2.2 河流和流域_桥涵水文-QQ阅读男生都市网

上QQ阅读APP看本书，新人免费读10天

设备和账号都新为新人

2.2 河流和流域

河流是一种天然水体，是由一定区域内的地表水和地下水所补给，并经常或间歇地沿着由其自身所造成的连续延伸凹地流动着。把地面水和地下水补给河流的区域，即河流的地面集水区和地下集水区，合称为流域。下面简述河流和流域的一般知识。

2.2.1 河流

1.基本概念

降落到地面上的水，除掉损失一部分以外，在重力作用下沿着一定的方向和路径流动，这种水流称为地面径流。地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集而成河流。河流流经的谷地称为河谷，河谷底部有水流的部分称为河床。受重力作用沿河床流动的水流，称为河川径流。

流域里大大小小的水流路线，构成脉络相通的系统，称为水系，又称河系或河网。水系由干流及其支流组成。一般把直接流入海洋或内陆湖泊的河流称为干流，汇入干流的称为一级支流、汇入一级支流的称为二级支流，依次类推。水系一般以它的干流或以注入的湖泊、海洋名称命名，如长江水系、太湖水系、太平洋水系等。图2.2为黄河水系略图，其中虚线所围部分为黄河水系的范围，图中渭河是黄河的一级支流，泾河是黄河的二级支流，马连河是黄河的三级支流。不过所谓干流和支流是一个相对的概念。如对长江水系而言，汉江是它的一级支流，丹江、南河是长江的二级支流，但对汉江而言，丹江、南河又是它的一级支流。

图2.2 黄河水系略图

2.水系类型

水系的形式多种多样，不同的形式将影响流域水文过程线的形状。按照干支流平面组成的形态差异可将水系分为以下几种类型。

（1）扇形水系。水系如手指状分布，即来自不同方向的支流较集中的汇入干流。

（2）羽状水系。支流从左右两岸相间汇入干流，如羽毛形状。

（3）格状水系。干支流分布呈格子状，这是由河流沿着互相垂直的两组构造线发育而成。

（4）平行水系。几条支流近于平行排列，至下游或河口附近始行汇合。

（5）树状水系。干支流的分布呈树枝状。大多数河流属此类型。

一般较大河流，难以用一种类型概括，而是由两种或两种以上水系类型组成。水系类型直接影响洪水水情变化。如扇形水系和平行水系，支流洪水几乎同时汇入干流，易造成干流出现较大洪水，而羽形水系因支流洪水是先后汇入干流，洪水对干流威胁较小。

3.河流分段

一条河流通常可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。

河源是指河流的发源地，在河流的干流上开始具有表面水流的地方，它可能是溪涧、泉水、冰川、湖泊或沼泽等。

上游是河流的最上段，紧接河源，多处于深山峡谷中，坡陡流急，河谷下切强烈，流量小而水位变化大，常有急滩或瀑布，河底纵断面多呈阶梯形。

中游是河流的中间段，两岸多为丘陵，河床比降较平缓，流速减小，流量加大，冲淤变化不明显，但侧蚀力量增强，河槽逐渐拓宽和曲折，两岸常有滩地。

下游是河流的最下段，一般多处于平原区，河槽宽阔，流量较大，流速和底坡都较小，淤积作用明显，浅滩和河湾较多。

河口是河流的终点，即河流注入海洋，湖泊或其他河流的处所。河口处泥沙淤积严重。入海河流的河口段水情还受潮汐巨大影响。

4.河流的基本特征

河流的基本特征一般用河流断面、河流长度及河流比降来表示。

（1）河流断面。河流断面主要包括河流横断面和河流纵断面，可以用来表示河床的形态特征。由于水流与河床的相互作用，断面形状将时刻不停地发展变化着。

河流横断面是指垂直于水流方向的断面，其一般形状如图2.3所示。横断面内，自由水面高出某一水准基面的高程，称为水位。高水位以下的河床，由河槽与河滩两部分组成。河槽是河流宣泄洪水和输送泥沙的主要通道，往往是常年流水，底沙处于运动状态，植物不易生长；河槽中沿两岸较高的、可移动的泥沙堆称为边滩，其余的部分称为主槽。河滩则只在汛期才有水流，无明显的底沙运动，通常生有草、树木等植物，有的还种植农作物。只有河槽而无河滩的横断面称为单式断面，有河槽又有河滩的横断面称为复式断面。河流横断面能表明河床的横向变化。横断面内通过水流的部分称为过水断面，过水断面面积的大小随断面形状和水位而变化。

河流的纵断面是指河流沿水流方向各横断面最大水深点的连线（也称为深泓线）或河流中线的断面。沿河流深泓线的断面称为源流纵断面。河流纵断面能表明河床的沿程变化，如图2.4所示。一般而言河流纵断面的坡度从上游往下游逐渐变缓。

（2）河流长度。一般天然河流，从河源到河口的距离，称为河流长度。近似的河流长度可用曲线计、两脚规或其他方法直接在地形图上沿河流的深泓线量得，但往往比实际长度偏小，需要进行修正。

图2.3 河流横断面的一般形状

图2.4 河流纵断面图

（3）河流比降。任意河段两端（水面或河底）的高差称为落差，深泓线上单位长度内的平均落差称为比降。河流比降有水面比降及河底比降。某一河段的比降，可按下式计算：

式中 i——一定河段的比降，可用小数、百分数（%）或千分数（‰）表示；

H₁、H₂——河段下游端和上游端的高程（水面的或河底的高程），m；

l——河段长度，m；

ΔH——水面或河底的落差，m，以水面落差计算的i为水面比降，以河底落差计算的为河底比降。

河流比降受很多因素的影响，变化很大。河口附近的比降受泥沙淤积、潮汐倒灌或大河顶托的影响，变化更大。河底比降相对于水面比降来说比较稳定，水面比降还将随不同的水位而变化。河流比降一般自河源向河口逐渐减小，沿程各河段的比降都不相同。河底比降的沿程变化，其任意断面间的平均比降（‰）可按下式计算：

式中 H₀、H₁、…、H_n——自出口断面起沿程各特征点的河底高程，m；

l₁、l₂、…、l_n——各特征点之间沿深泓线的距离，km；

L——河流长度，km。

2.2.2 流域

流域是河流的集水域，降落到地面上的水被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，这些汇集水流的区域，就是流域（或汇水区）。有时我们称河流某一过水断面的流域，是指该断面以上的集水区域，即此集水区域的地面水和地下水，汇集到河流以后，通过该断面流出本区域。

分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线，称为分水线（或分水岭）。分水线就是流域四周最高点的连线，在山区是流域四周的山脉脊线；平原地区是四周地面最高点的连线。如秦岭是黄河和长江的分水线，而黄河和淮河的分水线则是黄河南岸大堤。流域分水线所包围的平面面积，称为流域面积或汇水面积，单位为km²。如某水文测站的流域面积是指该水文站断面以上的集水区域面积。流域面积是河流水量的主要影响因素之一。汇入河流的地面水和地下水往往具有不同的分水线，但地下水的分水线不易确定，一般都以地面水的分水线为准。流域是河水补给的源地，流域的特征直接影响河川径流的形成和变化过程。流域的特征一般可分为两类。

1.几何特征

流域的几何特征主要是流域面积和流域形状。流域面积的大小，直接影响汇集的水量多少和径流的形成过程。在相同的自然地理条件下，流域面积越大，径流量（径流量是指一定时间内通过河流出口断面的径流总体积，常以m³计）就越大，但是流域对径流变化的调节作用也越大，因而洪水涨落比较平缓；流域面积越小，则径流量越小，但洪水涨落较为急剧。流域形状则主要影响流域内径流汇集的时间长短，也影响径流的形成过程。若流域形状狭长而呈羽形［图2.5（a）］，则出口断面流量就小，径流过程的变化较小而历时较长；若流域形状宽阔而呈扇形［图2.5（b）］，则出口断面流量较大，而径流过程的历时较短。

图2.5 流域形状示意图

2.自然地理特征

流域的自然地理特征主要是指流域的地理位置和地形。流域的地理位置一般以流域中心和流域边界的经纬度来表示。由于降雨、蒸发等各种气象因素都随地理位置而变化；因此，一切水文特征也都与地理位置有密切关系。流域的地形一般以流域平均高程和流域平均坡度来表示。流域平均高程对降雨和蒸发都有影响。流域平均坡度是确定径流汇流速度和汇流时间的重要因素，坡度陡则汇流快，土壤入渗减少，使径流量增大。

另外，流域内的地质、土壤、森林植被、湖泊等，也都是流域的自然地理特征，与径流的形成过程都有密切关系。

2.2.3 山区河流和平原河流

河流的分类方法很多，由于分类的依据和目的不同，河流的分类也各不相同。根据河流的流域地形特点，一般将河流分为山区河流和平原河流两大类。对于较大的河流，上游段多为山区河流，下游段则为平原河流，而中游段常兼有两类河流的特性，是过渡性河段，称为山前区、半山区河流。对于较小的河流，则上、中、下游河段，可能都属于山区河流，也可能都属于平原河流。

1.山区河流

山区河流流经地势高峻、地形复杂的山区。河谷是在漫长的历史过程中，由于水流不断的纵向切割和横向拓宽而逐步形成。河谷断面为发育不完全的“V”形或“U”形（图2.6），坡面呈直线形或曲线形，断面狭窄。

山区河流沿程多为峡谷段与开阔段相间，平面形态极为复杂，两岸与河心常有巨石突出，急弯、卡口比比皆是；纵断面陡峻，急滩、深潭上下交错，常呈台阶状。

山区河流的特点是：流域内坡面陡峻，岩石裸露，汇流时间短，而且降雨强度大，以致洪水暴涨暴落，水位和流量的变幅极大，往往一昼夜间水位可上涨10m之多，但洪水持续时间不长。山区河流的比降大，多在1‰以上，而且沿程变化较大，但落差多集中在局部河段。流速也很大，某些河段可高达6～8m/s。水流流态紊乱，存在回流、漩涡、跌水和水跃。山区河流的河床多为基岩、乱石或卵石组成，冲刷变形缓慢，河床比较稳定，但易受地震、山崩、滑坡、泥石流等的影响，造成河道突然堵塞而剧烈变化。

2.平原河流

平原河流流经地势平坦的平原地区。河流形成过程主要表现为水流的堆积作用，形成深厚的冲积层，可深达数十米至数百米。冲积层最深处多为卵石，其上为沙夹卵石，再上为粗沙、中沙以至细沙。枯水位以上的河滩表层，则为黏土、黏壤土。这些泥沙组成的分层现象与河流形成的发育过程有关。

平原河流的河谷多为发育完全的形态，如图2.7所示。其特点是具有广阔的河滩，洪水时河滩被淹没，中、枯水时则露在水面以上。洪水漫滩后，在河滩与河槽联结的部分，因断面突然扩大，流速骤然降低，泥沙集中在河滩边缘落淤，往往在靠近河槽处形成地势较高的自然堤，在远离河槽的滩地上则形成洼地、湖泊，而且河滩具有明显的横比降。