2019最新《供水水文地质》第二章讲义物理

河源
上游
中游
下游
河口
湖北宜昌
长江
江西湖口
河源：
指河流开始的地方，可以小溪、泉水、冰川、 湖泊或沼泽等形式出现。
长江正源
长江源头鸟瞰
长江河源：
沱沱河上游，青海唐古拉 山脉各拉丹东雪山；
西藏当曲。
上游
上游的特征是水位落差大，水流急，流量小，下
切力强，河谷窄，呈V型，河槽多为基岩。河流常出
中泓线：河道中各横断面水 流最大流速点的连线。
③河流的断面：
纵断面：
1) 定义：河流从上游至下游沿深泓线所切取的河床 和自由水面间的剖面。
2)作用：反映河底纵坡和落差的分布，可推算水流特 性、估计水能储量。
横断面：指与水流方向垂直的断面，两边以河岸、 下面以河底为界的称为河槽横断面，包括水位线在内 的横断面称为过水断面。
水循环的四个主要过程：
水汽输送
水汽输送
降水
降水
蒸发
入
径流
渗
蒸发
水循环的外因：
太阳辐射能和地球引力的存在。
水循环的内因：
水物理三态(气、液、固)之间的相互转化。
2、自然界水循环据水循环过程的整体性和局 部性（规模及涉及的地域）可分为二类：
海洋上空
大陆上空
降 水 海 洋 蒸 发
海洋
气流输运
水文循环的定义：
地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下 蒸发变成水汽，上升到空中，被气流带动输送 到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水 的形式降落到地面和海洋，降至地面的那部分 水，再从河道以地表水或渗入地下以地下水形 式补给河流，最终流入海洋。水分这种往返循 环、不断转移交替的现象称为水文循环或水循 环(Water Circulation/Cycle)。
以概率论和数理统计学为基础，通常建立 某种概率模型，探讨水文现象的统计规律。
－ 地理综合法 (Comprehensive Geographic Method)
根据气象要素和其它地理要素的地区性分 布规律，来探讨受其影响的某些水文特征值的 地区变化规律。
我国的研究方法为“多种方法，综合分析， 合理选定”的原则。
4、水文现象的特征
1）时程变化的周期性与随机性统一
水文现象的确定性规律（Determination) 水文现象的周期性变化； 水文现象的因果关系。
水文现象的随机性规律(Randomness) 水文现象在时间和数量上不重复。
2）地区分布的相似性与特殊性统一
水文现象的相似性规律（Similarity） 气候因素的相似性； 地理条件的相似性。
一般的大、中流域，地面和地下分水线不 重合造成地面、地下集水区的差异相对于全流 域很小，常常视为闭合流域。
对于小流域、或流域内有岩溶的石灰岩地区， 有时交换水量占流域总水量比重相当大。
4）流域的主要特征的描述:
主要从几何特征和地理特征二方面进行描述:
(1) 流域的几何特征 (Geometric features) 流域面积 A (Area of watershed) km2
水文现象的特殊性规律(Speciality) 地形地质条件的差异性。
5、 水文学Biblioteka 研究方法：— 成因分析法(Genetic Analysis):
主要以数学和物理学原理为基础，通常建 立某种形式的确定性模型，研究水文要素与影 响因素之间定量关系。
— 数理统计法 (Mathematical Statistics):
1、河流的形成和特征：
接受一定区域内地表水和地下水补给，经 常或间歇地沿着狭长凹地流动的水流称为河流。 它是地球上水文循环的重要路径，也是泥沙、 盐类和化学元素等进入湖泊、海洋的通道。
河流（包括干流、支流）和流域内的湖泊、 沼泽或地下暗河彼此连接组成一个庞大的系统， 称水系，又称河系或河网。
河系的特征(Features of river system)
指分水线划定的范围在水平面上投影面积。
流域长度L (Length of watershed) km 由河源边线至河口的最长直线距离。 流域平均宽度B (Width of watershed)km
B=A/L
流域平均高程 (Elevation of watershed) m
流域内各相邻等高线 间的面积与其相应平 均高程乘积之和与流 域面积的比值。
⑤ 流域平均坡度 (Slope of watershed)
流域内最高最低等高线长度的一半及各等 高线长度乘以等高线间的高差乘积之和与 流域面积的比值。每相邻两等高线间的平均地面
坡度与相应两等高线间面积的乘积的总和，与流域总面 积的比值。
流域平均宽度B (Width of watershed)km
亚马逊河下游
河口
河口是河流终点，位于流入海洋、湖泊的地段。水流 速度骤减，大量泥沙沉积形成沙洲或河口三角洲。
长江口 黄河口
(1999/12/25 )
对于内陆河，往往没有河 口，而消失于沙漠里。
4、河流流域：(River Basin/Watershed) 1）分水线(岭)定义：(Watershed divide)
干支流实例
黄 河 西安
2、河系的主要特征的描述：
① 河流长度 L (River length):
指从河源沿河道至河口的距离或测站断面沿河槽 中泓线或轴线量取的距离称为河流长度，简称河长。 注意：不是河流二端间的直线距离
尼罗河 6650 km
亚马逊河 6437 km
长江 6380 km
② 河流的弯曲系数
流域内的水流通常包括地表水与地下水， 因此分水线有地面分水线与地下分水线之分。
★非闭合流域：
若地面分水线与地下分水线在水平面位置 上不完全重合，即地面和地下集水区不相重合 常称这种流域为非闭合流域；
★闭合流域：
若流域的地面水和地下水分水线在位置上 重合，即地面和地下集水区相重合，则称这种 流域为闭合流域。
根据横断面形状又可分为单式及复式两种。
枯水期水流通过的部分，称为基本河槽，也叫枯 水河槽或主槽。只有在洪水泛滥期才被洪水淹没的部 分，称为洪水河槽或河漫滩。河槽断面是计算流量的 重要依据。
④河流的落差和比降(River fall & slope) 落差：河源与河口的垂直高差称为河流的
落差。
落差大表明河流水能资源丰富。
指降落在流域表面的降水，沿流域地表 和地下二个途径流入河系，再流出流域出口断面 的水流，这样的物理过程称作径流形成过程。
河流周围地面高程最高点的连线。 分水线有地面分水线和地下分水线之分。前者是 汇集地表水的界线，后者是汇集地下水的界线。
2）河流流域的定义：
河流某断面（A断面）以上，汇集地表水和 地下水的区域统称做该河流 在A断面以上的流域。
由分水线包围的集水区域。
A
黄 河
长江
分水岭实例
3）非闭合流域(Unclosed Watershed) 与闭合流域(Closed Watershed)
反映了流域下垫面的特征，影响到降水入渗 的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。
流域地形特征(Topographic features) 可用流域地形图表征； 可用流域平均高程 & 平均坡度S表征。
北京市密云县地形图、高程图、坡度图等
坡
数
向
字
分
地
布
形
图
图
坡
度
高
分
程
布
图
图
流域的植被率和湖沼率 (Percentage of vegetation / lake / marsh)
河流按不同的级别划分为：
干流 (Main / Principal / Trunk river)
将汇集的水流注入海洋或内陆湖泊的河流叫干流。 或者河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。
支流 (Branch river)
汇入干流的 河流均称为一级 支流，而汇入一 级支流的河流则 称为二级支流， 以此类推。
现急滩和瀑布。
金沙江虎跳峡
金沙江虎跳峡虎跳石跌水
中游
中游的特征是河道比降变缓，下切力减弱而 旁蚀力增强，河槽逐渐拓宽，水量增加，两岸为 U形河谷地形。有些地方弯曲度变大，两岸出现 滩地。
长江荆江段
（假彩色卫星照片）
下游
下游特点是河谷宽，纵断面比降和流速小， 河道淤积作用较为显著，浅滩和河洲到处可见。 河床多为细沙和淤泥。
上式为河流某段的平均纵比 降，一条河流各段的纵比降 可能不一致，为了说明整个 河流纵比降情况，需利用下 述公式求其平均值。
J (h0 h1 )l1 (h1 h2 )l2 ... (hn1 hn )ln 2h0 L L2
3、河流的分段
依据水流的流动方向从上至下分为五段：
河道比降：落差与河长的比值称为河流
的比降。
比降越大河道汇流越快。
河道比降的计算：
如当河段的纵向河底线近于一条直线时，河道的 计算表达式：
J h1 h0 h
L
L
tgα
式中，J ~ 河段的比降;
△h h1

0
h0 0
L
h1, h0 ~ 河段二端河底高程; L ~ 河段的长度
河道比降常用小数或千分数表示。如：L=5km, 落 差为1.5 m，则 J=1.5/5000=0.0003；或 0.3 ‰
【水文习题】
1．使水资源具有再生性的原因是自然界的[ B ] A．径流 B．水文循环 C．降水 D．蒸发
2．水文循环的主要环节是 [ B ]
A．截留、填洼、下渗、蒸发 B．降水、蒸发、渗流、径流 C．截留、下渗、径流、蒸发 D．蒸发、散发、降水、下渗
第二章 水文学的一般概念与水文测验