[工学]2水文循环与径流形成11
工程水文学第二章径流形成
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工程水文学第二章径流形成
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工程水文学第二章径流形成
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工程水文学第二章径流形成
气旋雨：当一地区气压低于四周气压时， 四周气流就要向该处汇集。气流汇入后再 转向高层，上升气流中的水汽因动力次序 冷却凝结成云，条件具备时，形成气旋雨。
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工程水文学第二章径流形成
当表层土壤中的毛管水满足以后，继续入渗的 水分使表层土壤饱和。水分在毛管力的作用下向 下层透水同时，空隙中的自由水在重力作用下， 也沿空隙向下游以动，形成重力水。如果地下水 埋藏不深，重力水可能渗过整个包气带 ，形成地 下径流。
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工程水文学第二章径流形成
随着土壤含水量的持续增加，下渗率不断降低。 当下渗仅靠重力作用时，达到稳定状态，此时的下渗 率称稳定下渗率。
工程水文学第二章径流形成
• 河源：河流的发源地，多为冰 川、泉水、溪涧、湖泊或沼泽等。
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工程水文学第二章径流形成
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工程水文学第二章径流形成
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工程水文学第二章径流形成
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工程水文学第二章径流形成
• 上游：紧接河源，多处深山峡 谷，坡陡水急，河谷下切强烈，常 有急滩瀑布。
土壤容积含水率
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工程水文学第二章径流形成
➢ 土壤水分常数 最大分子持水量：土粒分子力所结合的水分 的最大量称为最大分子持水量。 凋萎含水量：植物根系无法从土壤中吸收水 分，开始枯死时的土壤含水量。 田间持水量：指土壤中所能保持的最大毛管 悬着水量。 饱和含水量：指土壤中所有孔隙被水充满时 的土壤含水量。
降水要素： 降水量、降水历时、降水强度、降水面 积和暴雨中心。
水文循环与径流形成
外流区 11900 11.0
世界 陆地 内流区 3000 0.9
小计 14900 11.9
全球
51000 57.7
4.7 6.3 924 395
－
0.9
300
－
4.7 7.2 800 315 － 57.7 1130 －
529
300 435 1130
多年平均降水量与多年平均蒸散发量相等
华南理工大学水利水电工程系黄国如
复习思考题
1、为什么我国的年降水量从东南沿海向西北内陆递减？ 2、使水资源具有可再生性的原因,是由于自然界的什么所引起？ 3、自然界中，在海陆间的水循环称为什么？ 4、时段的长短对水量平衡计算没有影响，对吗？
华南理工大学水利水电工程系黄国如
复习思考题答案
（1）因为降水是水文循环过程中输送的水汽在适当的条件下形成的， 而这些水汽主要来自海洋的蒸发，在向内陆的输送中，距离海洋愈近 ，水汽愈丰沛，形成降水的条件愈有利，所以降水丰沛；水汽输送途 中，随着不断的降水，气流中的水汽不断减少，形成降水的条件愈来 愈不利，使西北内陆的降水量也就逐渐减少。
华南理工大学水利水电工程系黄国如
第二章 水文循环与径流形成
研究对象：（1）自然界的水文循环；（2）河流与流域；（3）降雨、 蒸发、下渗与径流 4. 流域水量平衡
研究内容：（1）自然界水文循环及水资源；（2）河流、流域特征及 其对水文变化的影响；（3）降水成因、分类、观测与计算；（4） 蒸发观测与计算；（5）下渗观测与计算；（6）径流及其形成7.
华南理工大学水利水电工程系黄国如
ห้องสมุดไป่ตู้
水体种类
海洋水
冰川与
冰盖
地表水
湖泊水 沼泽水
水文循环与径流形成
水文循环与径流形成水循环的定义水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。
地球上的水在太阳幅射及地心引力作用下不断运动变化,周而复始的形成一个循环,这个循环称为水循环.水循环的路径可分为大循环和小循环。
1.河流的形成和分段河流的形成降水（重力作用）--小溪—小河—汇合成大的江河—流入海洋或内陆湖泊河谷：河水流经的谷地。
河床：河谷底部有流水的部分。
水系：脉络相通的大小河流构成的系统。
河流的分段河源:河流最初具有水流的地方。
上游:流量小，水位涨落急剧。
中游:河床坡度较平缓，冲淤不明显下游:流量大，流速小，坡底缓，淤积明显河口:河流入海或者湖泊的河段。
河流的基本特征用河流断面，河流长度，河流比降描述河流长度：从源到河口的距离。
河流比降：单位长度河流的落差山区河流特性：河流断面狭窄，坡面呈直线或曲线。
河流比降大。
平原河流特性：河流断面平坦，呈抛物线型、不对称三角形等。
河床宽而浅，有一定的规律。
2.流域流域：河流的集水的区域。
分水岭：相邻流域的分界线。
流域的面积：流域的分水线和出口断面所包围的面积。
流域的特征几何特征流域面积和流域形状。
流域面积大小影响汇集的流量和径流的形成。
流域形状：1.狭长而呈羽形2.宽阔呈扇形。
自然地理特征流域的地理位置和地形。
地理位置与水文特征，气象特征有关系。
地形平均高度，平均宽度，平均坡度。
径流形成过程及其主要影响因素径流的形成：由降水开始到水流流经流域出口断面的全部物理过程物理过程：1.降水过程 2.流域蓄渗 3.坡面漫流4.河槽集流产流过程汇流过程流域蓄渗：植物截留，入渗和填圭的整个过程。
影响径流的主要因素1.气象气候因素。
降雨，蒸发。
影响产流过程2.下垫面因素。
地形，土壤和地质，植被和湖沼，流域形状和面积3.人类活动对径流因素。
农业措施，林牧业措施，水利措施。
流域蓄渗过程地面汇流流域产流过程径流形成过程坡地汇流过程壤中汇流地下水汇流流域汇流过程河网汇流过程在径流形成中通常将流域蓄渗过程，到形成地面汇流及早期的表层流过程，称为产流过程。
工程水文学 第二章水循环及径流形成
中游、下游、河口。
2、河流的断面
河流的断面横 纵断 断面 面复单式式断断面面
3、河流的比降
河流纵比降 河流横比降
COPY RIGHT 扬大陈平
Z
洪水位
B
Z4
C
Z3
l4 l3
Z2
L l2
Z1
l1
枯水位
A 单式断面
Z0
L
洪水位 滩地 枯水位 滩地
复式断面
当河段纵断面或水面近似于直线时，纵比降可以用下式计算：
平均降雨量。
公式：
P
1 n
Pi
（2）泰森多边形法（加权平均法）：假定流域各处降水有距离 最近的雨量站代表。（关键：绘制多边形）。公式：
P 1
F
Pi fi
（3）等雨深浅法（也是加权平均法）
关键：绘制等雨量线。量相邻等雨量线之间的面积。公式：
P 1
F
Pi fi
面平均雨量计算示意
COPY RIGHT 扬大陈平
流域形状系数等。
第三节 降水（Precipitation）
1、降水的成因及分类 （1）成因：成云致雨
成云：充足的水汽。 致雨：〈1〉有足够的凝结核；
〈2〉有使水汽凝结的温度。 原因：蒸发的水汽随空气上升，膨胀作功，放热，气团降温，水汽 凝结，碰撞合并增大，上升气流不能顶托，下落。
COPY RIGHT 扬大陈平
三、流域 1、 流域：是指河流某一控制断面以上汇集地面水和地下水的区域。 2、流域分水线：实际上就是指与相邻流域的分界线，是分水线或分水岭。
COPY RIGHT 扬大陈平
分水线地 地下 面分 分水 水线 线
流域 闭 非合 闭流 合域 流： 域地 ：与 面 线 地地 分 与 面下 水 地 分分 线 下 水水 分线 水一 。 线致 不。 一致 3、流域的几何特征：包括流域面积、流域长度、流域的平均宽度、
水循环及径流形成
是影响径流变化的重要因素，特别是在干旱地区，蒸 发量较大，对径流形成的影响更为显著。
下渗
是影响地下水补给和地表水形成的重要环节，也是影 响径流变化的重要因素。
03 水循环与径流的关系
水循环对径流的影响
1 2
降水
水循环中的降水环节是径流形成的主要来源，不 同地区、不同季节的降水量直接影响径流量的大 小。
水循环是地球上水圈中水的重要运动 方式，它使得地球表面的水不断得到 更新和循环利用，对地球的气候、生 态系统和人类生活等方面都有重要影 响。
水循环的组成
蒸发
01
指水分从地表、水面和植物叶面等处以水蒸气的形式释放到大
气中的过程。
降水
02
指大气中的水蒸气凝结成云，再以雨、雪、雾等方式降落到地
面的过程。
地形坡度
地形坡度越大，水流下泄的速度越快，径流形成的速度和量也越 大。
地形起伏
地形起伏越大，地表水流的路径越曲折，径流形成的速度和量也越 小。
地形形态
不同的地形形态对地表水流的汇集和散溢能力不同，从而影响径流 形成的速度和量。
土壤因素
01
土壤质地
土壤质地对地表水流的渗透性和保水能力有重要影响，从而影响径流形
蒸发
蒸发是水循环的重要环节，它影响着地表水和地 下水的补给，进而影响径流的形成。
3
土壤水
土壤水通过渗透作用补给地下水，进而影响地表 径流的形成。土壤水状况的变化对径流有重要影 响。
径流对水循环的贡献
输送地表水
径流将地表水输送到河流、湖泊等水体，维持水体 生态平衡。
补充地下水
地表径流通过渗透作用补给地下水，维持地下水位 ，为地下水提供补给。
物质迁移
第2章水循环及径流形成
浙江临安特大暴雨引发泥石流， 一辆汽车被泥石流掩埋
今年13号台风“泰利”9月1日在福建莆田登陆后，先 后影响福建、浙江、江西、安徽、湖北等省，一些地区 发生了高强度的特大暴雨，局部降雨高达900多毫米，由 此引发部分地区出现了严重的山洪、泥石流和滑坡等灾 害。截至9月5日统计，此次灾害过程因灾死亡95人，失 踪30人，直接经济损失121.9亿元。
2.3.2 影响降水的因素
2.3.2.1 自然因素
(1)地理位置 (2)地形 (3)森林和水体
(4)气旋、台风途径
2.3.3.2人为因素
2.3.3降水的基本要素
（1）降水量
降水量是指在一定时段内降落在某一面积上的总水量。降 水量可以用体积（m3）表示，但通常以深度（mm）表示。
（2）降水历时和降水时间
第二章 水循环及径流形成
2.1 水循环及水量平衡
2.1.1自然界中的水循环
地球上的水循环是指海洋水、陆地水和大气水之间的互相转换
和运动
水循环是指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈 层中通过各个环节连续运动的过程。
(1)大循环与小循环
大循环：发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程 小循环：发生于海洋与大气之间，或陆地与大气之间的
（3）地形雨
近地面的暖湿空气运移过程中,遇山脉阻挡时， 将沿山坡抬升，由于动力冷却而致雨。
（4）台风雨：
大量暖湿空气围绕台风中心旋转上升，其中的水汽冷却凝结而 形成的降水 台风又叫热带风暴。当台风登陆后，将强大的海洋湿热气团带 到大陆，造成狂风暴雨
安徽含山县街道被洪水淹没，官 兵驾冲锋舟抢救灾民
河流纵断面:指沿河流中线或溪 线垂直剖切的河道断面(图2-2)
图2-2 河流纵断面图
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
1/2
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2章答案水文循环与径流形成
第二章水文循环与径流形成一、概念题㈠填空题1.汽、液、固，空中、海洋、陆地2. 微粒，达到或超过饱和3. 强烈上升，绝热4. 大，小5. 大循环6. 小循环7. 太阳辐射和地球的重力作用，水具有固、液、气三态互相转化的物理特性8. 蒸发、降雨、下渗、径流9. 水文循环过程10. 某一区域在某一进入的水量减去流出的水量，等于该时段该区域蓄水量的变化11. 河源、上游、中游、下游、河口12. 流域13. 闭合流域，非闭合流域14. 河流长度15. 河流纵比降16. 河网密度17. 河数率，河长率，面积率，比降率18. 零19. 气温、气压、风、湿度，云度20. 水汽含量不变，气压一定的条件下，气温下降，空气达到饱和时的温度21. 对流、地形、锋面、气旋22. 冷锋23. 暖锋24. 雨强大、降雨范围小、降雨历时短25. 高空槽、锋面气旋、低涡、切变线26. 称重、虹吸、翻斗27. 越大28. 算术平均法、泰森多边形法、等雨量线法 29. 时段平均雨强，瞬时雨强 30. 水面蒸发、土壤蒸发、植物蒸散发 31. 套盆式型、8020φφ、601E 型、蒸发池 32. 温度、水汽压饱和差，扩散、对流、紊动 33. 土壤蒸发、植物蒸散发 34. 田间持水量 35.下降，下渗能力曲线36.吸着水、薄膜水、毛管水、重力水 37. 毛管力38. 植物截留、填洼、补充土壤缺水量、蒸发 39. 产流、汇流40. 地面径流、壤中流、地下径流41. 标准地下退水曲线 42. 径流系数 43. 流量 44. 径流模数 45. 洪峰流量模数㈡选择题1.[b]2.[c]3.[a]4.[d]5.[d]6.[d]7.[c]8.[b]9.[d]10.[c] 11.[d] 12.[c]13.[d] 14.[c] 15.[b] 16.[c] 17.[c] 18.[b]19.[a] 20.[d] 21.[c]22.[c] 23.[a] 24.[b]25.[d]26.[d] 27.[c] 28.[b]29.[a]30.[c]31.[b] 32.[b] 33.[b] 34.[c]35.[d] 36.[d] 37.[c]38.[c] 39.[b]40.[b]41.[d] 42.[c]43.[b] 44.[b] 45.[b]46.[c] 47.[a] 48.[c]49.[b] 50.[a] 51.[b] 52.[b] 53.[b]54.[c]55.[b] 56.[a]57.[c]58.[b] 59.[b] 60.[d] 61.[a] 62.[a] 63.[c] 64.[a]65.[b] 66.[a]67.[b] 68.[d]69.[d]70.[c] 71.[d]㈢判断题1.[T]2.[T]3.[F]4.[F]5.[T]6.[T]7.[F] 8.[F] 9.[F] 10.[T] 11.[T] 12.[T]13.[T] 14.[T] 15.[T] 16.[F] 17.[F] 18.[F]19.[F] 20.[T] 21.[T] 22.[F] 23.[T] 24.[F]25.[F] 26.[T] 27.[T] 28.[T] 29.[F] 30.[F]31.[T] 32.[F] 33.[F] 34.[F] 35.[F] 36.[T]㈣问答题1.答：地球上的广大水体，在太阳的辐射作用下，被蒸发成水汽，随风向各处输送，并在适当的气象条件下，成云致雨，降落在地面或海洋上，前者又形成地面、地下径流，回归大海。
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25.02.20
长江河口
25.02.2021
19
黄河河口
25.02.2021
20
黄河河口
25.02.2021
21
25.02.2021
滦河入海口
22
一 河流及其特征
长江 源头沱沱河——湖北宜昌——江西湖口 黄河 源头扎陵湖、鄂陵湖——内蒙古河口镇——河南桃花 峪
2 水量平衡方程
将水量平衡原理应用于某一区域，可列出如下水量平衡方程：
IQS
式中：I为给定时段内输入研究区域的总水量；O为给定时段内输出 研究区域的总水量；△S为给定时段内研究区域蓄水量的变化量。
上式是水量平衡方程的最基本形式，对于不同的区域和研究问题 ，还应具体分析其输入输出量的组成，写出相应的水量平衡方程。
地壳运动——形成线形槽状凹地
径流侵蚀作用——冲淤、改道等
大气降水——提供水源
3 河流分段
河源 上游 中游 下游 河口
河流的发源地，多为溪涧、泉、湖 紧泊接、河冰源川，、多沼处泽于等深山峡谷，坡陡 流三急江，源河：谷长下江切、剧黄烈河，、常澜有沧急江滩或 河床底坡瀑和布水流速度渐缓，河槽变宽，两岸 有位滩于地冲澜， 积沧河 平江床 原扎冲 ，曲淤 河不 槽明 宽黄显 阔河。 ，扎河陵床湖底坡、长江水各流拉流丹速东 河较流小的，终泥点沙，淤即积河严流重注，入浅海滩洋、、河湖湾泊多等的地方。水流流 速骤减，大白水量河泥黄沙果淤树积瀑，布形成三角洲。 有些河流高消7失7.8在m沙，宽漠1中01，.0m则无河口，如甘肃石羊河。
一 自然界的水文循环
1 水文循环定义 2 水文循环的原因 3 水文循环分类 4 水文循环的主要环节 5 水文循环作用
外定不复部水的循和义断循因形环时文：蒸环素成，空循水 过地发：环、才分程球、汽地太地文 是演使布上水，，面阳心化得的地主各汽称并，循 辐引小 大 和人不球要种输为引并射力人类均上环环 水送水起促为、循 循 类 生 匀最节文体 、空 使水太陆 重生 产 性海 ：循中 凝环 环 气 地分阳要存 和 ，降的 结环流 表蒸辐地 洋 都 生 提、水， 水 、， 动 水发射有 活 供最、在 降或小 ； 、大 小 提着 中 了活海 蒸太 水水地 地供重 不 江跃发循 气 循 循阳 、 心 下热洋 的要 可 河、辐 下环引 水陆 量的 或 湖物环 环 下 射 渗。力 汇，作 缺 泊质渗地 大 大 和 、 使 入促， ， 用 的 等循、地 径空 海海 使和 水 地环气 径气 心 流中 洋陆 海 液影 资 表之流陆 洋 海 引 的水 。态响源水一地 洋 力 永汽、。具资。地 洋 作无以固正有源它用休降态是了和对下止水的由可地地通的形水于再下球过往式变水生水环回成文性资境到水 源，同时另也外造，成陆了地旱上涝的灾地害形，、给地水质资、源土的壤开、发植利被用等增条加件了对难水度文。循环 研究也水有文一循定环的的影目响的。在于认识其基本规律，揭示其内在联系，这
枯水期水流所占据的河床称为主槽； 仅在汛期才被洪水淹没的河床部分称为河漫滩。
25.02.2021
11
洪水位
枯水位
河床
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滩地 主槽
12
一 河流及其特征
左、右岸：面向下游，位于身体左侧的河岸为左岸，位于身体 右侧的河岸为右岸。
凹、凸岸：弯曲河段沿流向的平面水流形态呈凹形的岸称为凹 岸，相反称凸岸；
内部对因合素理：开水发的利物用理水三资态源（、固抵、御液洪、旱气灾）害在等一都定有条重件要下的可意以义相。互转换。
25.02.2021
6
二 地球的水量平衡
1 水量平衡原理
定义：在水文循环过程中，对任一区域，任一时段输入水量与 输出水量的差额必等于其蓄水变化量。
它是水文学的基本原理，也是水文学最成熟的理论，主要用于定量 分析水文要素值。
水循环过程中的水量平衡方程的基本因素为降水量、蒸发量和径
流量25以.02及.20区21 域蓄水量的变化量。
7
二 地球的水量平衡
3 全球水量平衡 全球=陆地+海洋 Δt：陆地：Pc REc Sc 海洋：Po REo So
全球：P cP oEcEoScSo
PES
多年平均： S 0
陆地： P c R E c 海洋： P o R E o
南溪河 黑河 泾河 渭河
黄河
岔巴沟
大理河
无定河
黄河
河系或水系：河流的干流及其全部支流构成的脉络相通的水流系统
。水系通常用干流命名，如长江水系、黄河水系；或以归宿
25.02.2的021湖泊而定名，如洞庭湖水系，鄱阳湖水系等。
14
25.02.2021
15
25.02.2021
16
一 河流及其特征
2 河流形成
凹岸
凸岸
25.02.2021
凸岸
凹岸
13
一 河流及其特征
干流：将汇集的水流注入海洋、湖泊甚至沙漠等的河流。如长江、 黄河、珠江，以及塔里木河(入湖)、石羊河(消失于沙漠)等 。
支流：将汇集的水流注入一个更高一级河流的河流；
支流分级：
直接汇入干流的河流称为干流的一级支流，直接汇入一级 支流的河流称为干流的二级支流，依此类推。
学习要求： 了解河流、水系的基本概念； 掌握河流主要特征的计算方法； 掌握流域、闭合流域、非闭合流域的基本概念以
及流域特征对径流的影响。
25.02.2021
10
一 河流及其特征
1 基本概念：
河流：汇集一定区域内地表水与地下水的天然泄水通道，由流 动的水体与容纳水流的河槽两大要素构成。
河谷：河流流经的谷地。 河床或河槽：河谷底部有水流的部分。
25.02.2021
23
一 河流及其特征
4 河流基本特征
（1）河流长度：或河长，是指自河源沿主沟道至河口的长
度，L，km。
在一定比例尺地形图上量出。
河长作用：是河流特性的基本参数，可确定河流落差、
比降和能量。
河源
河口
25.02.2021
24
一 河流及其特征
(2)河网密度
定义：单位面积内河流干、支流的总长度称为河网密度。 反映了一个地区的河网疏密程度，用符号D表示，单位为 km/km2，计算公式如下：
全球： P c P oE c E o 或 P E 11 m 3m 0
25.02.2021
8
三 人类活动对水循环、水平衡的影响
有利影响
修建水库 引水灌溉 跨流域调水
不利影响
大面积滥伐森林 排干湖、沼 过度抽取地下水
25.02.2021
9
第二节 河流与流域
主要内容： 河流及其特征、河流地貌定律；流域及其特征