，包括次生粘土礦物、含水氧化物、腐殖酸3)溶解物質(zhì)：粒徑小于1納米的物質(zhì)，在水中成分子或離子的溶解狀態(tài)，

5、包括鹽類、氣體、某些有機物。天然水八大離子: K+ 、Na+、Ca2+ 、Mg2+ 、Cl、HCO3、SO42、CO32。八種主要離子的含量都占溶解質(zhì)總量的9599%以上。礦化度：天然水中各種元素的離子、分子與化合物的總量。天然水的礦化過程：主要礦化作用1）溶濾作用 土壤和巖石中某些成分進入水中的過程 2）吸附性陽離子交替作用 天然水中離子從溶液中轉(zhuǎn)移到膠體上，是吸附過程。同時膠體上原來吸附的離子，轉(zhuǎn)移到溶液中是解吸過程。吸附和解吸的結(jié)果，表現(xiàn)為陽離子交換。膠體吸附的飽和容量稱為吸附容量，單位：mol/g 3）氧化作用 包括使圍巖的礦物氧化和使水中有機物氧化。 4）還原作用 在還原環(huán)境里，天然

6、水若與含有有機物污染，碳氫化合物可以使水中的硫酸鹽還原。 5）蒸發(fā)濃縮作用 6）混合作用 雨水滲入補給地下水，地下水補給河水，河水注入湖泊或大海，河口段的潮水上溯，海濱含水層的海水入侵等，都是天然水的混合。河水化學成分的特點：河水的礦化度普遍偏低。河水中各種離子的含量差異很大。河水化學組成的含量差異很大。河水化學組成的時間變化明顯。湖水化學成分的特點：湖水礦化度有差異。湖中生物作用強烈。湖水交替緩慢，深水湖有分層性。地下水的化學特征：地下水充填于巖石，土壤空隙中，與巖石，土壤廣泛接觸，滲流速度小，循環(huán)交替緩慢，而且地下水貯存于巖石圈上部相當大的深度，構(gòu)成地下水圈。礦化度變化范圍大，從淡水直到鹽

7、水。地下水與大氣接觸有很大的局限性,僅限于距地表最近的含水層，此層可溶入氧氣稱為氧化作用帶。海水的化學組成：目前已發(fā)現(xiàn)80多種元素，但含量差別很大。主要化學元素：Cl（氯）、Na（鈉）、Mg（鎂）、S（硫）、Ca（鈣）、K（鉀）、Br（溴）、C（碳）、Sr（鍶）、B（硼）、Si（）硅、F（氟）等12種，約占全部海水化學元素含量的99.899.9，稱為海水的大量元素。海水鹽度：單位質(zhì)量海水中所含溶解物質(zhì)的質(zhì)量。是海水物理、化學性質(zhì)的重要標志。影響鹽度的因素：主要取決于影響海水鹽度的各自然環(huán)境因素和發(fā)生于海水中的許多過程。1）低緯海區(qū)，降水、蒸發(fā)、洋流和海水紊動、對流混合等起主要怍用。降水大于蒸發(fā)

8、，使海水沖淡，鹽度降低；蒸發(fā)大于降水，則鹽度升高。鹽度較高的洋流流經(jīng)一海區(qū)時，可使鹽度增加；反之，可使鹽度降低。2）高緯海區(qū)，除受上述因素影響外，結(jié)冰和融冰也能影響鹽度。第三節(jié) 地球上水的分布與水資源水資源：廣義：世界上一切水體，包括海洋，河流，湖泊沼澤，冰川，土壤水地下水及大氣中的水分。狹義：在一定時期內(nèi)，能被人類直接或間接開發(fā)利用的那一部分動態(tài)水體。水資源的特征：水資源的循環(huán)再生性與其有限性：水資源與其他資源不同，在水文循環(huán)過程中使水不斷的恢復和更新，屬可再生資源。水循環(huán)具有無限性的特點，但又受太陽輻射等條件的制約，每年更新的水量都是有限的，因而具有有限性。時空分布的不均勻性：水資源主要補

9、給為降水，地表徑流，地下徑流等，他們具有隨機性和周期性，且在地區(qū)的分布很不均。利用的廣泛性和不可替代性利害兩重性：由于降水和徑流的地區(qū)分布不平衡和時程分配的不均勻，往往會出現(xiàn)洪澇，旱堿等自然災害。通常采用多年平均徑流量來表示水資源量按照年降水和年徑流的多少，全國大致可劃分為水資源條件不同的五個地帶：多雨-豐水帶。滋潤-多水帶。半濕潤-過渡帶。半干旱-少水帶。干旱-干涸帶。我國水資源狀況：（一）水資源時空變化：地區(qū)分布：因受海陸位置，水汽來源。地形條件等因素的影響，我國水資源的地區(qū)分布很不均勻，總趨勢是由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。季節(jié)變化：全國降水量以夏季最多，冬季最少，春季和秋季介于冬夏之間。春

10、雨和秋雨各地不同，多氣旋過境春雨較多，多臺風過境的地方秋雨較多。（二）水資源條件和問題。1.水資源總量不少，但人均、畝均水量較少。合理利用和保護水資源贏作為我國長期堅持的國策。2.水資源的地區(qū)分布很不均勻，與人口，耕地的分布不相適應進行水量的地區(qū)調(diào)配是水資源開發(fā)利用的重要課題3.水量的年內(nèi)年際變化大，水旱災害頻繁，抗旱防洪澇始終是一項艱巨任務。4.水土流失和泥沙淤積嚴重，破壞了生態(tài)平衡，增加了江河防洪困難，降低了水利工程效益。5.地下水是我國重要水資源，要合理開發(fā)利用，防止過量開采。6.天然水質(zhì)量相當良好，但認為污染日趨嚴重，防止水質(zhì)惡化，保護水源已是當務之急。第二章 地球上的水循環(huán)第一節(jié) 水

11、循環(huán)概述水循環(huán)：地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射地心引力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送，凝結(jié)降水、下滲以及徑流（水循環(huán)的基本過程）等環(huán)節(jié)，不斷發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復始運動的過程。水循環(huán)機理：水循環(huán)服從與質(zhì)量守恒定律。即整個循環(huán)過程保持著連續(xù)性，既無開始，也無結(jié)尾。 太陽輻射與重力作用，是水循環(huán)的基本動力。水循環(huán)廣及整個水圈，巖石圈及生物圈。全球水循環(huán)是閉合系統(tǒng)，但局部水循環(huán)卻是開放系統(tǒng)。地球上的水分在交替循環(huán)過程中，總是溶解水攜帶著某些物質(zhì)一起運動，諸如溶于中的各種化學元素，氣體以及泥沙等固體雜質(zhì)等。大循環(huán)：發(fā)生于全球海洋與陸地之間的水分交換過程，由于廣及全球，故名大循環(huán)，又稱外循環(huán)。小循環(huán)：發(fā)生于

12、海洋與大氣之間，或陸地與大氣之間的水分交換過程。水體的更新周期：指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被交替更新一次所需的時間。水循環(huán)的作用與效應: 水循環(huán)作為地球上最基本的物質(zhì)大循環(huán)和最活躍的自然現(xiàn)象：影響著全球地理環(huán)境；影響生態(tài)平衡；影響水資源的開發(fā)利用。對自然界的水文過程來說，水循環(huán)是千變?nèi)f化的水文現(xiàn)象的根源。水文循環(huán)與地球圈層構(gòu)造：水通過循環(huán)運動，積極參與了圈層之間界面活動，把它們聯(lián)系在一起。水循環(huán)與全球氣候：水循環(huán)是大氣系統(tǒng)能量的主要傳輸、存儲和轉(zhuǎn)化者；水循環(huán)通過對地表太陽輻射能的重新再分配，使不同緯度熱量收支不平衡矛盾得到緩解；水循環(huán)的強弱及其路徑，還會直接影響到各地的天氣過程，甚至可以

13、決定地區(qū)的氣候基本特征。在這方面，海洋環(huán)流系統(tǒng)的氣候效應表現(xiàn)得最為強烈。水循環(huán)與地貌形態(tài)及地殼運動：水重塑了全球的地貌形態(tài)，并影響到地殼表層內(nèi)應力的平衡，是觸發(fā)地震，引起地殼運動的重要原因。水循環(huán)與生態(tài)平衡：水是生物有機體的基本組成物質(zhì)，沒有水循環(huán)，就不會有生命活動，水循環(huán)的強度與時空變化，是制約一個地區(qū)生態(tài)環(huán)境平衡或失調(diào)的關(guān)鍵，是影響地區(qū)內(nèi)生物有機體活動旺盛，繁茂，或凋萎，貧乏的主要因子，還是造成本區(qū)洪、澇、旱等自然災害的主要原因。水循環(huán)與水資源開發(fā)利用：只有在開發(fā)利用強度不超過地區(qū)水循環(huán)更新速度以及控制水污染的條件下，水資源才能不斷獲得更新，才能永繼利用。水循環(huán)與水文現(xiàn)象以及水文學科的發(fā)展

14、：水循環(huán)是一切水文現(xiàn)象的根源，研究水循環(huán)，是認識自然界錯綜復雜的水文現(xiàn)象的一把鑰匙，是把握自然界各種水體的性質(zhì)、運動變化及其相互關(guān)系的有效方法和手段。第二節(jié) 水量平衡水量平衡：任意選擇的區(qū)域（水體）在任意時段內(nèi)，其收入的水量與支出的水量之間差額必等于該區(qū)域內(nèi)的蓄水變化量。即水循環(huán)過程中，從總體上說收支平衡。研究意義：1.通過水量平衡的研究，可以定量地揭示水循環(huán)過程與全球地理環(huán)境、自然生態(tài)系統(tǒng)之間 的相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系，揭示水循環(huán)過程對人類社會的深刻影響，以及人類活動對水循環(huán)過程的消 極影響和積極控制的效果；2.水量平衡也是研究水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)和運行機制，分析系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)，降水及徑流等各個

15、環(huán)節(jié)相互之間的內(nèi)在聯(lián)系。3.是水資源現(xiàn)狀評價與供需預測研究工作的核心。4.在流域規(guī)劃、水資源工程系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計工作中，也離不開水量平衡工作，它為工程規(guī)劃提供基本設(shè)計參數(shù)且可以用來評價工程建成后可能產(chǎn)生的實際效益。5.合理處理各部門不同用水需要，進行合理調(diào)度，科學管理，充分發(fā)揮工程效益的重要手段。通用水量平衡方程：IQ=ds/dt （I為水量收入項；Q為水量支出項）(p+E1+R表+R地下)+S1=(E2+R表+R地下+q)+S2P為時段內(nèi)降水量； E1、E2分別為時段內(nèi)水汽凝結(jié)量和蒸發(fā)量 R表和R表分別為時段內(nèi)地表流入與流出的水量 R地下、R地下分別為時段內(nèi)從地下流入與流出的水量 q為時段內(nèi)工

16、農(nóng)業(yè)及生活凈用水量； S1、S2分別為時段始末蓄水量。第三節(jié) 蒸發(fā)蒸發(fā)的三種類型：水面蒸發(fā)（水體與大氣之間界面上的分子交換）土壤蒸發(fā)（土壤空隙水的蒸發(fā)）植物蒸發(fā)（植物的蒸騰作用）水面蒸發(fā): 充分供水條件下的蒸發(fā)。只需要克服水分子之間的內(nèi)聚力。土壤蒸發(fā)：土壤水在汽化過程中, 除了要克服水分子之間的內(nèi)聚力外,還要克服土壤顆粒對水分子的吸附力。從本質(zhì)上說, 土壤蒸發(fā)是土壤失去水分的干化過程, 隨著蒸發(fā)過程的持續(xù)進行, 土壤中的含水量會逐漸減少, 因而其供水條件越來越差。土壤的實際蒸發(fā)量亦隨之降低。土壤蒸發(fā)的三個階段：定常蒸發(fā)率階段：在充分供水條件下，蒸發(fā)率相對穩(wěn)定，等于或近似于相同氣象條件下的水面蒸

17、發(fā)，主要受氣象條件影響。蒸發(fā)率下降階段：當土壤的供水能力不能滿足蒸發(fā)需要，蒸發(fā)率將隨著土壤含水量的減小而減小，于是土壤蒸發(fā)進入蒸發(fā)率明顯下降階段。蒸發(fā)率微弱階段：在此階段內(nèi)土壤水由底層向土面的薄膜運動亦基本停止，土壤液體水供應中斷，只能依靠下層水汽化向外擴散。土壤含水量：質(zhì)量含水量、體積含水量毛管懸著水：當?shù)孛娅@得降雨或灌溉后，憑借毛管作用而保持在靠近地面的土壤中的水分稱為毛管懸著水土壤田間持水量：土壤中毛管懸著水達到最到大時的土壤含水量叫土壤田間持水量。毛管斷裂含水量：毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)開始斷裂時的土壤含水量稱為毛管斷裂含水量。影響土壤蒸發(fā)的因素氣象因素：太陽輻射、氣溫、濕度、風、氣壓等水

18、的狀況：土壤含水率、地下水位土壤的狀況：土壤孔隙性、土壤顏色、土壤溫度梯度水面蒸發(fā)的影響因素1、氣象因素：太陽輻射、水面溫度、濕度、風速、氣壓、飽和水汽壓差（1）太陽輻射太陽輻射是水分汽化的主要能量條件，太陽輻射越強烈，蒸發(fā)量越大。一般，干旱地區(qū)蒸發(fā)大于濕潤地區(qū)。（2）水面溫度水溫升高，水分子運動加快，因而易于逸出水面而躍入空氣中。蒸發(fā)量隨水溫的增加而增加。（3）飽和水汽壓差飽和水汽壓差：水面溫度的飽和水汽壓（e0s）與水面以上z高度處實際水汽壓（ez）之差。（4）濕度 相同溫度下，空氣濕度小（飽和水汽壓差大）時蒸發(fā)量大。（5）氣壓氣壓會抑制水分子逸出水面，蒸發(fā)量隨氣壓的增高而降低；同時，氣壓

19、高，空氣濕度就會降低，又有利于水面蒸發(fā)。（6）氣溫 氣溫高有利于蒸發(fā)，一般蒸發(fā)量隨氣溫呈指數(shù)變化。（7）風速 風能加強對流擴散作用，帶走水面上空的水汽，有利于增加水面水分子的逸出量。一般來說，風速越大，水 面蒸發(fā)就越大。2、水體因素：水面大小和形狀、水深、水質(zhì)（1）水質(zhì) 當水中溶解有化學物質(zhì)時，水面蒸發(fā)量一般會減少。如，含有鹽類的水溶液常常在水面上形成一層薄膜，起 著抑制蒸發(fā)的作用；深色水體蒸發(fā)大于淺色水體。 （2）水深 對于淺水，氣溫對蒸發(fā)的影響顯著。夏季氣溫高，蒸發(fā)量大，冬季則相反；對于深水，深水水體儲藏熱能較多，對水溫起到一定的調(diào)節(jié)作用，故蒸發(fā)量在時間上變化比淺水緩慢。（3）水面的大小和

20、形狀水面面積大，其上空水汽不易很快被風吹散，不利于蒸發(fā)；水面形狀通過風向影響蒸發(fā)。風向與水面延伸方向垂直，蒸發(fā)大；與水面延伸方向平行，蒸發(fā)小。植物散發(fā)（蒸騰）過程 1、過程：植物的根系從土壤中吸收水后，經(jīng)由根、莖和葉脈輸送到葉面，并為葉肉細胞所 吸收，其中除一 小部分留在植物體內(nèi)外，90以上的水分通過葉片的氣孔汽化而向大氣散逸。2、動力條件： 根系中溶液濃度和四周土壤中水的濃度存在梯度差而產(chǎn)生滲透壓，這種滲透壓差使得根系象水泵一樣，不斷地吸取土壤中的水。影響土壤蒸發(fā)的因素 氣象因素：太陽輻射、氣溫、濕度、風、氣壓等 水的狀況：土壤含水率、地下水位 土壤的狀況：土壤孔隙性、土壤顏色、土壤溫度梯度

21、根土滲透勢（溶質(zhì)勢）散發(fā)拉力 植物葉面散發(fā)水汽后，葉肉細胞缺水，細胞的溶液濃度增大，增強了葉面吸力，進而拉引根部水向上傳導。第四節(jié) 水汽擴散與輸送水汽擴散：由于物質(zhì)，粒子群等的隨機運動而擴展于給定空間的一種不可逆現(xiàn)象。包括分子擴散和紊動擴散。水汽輸送主要有大氣環(huán)流輸送、渦動輸送。( W1 + Ei ) - ( W2 + Pi) = W ( 2 - 46)W1 是流入氣柱的水汽量; W2 是流出氣柱的水汽量; Ei 是蒸發(fā)散發(fā)量; Pi 是降水量; W 是氣柱內(nèi)水汽變量。對于長時段W0, 于是研究時段內(nèi)氣柱的降水量可用下式表示:Pi = W1 - W2 + Ei水汽輸送通量：在單位時間內(nèi)流經(jīng)某一

22、單位面積的水汽量； 有水平輸送通量和垂直輸送通量之分； 通常說的水汽輸送主要是指水平方向的水汽輸送。影響水汽輸送的主要因素：大氣環(huán)流的影響：大氣環(huán)流決定著全球流場和風速場關(guān)系，進而影響水汽全球的分布。地理緯度的影響：影響了輻射平均值，氣溫，水溫的緯向分布進而影響了蒸發(fā)。海陸分布的影響：海洋是水汽主要源地，因而沿海水汽多，向內(nèi)陸減少。海拔高度的和地形屏障作用的影響：隨高度增加，水汽含量相應減少，垂直于氣流運動方向的山脈，常常成為阻隔暖濕氣流運行的屏障。我國水汽輸送的基本特點：存在三個基本的水汽來源三條輸出入路徑，并有明顯的季節(jié)變化。來源：極地氣團的西北水汽流（路徑：西北方向入，東南方向出）。南海

23、水汽流（有廣東福建入，長江附近出）。孟加拉灣水汽流（北部灣入，長江中下游出海）。水氣輸送既有大氣平均環(huán)流引起的平均輸送，又有移動性渦旋動輸送，其中平均輸送方向基本與風場相一致。而渦動輸送方向大體上與濕度梯度方向相一致, 即從濕度大的地區(qū)指向濕度小的地區(qū)。渦動輸送的這一特點對于把東南沿海地區(qū)上空豐沛的水汽向內(nèi)陸腹地輸送,具有重要作用。地理位置：海陸分布與地貌上總體格局，制約了全國水氣輸送的基本態(tài)勢。青藏高原雄踞西南, 決定了我國水汽輸送場形成南北兩支水汽流, 北緯30 °以北地區(qū)盛行緯向水汽輸送;30°以南具有明顯的經(jīng)向輸送。而秦嶺- 淮河一線成為我國南北氣流的經(jīng)常匯合的地區(qū)

24、, 是水汽流輻合帶; 海陸的分布制約了我國上空濕度場的配置, 并呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢, 進而影響我國降水的地區(qū)分布。水氣輸送垂直分布存在明顯差異。在850 百帕氣層上, 一年四季水汽輸送場形勢比較復雜; 在700 百帕氣層上, 在淮河流域以北盛行西北水汽流, 淮河以南盛行西南水汽流, 兩股水汽流在北緯30 °35°一帶匯合后東流入海; 在500 百帕高度上, 一年四季水汽輸送呈現(xiàn)緯向分布; 而低層大氣中則經(jīng)向輸送比較明顯, 因而自低層到高層存在經(jīng)向到緯向的順鐘向切變。第五節(jié) 降水降水：自然界中發(fā)生的雨雪、露、霜、雹現(xiàn)象的統(tǒng)稱。降水要素：降水量：一定時段內(nèi)降落在某一面積

25、上的總水量。一天內(nèi)的降水總量稱日降水量；一次降水總量稱次降水量。 降水歷時：指一場降水自始至終所經(jīng)歷的時間； 降水時間：指對應于某一降水而言，其時間長短通常是人為劃定的（例如，1、3、6、24小時或1、3、7天等）。 降水強度（毫米/分或毫米/時）：簡稱雨強，單位時間內(nèi)的降水量。 降水面積：（平方公里，km2）降水所籠罩的面積 暴雨中心： 暴雨集中的較小的局部地區(qū)。降水過程線(反映雨強、降水時間）：以一定時段（時、日、月或年）為單位所表示的降水量在時間上的變化過程：曲線或直方圖降水累積曲線（反映雨強、時空變化）：以時間為橫坐標，縱坐標表示自降水開始到各時刻降水量的累積值。自記雨量計記錄紙上的曲

26、線，即是降水量累積曲線。曲線上每個時段的平均坡度是各時段內(nèi)的平均降水強度，即I=P/t  ；如果所取時段很短，即t0，則可得出瞬時雨強i，即i=dP/dt。等降水量線：指地區(qū)內(nèi)降水量相等各點的連線。等雨量線綜合反映了一定時段內(nèi)降水量在空間上的分布變化規(guī)律。繪制方法與地形圖上的等高線圖作法類似。面降水的計算：1）算術(shù)平均法以所研究的區(qū)域內(nèi)各雨量站同時期的降水量相加，再除以站數(shù)（n）后得出的算術(shù)平均值作為該區(qū)域的平均降水量（P）。適用條件：區(qū)域內(nèi)地形起伏不大，雨量站網(wǎng)稠密且分布較均勻的地區(qū)。 2）垂直平分法（泰森多邊形法）1）按地圖測站的位置連線，構(gòu)成許多銳角三角形；2）對每個三角形各邊

27、作垂直平分線，再用這些垂直平分線構(gòu)成以每個測站為核心的多邊形；3）量取每個多邊形的面積fi。4）面積加權(quán)法計算。適用條件：雨量站分布不均勻地區(qū)。缺點：把各雨量站所控制的面積在不同的降水過程中都視作固定不變，這與實際降水情況不符。 3）等雨量線法：1）繪制等雨量線；2）量取每2條相鄰等雨量線間的面積fi，乘以兩等雨量線間的平均雨深Pi，得出該面積上的降水量；3）將所有的雨量相加除以全面積，得流域平均雨量。實用條件：足夠多的雨量站資料，地形資料缺點：不同場次降雨，其面積權(quán)重是變化的，所以每次降雨都必須繪制等雨量線圖，工作量很大。 影響降水的因素：地形條件的影響：主要是通過汽流的屏障作用與抬升作用對

28、降水強度與時空分布發(fā)生影響的。森林對降水的影響。水體的影響：陸地上的江河、湖泊、水庫等水域?qū)邓康挠绊?，主要是由于水面上方的熱力學，動力學條件與陸面上存在差別而引起的。人類活動的影響：通過改變下墊面條件而間接影響降水。第六節(jié) 下滲下滲：又稱入滲，是指水從地表滲入土壤和地下的運動過程。下滲過程的階段劃分：滲潤階段：下滲水份主要在分子力的作用下被土壤顆粒吸附，首先成為吸濕水而后成為薄膜水。當土壤含水量大于最大分子持水量時，這一階段即結(jié)束。滲漏階段：下滲水份主要在毛管力和重力的作用下，在土壤空隙中做不穩(wěn)定流動并逐漸充填土壤空隙。當全部孔隙被水充滿而飽和時，這一階段即結(jié)束。滲透階段：在土壤空隙為水充

29、滿而飽和的情況下，水分在重力下做穩(wěn)定運動。下滲水的垂向分布：飽和帶：位于土壤表層。在持續(xù)不斷的供水條件下，該帶含水量接近于飽和含水量，即形成飽和帶。但不論浸潤深度怎樣增大，該帶厚度不超過1.5cm。 過渡帶：位于飽和帶之下。在該帶內(nèi)，含水量隨深度急劇減少。 水份傳遞帶：在過渡帶之下。含水量基本保持在飽和含水量與田間持水量之間，大致等于飽和含水量的60%-80%，沿垂向均勻分布，水分運行主要靠重力。 濕潤帶：在水分傳遞帶之下。該帶內(nèi)含水量隨深度急劇減少。末端為濕潤鋒面，鋒面兩側(cè)含水量突變，此鋒面為上部濕土與下層干土之間的界面。下滲過程中水的垂向分布圖影響下滲的因素：土壤的特性的影響：主要取決于土

30、壤的透水性和土壤的前期含水量。通常來講，土壤顆粒越粗糙，空隙直徑越大，透水性越強，下滲能力越大。降水特性的影響：包括降水強度，歷時，降水時程分配及空間分布等。其中降水強度直接影響土壤下滲強度及下滲水量，在相同土壤水分條件下，下滲率隨雨強度增大而增大。降水的時程分布對下滲也有一定的影響，如在相同條件下，連續(xù)性降水的下滲量小于間歇性下滲量。流域植被，地形條件的影響：通常有植被的地區(qū)，由于植被及地面上的枯枝落葉具有滯水作用，增加了下滲時間，從而減少了地表徑流，增大了下滲量。在相同條件下，地面坡度大漫流速度快，歷時短，下滲量就小。人類活動的影響：有增大的影響，也有抑制的影響。第七節(jié) 徑流徑流：流域的的

31、降水，由地面與地下匯入河網(wǎng)，流出流域出口斷面的水流，稱為徑流。液態(tài)降水形成 降雨徑流。固態(tài)降水形成融水徑流。河川徑流由地面徑流、地下徑流及壤中流（表層流）三種徑流組成。地（面）表徑流：沿著地表向河流、湖泊、沼澤、海洋等匯聚的水流；地下徑流：指沿潛水層或隔水層的含水層，向河、湖，沼、海等匯聚的地下水流；壤中流：指包氣帶土壤中的一種飽和水流，匯流速度介于以上兩者。徑流的表示方法：流量：Q單位時間內(nèi)通過某一斷面的水量，立方米/秒。流量隨時間的變化過程，用流量過程線表示。 徑流總量：WT時段內(nèi)通過某一斷面的總水量，立方米。有時也用時段平均流量與時段的乘積表示：W = QT徑流深度：

32、R將徑流總量平鋪在整個流域面積上所求得的水層深度，毫米。 徑流深度R（毫米）可由下式計算： R=QT/1000F Q T時段內(nèi)的平均流量為 （立方米/秒）； F流域面積（平方公里）。徑流模數(shù)：M流域出口斷面流量與流域面積F的比值，升/秒·平方公里。計算式：M=1000Q/F徑流系數(shù)：某一時段的徑流深度R與相應的降水深度P之比值。含義：徑流系數(shù)說明在降水量中有多少水變成了徑流，它綜合反映了流域內(nèi)自然地理要素對降水徑流關(guān)系的影響。計算公式： =R/PQWMRQWMRQTQ/F·10 3QT /103FW/TW/TFW/103FMF /103MFT /103MT /10 610

33、3RF /T103 RF10 6R /T徑流的形成過程：流域蓄滲過程：降雨初期，除小部分（5）降落在河槽水面上的雨水直接形成徑流，大部分降水并不立即產(chǎn)生徑流，而消耗于植物截留、下滲、填洼與蒸散發(fā)。 坡地匯流過程：詳見P83 河網(wǎng)匯流過程：各種徑流成分經(jīng)過坡地匯流注入河網(wǎng)后，沿河網(wǎng)向下游干流出口 斷面匯集的過程。第三章 陸地表面水的組成和運動第一節(jié) 陸地表面水的組成與結(jié)構(gòu)陸地表面水的組成：詳見P89的表3-1.第二節(jié) 流域產(chǎn)流與匯流河流分段：可分為上、中、下游三段。其水文特點是：上游：比降大，多瀑布急灘，流速大，流量小，沖刷占優(yōu)勢，河槽多為基巖或礫石。中游：比降與流速減小，流量加大，沖刷、淤積都

34、不嚴重，河槽多為粗砂。下游：比降與流速更小，流量更大，淤積占優(yōu)勢，多淺灘或沙洲，河槽多細沙或淤泥。流域：是指一條河流（或水系）的集水區(qū)域。分水線包圍的區(qū)域稱為一條河流（或水系）的流域。一條河流只能屬于一個流域。分水嶺：劃分相鄰水系（或河流）的山嶺或河間高地。分水線或分水界：分水嶺最高點的連線。 降落在分水線兩側(cè)的雨水，各自匯入不同的水系（或河流）。分水線可分為地表分水線和地下分水線，二者往往不完全重合，甚至差別很大。產(chǎn)流過程：指流域中各種徑流成分的生成過程，也是流域下墊面對降雨的再分配過程。產(chǎn)流機制：水在沿土層的垂向運動中，供水與下滲矛盾在一定介質(zhì)條件下的發(fā)展機理和過程。流域產(chǎn)流的機制：超滲地

35、面徑流的產(chǎn)流機制：供水與下滲矛盾發(fā)生在包氣帶的上界面的產(chǎn)流機制。超滲地面徑流產(chǎn)生的前提條件是: 產(chǎn)流界面是地面( 包氣帶的上界面);必要條件是要有供水源( 降水);充分條件是降雨強度要大于下滲能力。三者都具備才能產(chǎn)生超滲地面徑流。 壤中徑流的產(chǎn)流機制：發(fā)生于非物質(zhì)或?qū)哟涡酝寥乐械耐杆畬优c相對不透水層界面上。 其產(chǎn)流條件是: 要有供水、即上層有下滲水( 必要條件) ; 要有比上層下滲能力小的界面( 前提條件) ; 供水強度要大于下滲強度( 充分條件) ; 產(chǎn)生臨時飽和帶, 還要具有產(chǎn)生側(cè)向流動的動力條件, 即坡度及水流歸槽條件( 充分條件) 。 地下徑流的產(chǎn)流機制：包氣帶較薄，地下水位較高時的地

36、下水產(chǎn)流機制。與壤中徑流產(chǎn)流情況一樣, 降雨強度小于上層土壤下滲能力, 甚至小于穩(wěn)定下滲率時, 只要包氣帶下緣形成臨時飽和帶, 同樣可以產(chǎn)生地下徑流。 飽和地面徑流的產(chǎn)流機制：在表層土壤具有較強透水性情況下的地面產(chǎn)流機制。 其產(chǎn)流條件也必須有: 供水、界面供水強度大于下滲強度及形成飽和積水帶。只是此時其界面不是地面, 而是下層弱透水層的上界面, 它的飽和帶必須達到上層土層的全部飽和。上述四種產(chǎn)流機制可概括出共同規(guī)律: 首先是任何產(chǎn)流機制其首要條件是要有供水, 對地面徑流是降水, 對其他徑流則是由上而下的下滲水流。 不僅有供水, 而且要有足夠的大于下滲率的供水強度。對超滲地面徑流, 則降雨強度大

37、于上層土壤下滲率; 飽和地面徑流降雨強度大于下層土壤下滲率; 壤中徑流, 則上層土壤下滲率大于下層土壤的下滲率; 對地下徑流, 則要穩(wěn)定下滲率大于地下水的下滲率。 對壤中流和地下徑流, 則還需要在界面上產(chǎn)生臨時飽和帶; 對飽和地面徑流, 還必須達到表層全層飽和, 才具備了產(chǎn)流的充分條件。 不管哪種產(chǎn)流, 都要有側(cè)向運行的動力, 如水力坡度、水流歸槽的條件等。 無論哪種產(chǎn)流, 都是發(fā)生在包氣帶的某些界面上。包氣帶上界面產(chǎn)生地面徑流; 中界面產(chǎn)生壤中流和飽和地面徑流; 下界面產(chǎn)生地下徑流。這些界面并不是任意界面, 而是使供水和下滲矛盾激化的界面。它們的存在構(gòu)成了不同產(chǎn)流機制, 產(chǎn)生不同徑流。流域產(chǎn)

38、流方式：1 . 超滲產(chǎn)流方式 超滲產(chǎn)流方式遵循超滲地面徑流產(chǎn)流機制。超滲產(chǎn)流主要發(fā)生在地下水埋藏深、包氣帶厚度大、土壤透水性差、植被也較差的丘陵區(qū)或干旱地區(qū)。超滲產(chǎn)流最基本的特點是: 降雨強度大于下滲強度時才產(chǎn)生地面徑流, 而徑流量與產(chǎn)流面積并不是隨降雨的繼續(xù)而增長, 而是有增有減, 徑流量與產(chǎn)流面積主要與降雨強度與下滲能力有關(guān)。2 . 飽和產(chǎn)流( 蓄滿產(chǎn)流) 方式 飽和產(chǎn)流方式又可有幾種情況。其一為包含飽和地面徑流、壤中徑流及地下徑流三種產(chǎn)流機制的類型; 其二為包含飽和地面徑流與壤中徑流兩種產(chǎn)流機制的類型; 其三為包含飽和地面徑流與地下徑流兩種產(chǎn)流機制的類型。飽和產(chǎn)流方式共同性是多發(fā)生在包氣

39、帶較薄、植被較好、土壤透水性強、下滲強度大的地區(qū)。飽和產(chǎn)流的主要特點是: 先滿足包氣帶最大蓄水容量的地方先產(chǎn)流; 一次降雨過程中, 隨著降雨的繼續(xù), 產(chǎn)流面積不斷增大, 產(chǎn)流量也相應增大; 對同一降水量, 包氣帶起始蓄水量大, 則產(chǎn)流量也大, 反之產(chǎn)流量也小; 當未滿足流域的最大蓄水容量以前,dR/dP< 1, 滿足以后dR/dP= 1。超滲產(chǎn)流與飽和產(chǎn)流的區(qū)別在于: 前者決定于降雨強度, 而與降雨量大小關(guān)系不大, 后者決定于降雨量的大小, 與降雨強度無關(guān); 一般來說濕潤地區(qū)以飽和產(chǎn)流為主, 干旱地區(qū)以超滲產(chǎn)流為主。當然這種情況并不是一成不變的, 濕潤地區(qū)久旱初雨時, 也可能發(fā)生超滲產(chǎn)流

40、, 而干旱地區(qū)多雨季節(jié)也能發(fā)生飽和產(chǎn)流, 一些地區(qū)還會形成兩種產(chǎn)流方式交替出現(xiàn)的情況。3 . 超滲與飽和產(chǎn)流交替型方式 產(chǎn)流方式的劃分雖然主要取決于下墊面的構(gòu)成, 然而有時在一定的下墊面條件下, 也會發(fā)生由于供水及下墊面水分情況的改變等因素而導致產(chǎn)流機制及產(chǎn)流方式發(fā)生改變的現(xiàn)象。這種方式主要發(fā)生在包氣帶厚度約24 米左右, 土壤透水性中等, 年內(nèi)及多年降水量很不均勻, 且地下水位變幅較大的地區(qū)。在干旱期, 地下水位較低, 降雨以超滲地面徑流的產(chǎn)流機制為主。汛期到來, 雨水比較集中, 地下水位升高, 有時甚至可上升至地面, 則轉(zhuǎn)變?yōu)橐燥柡偷孛鎻搅鞯漠a(chǎn)流機制為主。這種交替式的產(chǎn)流方式在自然界也較普

41、遍。我國一些地區(qū)的產(chǎn)流方式：我國淮河以南, 雨量比較豐沛的濕潤地區(qū), 大體上是以飽和地面產(chǎn)流類型為主我國西北地區(qū), 氣候干燥, 土層厚, 地下水埋藏較深, 多具有超滲地面產(chǎn)流型的特征。華北、東北的西南部, 一般均以超滲地面產(chǎn)流居多。在濱海平原, 由于地勢低洼, 地下水埋深淺, 以及由于年內(nèi)降水分配不均等, 多出現(xiàn)超滲與飽和產(chǎn)流交替( 變換) 型。我國淮北地區(qū)由于包氣帶較厚, 年內(nèi)和多年降水分布不均, 也呈超滲、飽和產(chǎn)流交替型。流域匯流分析：（一）流域匯流過程與匯流時間：流域上各處產(chǎn)生的各種成分的徑流，經(jīng)坡地到溪溝、河系，直到流域出口的過程，即為流域匯流過程。 最大流域匯流時間：指流域中路徑最長

42、的水質(zhì)點流到出口斷面的時間，近似計算： 流域滯時：流域出口斷面洪水過程線的形心出現(xiàn)的時間與凈雨過程的形心出現(xiàn)時 （近似計算） 間的間隔，即滯后的時間。k = v1（Q）- v1（I） （二）流域匯流系統(tǒng)分析 系統(tǒng)的輸入：凈雨過程 系統(tǒng)的輸出：出口斷面洪水過程 系統(tǒng)的作用：流域調(diào)蓄作用(三) 流域匯流的影響因素1.降水特性的影響，暴雨中心的空間分布及其移動方向的影響, 不同降水強度反映了對流域匯流的不同供水強度。對相同降雨量來說, 雨強越大, 降雨損失量越小, 產(chǎn)流越快, 洪峰流量越大, 流量過程越尖瘦, 如圖3 - 14。如果暴雨中心分布越近于下游, 則匯流歷時越短, 洪峰

43、出現(xiàn)時間越早, 峰量越大, 峰形越尖瘦。暴雨中心從上游往下游移動比從下游往上游移動的洪水, 匯流更快, 峰量更大, 更易引起中下游洪水的泛濫, 如圖3 - 15。3-14 3-152.流域的地形坡度的影響，地形坡度越陡, 匯流速度越快, 匯流時間越短, 地面徑流的損失量就越小, 流量過程線越尖瘦。3.流域形狀的影響，在其他條件相同時, 不同的流域形狀會產(chǎn)生不同的流量過程。狹長形的流域匯流時間較長, 徑流過程平緩; 扁形流域因匯流集中, 洪水漲落急劇, 峰形尖瘦。4.水力條件的影響，在暢流條件下, 水位越高、流速越快, 匯流歷時越短, 峰量越大, 因而峰形越尖瘦,第三節(jié) 河流的水情水情要素：水位

44、：指水體的自由高出某一基面以上的高程。水位歷時曲線：歷時是指一年中等于或大于某一水位出現(xiàn)的次數(shù)之和。水位歷時曲線即以水位為縱坐標，以歷時為橫坐標，有高水位至低水位依次計算各線水位的累計次數(shù)，繪成的曲線稱水位歷時曲線。水位過程線：水位隨時間變化的曲線。流速：V = L / t （m/s）河流中水質(zhì)點在單位時間內(nèi)移動的距離。（L為距離，t為時間）垂線流速的分布：流速沿深度的分布稱為垂線流速分布。最大流速多不出現(xiàn)在水面，而是分布在水面 以下0.10.3水深處。接近河底處流速近于零，向上增加，開始增加很快，到達一定高度，垂線流速分布較均勻，在水面以下0.10.3水深處，達最大值，再向上，流速又減小。過

45、水面積：某一研究時刻的河底線與水面線所包圍的面積。濕周：過水斷面的河底曲線。P（m）平均深度： hcp = F / B （m）水面寬度：B（m）；水位越高，B越大。年徑流的有關(guān)概念：年徑流量：一個年度內(nèi)通過某斷面的水量，稱為該斷面以上流域的年徑流量。多年平均徑流量：天然河流的水量常在變化，各年的徑流量也有大有小，實測各年徑流量的平均值稱為多年平均徑流量。正常年徑流量：如果統(tǒng)計的實測資料年數(shù)增加到無限大時，多年平均流量將趨于一個穩(wěn)定的數(shù)值，此稱為正常年徑流量。（穩(wěn)定的，但不是不變的）正常年徑流量的計算：1.資料充分時正常年徑流量的推求：（實測資料系列要求超過30年，其中包含特大豐水年、特小枯水年

46、及相對應的豐水年組和枯水年組） 用算術(shù)平均法計算多年平均徑流量，以代替正常年徑流量。洪水：大量降水或積雪融水在短時間內(nèi)匯入河槽，形成特大的徑流，稱為洪水。洪水過程線：暴雨洪水在出口斷面上的響應，也可通過流量過程線表達，稱洪水過程線。洪水特征三要素：洪峰流量Qm洪水總量W、洪水總歷時T歷史洪水的調(diào)查：歷史洪水：在該河段上可能調(diào)查到（或?qū)崪y）的比通常洪水大得多的洪水。歷史洪水調(diào)查的內(nèi)容如下：（1）調(diào)查前應收集河流有關(guān)的水文、氣象、地質(zhì)及原有勘測設(shè)計報告和地方志等資料。（2）調(diào)查歷史上洪水發(fā)生的情況：各次洪水發(fā)生的時間（年、月、日）、洪水來源、本流域及附近流域的降雨情況、洪痕的位置，確定出最大、次大

47、等各次洪水的順序和重現(xiàn)期，并在野外標出洪痕位置及編號等。（3）進行簡易地形和洪痕高程測量。洪痕位置也要標在地圖上，并測出縱斷面和若干橫斷面圖。（4）整理分析測量結(jié)果并推算洪峰流量。（5）編寫歷史洪水調(diào)查報告。洪水的影響因素：1）天氣因素 2）流域的下墊面因素第四節(jié) 河水的運動水流的運動狀態(tài)分為層流和紊流：層流的水流狀態(tài)是，全部水流呈平行流束運動，即水質(zhì)點運動的軌跡線（流線）平行，在水流中運動方向一致，流速均勻；紊流的狀態(tài)是，水流中每個水質(zhì)點運動速度與方向均隨時隨地都在變化，而且其變化是圍繞一個平均值上下跳動的。河水的縱向運動：洪水波：若雨前河道原有一穩(wěn)定水面，降水后流域地表徑流大量注入河槽形成

48、的水波。附加比降：洪水波水面比降與同水位下的穩(wěn)定流水面比降之差。洪水波的推移運動洪水波的展開和扭曲變形：圖中0 - 0 線為行洪前穩(wěn)定流的水面。洪水波自t1時的A1 B1C1 傳到t2 時的A2 B2 C2 位置時, 由波前BC 的比降大于波后AB, 即波前水體運動速度大于波后, 因此波長相對增大, 波高則逐漸減小, 即A1 C1 < A2 C2 , h1 > h2 , 這種變形稱為洪水波的展開。又由于洪水波各處水深不同, 波峰B 點水深最大, 其運動速度大于洪水波上任何一點, 因而在洪水波推移運動中, 波前長度逐漸減小, B1 C1 > B2 C2 , 比降不斷增大, 波峰

49、位置不斷超前, 而波后長度逐漸拉開, A1 B1 < A2 B2 , 比降逐漸平緩, 這種現(xiàn)象稱洪水波的扭曲。洪水波變形的結(jié)果是, 波前越來越短, 波后越來越長, 波峰不斷減低, 波形不斷變得平緩, 波前水量不斷向波后轉(zhuǎn)移。洪水波的運動速度特征：1）在無支流匯入的平整河段中，僅有單一洪水波時，在斷面上各最大值出現(xiàn)的次序為：最大比降最大流速 最大流量最高水位2）穩(wěn)定流時，水位與流量可以是單值關(guān)系。3）行洪時，漲洪的附加比降0，水面比降越大，斷面平均流速也越大，故水位相同的情況下，漲水段的流量必大于穩(wěn)定流時的流量，導致漲水段的水位流量關(guān)系曲線偏于穩(wěn)定流時的右方。4）退洪的附加比降0，在水位相

50、同的情況下，退水段的流量小于穩(wěn)定流時的流量，形成了退水段的水位流量關(guān)系曲線偏于穩(wěn)定流時的左方。5）在洪水過程中，水位最高時流量不一定是最大值，流量最大時不一定水位最高。斷面上出現(xiàn)最高水位時，其最大流量已經(jīng)過去了。河水的環(huán)流運動環(huán)流對于泥沙運動和河床演變有重要的影響, 它是引起泥沙橫向輸沙的主要動力, 是形成河槽形狀多樣化的主要原因。環(huán)流的類型：縱軸環(huán)流：縱軸環(huán)流的旋轉(zhuǎn)軸呈水平狀，并基本上與縱向主流方向平行，多與縱向水流結(jié)合在一起，成為螺旋流。根據(jù)形成環(huán)流動力因素的差異，縱流環(huán)流又分彎道螺旋流與復合螺旋流兩種。彎道螺旋流示意圖 橫軸環(huán)流：橫軸環(huán)流的旋轉(zhuǎn)軸呈水平狀，它與縱向的主流相垂直。橋墩前橫軸

51、環(huán)流示意圖 攔水堰下游橫軸環(huán)流示意圖 斜軸環(huán)流：斜軸環(huán)流的旋轉(zhuǎn)軸也呈水平狀，它與縱向主流斜交。如水流越過與主流斜交的岸邊沙嘴后, 在沙嘴下游形成的環(huán)流, 即屬此類 豎軸環(huán)流：豎軸環(huán)流的旋轉(zhuǎn)軸呈鉛直方向與主流及河底相垂直，是相對封閉的回旋流。例如, 在突然展寬的河段, 兩側(cè)岸邊形成的環(huán)流。此外, 在彎曲河段由于洪水主流趨直, 凹岸邊出現(xiàn)撇彎現(xiàn)象所形成的回流,也屬此類。 環(huán)流結(jié)構(gòu)對泥沙運動及河槽演變的影響1 . 具有水平軸( 包括縱軸、橫軸及斜軸) 的環(huán)流, 除了因離解作用而形成的環(huán)流外, 底層水流方向往往與水面傾斜方向一致, 表層水流的方向則與水面傾斜方向相反。在含沙較少的表層水流插入底部的地方

52、, 常常發(fā)生沖刷; 含沙較多的底層水流上升處, 常常發(fā)生淤積; 在彎道中凹岸的沖刷, 凸岸的淤積, 在橋墩前的沖刷坑及其邊緣堆積物的形成等,都與環(huán)流的這一特性有關(guān)。2 . 縱軸環(huán)流在臨近河底處, 由于橫向流速uy 較大, 縱向流速ux 較小, 故螺旋流的旋度uy/ux較大; 在水面橫向流速uy 雖大, 但縱向流速ux 更大, 故螺旋流的旋度uy/ux較小。在垂線中部一定的位置, 橫向流速uy 為零, 故旋度也為零, 該處的水流方向與縱向水流重合。由于螺旋流在河底附近有較大的旋度, 故對泥沙的橫向轉(zhuǎn)移起著重要的作用, 這一特征在河流彎道段尤為明顯。3 . 在螺旋流中, 泥沙除沿著與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方

53、向運動外, 還沿著與旋轉(zhuǎn)軸平行的方向運動。因此, 當螺旋流的旋轉(zhuǎn)軸與縱向主流斜交時, 泥沙沿著旋轉(zhuǎn)軸方向運動的過程中, 將導致泥沙的橫向轉(zhuǎn)移。例如, 與主流方向斜交的淺灘或沙嘴下游所形成的螺旋流, 便具有橫向輸沙的特性。4 . 相對封閉的豎軸環(huán)流或橫軸環(huán)流能造成沖刷, 也可導致淤積。這取決于環(huán)流強度與縱向水流挾帶泥沙的多寡。對于河床組成物質(zhì)較細, 而且水流挾沙能力強的河段, 如果環(huán)流強度大而縱向水流實際挾沙少, 則河槽遭受沖刷; 反之, 則淤積。通常在攔河建筑物下游, 因消能或泄水設(shè)備而形成的橫軸環(huán)流, 常具有較大的強度, 而該處水流含沙量小, 因此常常導致河床沖刷。在凹岸, 由于撇彎形成的豎

54、軸環(huán)流, 強度一般較小, 此時縱向水流挾沙又較多, 故多造成河床淤積。河流的泥沙運動：泥沙的沉降速度：泥沙以均勻速度下沉的運動速度，也稱泥沙的水力粗度。推移質(zhì)運動：1、單顆泥沙的推移運動艾里定律：d3rs=AV6 推移質(zhì)的重量與水流速度的六次方成正比。 起動流速：接近河底的水流速度增加到一定數(shù)值時，作用于泥沙顆粒的力開始失去平衡，泥沙便開始起動，這使得臨界速度稱為起動速度。止動流速：當流速減小到某數(shù)值時，運動著的泥沙便停止在河床上不動了，此時的臨界流速稱為泥沙的止動流速。揚動流速：當流速增大到一定程度后，泥沙不再回到河床上，而是懸浮在水中，隨水流一起下移，這時的水流速度稱為揚動流速。 2、群體泥沙的推移運動 沖積河流推移質(zhì)運動達到一定規(guī)模時, 河床表面便逐漸形成外形與風成沙丘類似的起伏的水下沙波, 稱沙波運動。沙波運動是推移質(zhì)群體運動的