第2章河川径流
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桥涵水文课件2河川径流
金沙江虎跳峡，平水期
虎跳石，平水期
金沙江虎跳峡，汛期
虎跳石被淹没，汛期
§1-3 水文测验
第三节 水文测验
• • • • • • • 1、水位观测 2、流速测验 3、断面的测量 4、流量计算 5、相应水位的计算 6、绘制水位流量关系曲线（补充） 7、水位—流量关系曲线的应用（补充）
§1-3 水文测验
河段分类
河段分类：
按地区划分
山区河段 平原河段 峡谷性河段 稳定性河段 次稳定性河段 变迁性河段 游荡性河段 宽浅性河段
按河床演变划分
冲击漫流性河段
第二节 径流形成
• 一、径流形成过程 • 二、影响径流的主要因素 • 三、我国河流的水量补给
§1-2 径流形成
一、径流形成过程
1、降雨过程 2、流域蓄渗过程 3、坡面漫流过程 4、河槽集流过程
1、雨源类 2、雨雪源类 3、冰雪源类
1、雨源类
秦岭、淮河以南到台湾、海南岛、云南广大地区 特点：一年内径流量的变化与降水变化完全一致
2、雨雪源类
华北、东北、西北地区的河流，每年有两次汛期， 年流量过程线成双峰形。
黄河解冻（凌汛）
3、冰雪源类
西北地区新疆、青海等地的河流，年流量过程线成 单峰形。
其他看法
• 交通局认为是过度采砂。 • 河道管理部门认为河流缺乏疏浚。 • 民间认为：任何桥梁设计均可能存在问题。
案例二 ：辽宁浑河上游苏子河段东南杂木大桥 发生坍塌 （一）
东南杂木大桥发生坍塌 （二）
初步分析
• 中间有一处桥墩被大水冲毁，随之有两跨 上部结构掉入水中。 • 水的流速大，造成桥梁下部基础被冲毁， 是冲刷深度大于基础（扩大基础）的埋深 所致，纠其原因应该是桥梁设计时未考虑 这么大的水，桥跨布置过小，河床段面压 缩过大所致。
桥涵水文 第二章 河川径流PPT课件
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2.2.1 流域
流域：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称为某条河流的流域。
分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线， 称为分水岭。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。其大小应该
测速垂线数目，根据河宽、水深来确定。测速垂线上的测点数，根据垂 线的水深，流速仪的悬吊方式和测量精度的要求来确定。
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2.3.3 流量计算
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2.3.3 流量计算
V (m/s)
一点法 Vm V0.6
0.0
0.2
二点法
Vm 12(V0.2 V0.8)
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2.3.2 流速测验
流速观测 天然河流过水断面上的流速分布 流速观测的常用方法：流速仪和浮标法
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2.3.3 流量计算
断面流量
流速仪只能测得某点的流速，为了求得断面平均流速，首先在断面上布 设一些测速垂线，在每一条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速， 最后根据测点流速的平均值求得测线平均流速，再由测线平均流速求得 部分面积平均流速，进而推得断面流量。
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2.2.4 河川径流的形成
暴雨：50~100 1) 暴雨( >50mm/24h) 大暴雨：100~200 I
特大暴雨：>200
2) 大雨 ：25~50 mm/24h
3) 中雨 ：10~25 mm/24h
河川径流的基础知识
水循环过程图
3、水循环类型
根据其路径和规模分为：
大循环（又称外循环、海陆间循环）
小循环（又称内部循环，包括海洋小循环和陆地小循环）。
水汽输送
蒸 发
径流输送
大陆
海洋
海陆间循环：是指海洋水与陆地水之间通过
一系列过程所进行的相互转换运动。这种循环 又称为大循环。
意义：使得陆地上的水不断得到补充，水资源
第2章 河川径流形成的 基本知识
2.1
水循环及水量平衡
一、水循环
自然界中的水从形态上（固、液、 汽）、位臵上（地面、地下、空中）不 断地、周而复始地变化过程构成了水循 环。（图示）
1、概念
地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通 过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断
地发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水循环。地球
式中，∑L ~ 流域内干支流的总长 度(km) ；A ~ 流域面积(km2)
6、流域的长度和平均宽度
流域长度就是流域轴长。以流域出口为中心向河源方向 作一组不同半径的同心圆，在每个圆与流域分水线相交处 作割线，各割线中点的连线的长度即为流域的长度，以km 计。流域面积与流域长度之比称为流域平均宽度，以km计。
虚拟河底
式中h0 ,…, hn——自下游到上游沿程各点河底高程、 l1 ,…, ln——相邻两点间的距离。m； L ——河段的全长．m。 如果纵剖面呈曲线形，则用折线逼近。
4、河网密度： 流域内河流干支流总长度与流域面积的比值称 为河网密度，以km／km2计。即流域平均单位面积 上的河流长度。表示流域内河网疏密程度，反映 流域汇流能力。密，汇流强；疏，弱。 5、流域面积： 流域分水线包围区域的平面投影面积，称为流 域面积，记为F，以km2计。可在适当比例尺的地 形图上勾绘出流域分水线．量出其流域面积。反 映流域大小，是流域的主要几何特征。
第二章 水循环与河川径流的形成 工程水文学
2.下垫面因素
下垫面因素：流域的地形、土壤、地质、植被、 湖泊等自然地理因素，称为下垫面因素。 流域的地理位置决定降雨量的多少，地形对降雨 、蒸发、蓄渗及汇流都有影响；土壤和地质因素 决定入渗和地下径流的状况；植被可以改造土壤 和气候；湖泊也有贮存水量、调节径流的作用。 3、人类活动对径流的影响 人类改造自然的活动对径流的影响可从三方面体 现出来：农林牧措施、水土保持措施以及水利化 措施。 另一方面，人类的活动又极大地影响到水质的变 化，致使水体污染加剧。
两脚规法）
河流比降：单位长度河段的落差，分水面比降
和河底比降
H 2 , H1
H
（1）河流——山区与平原河流的一般特性
山区河流
流经地势高峻、地形复杂的山区。
受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形 成发育不完全的“V”字和“U”字形。大多为岩
石河床，复杂、无规律
洪水汇流快，暴涨暴 落，水位变副大，丰
三、地下径流与固体径流 1、地下径流 地下径流与地面径流相比，水量较小，水位变幅不大，在数
量和时间上相对稳定。同时，矿物质含量高、地下径流污染
较轻、水质条件较好 2、固体径流 1）悬移质泥沙：颗粒较小，重量较轻，悬浮于水中，随水流 运动的泥沙 2）推移质泥沙 ：颗粒较大，重量较重，沉于河底，当水流速 度较大，沿河床滚动、跳动的泥沙
坡面漫流过程
汇流
是净雨经坡面、地下水库、 河槽调蓄，在时程上再分配 的过程
河槽集流过程
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二、河川径流的影响因素
1、气象条件 气温、湿度、风等通过降水、蒸发对径流产生作 用，流域内的蒸发、降水直接决定了河川径流量的大 小。 流域地理位置在地球上的经度、纬度以及与海洋、 山脉的远近直接决定流域内的气象条件。
第二章 河川径流形成的基本知识
多年平均情况下，∆S→0
则多年平均水量平衡方程为： P - ( E + R )＝ 0
4) 全球水量平衡方程 大陆的水量平衡方程： 海洋的水量平衡方程：
Pc R Ec Sc
C指大陆
Po R Eo So
O指海洋
多年平均情况下：∆S→0
大陆多年平均水量平 衡方程为：
海洋的多年平均水量平 衡方程为：
闭合流域与非闭合流域 地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域；
地面与地下分水线不重合的流域为非闭合流域 一般大中河流多按闭合流域考虑
P19
地面分水线 地下分水线
地下分水线 地面分水线
合流域示意图
3) 闭合流域水量平衡方程
闭合流域：地表分水线和地下分水线重合，无水分从 地表和地下流入 则 RsI = RgI = 0； 令出流水量 R = RsO + Rg，再假设区域用水量小到 可以忽略，即 q = 0，则闭合流域水量平衡方程为： P - ( E + R )＝ ∆ S
中游
下游 河口
海洋
上游：直接连着河源 河口：河流的终点
河源
上游断面
洪水位
上游特点：河道坡度大，水流急，流量小，水情变化大，河谷 窄，多急滩瀑布，河槽多为基岩或砾石，冲刷下切占优势
中游断面
洪水位
中游特点：河道坡度变缓，流速减小，流量增大，河道冲淤都不 严重，河床比较稳定，下切力减弱，但侧蚀力量增强，河槽 逐渐拓宽和曲折，两岸出现滩地
二
流域
1 流域
(1)分水线：地形等高线中的极大值区域称为山峰，
山峰的下坡方向为山脊，相邻山峰之间的区域称 为鞍部。山峰、山脊和鞍部的连接线称为分水线
工程水文学 第二章 河川水文基础知识
河流按不同的级别划分为： 干流： 干流：
河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。 河系中取长度最大或水量最多的河流为干流。
支流 :
汇入干流的河流均称为一级支流， 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。 支流的河流则称为二级支流，以此类推。 依据水流的流动方向从上至下分为五段： 依据水流的流动方向从上至下分为五段： 河源 上游 中游 下游 河口
式中，L ~ 河段的长度 河段的长度(m) 式中， h0, h1, … hn ~ 从下游到上 游各点河底高程(m) 游各点河底高程 l1, l2, … ln ~ 各点间的距 离(m)
河底线
hn 0 ln
h
i
h li L
l
h0 l
l
2.1.2 流域及流域的主要特征
★ 流域的定义
河流某断面以上， 河流某断面以上 ， 汇集地表水和地下水的区 域（ 分别称做地面集水区和地下集水区）统称做 分别称做地面集水区和地下集水区） 河流在该断面以上的流域。 河流在该断面以上的流域。
流域平均宽度B 流域平均宽度B ：km B=A/L 流域的形状系数 K K=B/L=A/L2 (2) 流域的自然地理特征 地理位置
以地理的经度和纬度来表示。 以地理的经度和纬度来表示。
气候条件
以各种的气象因子来描述。 以各种的气象因子来描述。
流域的土壤岩石性质和地质构造
反映了流域下垫面的特征， 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。 的多小，土壤的蓄水性及地下水运动等。
(1) 流量 Q
单位时间内通过某一过水断面的水量， 单位时间内通过某一过水断面的水量 ， 可按 下式计算： 下式计算：
第2章 河川径流
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第二章 河川径流
• 三、我国河流的水量补给
1、雨源类 秦岭、淮河以南直到台湾、海南岛、云南等 广大地区的河流，都属于雨源类。
长江汉口水文 站1954年和 1955年流量过 程线
汛期长 水量大
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第二章 河川径流
分水岭
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第二章 河川径流
分水岭
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第二章 河川径流
• 2、雨雪源类 华北、东北地区的河流，每年有两次汛期：34月间由于融雪形成春汛；入夏后降雨增多，6~9 月间形成夏汛或秋汛。
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第二章 河川径流
（2）河流长度：一般天然河流，从河源到河 口的距离。
• 测量方法：用曲线计、两脚规或其它方法，从地图上得到。 • 缺点：一般比实际距离要小，需要进行修正。
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第二章 河川径流
• （3）河流比降：任意河段两端（水面或河底）的高程差
与其河段长度之比称为比降，有水面比降和河底比降。以百 分数或小数表示。
水文资料的来源: 1、水文站观测资料 3、文献考证资料
2、洪水调查资料
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第二章 河川径流
• 一、水文站观测资料
一般搜集历年最大洪峰流量（同一洪水成因）及其相应 的洪峰水位、洪水比降、粗糙系数、流速、河段变化等 。 水文站观测资料由于天然或人为原因，会存在一些误差， 因此在使用时需要复核。 1、洪水水位资料的复核 2、洪峰流量资料的复核
特点：流域面积大，比降 小；汇流时间长、涨落平 缓、水位流量变幅小、河 床稳定性差、地势平坦易 冲淤。
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第二章 河川径流
• 平原河流按平面形态及演变过程可分为四种类型 的河段： • ①顺直微弯型（边滩平移型）河段：
第二章河川径流形成的基本知识
第二章河川径流形成的基本知识2.1水文循环及水量平衡一、水文循环1水文循环（水循环）:存在于地球上各种水体中的水,在太阳辐射与地心引力的作用下,因蒸发成为水汽,经输送、上升、冷却、凝结，并在适当条件下，降落到地面，再经过入渗和径流等方式进行不断交替转移的现象。
2水文循环的要素：蒸发（E）、降水（P）、下渗量（I）、径流（R）3水文循环的分类：大循环---海洋与陆地之间的水分交换；小循环---海洋与大气之间、陆地与大气之间的水分交换。
4水文循环的内外因：外因---太阳辐射、地心引力；内因---水的气、液、固三态在一定条件下彼此之间的转化。
5中国水分循环的途径我国位于欧亚大陆东部，太平洋西岸，处于西伯利亚干冷气团和太平洋暖湿气团的交绥带。
——太平洋是水汽的主要来源，由东南季风和热带风暴降大量水汽输向内陆形成降水，雨量自东南沿海向西北内陆递减，而相应的大多数河流则自西向东注入太平洋，如长江、黄河、珠江等；——其次是印度洋，水汽随西南季风进入我国西南、中南、华北以至河套地区，成为夏秋季降水的主要源泉之一，径流的一部分自西南一些河流注入印度洋，如雅鲁藏布江、怒江等；另一部分分流入太平洋；——北冰洋水汽借强盛的北风经西伯利亚和内蒙古进入我国西北地区，但水汽含量少，引起的降雨并不多，且大部分回归太平洋；——鄂霍茨克海和日本海的水汽随东北季风进入我国，对东北地区春夏季降水起着相当大的作用，径流注入太平洋；——大西洋的少量水汽随盛行的西风环流东移，也能参加我国内陆腹地的水分循环。
6水体更替周期：水体通过水循环得到更新，其更新时间称为“更新周期”。
计算公式为：t r= S/Q。
（式中，t r为更新所需时间；S为水体的储量；Q为流量）二、水量平衡1水量平衡：在任一区域给定时段内，输入水量与输出水量之差等于该区域内的蓄水量变化2水量平衡方程——I –O = △S式中，I——给定时段内的输入水量；OO——给定时段内的输出水量；△S——给定时段内的蓄水量变化，可正可负。
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②弯曲型（蜿蜒型）河段：
凹岸
凹 岸
？
凸 岸
第二章 河川径流
凹 岸 冲 刷、 凸 岸 淤 积
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• ③分汊型（交替消长型）河段：
第二章 河川径流
特点：河槽分 汊，两股汊道 周期性交替消 长。
长江南京附近八卦洲分汊河段
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• ④散乱型（游荡型）河段：
黄河花园口游荡型河段
ห้องสมุดไป่ตู้
第二章 河川径流
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第二章 河川径流
• 1、降雨过程； • 2、流域蓄渗过程； • 3、坡面漫流过程； • 4、河槽集流过程
图2-2-1 径流形成过程示意图
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第二章 河川径流
• 河川径流的大小和变化，通常用流量Q和水 位H来表示。
第二章 河川径流
2、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：分为河流横断面、河流纵断面。
概念：水位、河槽、河滩、单式断面、复式断面、过水断面、 深泓线（航线） 。
H1
H2
水准基面
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第二章 河川径流
位于青岛观象山山顶处，由中国人民解放军总参 测绘局于50年代所建，全国各地的海拔高度皆由此 点起算。我国把黄海海平面定为海拔基准面。
黄 河 流 域 航 拍 图
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第二章 河川径流
2、流域的特征
（1）几何特征
主要是流域面积和流域形状。河流集水
区域的面积大小，称为流域面积。
流域面积和 流域形状是 如何影响径
流的？
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第二章 河川径流
在相同自然地理条件下：
✓ 流域面积A越大，径流量Q越大，流域对径流变 化的调节作用也越大，因而洪水涨落平缓；流域 面积A越小，Q越小，但洪水涨落较为急剧。流域 形状影响径流汇集时间的长短和径流形成过程。
✓ 流域形状狭长为羽毛形，则出口断面流量就小， 径流过程的变化较小而历时较长。相反，流域形 状宽阔呈扇形出口断面流量大，径流过程的历时 较短。
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第二章 河川径流
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第二章 河川径流
（2）自然地理特征
主要是流域的地理位置和地形。
地理位置
影响流域的降水和蒸发
地形
平均高程 平均坡度
影响降水和蒸发 汇流速度和时间
第二章 河川径流
• 平原河流按平面形态及演变过程可分为四种类型 的河段：
• ①顺直微弯型（边滩平移型）河段：
特点：河槽顺直、 边滩交错、洪水 期缓慢下移。
科罗拉多河(Colorado River)
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• ②弯曲型（蜿蜒型）河段：
长江荆江蜿蜒型河段
第二章 河川径流
特点：河槽弯曲、 凹岸冲刷、凸岸 淤积，河槽蜿蜒 蛇形。
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第二章 河川径流
自然界的水分循环：地球表面的各种水体在太阳
辐射的作用下，不断蒸发成水汽进入大气，水汽在上 升和随气流运动中遇冷凝结，并以降水（雨、雪、 霜、露等）形式降落到海洋或地面上，到达地面的水 分，除部分被植物截留和蒸发外，其余一部分通过 河流汇入海洋；一部分渗入地下，随含水层流动并以 泉水的形式汇入江河；汇入江河的水最终汇入海洋。 然后又重新蒸发、上升、移动、凝结、降雨。如此 周而复始，形成自然界的水分循环。
特点：河槽宽浅， 沙滩密布，主流 摆动频繁。
游荡型）河段
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第二章 河川径流
• §2.2 河川径流的形成
• 一、径流形成的过程：
（1）定义 流域内，自降水开始到汇集的雨水流过出口断面的全过
程，称为径流形成过程。
（2）此过程分为四个阶段：
降水——流域蓄渗——坡面漫流——河槽集流
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• 径流形成的过程：
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第二章 河川径流
§2.1 河流和流域
一、河流
1、河流的形成与分段 河川径流；水系；干流；支流； 河源；河口；上游；中游；下游
图2-1-1 黄河水系略图
黄河发源于青藏高原巴 颜喀拉山北麓（lu）海 拔4500米的约古宗列盆 地。经青藏高原的青海、 四川、甘肃，黄土高原 和鄂尔多斯高原的宁夏、 内蒙古、陕西、山西， 华北平原的河南、山东， 注入渤海，全长5464公 里，流域面积75万平方 公里.
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三、河流分类
• 1、根据流域地形特点分类： ①山区河流
第二章 河川径流
②平原河流
特点 ：地势陡峻，汇流时间 短，暴涨暴落，水位流量变 幅大，持续时间短，水流流 态紊乱，河流比降大。
特点：流域面积大，比降 小；汇流时间长、涨落平 缓、水位流量变幅小、河 床稳定性差、地势平坦易 冲淤。
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第二章 河川径流
• 相关定义
水位——横断面内，自由水面高出某一水准基面 的高程；水位分为高水位和低水位；
河槽——宣泄洪水和输送泥沙的主要通道，常年 流水，分为主槽和边滩；
河滩——只有汛期才有水流，无明显底沙运动， 可生长植物、种植农作物；
深泓线—河流中沿水流方向各横断面上最大水深点 的连线。
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第二章 河川径流
第二章 河川径流
第一节 —— 河流和流域 第二节 —— 河川径流的形成 第三节 —— 水文测验 第四节 —— 水文资料的搜集和整理
本章要求：掌握河川径流的基本概念，并能对其中的 基本概念归纳出正确的定义。
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引言
第二章 河川径流
海陆循环
桥涵水文
第二章 河川径流
内陆循环
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第二章 河川径流
• 相关定义
河川径流——受重力作用沿河床流动的水流； 水系——脉络相通的大小河流所构成的系统； 干流——水系中直接流入海洋或内陆湖泊的河流； 支流——流入干流的河流； 河源——在河流干流上开始具有表面水流的地方； 河口——河流流入海洋或湖泊的地方。
黄 河 水 系 略 图
桥涵水文
i H2 H1 l
一条河流各段比降是不一致的，河流比降一般自河源向 河口逐渐减小。河底比降相对水面比降来说比降稳定，因为 水面比降还会受到水位的影响。
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二、流域
第二章 河川径流
1、定义：汇集水流的区域称为某河的流域（汇水区、汇水面积）
流域的周界称为分水线。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。
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第二章 河川径流
（2）河流长度：一般天然河流，从河源到河 口的距离。
测量方法：用曲线计、两脚规或其它方法，从地图上得到。 缺点：一般比实际距离要小，需要进行修正。
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第二章 河川径流
• （3）河流比降：任意河段两端（水面或河底）的高程差
与其河段长度之比称为比降，有水面比降和河底比降。以百 分数或小数表示。