第三章水文學(xué)-河流

水文學(xué)西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院主講人：卞鴻雁2014年10月

（Hydrology）河流、水系和流域河流的水情要素河流的補(bǔ)給3.13.23.3第三章河流河川徑流的變化河水的運(yùn)動(dòng)3.63.5河川徑流的形成過(guò)程3.43.1河流、水系和流域3.1.1河流一、河流定義：降水或由地下涌出地表的水，匯集在地面低洼處，在重力的作用下，經(jīng)?；蛑芷谛缘匮刂魉旧碓斐傻耐莸亓鲃?dòng)的水流。河流在我國(guó)的稱謂很多，較大的稱江、河、川、水，較小的稱溪、澗、溝、曲等。藏語(yǔ)稱藏布，蒙古語(yǔ)稱郭勒。河流所經(jīng)過(guò)的線狀凹地稱為河谷，又叫河槽、河道。河谷組成上包括以下部分：

河床、河漫灘、谷坡、沙洲、階地麗江金沙江北東岸多級(jí)階地地貌麗江金沙江虎跳峽上游河谷中的江心洲廣東清遠(yuǎn)地下河裸露的嘉陵江河床二、河流的分段每一條河流都有河源與河口，而較大河流的流程通常按地質(zhì)━━地理特征分成上、中、下游三段，即河流共分成五段。河流分段依據(jù)主要有：a、按河槽的縱比降劃分；

b、按河槽的形態(tài)與組成物質(zhì)劃分；c、按地貌形態(tài)劃分；d、按支流的匯集和河道的彎曲狀況及流向上游：指緊接河源的河段，常常穿行于深山峽谷之中。③中游：指介于上游與下游的河段。河源：指河流最初具有地表流水形態(tài)的地方。河源的確定標(biāo)準(zhǔn)：河流長(zhǎng)度、水量大小、河流彎直和歷史習(xí)慣。一般可為溪、泉、冰川、沼澤或湖泊等。因此常常是全流域海拔最高的地方，通常與山地冰川、高原湖泊、沼澤和泉相聯(lián)系。特征：河谷窄，呈“V”字形，河床多為基巖或礫石；比降和流速大；侵蝕（下切和溯源侵蝕）強(qiáng)烈，縱斷面呈階梯狀，多急流瀑布；流量小；水位變幅大。特征：河谷展寬，呈“U”字形，河床多為粗砂；比降和流速減小；下切侵蝕減弱而側(cè)蝕顯著；流量較大；水位變幅較小。下游：介于中游與河口的河段。河口：河流的終點(diǎn)，即河流與接受水體的結(jié)合地段。特點(diǎn)：河谷寬廣,呈“︶”形，河床多為細(xì)砂或淤泥；比降很小；流速也很小；水流侵蝕力弱，淤積顯著，多淺灘沙洲和汊河灣道；流量大；水位變幅較小。接受水體可以是海洋、湖泊、沼澤或上一級(jí)河流。在河流的入海、入湖處，因水流分散，流速驟然減小，常有大量泥沙淤積，形成三角洲，因土地肥沃，常成為重要的糧食基地。在干旱地區(qū)，由于河水沿途強(qiáng)烈的蒸發(fā)和下滲，以致河水全部消失于沙漠之中，沒(méi)有河口，稱為瞎尾河或無(wú)尾河，如塔里木河。

入海河流的河口，又稱感潮河口，受徑流、潮流和鹽度三重影響。一般把潮汐影響所及之地作為河口區(qū)。河口區(qū)可分為河流近口段、河口段和口外海濱三段，如右圖所示。從某種意義講，可以把河流近口段與河口段的分界處視為河流真正意義上的終點(diǎn)。長(zhǎng)江流域水系圖宜昌湖口黃河流域水系組成圖河口孟津長(zhǎng)江三角洲遙感影象圖黃河三角洲遙感影象圖三、河流的分級(jí)流域水系中各種大小不等的溝道與河流，可用河流的級(jí)別來(lái)表示。河流分級(jí)方法主要有兩類：河流分級(jí)示意圖

一是，從河流水系的研究分析方便考慮，把最靠近河源的細(xì)溝作為一級(jí)河流，最接近河口的干流作為最高級(jí)別的河流，然而，這在具體劃分上又存在不同的做法，如下圖。二是，把流域內(nèi)的干流作為一級(jí)河流，匯入干流的大支流作為二級(jí)河流，匯入大支流的小支流作為三級(jí)河流，如此依次類推。四、河流特征參數(shù)①河流落差：指河流上、下游兩地的高程差。河源與河口的高程差，即為河流的總落差。

某一河段兩端的高程差，稱之為河段落差。（1）河流縱斷面(縱剖面)河流的縱斷面是與水流方向一致的斷面，是指沿河流軸線的河底高程或水面高程的沿程變化。故河流縱斷面可分為河槽(底)縱斷面(指河底高程的沿程變化)和水面縱斷面(水面高程的沿程變化)兩種。河流縱斷面圖②河流比降：一般是指河流縱比降，即單位河長(zhǎng)的落差，也稱坡度。

河流比降有水面比降與河床比降之分，兩者不盡相等，但因河床地形起伏變化較大，故在實(shí)際工作中多以水面比降代表河流比降。設(shè)某河段i的比降為Ji，則

Ji＝(Zi-Zi-1)／Li

式中：Ji—

河段i的河底或水面比降，常用以百分率（%）、千分率(‰)表示Zi、Zi-1—分別為河段i的上、下游斷面的水面或河底高程；Li——河段i的長(zhǎng)度（m）。（2）河流橫斷面(橫剖面)指河流某處垂直于主流方向河底線與水面線所包圍的平面。不同水位有不同的水面線，其斷面面積也不相同。

河流橫斷面是決定輸水能力、流速分布、河流橫比降和流量的重要因素。通常河水面不是一個(gè)嚴(yán)格的幾何平面，而是一個(gè)凹凸曲面，存在著橫比降。主要原因是由于地轉(zhuǎn)偏向力和彎道離心力作用，使得流速分布不均勻，發(fā)生凹凸變形。河流橫斷面圖

①大斷面：是指最大洪水時(shí)的水面線與河底線包圍的面積。②過(guò)水?dāng)嗝妫菏侵改骋粫r(shí)刻水面線與河底線包圍的面積。常用的過(guò)水?dāng)嗝嫘螒B(tài)要素有：過(guò)水?dāng)嗝婷娣eF，濕周P（即過(guò)水?dāng)嗝嫔媳凰竦暮硬鄄糠郑鎸挾菳，平均深度

H，水力半徑R（R=F/P），糙度n（指河槽上的泥沙、巖石、植物等對(duì)水流阻礙作用的程度,常用糙率系數(shù)n表示，可從下表查出）等，這些要素與河流的過(guò)水能力有密切的關(guān)系。河槽糙率系數(shù)表

深泓線：是指沿流程各斷面河床最深點(diǎn)的平面平順連接線。在通航河道中，深泓線的位置往往就是航道的所在位置。

主流線：為沿流程各斷面最大垂線平均流速處的平面平順連接線。圍繞主流線兩側(cè)一定寬度內(nèi)平均單寬流量較大的流帶，稱為主流帶。在某些河流上，主流帶在洪水期往往呈現(xiàn)出浪花翻滾、水流湍急的現(xiàn)象，肉眼可以看得很清楚。主流線通常也叫水流動(dòng)力軸線，具有“大水趨直，小水趨彎”的傾向。主流線與深泓線，兩者在河段中的位置通常相近而不一定重合，但有的河段有時(shí)也可能相差很遠(yuǎn)。主流線與深泓線位置示意圖（3）河流的深泓線與主流線河流長(zhǎng)度：從河源到河口的長(zhǎng)度稱為河流長(zhǎng)度。河流長(zhǎng)度可沿河道深泓線或中軸線在河道地形圖上量取。常用L表示，以km計(jì)。量算河長(zhǎng)，通常在較大比例尺的地形圖上，用曲線計(jì)或兩腳規(guī)量取。量算河長(zhǎng)應(yīng)采用最新資料為好。世界最長(zhǎng)河流為非洲尼羅河，6650km；世界第二長(zhǎng)河為南美亞馬孫河，長(zhǎng)6437km；長(zhǎng)江為世界第三長(zhǎng)河，長(zhǎng)6300km。由于量算方法和采用的地形圖不同，以及河源的選取也有差別，因此同一河流量算出的結(jié)果會(huì)有較大的出入。（4）河流的長(zhǎng)度與寬度河流寬度：指河槽兩岸間的距離，它隨水位變化而變化。洪、中、枯水河槽示意圖水位常有洪、中、枯水之分，因而河槽寬度相應(yīng)有洪水河寬、中水河寬和枯水河寬。通常意義下的河寬多指中水河槽寬度，即河道兩側(cè)河漫灘灘唇間的距離。指某河段的實(shí)際長(zhǎng)度與該河段直線距離之比值。可用下式表示：式中：K為彎曲系數(shù)；L為河段實(shí)際長(zhǎng)度（km）；l為河段的直線長(zhǎng)度（km）。河流的彎曲系數(shù)K值越大，河段越彎曲，對(duì)航運(yùn)和排洪就越不利。（5）河流的彎曲系數(shù)下荊江自由河曲極為發(fā)育，橫向擺幅達(dá)20～40千米，河彎曲折率平均為3，素有“九曲回腸”之稱。河流侵蝕基準(zhǔn)面：指河流在沖刷下切過(guò)程中其侵蝕深度并非無(wú)限度，往往受某一基面所控制，河流下切到這一基面后侵蝕下切即停止，此平面稱為河流侵蝕基準(zhǔn)面。

侵蝕基準(zhǔn)面可以是能控制河流出口水面高程的各種水面，如海面、湖面、河面等，也可以是能限制河流向縱深方向發(fā)展的抗沖巖層的相應(yīng)水面。這些水面與河流水面的交點(diǎn)稱為河流的侵蝕基點(diǎn)(如右圖)。河流的沖刷下切幅度受制于侵蝕基點(diǎn)。（六）河流侵蝕基準(zhǔn)面與侵蝕基點(diǎn)河流侵蝕基準(zhǔn)面示意圖

河流侵蝕基準(zhǔn)面可進(jìn)一步地分為終極侵蝕基準(zhǔn)面和局部侵蝕基準(zhǔn)面。2.1.2

水系一、水系定義：指河流從河源到河口沿途接納眾多的支流并形成復(fù)雜的干支流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由干流、各級(jí)支流及與河流相通的湖泊、沼澤、水庫(kù)等組成。鄱陽(yáng)湖流域水系及其在長(zhǎng)江流域中的位置水系的名稱通常以干流的河名命名；也有用地理區(qū)域或把同一地理區(qū)域內(nèi)河性相近的幾條河作為綜合命名①河網(wǎng)密度：水系總長(zhǎng)與水系分布面積之比，即單位面積內(nèi)河道的長(zhǎng)度。可用下式表示：D＝∑L/F

式中：D為河網(wǎng)密度（km/km2）；∑L為河流總長(zhǎng)度（km）；F為流域面積（km2）。

二、水系的特征參數(shù)河網(wǎng)密度表示一個(gè)地區(qū)河網(wǎng)的疏密程度。河網(wǎng)的疏密能綜合反映一個(gè)地區(qū)的自然地理?xiàng)l件，它常隨氣候、地質(zhì)、地貌巖石土壤和植被等條件不同而變化。一般地說(shuō)，在降水量大，地形坡度陡，土壤不易透水的地區(qū)，河網(wǎng)密度較大；相反則較小。例如我國(guó)東南沿海地區(qū)比西北地區(qū)河網(wǎng)密度大。②河系發(fā)育系數(shù)：各級(jí)支流總長(zhǎng)度與干流長(zhǎng)度之比。

一級(jí)支流總長(zhǎng)度與干流長(zhǎng)度之比稱為一級(jí)河網(wǎng)發(fā)育系數(shù)，二級(jí)支流總長(zhǎng)度與干流長(zhǎng)度之比稱為二級(jí)河網(wǎng)發(fā)育系數(shù)，等等。河流的發(fā)育系數(shù)越大，表明支流長(zhǎng)度超過(guò)干流長(zhǎng)度越多，對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用越有利。③河系不均勻系數(shù)：干流左岸支流總長(zhǎng)度和右岸支流總長(zhǎng)度之比，表示河系不對(duì)稱程度。

不均勻系數(shù)越大，表明兩岸匯入干流的水量越不平衡水系內(nèi)湖泊面積或沼澤面積與水系分布面積（流域面積）之比。由于湖泊或沼澤能調(diào)節(jié)河水流量，促使河流水量隨時(shí)間的變化趨于均勻，減少洪水災(zāi)害和保證枯水季節(jié)用水。因此，湖泊率和沼澤率越大，對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用越顯著。④湖泊率和沼澤率：三、水系的類型水系的平面形態(tài)千奇百異，主要受地質(zhì)構(gòu)造、地理?xiàng)l件以及氣候因素所影響。常見水系形態(tài)可歸納為樹枝狀水系、扇形水系、羽狀水系、平行狀水系、格狀水系等。西江水系海河水系三江并流淮河水系閩江水系2.1.3流域一、分水嶺、分水線和流域山峰、山脊、鞍部和分水線①分水嶺：相鄰兩個(gè)流域之間的山嶺或高地。降落在分水嶺兩邊的降水沿著兩側(cè)的斜坡匯入不同的流域。如秦嶺為長(zhǎng)江與黃河的分水嶺。②分水線：指相鄰兩個(gè)水系或流域之間的分界線，是分水嶺最高點(diǎn)的連線。降落在分水線兩側(cè)的降水分別注入兩個(gè)流域。③流域：

由分水線所包圍的河流或湖泊的地面集水區(qū)和地下集水區(qū)的總和。流域平面圖流域分水線示意圖流域的地面分水線和地下分水線一般不重合。對(duì)于這種情況，將有部分降水滲入地下流到相鄰流域而流失，則這種流域稱為非閉合流域；若地面分水線和地下分水線重合，全部降水都通過(guò)地面徑流與地下徑流流向該流域出口，此流域稱為閉合流域。

通常情況下，可以把流域視為閉合流域。二、流域特征流域面積：流域地面分水線和出口斷面所包圍的面積，在水文上又稱集水面積，單位是平方公里。河網(wǎng)密度：流域中干支流總長(zhǎng)度和流域面積之比。單位是公里/平方公里。其大小說(shuō)明水系發(fā)育的疏密程度。流域形狀：對(duì)河流水量變化有明顯影響。流域高度：主要影響降水形式和流域內(nèi)的氣溫，進(jìn)而影響流域的水量變化。流域方向或干流方向：對(duì)冰雪消融時(shí)間有一定的影響。

流域形態(tài)指標(biāo)：包括流域的長(zhǎng)度、平均寬度、長(zhǎng)寬比、對(duì)稱性和平均坡度等項(xiàng)。3.2河流的水情要素水情要素是反映河流水文情勢(shì)及其變化的因子。它主要包括水位、流速、流量、泥沙、水化學(xué)、水溫和冰情等。通過(guò)這些因素反映河流在地理環(huán)境中的作用，及其與自然地理環(huán)境各組成要素之間的相互關(guān)系，也是研究水文規(guī)律的基礎(chǔ)。

2.2.1

水位水位：即水面位置或水面高程，河流水位是指河流某處的水面相對(duì)于某一基面的高度。基面：又叫基準(zhǔn)面，是高程的起算面，指高程起算的固定零點(diǎn)。基面可分絕對(duì)基面和相對(duì)基面。絕對(duì)基面(也稱標(biāo)準(zhǔn)基面)：是以某一入海河口的平均海平面為零點(diǎn)。如珠江口基面、吳淞口基面（長(zhǎng)江口）、黃?；娴龋覈?guó)規(guī)定統(tǒng)一采用青島基面。相對(duì)基面（也稱測(cè)站基面）：是以觀測(cè)點(diǎn)最枯水位以下0.5-lm處作為零點(diǎn)的基面。相對(duì)基面可減少記錄和計(jì)算工作量，但它與其他水文站的水文資料不具有可比性，故進(jìn)行全河水文資料整編和水文預(yù)報(bào)時(shí)，必須換算為全河統(tǒng)一的基面。一、水位的定義與基面觀測(cè)水位最簡(jiǎn)便、常用的方法是在河岸設(shè)置水尺，定時(shí)讀數(shù)；水位計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。自動(dòng)水位監(jiān)測(cè)計(jì)河岸水尺二、水位過(guò)程線水位過(guò)程線：是指水位隨時(shí)間變化的曲線。水位過(guò)程線與歷時(shí)曲線過(guò)程線最高水位歷時(shí)曲線最低水位水位歷時(shí)曲線：是指大于和等于某一數(shù)值的水位與其在研究時(shí)段中出現(xiàn)的累積天數(shù)（歷時(shí)）所點(diǎn)繪而成的曲線三、特征水位在河流水文研究中，通常用到各種特征水位值。①最高水位與最低水位

最高水位指研究時(shí)段內(nèi)水位最高值，有日最高、月最高、歷年最高值等。主要用于防洪。平均水位

指研究時(shí)段內(nèi)的水位平均值，有日、月、年、多年平均水位。③平均最高水位與平均最低水位

指歷年最高水位的平均值和歷年最低水位的平均值。④中水位指研究時(shí)段內(nèi)，水位歷時(shí)曲線上歷時(shí)為50%的水位。如一年逐日水位中的中水位，是指有半數(shù)日期高于此值，又有半數(shù)日期低于此值的水位。此外，在防汛工作中，水利部門常根據(jù)防洪防汛工作需要，設(shè)有防汛水位、警戒水位與保證水位等。指同一次水位漲落過(guò)程中，河流上、下游站位相相同的水位叫相應(yīng)水位。相應(yīng)水位關(guān)系曲線的繪制方法是：以縱軸為上游站的水位,以橫軸為下游站的水位，把上下游站相應(yīng)的水位點(diǎn)繪在坐標(biāo)紙上，過(guò)點(diǎn)群中心連成的圓滑曲線便成（如下圖）。

其作用：可用它做短期水文預(yù)報(bào)；校驗(yàn)上、下游水位觀測(cè)成果；用已知站水位插補(bǔ)缺測(cè)站水位記錄；推求鄰近斷面未設(shè)站的水位變化。四、相應(yīng)水位2.2.2

流速河流中水質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離。一、概念二、天然河道中的流速分布流速流速在垂線上的分布圖深度①垂線流速分布：

絕對(duì)最大流速一般出現(xiàn)在水面以下水深的0.1～0.3處；平均流速出現(xiàn)于水深的0.6m處；在水面,由于空氣的摩擦阻力,流速較小；在河底，流速趨于零。受河床的地勢(shì)傾斜和粗糙程度，以及斷面水力條件的影響，天然河道中的流速分布十分復(fù)雜。②

斷面流速分布：

斷面上流速分布可用等流速線表示。等流速線是斷面上流速相等各點(diǎn)的連線（如下圖）。

斷面上流速分布規(guī)律：河底和兩岸附近V最小（糙度影響）。水面流速在岸邊最小，向最大水深方向增加。流速?gòu)乃紫蛩嬖黾樱ㄓ斜w時(shí)例外）斷面上流速的分布三、天然河道中的平均流速的計(jì)算在有實(shí)測(cè)資料時(shí)，可根據(jù)實(shí)測(cè)資料求得。在沒(méi)有實(shí)測(cè)資料時(shí)，可用水力學(xué)公式——謝才公式計(jì)算，即：式中：v為河道斷面平均流速；R為水力半徑；i為水面比降；c為謝才系數(shù)，它與糙率等因素有關(guān)，其數(shù)值可用經(jīng)驗(yàn)公式求得。我國(guó)多采用曼寧公式，（n為糙率系數(shù)）謝才公式是根據(jù)水流作勻速運(yùn)動(dòng)的理論推導(dǎo)而得的。2.2.3

流量流量：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某過(guò)水?dāng)嗝娴乃矿w積。常用Q表示，單位是m3/s。它可用下式表示：

Q=Av式中：Q為流量（m3/s）；A為過(guò)水?dāng)嗝娣e（m2）；v為流速（m/s）。

一、流量的概念流量是河流的最重要特征。為了便于進(jìn)行水文分析，常把測(cè)得的流量資料繪成曲線圖。常用的有流量過(guò)程線和水位——流量關(guān)系曲線。二、流量過(guò)程線:流量：m3/s流量歷時(shí)曲線流量過(guò)程線流量過(guò)程線與歷時(shí)曲線流量過(guò)程線的主要作用是：可反映測(cè)站以上流域的徑流變化規(guī)律；分析流量過(guò)程線，相當(dāng)于對(duì)一個(gè)流域特征的綜合分析研究；根據(jù)流量過(guò)程線計(jì)算某一時(shí)段的徑流總量和平均流量。三、水位-流量關(guān)系曲線:（1）水位與流量的關(guān)系：河流水位的變化，從本質(zhì)上看是河流流量的變化，是流量變化的外部反映和表現(xiàn)；另一方面，流量大小可以通過(guò)水位高低反映出來(lái)，即二者呈某種函數(shù)關(guān)系Q=f(H)，水位升高，流量增大。即Q=f(H)呈單調(diào)遞增函數(shù)。（2）水位流量關(guān)系曲線的繪制以水位為縱坐標(biāo)，流量為橫坐標(biāo)，將各次施測(cè)的流量與相應(yīng)的水位點(diǎn)繪在坐標(biāo)紙上，連接通過(guò)點(diǎn)群中心的曲線，便是水位——流量關(guān)系曲線。一般是下凹上凸曲線。2.2.4

河流泥沙河流泥沙：是指組成河床和隨水流運(yùn)動(dòng)的礦物、巖石固體顆粒。河流泥沙運(yùn)動(dòng)的形式可分滾動(dòng)、滑動(dòng)、跳躍和懸浮。前三者運(yùn)動(dòng)形式的泥沙，稱為推移質(zhì)；懸浮運(yùn)動(dòng)的泥沙，稱為懸移質(zhì)。含沙量：河水中泥沙含量的多少，單位是kg/m3。輸沙率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)一定過(guò)水?dāng)嗝娴哪嗌晨偭?，單位是t/s或kg/s。輸沙量：一定時(shí)段內(nèi)通過(guò)一定過(guò)水?dāng)嗝娴哪嗌晨偭?，單位是t或萬(wàn)t。河流泥沙主要是水流從流域坡面上沖蝕而來(lái)。每年從流域地表沖蝕的泥沙量通常用侵蝕模數(shù)表示。侵蝕模數(shù)是指每km2流域面積上，每年被侵蝕并匯入河流的泥沙重量。單位是萬(wàn)t/(km2)。

河流含沙量的影響因素：河流的補(bǔ)給條件、流域內(nèi)巖石土壤性質(zhì)、地形的切割程度、植被覆蓋程度的人類活動(dòng)等。2.2.5

河水化學(xué)河水化學(xué)主要是指河水的化學(xué)組成、性質(zhì)、時(shí)空分布變化，以及它們同環(huán)境之間的相互關(guān)系。一、天然河水的主要化學(xué)成分：HCO32-，SO42-，CI－，Ca2+，Na+，

Mg2+，K+等離子組成。但在不同河流中，這些離子的比例并不相同。河水中除上述離子外，還有生物有機(jī)質(zhì)、溶解氣體（BOD、COD、O2、CO2等）和一些微量元素等。二、水化學(xué)指標(biāo)：

①礦化度：河水中溶解質(zhì)的含量。以單位體積水中化驗(yàn)到的離子、分子和各種化合物的總量或烘干后殘余物的重量表示，稱為礦化度G。單位mg/L礦化度分為四級(jí)：低礦化度水：（<200mg/l），中礦化度水：(200-500mg/l)較高礦化度水：(500～1000mg/l)，高礦化度水：(>1000mg/l)地球上大多數(shù)河流屬低礦化度和中礦化度水。

②溶解質(zhì)徑流率：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)河流某斷面的溶解質(zhì)重量，稱溶解質(zhì)徑流率或離子徑流率Rg單位：g/s，mg/s。因溶解質(zhì)在河流斷面上變化范圍不大，可由下式推求：

式中：Q0為斷面平均流量m3/s

③

溶解質(zhì)徑流量：某一段時(shí)間通過(guò)河流某斷面的溶解質(zhì)總量，稱為該時(shí)段溶解質(zhì)徑流量或離子徑流量Wg，單位：T，即④溶解質(zhì)徑流模數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)段內(nèi)，河流由單位流域面積上帶走的溶解質(zhì)重量。單位：

三、影響河水化學(xué)成分和礦化度的因素：①補(bǔ)給水源：

冰川和高山融雪補(bǔ)給為主的河流，由于高山溫度低，風(fēng)化弱，且土壤巖石經(jīng)常處于濕潤(rùn)狀態(tài)，長(zhǎng)期被洗蝕，所以缺乏易溶性巖類，礦化度低。

季節(jié)性融雪補(bǔ)給為主的河流，鹽分含量也不多。

占優(yōu)以雨水補(bǔ)給為主的河流，礦化度弱高。以地下水補(bǔ)給為主的河流，礦化度較高。

含量較大②自然地理?xiàng)l件如氣候，地質(zhì)、土壤等影響：

干旱地區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)烈，礦化度高；降雨充沛地區(qū)由于地表徑流稀釋，礦化度低。河水流經(jīng)易溶巖石或土壤地區(qū)，礦化度高，反之較低。

河水穿過(guò)大面積石灰?guī)r地區(qū)，

含量高2.2.5

河流水溫與冰情（1）水溫影響因素①太陽(yáng)輻射為水溫升高的主要熱源②補(bǔ)給水源：雪水補(bǔ)給河流，水溫低；雨水補(bǔ)給河流，水溫較高。③氣溫對(duì)水溫影響（2）水溫變化：

①垂線上水溫分布具成層特性；②日變、年變；

③沿河長(zhǎng)變化：a.高山冰雪融水補(bǔ)給河流，水溫沿河長(zhǎng)逐漸升高；b.由低向高緯流動(dòng)的河流，水溫逐漸降低；相反，水溫逐漸升高。（3）冰情（三階段）：結(jié)冰、封凍、解凍2.3河流的補(bǔ)給河流的補(bǔ)給也即河流的水源。根據(jù)降水形式及其進(jìn)入河流路徑的不同，河流補(bǔ)給可分為:

地表補(bǔ)給：

(1)雨水補(bǔ)給

(2)融水補(bǔ)給：①季節(jié)積雪融水補(bǔ)給；②永久積雪和冰川融水補(bǔ)給

(3)湖泊和沼澤水補(bǔ)給

地下水補(bǔ)給：

(1)潛水補(bǔ)給（沖積層水）；

(2)承壓水補(bǔ)給（深層地下水）人工補(bǔ)給

2.3.1

河流的補(bǔ)給類型與及其特點(diǎn)一、雨水補(bǔ)給類型⑴分布地區(qū)：分布普遍，尤其濕潤(rùn)地區(qū)，雨水補(bǔ)給所占比重大。雨水是全球大多數(shù)河流最重要的補(bǔ)給來(lái)源，也是我國(guó)河流的一種最普遍、最主要的補(bǔ)給來(lái)源，尤其東南半壁季風(fēng)區(qū)的河流，雨水補(bǔ)給占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，秦嶺━━淮河一線以南，青藏高原以東的廣大地區(qū)，雨水補(bǔ)給一般占年徑流量的60－80%。⑵補(bǔ)給時(shí)間和補(bǔ)給特征補(bǔ)給時(shí)間：雨水補(bǔ)給時(shí)間取決于降雨時(shí)間，即主要發(fā)生在雨季。因而取決于雨型（夏雨型、冬雨型、年雨型、全年少雨型）。比如，我國(guó)大部分地區(qū)位處東亞季風(fēng)區(qū)，雨水主要集中在夏、秋雨季，則夏秋雨季河流多處于汛期；相反，冬春旱季處于枯水期。

補(bǔ)給特征雨水補(bǔ)給的特點(diǎn)，主要決定于降雨量和降雨特性。降雨過(guò)程具有不連續(xù)性和集中性，使雨水補(bǔ)給也具有間斷不連續(xù)性和集中性，集中在雨季，其補(bǔ)給過(guò)程來(lái)得迅速和集中。降雨分配的不均勻性，雨水補(bǔ)給年內(nèi)、年際變化大。

閩江流域建溪葉坊站1953年雨量、流量綜合過(guò)程線二、融水補(bǔ)給類型（一）季節(jié)性積雪融水補(bǔ)給（1）分布地區(qū)：中高緯地帶（溫帶和寒帶）和高山地區(qū)，我國(guó)北方河流尤其東北地區(qū)河流，積雪融水補(bǔ)給量占較大比重。（2）補(bǔ)給時(shí)間：主要發(fā)生在氣溫回升的春季。并常常形成春汛，正值桃花盛開時(shí)節(jié)，故又稱“桃汛”、“桃花汛”。（3）補(bǔ)給特征：積雪融水補(bǔ)給量大小及其變化與流域的積雪量大小和氣溫變化有關(guān)，補(bǔ)給過(guò)程具有明顯的時(shí)間性和連續(xù)性。積雪融化期間，河流水量變化同氣溫變化相一致，比雨水補(bǔ)給為主的河流水量平穩(wěn)而有規(guī)律。一般地全年有兩次流量高峰，即積雪消融造成的春汛和雨水補(bǔ)給造成的夏汛，夏汛為主。（二）冰雪融水補(bǔ)給（2）補(bǔ)給時(shí)間和補(bǔ)給特點(diǎn)：補(bǔ)給量及變化與太陽(yáng)輻射和氣溫變化一致，補(bǔ)給過(guò)程具有連續(xù)性和時(shí)間性，補(bǔ)給水量比雨水補(bǔ)給穩(wěn)定，河流水量的年、日變化明顯，尤其日變化明顯。新疆的瑪納斯河紅嘴山站1956年相對(duì)流量過(guò)程線（1）分布地區(qū)：高山地區(qū)和兩極地區(qū)，河流多靠永久積雪和冰川融水補(bǔ)給，尤其干旱、半干旱地區(qū)和高寒地區(qū)，冰雪融水常成為河流的主要補(bǔ)給水源。三、湖泊沼澤水補(bǔ)給類型（2）影響因素①湖沼位置：山區(qū)湖沼常成為河流的源頭，直接決定著河流水量大小。河流中、下游湖泊，既匯集湖區(qū)來(lái)水，又流出補(bǔ)給干流，增加河流水量。②水量多少：面積越大，深度越深，容水越多，調(diào)節(jié)作用就越顯著。（3）補(bǔ)給特點(diǎn)

一般地，由于湖沼的調(diào)節(jié)作用，使湖沼水補(bǔ)給的河流，水量變化較均勻，流量過(guò)程線較平緩、變幅小。（1）分布地區(qū)：與湖沼分布區(qū)一致，分布普遍。四、地下水補(bǔ)給類型（1）分布地區(qū)：地下水是河流補(bǔ)給的一種普遍形式（2）補(bǔ)給時(shí)間：一般河流全年均有地下水補(bǔ)給，尤其在缺乏地表水補(bǔ)給的枯水季節(jié)，河流仍保持著連續(xù)不斷的水流，稱為“基流”，幾乎全靠地下水補(bǔ)給來(lái)維持，此時(shí)河流流量過(guò)程實(shí)質(zhì)上是地下水補(bǔ)給過(guò)程。（3）補(bǔ)給特征：穩(wěn)定、可靠、均勻淺層地下水又叫沖積層地下水，受外界氣候條件影響大，補(bǔ)給水量有明顯的季節(jié)變化對(duì)河水的補(bǔ)給存在雙向互補(bǔ)和單向補(bǔ)給關(guān)系。事實(shí)上，一般較大的河流，常常是兩種或多種形式的補(bǔ)給，稱為混合補(bǔ)給。如長(zhǎng)江、黃河既有雨水、雪水、冰川水，也有地下水、湖沼水補(bǔ)給。深層地下水，由于埋藏較深，受氣候條件影響小，其補(bǔ)給水量只有年際變化，季節(jié)變化不明顯，故它是河流最穩(wěn)定的補(bǔ)給來(lái)源。

除了河流的天然補(bǔ)給以外，還可根據(jù)人類發(fā)展生產(chǎn)的需要而進(jìn)行人工補(bǔ)給。如我國(guó)南水北調(diào)工程，將水量多的長(zhǎng)江水北調(diào)補(bǔ)給水量缺乏的黃河等。2.3.2河流水源的定量估計(jì)（流量過(guò)程線的分割）一、地表徑流與地下徑流的分割（基流分割）（1）平割（水平直線分割法）在洪水流量過(guò)程線上找到漲水段的最低點(diǎn)，即起漲點(diǎn)A，由最低點(diǎn)A引一水平直線交退水曲線于B點(diǎn)，AB線以下的水量作為基流（地下水補(bǔ)給），AB線以上作為地面經(jīng)流。此法簡(jiǎn)單易行，當(dāng)有淺層地下水補(bǔ)給混雜其中時(shí)，這種方法就不適用了。（2）斜割（斜線分割法）B/

事實(shí)上，雨后淺層地下水補(bǔ)給量比雨前有所增加，則地面徑流停止點(diǎn)B‘應(yīng)比B點(diǎn)高。由起漲點(diǎn)A引斜線到退水段上的地表徑流終止點(diǎn)B’。AB‘線以下部分為地下徑流補(bǔ)給，AB’以上部分為地表徑流補(bǔ)給。同理，AB線以下部分為深層地下水補(bǔ)給，而AB與AB‘之間部分可認(rèn)為淺層地下水補(bǔ)給。直線分割法的缺陷：忽視了河水與地下水的水力聯(lián)系，因而誤差較大。但簡(jiǎn)單易行。（3）退水曲線法退水曲線法示意圖指根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)退水曲線，將流量過(guò)程線由兩端向內(nèi)展延地下水退水曲線，退水曲線以下部分即為地下徑流部分。即由起漲點(diǎn)A順退水趨勢(shì)延伸到C點(diǎn)，AC段為前次洪水過(guò)程的延續(xù)。再?gòu)牡乇韽搅鹘K止點(diǎn)B向前延伸到D點(diǎn)，最后用直線CD將兩條退水曲線連接起來(lái)，ACDB線以下即為地下水補(bǔ)給。2.3.3河流的類型根據(jù)補(bǔ)給水源不同，可分為三類：①雨水補(bǔ)給的河流河流水量隨雨量的增減而漲落，徑流的年內(nèi)變化趨勢(shì)與降水一致。汛期集中在雨季，汛期水量呈現(xiàn)陡漲陡落的變化，常形成峰高、量大的洪水過(guò)程，流量過(guò)程線呈鋸齒狀、梳狀或雙峰狀。②雨水-融水補(bǔ)給的河流

③融水-雨水補(bǔ)給的河流2.4河川徑流的形成過(guò)程降雨-徑流過(guò)程概化圖在徑流形成中通常將流域蓄滲過(guò)程，到形成地面匯流及早期的表層流過(guò)程，稱做產(chǎn)流過(guò)程。坡地匯流與河網(wǎng)匯流合稱為流域匯流過(guò)程或匯流過(guò)程。1、降雨量；2、降雨強(qiáng)度；3、降雨過(guò)程；4、暴雨范圍（降雨范圍）；5、暴雨中心的移動(dòng)路徑。2.4.1、降雨階段(降雨特征對(duì)徑流過(guò)程的影響)2.4.2、流域蓄滲階段（降雨損失階段）1、植被截留及其影響因素；通常把降雨開始之后，到地表徑流產(chǎn)生之前，降雨的截留、下滲、填洼及蒸散發(fā)等雨水的耗損過(guò)程概化為流域的蓄滲階段（停蓄階段）。W:樹冠投影面積截留量;

E:單位面積的蒸發(fā)量;

T:時(shí)間;

P:雨強(qiáng)(次降雨量);

2、下滲及其影響因素；3、填洼及其影響因素；（1）下滲的物理過(guò)程及其計(jì)算霍頓公式:

k:土壤的滲透系數(shù);

（2）影響因素:土壤的滲透性；土壤的前期含水量；降水量和降水強(qiáng)度；地形坡度；植被條件影響因素：閉合洼地?cái)?shù)量、大小有關(guān)水庫(kù)；堰塘；湖泊；洼地2.4.3、產(chǎn)流階段1、超滲地面徑流的產(chǎn)流機(jī)制p,In,e,s,f分別為降雨強(qiáng)度，截留率，蒸發(fā)率，填洼率，下滲率指供水與下滲矛盾發(fā)生在包氣帶上界面（地面）的產(chǎn)流機(jī)制。產(chǎn)流條件：

降雨強(qiáng)度要大于下滲能力。一、產(chǎn)流機(jī)制超滲地面產(chǎn)流示意圖（2）壤中徑流的產(chǎn)流機(jī)制發(fā)生在非均質(zhì)或?qū)哟涡酝寥乐械耐杆畬雍拖鄬?duì)不透水層的界面上產(chǎn)流率：rss=fA-fB產(chǎn)流條件：

上層有下滲水流（必要條件）；有比上層下滲能力小的界面（前提條件）；供水強(qiáng)度要大于下滲強(qiáng)度（充分條件）；產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶，同時(shí)要有產(chǎn)生側(cè)向流動(dòng)的動(dòng)力條件（充分條件）（3）地下徑流的產(chǎn)流機(jī)制是指包氣帶較薄、地下水位較高時(shí)的地下水產(chǎn)流機(jī)制，發(fā)生在包氣帶下界面上。對(duì)均質(zhì)土層水量平衡有：對(duì)非均質(zhì)土層水量平衡有：產(chǎn)流率：rg=fc產(chǎn)流率：rg=fc-rss產(chǎn)流條件：與壤中徑流相同，只是其界面為包氣帶的下界面。（4）飽和地面徑流的產(chǎn)流機(jī)制是指表層土壤具有較強(qiáng)透水性情況下的地面產(chǎn)流機(jī)制。控制地面徑流發(fā)生的并不是上層土層本身的界面和下滲能力，而是其下相對(duì)不透水層的界面和下滲能力。產(chǎn)流率：rsat=i-(rss+fB)產(chǎn)流條件：供水、界面供水強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度及形成飽和積水帶。其界面不是地面，而是下層弱透水層的上界面。產(chǎn)流機(jī)制的共同規(guī)律（1）有供水條件；（2）大于下滲率的供水強(qiáng)度；（3）對(duì)壤中流和地下徑流，還需要在界面上產(chǎn)生臨時(shí)飽和帶；對(duì)飽和地面徑流，還必須達(dá)到表層全層飽和，才具備產(chǎn)流充分條件。（4）要有側(cè)向運(yùn)行的動(dòng)力；

（5）都發(fā)生在包氣帶的某些界面上根據(jù)氣候條件，可將產(chǎn)流分成超滲產(chǎn)流、蓄滿產(chǎn)流以及兩者的組合等形式。二、流域產(chǎn)流方式指包氣帶土壤層含水量未達(dá)到飽和，而降雨強(qiáng)度i＞下滲強(qiáng)度f(wàn)產(chǎn)生地面徑流的產(chǎn)流方式。（一）超滲產(chǎn)流（非飽和產(chǎn)流）一次降雨過(guò)程的產(chǎn)流量：（二）蓄滿產(chǎn)流（飽和產(chǎn)流）飽和產(chǎn)流量：R=Rsat+Rss+Rg=P-(Wm-W0)Wm——飽氣帶最大蓄水量；W0——降雨前的含水量；三種類型：其一是包含飽和地面徑流、壤中徑流和地下徑流三種產(chǎn)流機(jī)制的類型；其二是飽和地面徑流與壤中徑流兩種機(jī)制的類型；其三為飽和地面徑流與地下徑流兩種機(jī)制的類型。項(xiàng)目\類型超滲產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流產(chǎn)流條件降雨強(qiáng)度i大于下滲強(qiáng)度f(wàn)，而包氣帶蓄水量小于田間持水量，即未飽和或未蓄滿降雨量P大于包氣帶缺水量（Wm-W0）即包氣帶飽和或蓄滿損失量DL下滲量F全為損失量DL、雨期蒸發(fā)量E包氣帶缺水量（Wm-W0）和蒸發(fā)量E（下滲量F大于損失量DL）徑流量徑流率（產(chǎn)流強(qiáng)度）rsrs=i-f滿足包氣帶缺水量后的后續(xù)雨量［P-(Wm-W0)-E］徑流成分只有地表徑流Rs地表徑流Rs、壤中流Rss和地下徑流Rg產(chǎn)流量的決定因素降雨強(qiáng)度i，雨前土壤含水量（影響下滲率），與降雨量關(guān)系不大降雨量P、雨前土壤含水量W0（影響包氣帶缺水量）產(chǎn)生地區(qū)干旱地區(qū)或半濕潤(rùn)、半干旱地區(qū)的多雨季節(jié)濕潤(rùn)地區(qū)或半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)的多雨季節(jié)蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流的關(guān)系總之，無(wú)論哪一種產(chǎn)流方式，總是首先在蓄滲得到滿足的地方，局部產(chǎn)流。隨著降雨過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)流面積不斷擴(kuò)大，最后達(dá)到全流域產(chǎn)流。2.4.4、匯流階段由降雨產(chǎn)生的地表徑流、壤中流和地下徑流經(jīng)坡地到溪溝、河系，直到流域出口的過(guò)程，稱為流域匯流過(guò)程。它是降雨徑流形成的最終環(huán)節(jié)。1、坡地匯流坡面匯流壤中匯流地下水匯流三種匯流成份就其特性而言，它們之間的量級(jí)有大小，過(guò)程有緩急，出現(xiàn)時(shí)間有先后，歷時(shí)有長(zhǎng)短。坡地匯流過(guò)程起著對(duì)各種徑流成分在時(shí)程上的第一次再分配作用，降雨停止后，坡地匯流還將持續(xù)一定時(shí)間。2、河網(wǎng)匯流河岸調(diào)節(jié)河槽調(diào)節(jié)

河岸調(diào)節(jié)和河槽調(diào)節(jié)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為河網(wǎng)調(diào)蓄作用，河網(wǎng)調(diào)蓄是對(duì)降雨在時(shí)程上的又一次再分配，使得流域出口斷面的流量過(guò)程線比降雨過(guò)程線要平緩的多。2.5

河川徑流的變化①流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一斷面的水量（m3/s）。②徑流總量W：T時(shí)段內(nèi)通過(guò)某一斷面的總水量（m3），W=QT③徑流深度R：將徑流總量（m3）平鋪在整個(gè)流域面積F（km2）上所得的水層深度（mm）④徑流模數(shù)M：流域出口斷面流量（m3/s）與流域面積F（km2）的比值。⑤徑流系數(shù)α：某一時(shí)段徑流深度R與相應(yīng)降水深度Pi比值。α<12.5.1、徑流特征值練習(xí)：（1）某流域面積F=1000km2，多年平均降水量1261.6mm，蒸發(fā)系數(shù)0.5，求W（年徑流總量），Q，R，M，α。（2）某閉合流域面積為1000km2，多年平均流量為12m3/s，多年平均蒸發(fā)量為380mm。求各徑流的特征值？該流域位于干旱地區(qū)、濕潤(rùn)地區(qū)還是其它地區(qū)？

1、年平均徑流量2、多年平均徑流量

3、正常年徑流量2.5

河川徑流的變化2.5.2徑流的年際變化一、年徑流量的有關(guān)概念二、正常年徑流量的計(jì)算一般情況下只要徑流序列足夠長(zhǎng)（一般大于30年），就可以用年徑流量的多年平均值代替正常年徑流量：1、資料充分時(shí)：2、資料不足時(shí)：采用相關(guān)分析法3、缺乏實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)：間接推求法選擇參證流域、參證站或選取與徑流量有成因聯(lián)系的參證變量進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)展延系列資料，然后再計(jì)算多年平均年徑流量。可以用徑流等值線法或經(jīng)驗(yàn)公式法估算三、徑流的年際變化徑流量的年際變化一般指年徑流量年際間的變化幅度和多年變化過(guò)程兩個(gè)方面長(zhǎng)江漢口站和鄱陽(yáng)湖湖口站流量年際變化過(guò)程圖（一）年徑流量的年際變化幅度1、年徑流量的變差系數(shù)（Cv

）：標(biāo)準(zhǔn)差：總體標(biāo)準(zhǔn)差樣本標(biāo)準(zhǔn)差影響年徑流Cv值大小的因素主要有年徑流量、徑流補(bǔ)給來(lái)源和流域面積的大小三方面。2、年徑流量的年際極值比：

（二）年徑流量的多年變化過(guò)程1、流量資料的概率分析：（1）作經(jīng)驗(yàn)頻率曲線1）將多年的年平均流量從大到小排列2）計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率3）做頻率曲線（2）理論頻率曲線，P-Ⅲ曲線（3）適線法做頻率曲線：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)，找出配合最佳之頻率曲線，相應(yīng)的分布參數(shù)為總體分布參數(shù)的估計(jì)值。長(zhǎng)江漢口站年徑流量頻率分布圖頻率與重現(xiàn)期的概念當(dāng)研究暴雨洪水問(wèn)題時(shí),P（X＞x）是暴雨洪水事件發(fā)生的頻率，其重現(xiàn)期

例，當(dāng)暴雨或洪水頻率為1%時(shí)，重現(xiàn)期T＝100年，稱此暴雨為百年一遇的暴雨或洪水當(dāng)研究枯水問(wèn)題時(shí)P（X≤x）是枯水頻率，而P（X＞x）稱為保證率，其重現(xiàn)期：例，對(duì)于P（X＞x）＝80％枯水流量，重現(xiàn)期T＝5年，稱此為五年一遇的枯水流量,或稱為保證率為80％的流量。

所謂百年一遇的暴雨或洪水，是指大于或等于這樣的暴雨或洪水在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)平均100年發(fā)生一次，而不能認(rèn)為每隔100年必然遇上一次。2、趨勢(shì)變化：鄱陽(yáng)湖湖口站年流量變化趨勢(shì)圖3、徑流變化的階段性和周期性：鄱陽(yáng)湖流域外洲站(a)，梅港站(b)年徑流模比系數(shù)差積曲線2.5.2徑流的年內(nèi)變化根據(jù)一年內(nèi)河流水情變化特征，可以分成若干個(gè)水情特征期，即汛期、平水期、枯水期或冰凍期等。一、徑流的季節(jié)分配二、徑流年內(nèi)變化的表示方法1、計(jì)算各月徑流量所占的百分比：2、徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)（CVy

）：3、完全年調(diào)節(jié)系數(shù)（Cr）：為各月徑流量占年徑流的百分比。V為調(diào)節(jié)庫(kù)容；W為年徑流總量。2.5.3特征徑流——洪水和枯水一、洪水大量降水或積雪融水在短時(shí)間內(nèi)匯入河槽，形成的特大徑流。（一）概念：（二）成因及分類：暴雨洪水、融雪洪水、潰壩洪水和冰凌洪水等。（三）影響因素：主要是天氣因素和流域下墊面因素。（四）洪峰流量的推求（五）歷史洪水的調(diào)查（m3/秒）二、枯水（一）概念：枯水是指長(zhǎng)期無(wú)雨或少雨，缺少地表徑流，河槽水位下降出現(xiàn)較小流量甚至枯竭的現(xiàn)象。（二）影響枯水徑流的因素：流域蓄水量，流域下墊面條件因素。W月/W年<5%平均狀況:W月/W年=8.33%）2.6河水的運(yùn)動(dòng)河水受到重力、地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力及河床摩阻力的作用。重力是河道水流運(yùn)動(dòng)的基本動(dòng)力。

河道水流除了縱向運(yùn)動(dòng)以外還會(huì)產(chǎn)生各種形式的環(huán)流運(yùn)動(dòng)。一、流體運(yùn)動(dòng)的有關(guān)概念（一）均勻流與非均勻流凡流場(chǎng)中同一條流線各空間點(diǎn)上的流速都相同的流動(dòng)，稱為均勻流;否則，為非均勻流。V-流速；R-管徑或水力半徑；ν-液體運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。明渠流中，雷諾數(shù)Re臨≈300（二）層流與紊流(laminarflow&turbulentflow)層流---流體運(yùn)動(dòng)規(guī)則，分層流動(dòng)互不摻混，質(zhì)點(diǎn)軌線光滑，流場(chǎng)穩(wěn)定。紊流---流體運(yùn)動(dòng)極不規(guī)則，各部分激烈摻混，質(zhì)點(diǎn)軌線雜亂無(wú)章，流場(chǎng)極不穩(wěn)定。由雷諾數(shù)判別流動(dòng)形態(tài):天然河道中水流多數(shù)為紊流，紊流的基本特征是：在流量不變的情況下，流速呈不規(guī)則變化。即：實(shí)際流速忽大忽小，圍繞著平均流速上下跳動(dòng)，稱為流速脈動(dòng)。任一時(shí)刻，流速可以表示為：U-瞬時(shí)流速；-平均流速；-脈動(dòng)流速。根據(jù)實(shí)測(cè)資料表明，脈動(dòng)強(qiáng)度的大小自水面向河底增大。由于存在流速脈動(dòng)，因此在流速測(cè)驗(yàn)時(shí)，測(cè)速時(shí)間要足夠長(zhǎng)，一般需要在100秒以上。（一）洪水波的概念

洪水水位的漲落在河槽剖面上形成的波形，稱為洪水波。穩(wěn)定水面之上疊加的水量，稱為波流量。洪水波面上任一點(diǎn)相對(duì)于穩(wěn)定水面的高度，稱為洪水波高（BD）；波高隨河長(zhǎng)而變化，最大波高處為波峰；AC為波長(zhǎng)，BC為波前，AB為波后。洪水波水面相對(duì)于穩(wěn)定水面的比降稱為附加比降（iΔ):iΔ=i－i0；波前為正，波后為負(fù)。二、河水的縱向運(yùn)動(dòng)洪水波示意圖洪水波形狀示意圖1、洪水波的推移：洪水波上任一位相的水位（或流量），在河流下游斷面的出現(xiàn)時(shí)間總是遲于在上游斷面出現(xiàn)的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間差，稱為洪水波的傳播時(shí)間（t）。（二）洪水波的運(yùn)動(dòng)洪水波面上的每一點(diǎn)都處于一定的相對(duì)位置（如波峰，波前，波后），稱為位相。相對(duì)于一定位相的流量稱為相應(yīng)流量。洪水波體上某一位相點(diǎn)沿河道的運(yùn)動(dòng)速度，稱為該位相點(diǎn)的波速。由于波面各點(diǎn)附加比降是不同的，因此洪水波各位相點(diǎn)的波速各不相同。因此洪水波的運(yùn)動(dòng)不是正平移運(yùn)動(dòng)。各站水位過(guò)程線由于洪水波面存在附加比降，使洪水波不同位相點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度不同，造成洪水波的變形（1）展開變形：波長(zhǎng)不斷加大，波高不斷減小，洪峰流量減小。（2）扭曲變形：洪水波前段長(zhǎng)度不斷減小，比降不斷增大；波后段長(zhǎng)度逐漸增大，比降逐漸平緩。2.洪水波的變形洪水波運(yùn)動(dòng)變形圖（一）環(huán)流定義及其作用力三、河水的環(huán)流運(yùn)動(dòng)1、重力：mg2、慣性離心力：3、地轉(zhuǎn)偏向力

河水內(nèi)部不同水層或水團(tuán)，在重力、慣性離心力，地轉(zhuǎn)偏向力等綜合作用下，環(huán)繞一定的旋轉(zhuǎn)軸呈螺旋狀下移，或是漩渦狀運(yùn)動(dòng)的水流。主要作用力有：螺旋狀水流漩渦狀水流

環(huán)流是引起河流橫向輸沙的主要?jiǎng)恿Γ纬珊硬坌螤疃鄻踊闹饕?，?duì)泥沙運(yùn)動(dòng)和河床演變有重要影響。（二）環(huán)流類型1、縱軸環(huán)流2、橫軸環(huán)流3、斜軸環(huán)流4、豎軸環(huán)流旋轉(zhuǎn)軸呈水平狀并基本上與主流方向平行。它多與主流結(jié)合在一起，形成螺旋流。1、縱軸環(huán)流對(duì)河道影響：巖質(zhì)河岸常出現(xiàn)凹岸沖刷，凸岸堆積；沙質(zhì)河岸，會(huì)造成河流改道。彎道環(huán)流示意圖彎道螺旋流

受彎道慣性離心力作用下形成的，是蜿蜒性河段水流結(jié)構(gòu)的主要形式。復(fù)合螺旋流

復(fù)合螺旋流發(fā)生在較大的順直河段，由兩個(gè)或兩個(gè)以上旋轉(zhuǎn)方向不同的縱軸環(huán)流組成，但在各個(gè)環(huán)流交界面上流向必須相同。雙向環(huán)流邊灘形成機(jī)理河道的截彎取直和牛軛湖的形成旋轉(zhuǎn)軸呈水平狀，但與縱向主流垂直2、橫軸環(huán)流發(fā)生地方：有擋水建筑的地方；河流縱比降突變的地方。對(duì)河道影響：一般造成河床沖刷。橋墩前橫軸環(huán)流示意圖攔水堰下游橫軸環(huán)流示意圖橋墩附近的沖刷瀑布后緣的沖刷旋轉(zhuǎn)軸與河流流向有一個(gè)夾角，實(shí)際是橫軸環(huán)流的特例。3、斜軸環(huán)流北碚嘉陵江中的“碚石”旋轉(zhuǎn)軸成鉛直方向，與主流及河底垂直。是相對(duì)封閉的回旋流。4、豎軸環(huán)流（漩渦流）發(fā)生地方：河道突然拓展的地方；洪水時(shí)的凹岸撇彎現(xiàn)象形成的回流。對(duì)河道影響：有時(shí)淤積，有時(shí)沖刷，取決于環(huán)流強(qiáng)度和水流挾沙能力；對(duì)于洪水時(shí)撇彎形成的環(huán)流，一般造成河床淤積。都江堰二千多年前李冰父子利用河流的曲流原理,修建了都江堰第一個(gè)曲流處,利用凹岸和凸岸,設(shè)置了魚嘴工程，江水一分為二，清水入內(nèi)江,泥沙濁水入外江。引水工程寶瓶壺設(shè)于凹岸處，將清水引向成都平原，而泥沙礫拋向凸岸，并被水流沖走。飛沙堰在枯水期將江水臺(tái)高，引入寶瓶口，洪水時(shí)，多余的水將越過(guò)飛沙堰流走。四、河水的泥沙運(yùn)動(dòng)（一）泥沙的水力特征靜水中：層流狀態(tài)下：紊流狀態(tài)下：泥沙在靜止的水中下沉?xí)r，在重力作用下，開始具有一定的加速度，隨下沉速度的增加，下沉阻力加大。當(dāng)重力與阻力相等時(shí)，泥沙等速下沉，這時(shí)泥沙的運(yùn)動(dòng)速度，叫做泥沙的沉降速度。1、泥沙的沉降速度2、推移質(zhì)與懸移質(zhì)推移質(zhì)：沿著河床被水流推動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)的泥沙或卵石。懸移質(zhì)：懸浮在水體中，歲水流而運(yùn)動(dòng)的泥沙。造床質(zhì)：組成河床的泥沙。（有一部分泥沙隨水流速度的變化，在推移質(zhì)與懸移質(zhì)之間轉(zhuǎn)換）設(shè)：河床表面泥沙顆粒為立方體，棱長(zhǎng)為d，水流推力（Px）與泥沙接受推力的面積（d2)成正比，與流速水頭(v2/2g)成正比。即：（三）推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)1、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)制抗拒泥沙啟動(dòng)的力W與泥沙在水中的有效重力G和摩擦系數(shù)成正比：艾里定律：推移質(zhì)的粒徑與水流速度的平方成正比，推移質(zhì)的重量與水流速度的6次方成正比：

d＝αV2

W＝βV6d

為粒徑，α、β是系數(shù)，V為流速，W為泥沙重量。泥沙在水中將動(dòng)而又未動(dòng)的臨界狀態(tài)：

Px=W忽略比降的情況下，整理上式可得：