水文学讲义3

水文学第三章作业

一、名词解释

1 河流：降水或涌出地表的地下水，汇集在地面低洼处，在重力作用下经常或者周期性地沿流水本身塑造的线性洼地流动，这就是河流。地表流动的水和天然容水的槽构成河流的2个要素。

2水位：水体的自由水面高出某一基面的高程。测定水位的基面有两种：一是绝对基面，某河河口的平均海平面，目前我国统一采用黄海水准面；另一为测站基面，以测站最枯水位以下0.5~1m作为起算0点的基面。

3 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。形成洪水时，河流水量猛增，往往超过河网的正常渲泄能力，导致洪水灾害。影响洪水形成的因素:天气因素，流域下垫面因素即地形和植被。

4泥沙的沉降速度：泥沙颗粒在静水中下沉时，由于重力作用，开始具有一定的加速度，随着下沉速度的增加，下沉阻力也渐渐增大，当下沉速度达某一极限值时，阻力与重力恰好相等，则泥沙以均匀速度下沉，这时泥沙的运动速度，称为泥沙的沉降速度。通常用符号ω表示，单位为cm/s。因为沉降速度可用来表达泥沙直径的大小，故沉降速度也称泥沙的水力粗度。影响天然河道泥沙沉降速度的主要因素有：泥沙颗粒直径d，泥沙容重rs，水流的紊动强度等。

5 浆河现象：当含沙量超过某一极限后，在洪峰忽然退落、流速迅速减小的情况下，有时整个水流已不能保持流动状态，就地停滞不前。这种高含沙水流所造成的河槽堵塞现象，称为浆河。浆河出现后，若上游又有大量浑水继续下行，使能量不断积蓄，则将重新转化为运动状态，有时浆河也并非全部停滞，而是具有间歇性阵流特征。如果上游没有浑水下行，则浆河也会持续下去，以致泥沙逐渐淤积密实。观测资料表明，泥沙组成越粗，出现浆河时的含沙量也越大。

6 揭河底现象：在黄河干流龙门、渭河临潼一带，有时当通过高含沙大洪峰时，河床发生强烈的冲刷，可以看到厚达1m的成块河床淤积物被掀起露出水面，再塌落水中，或者把成片的河床淤积物象卷地毯一样卷起，一次洪峰可以将河床冲深几米乃至近十米，这种高含沙水流的强烈冲刷现象，称为揭河底。

7湖泊：湖泊是地球陆地表面具有一定规模的天然洼地形成的蓄水体系，是湖盆、湖水及水中物质组合而成的自然综合体。

8 水库：水库是人们按照一定的目的在河道上建坝或堤堰创造蓄水条件形成的人工湖泊。水库由拦河坝、输水建筑物、溢洪道等组成；有的水库还有通航建筑物、水电站厂房、排沙底孔等。

9 湖泊波漾：湖泊整体或局部水域，由于风力、气压突变、地震等的影响，水面发生的周期性摆动，称波漾（驻波、定振波）。分单节波漾、双节波漾、多节波漾。

波漾是两个方向相反，波长、周期相同的波浪叠加的结果。如果行进波遇到陡岸发生反射，在全反射的情况下，反射波与入射波的振幅、波长基本相同，两者相互叠加成波漾，叠加后其结果是波腹处的振幅为入射波的2倍，而波长不变。波漾水质点的运动是开敞的，不是沿着圆周运动，而是沿着抛物线运动。

10 湖泊增减水：由于强风或气压骤变引起的漂流，使湖泊迎风岸水量聚积，水往上涨，背风岸水往下降，前者称为增水，后者称减水。一岸增水，一岸减水，必然造成两岸水位差，湖面变成倾斜状态。倾斜的湖面反过来又阻滞着漂流作用。并在水下形成与漂流流向相反的补偿流。

二、填空题

1 河流的分段及各段水文、地理特征。河源：河流最初具有地表水流形态的地方；上游：河谷窄、比降和流速大、流量小，侵蚀占优势，纵断面呈阶梯状；中游：水量增加、比降较和缓，侵蚀和堆积大致均衡；下游：河谷宽广、河道弯曲、流速小、流量大，淤积作用显著，常见浅滩和沙洲。河口：河流入海、入湖或汇入更高级河流处，常有泥沙堆积。有时分汊现象显著，在入海、湖处形成三角洲。河源确定通常根据“河源唯远”和“水量最丰”原则。

2 河道环流的主要类型。

3 对于河底单粒泥沙运动来说其起动流速大于止动流速。

4 北欧、加拿大和美国北部是世界上湖泊分布最集中的地区。我国长江中下游地区、青藏高原湖泊分布也很广泛。

5 水库分湖泊型水库和河川型水库2大类。

6 湖水运动具有周期性升降波动和非周期性的水平流动两种形式。前者如波浪、波漾运动，后者如湖流、混合、增减水等。通常波动与流动往往是相互影响、相互结合同时发生的。

7 湖水混合使湖水的热量、动量、质量及溶解质等从平均值较大的水域向较小的水域转移，使湖水的理化性状在垂直及水平方向上均趋于均匀，从而有利于水生生物的生长。

三、问答题

1 流域产流的方式有哪些？简要说明我国流域产流的地域特征。

在较大的流域中，由于下垫面性质的空间差异，可能具有各种产流机制组合，各种产流机制的组合称流域的产流方式。常见的大流域产流方式主要有以下三种：（1）超渗产流方式。主要发生在地下水埋藏深，包气带厚度大，土壤透水性差、植被覆盖也较差的丘陵区或干旱区。这种产流方式在降水强度大于上层土壤的下渗率时才产生地面径流。

（2）饱和产流(蓄满产流)方式。蓄满产流分三种情况，一种包含饱和地面径流、壤中径流和地下径流，一种包含饱和地面径流和壤中径流，一种包含饱和地面径流和地下径流。蓄满产流发生在包气带较薄、植被较好、土壤透水性强和下渗强度大的地区。

蓄满产流的主要特征是：先满足包气带最大蓄水量的地方先产流；一次降水过程中，随着降水的继续，产流面积不断增大、产流量也不断增大；对同一流域、同一降水量，包气带起始含水量大，产流量也大，反之则小。当未达到流域最大蓄水容量以前dR/dP﹤1，以后满足dR／dP=1。

（3）超渗与饱和产流交替型方式。主要发生在包气带厚度约2-4m，土壤透水性中等，年内及多年降水量很不均匀，地下水位变幅较大的地区。在年内干旱期，产流方式以超渗地面径流为主，汛期以饱和地面径流产流为主。在多年变化上，少水年以超渗产流为主，丰水年以饱和产流为主。

我国一些地区的产流方式。我国淮河以南雨量丰沛的湿润地区，东北有冻土存在的地区，以饱和地面产流类型为主；西北气候干燥的地区，华北、东北的西南部，多以超渗地面产流为主；上述地区植被差的土石山区，呈现出超渗径流和壤中径流复合型的产流特征。滨海平原，地势低洼，地下水埋深浅，降水的年内分布不均，也呈现超渗、饱和产流交替型。

2 流域汇流的影响因素有哪些？

（1）降水特性的影响。降雨中心在流域的空间分布及其移动方向，降雨量和降雨强度都影响流域汇流。相同降雨量的降水，降雨强度越大，产流越快，洪峰流量越大，流量过程线越尖瘦。降水中心在下游，流量过程线更尖瘦。降水中心从上游向下游移动也有利于形成洪水，反之则不利于形成洪水。

（2）流域地形坡度的影响。流域地形坡度越陡，坡面汇流的速度就越快，汇流时间越

短，地面径流的损失量越小，流量过程线越尖瘦。

（3）流域形状的影响。在其他条件相同的情况下，狭长形状的流域汇流时间长，径流过程线平缓；圆形流域汇流集中，洪峰流量大，洪水涨落快，流量过程线尖瘦。

（4）水力条件的影响。畅流条件下，水位越高，流速越快，汇流历时越短，洪峰流量就越大，流量过程线越尖瘦。

3利用等流时线法计算流域计算流域产汇流过程。

如图，设等流时面积△ω1＝0.5km 2，△ω2＝15km 2，△ω3＝10km 2，流域汇流时段τ＝3h ，净雨历时t c ＝6h ，降水过程中6个小时各时段的净雨深依次为：30mm ，25mm ，20mm ，20mm ，10mm ，10mm 试求各汇流时段的流量并绘制流量过程线。

（1）第一个等汇流时段的降水量为：h 1+h 2+h 3＝30mm+25mm+20mm=75mm=0.075m ； 平均流量为075m .0m 105.0h h h

Q 26)(3

2111

??ω=τ++?= =3.47m 3/s

（2）第二个等汇流时段的平均流量：

=τ+++=++ω?ω?)h h h (h h h (Q 3

21265412)106.02m 3/s （3）第三汇流时段的平均流量：

()125m h h h h h h Q 3321365423)(=τ+++=ω?++ω?/s

（4）Q 4=37.03m 3/s

4 列举主要的水系类型。

5 简述湖泊的概念以及湖泊是怎样分类的。

6 简述水库的类型及各类水库的主要特征

（1）湖泊型水库

汇流历时（单位：每1汇流时段3h ） 流

量

m 3

/s

坝身高，库容大，形状浑圆，水面比降很小，流速小，河流入库时水面突然展宽，水面比降突然变小，进水量多，出库水量少，泥沙淤积主要在河流入库口附近呈三角洲式淤积，并有异重流现象。

（2）河川型水库

坝身低，库容小，库形狭长，水面展宽不大，比降大，流速较大，水库基本保持原河流形状，略加宽和抬高了水位，故泥沙入库后呈带状均匀淤积。

7 说明水库异重流的形成、特征及在水库利用中的作用。

8 简述湖泊演化的过程。

湖泊有其发生、发展与消亡的过程。湖泊一旦形成，由于自然环境的变迁，人类活动的影响，湖盆形态、湖水性质、湖中生物等均在不断地发生变化。其中湖泊形态的改变，往往会导致其它方面的变化。湖泊由深变浅、由大变小，湖岸由弯曲变为平直，湖底由凹凸变为平坦，这就会使深水植物逐渐演化为浅水植物，沿岸的植物逐渐向湖心发展。由于泥沙不断充填、水中生物的死亡和堆积，最后湖泊会转变为沼泽。干燥区湖泊由于盐分不断累积、淡水湖转化为咸水湖。当水量继续蒸发减少，咸水湖可以变干，转化为盐沼，至此湖泊全部消亡。

（1）湖盆的演化。

湖岸变形。湖盆未充水前，岸坡基本上是稳定的。湖盆蓄水后，岸边土壤浸水，土壤中含水量增加，破坏了原先相对稳定的平衡条件，必然引起湖岸变形。

受湖水浸泡破坏的湖岸土层，在波浪、湖流的冲击作用下发生崩塌。滑塌物质一部分停积在岸边，另一部分随湖流挟走，在波浪长期的作用下，岸线逐渐后退，向湖心方向发展形成淤积浅滩。当浅滩发展到足以消耗传至岸边波浪的全部能量时，湖岸便演化成相对稳定的形态。

湖底沉积。湖底的演化主要是由沉积作用引起的。湖底的沉积物主要有外界输入和内部形成两个来源。外界径流或风力输入的沉积物质主要是流域上的泥沙、尘土、盐类及其它元素；内部形成的沉积物中，有湖岸崩塌的产物、因化学作用从湖水分解出来的盐类，以及湖中水生生物死亡后的残体等。湖底的沉积物分为机械沉积、化学沉积和生物沉积3种。流域上水土流失严重往往加剧了湖泊的泥沙沉积。例如，长江上游近些年来水土流失加剧，其中下游洞庭、鄱阳、洪泽、巢湖及太湖5大淡水湖泊的泥沙沉积也日趋严重。

（2）湖水的演化

湖水的演化是指湖水化学性质的改变。引起化学性质改变的因素有自然因素和人为因素两种。在自然情况下，湖水性质的改变往往是由于气候变化或盐分平衡变化引起的。例如，气候变干，蒸发加强，盐分不断浓缩，碳酸盐型水可转化为硫酸盐型水，硫酸盐型水可转化为氯化物型水。当水的矿化度不断增加，水量不断减少，各种盐类均可析出而沉积于湖底。相反如果气候变湿，氯化物型水也可转化为硫酸盐型水，硫酸盐型水又可转化为碳酸盐型水。当然，湖水的这种转化过程是长期的，非常缓慢的。人类活动因素主要是指工业废水、农田灌溉用水的排入，也会引起湖水性质的改变、演化。

（3）湖中生物的演化

湖泊水生物可分浮游生物、漂浮生物、自游生物和底栖生物等。不同的水生生物要求着不同的湖泊环境。湖盆的演化、湖水水质的变化，必然使湖泊生物群落的组成结构、生物的种类、个数也相应发生变化。着湖盆为沉积物所充填的程度，环生的草丛从四周向湖心扩展，而使湖心开阔的水面逐渐缩小，当湖泊水深减到一定程度，植物就沿着全湖面从湖底露出水面。生物残骸与泥沙的沉积日积月累，最终湖泊消亡成为沼泽。

9 简述径流的形成过程。

径流形成过程就分为流域蓄渗过程、流域汇流过程和河网汇流过程三个阶段。它是降水

在流域空间上的再分配过程。

（1）流域蓄渗过程：降雨初期，一般有不超过5%的雨水直接降落在河面上形成径流。此外的大部分降水则消耗于植物截留、下渗、填洼和蒸发散发。

（2）坡地汇流过程：超渗雨水在坡面上呈片流、细沟流运动的现象称坡地漫流。地面径流的产流过程和坡面的汇流过程是交织在一起的，前者是后者的必要条件，后者是前者的继续和发展。坡面漫流通常是首先在蓄渗能力低的地方先发生。如粘质土壤地区，较潮湿的地区，然后范围逐渐扩大。

（3）河网的汇流过程

各种径流成分经坡地汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程，即河网汇流过程。这一过程自坡面径流汇入河网开始，当坡面径流开始汇入河网时，河网水量增加，水位上涨、流量增大，称为流量过程线的涨洪阶段。此时由于河网水位的上升速度大于两岸地下水位的上升速度，可能出现河水补给两岸地下水的情况，增加了两岸的地下蓄水量，称河岸容蓄。同时，流域坡地汇入河网的总水量一定大于流出流域出口断面的总水量，河网蓄水也增加，称河网容蓄。当降水和坡地汇流停止时，河岸和河网容蓄的水量达到最大，河网汇流过程仍在继续，当上游河网汇入水量小于流域出口排泄量时，水位开始下降进入一次洪水过程的退水阶段，河网蓄水开始减少，流量减小，水位降低，河岸容蓄的水量又补入河网。最后，降水全部流出流域，河网的径流量与地下水补给量相等。这时的流量即为基流流量。