河川径流
河川径流
河川径流情势 特征值分析与计算
4.1设计年径流的分析与计算 4.2设计洪峰流量(水位)的分析与计算
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1
4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
一、概述
1.设计洪水
洪水的概念 右图中： t1——涨水历时 t2——退水历时 T——洪水总历时 WT——一次洪水总量 Qm——洪峰流量
Q
B
Qm 洪水过程
计暴雨推求设计净雨，在推求设计洪水。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
2.设计洪水计算的基本方法
由气象资料推求设计洪水(地区综合经验公式)
缺乏降雨径流资料，通过对气候和下垫面因素相似
地区与调查的洪水资料，建立洪峰流量或总量与主要 影响因素之间相关关系。 由可能最大降水推求设计洪水
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23
有特大洪水的洪水样本系列经验频率的确定： 连序系列与不连序系列：指所构成的样本系列有无空位。
缺测
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
三、设计洪峰流量与水位计算
1.特大洪水处理
指特大洪水加入系列后，样本成为不连序系列，其 经验频率和统计参数的计算与连序系列不同。 考虑特大洪水时，经验频率的计算是采用将特大洪 水的经验频率与一般洪水的经验频率分别计算的方法。
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1）独立样本法
把实测一般洪水系列与特大洪水系列都看作是从总体 中独立抽出的两个随机连序样本，各项洪水可在各自系列中 连序排位，则特大洪水在不连序N年系列第M项经验频率计算 公式为：
M PM M 1,2,...,a N 1
式中，N为首项特大洪水重现期
N = T2 - T1 + 1
m l 1, l 2,, n
河川径流的组成
河川径流的组成一、降雨和降水降雨和降水是河川径流的主要组成部分。
当大气中的水蒸气遇冷凝结形成水滴时，便形成了降雨或降水。
降雨是指水滴直接从云层中落下，而降水则包括降雨和其他形式的降水，如雪、冰雹等。
降雨和降水是河川径流形成的原始水源，是河川水量的重要补给。
二、土壤含水量土壤含水量是影响河川径流量的重要因素之一。
当降雨和降水发生时，部分水分会被土壤吸收并留存其中。
土壤含水量的多少取决于土壤的吸水能力、土壤的含水性质以及降水的强度等因素。
当土壤饱和或无法继续吸收水分时，多余的水分便进入河川成为径流的一部分。
三、地下水地下水是指藏在地下的水体，它被土壤和岩石层包围着。
地下水是一种重要的水源，有时也会通过渗漏或地下水位上升等途径进入河川。
地下水对河川径流的贡献在不同的地区和时期会有所不同，但总体上来说，地下水是河川水量的稳定供给之一。
四、融雪和冰川融水在寒冷的地区和高山地区，积雪和冰川是常见的存在。
当气温升高或阳光直射时，积雪和冰川融化，形成融雪和冰川融水。
这些融水会通过河川的形式流入河道，成为径流的一部分。
融雪和冰川融水的水量受到气温、日照等因素的影响，因此在不同的季节和气候条件下会有差异。
五、人为因素人为因素也会对河川径流产生影响。
人类通过水库、堤坝等工程控制河流的水量和水位，从而改变了河川的径流特性。
此外，城市化过程中的排水系统、农业灌溉和工业用水等活动也会改变河川水量的分配和径流量的大小。
综上所述，河川径流的组成是一个复杂的过程，涉及到降雨和降水、土壤含水量、地下水、融雪和冰川融水以及人为因素。
这些因素相互作用，共同决定了河川径流的形成和变化。
深入了解和研究这些因素对于有效管理和保护河川资源具有重要意义。
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。
河川径流与河流特征
7.3河川径流与河流特征
• 7.3.1河川径流的形成过程汇入河网， 流出流域出口断面的水流，称为径流。 液态 降水形成降雨径流， 固态降水则形 成冰雪 融 水径流。由降水到达地面时起，到水流流经出 口断面的整个 物理过程，称为径流形成过程。 降水的形式不同，径流的形成过程也各异。我 国的河流以 降雨径流为主，冰雪融水径流只 是在西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。 根据形成过程及径流途径不同， 河川径流又 可由地面径流、地下径流及壤中流（表层流） 三种径流组成。
河川径流
为了便于对河川径流的分析研究和对不同河川径流进 行比较，就必须使用具有一定物理意义的，又能反映 径流变化尺度的径流特征值。它是说明径流特征的数 值。最常用的径流特征值有：
（l）流量Q 流量是指单位时间内通过某一横断面的水量，常用 单位为m3/s。其计算式：
Q＝AV A为过水断面面积（m2)；V为断面平均流（m/s）。 流量有瞬时流量、日平均流量、月平均流量、年平均 流量、多年平均流量等。
（2）填洼的特点 ①只有在有超渗雨或坡面流水的地方才 会产生填洼 即当降雨强度i小于下渗强度f时，全部降 雨下渗；当降雨强度大于下渗强度时， 就会有部分雨水被填洼。 ②填洼的水量最终消耗于蒸发和下渗。
（3）影响填洼的因素 填洼的水量大小与闭合洼地数量、大小 有关。 总之，在蓄渗过程中，植物截留、下渗、 填洼和蒸散发，都是降雨的损失过程， 只有当蓄渗得到满足之后才会产生地表 径流。
超渗雨水或超蓄雨水在重力作用下沿着坡面流 动的细小水流，叫做坡地漫流或坡面漫流。 当蓄渗得到满足以后，开始产生大量的地面径 流，进入漫流阶段。在漫流过程中，坡面水流 一方面继续接受雨水的补给，分别注入不同的 河槽；另一方面又继续消耗于下渗和蒸发。其 中下渗的水，一部分在一定条件下形成壤中流； 另一部分补给地下水，以地下径流形式流入河 槽。
mi Qi Ri Ki m0 Q0 R0
式中，m，Q，R含义同上。
问题：径流系数为1的含义？
上述这些径流特征值之间都存在着一定的关系， 并且可互相转换（表5．3）。
降雨强度，雨前土壤 含水量（影响下渗 率），与降雨量关系 不大 湿润地区或半干旱、半湿润 干旱地区或半湿润、 地区的多雨季节 半干旱地区的多雨季 节
中国的河川径流特征和水资源
中国的河川径流特征和水资源年径流分布地区差别显著河流水量主要来源于大气降水，所以河川径流的地理分布与降水量空间分布大致相符。
但是，地表结构各地不一，大气降水降落到地面后，受到当地地形、岩石性质、植被、土壤以及人类活动等多方面因素的影响，由降水转变为径流过程比较复杂，所以年径流的地理分布实际上比降水量分布复杂得多。
我国年径流深度150毫米等深线，大致与年降水量400毫米等值线近似，由海拉尔—齐齐哈尔—哈尔滨一线，向西南延伸经张家口、兰州、黄河沿，止于西藏南部。
该线东南部，径流比较丰富，基本上为农业区；该线西北部，径流短缺，主要是畜牧区。
年径流深度200毫米等深线，大致与年降水量800毫米等值线相符，约在秦岭—淮河—线附近。
在该线以南，径流丰富，种植水稻为主；该线以北，大部分地方径流偏少，以旱作为主。
南方地区径流分布也不平衡。
例如，台湾山地迎风坡一侧，降水非常丰富，山地坡度大，有利于径流形成，年径流深度在2,000毫米以上，其中大屯山区超过4,000毫米，是全国径流最丰富地区之一。
但台湾西部沿海平原处于背风环境，降水少，平原地区种植业非常发达，不利于径流产生，年径流深度只有700～800毫米。
南岭山地及其以南、海南岛山地，年径流深度为1,400～1,600毫米，其中十万大山中心区达2,000毫米，但沿海平原包括海南岛西北部，因降水较少或平原地形不利于径流产生，年径流深度一般不足800毫米。
浙江、福建沿海山地，径流形成条件较好，年径流深度为1,200～1,400毫米，但沿海平原和山间盆地，年径流深度在800毫米左右。
江南山地丘陵，降水多，坡度较大，土质透水性差，有利于径流形成，年径流深度为1,000～1,200毫米，但鄱阳湖盆地年径流深度不到700毫米，洞庭湖平原只有500毫米左右。
西南部的云、贵、川地区，地形复杂，降水分布地区差别较大，例如峨眉山、雅安地区，年径流深度可达1,600毫米，而四川盆地东部只有600毫米，盆地中部更少至300毫。
第四章河川径流PPT课件
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高甲荣 河川径流（水文与水资
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源学）
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河流的弯曲系数
某河流的实际长度与河流直线长度之比称河流 的弯曲系数。
上游：河谷狭、比降陡、流量小、流速大、冲刷占优势、 河槽多为基岩或砾石、多急滩、瀑布。黄河—内蒙托克托 县河口镇，长江—湖北宜昌
中游：中游比降与流速减小、流量加大、冲刷淤积都不严 重、河槽多为粗沙。长江—江西的湖口，黄河—河南孟津
下游：比降与流速更小、流量更大、淤积占优势、多浅滩 沙洲、河槽多细沙或淤泥
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河长
在河槽中各断面的最低点的联线称为溪线，或中 泓线。
从河口到河源，沿河道溪线量得的距离为河长， 单位为km。
一般小比例尺的地形图不易找出河源，可将干流 最上游的看得清的溪线，沿垂直于等高线的方向 延长至分水线即河长的终点。
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水系横贯自然景观，如同身体中的血管
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水系的命名
外流河—流入海洋的河流，如长江、黄河
内流河—凡流入内陆湖泊或消失于沙漠中的河流， 如新疆的塔里木河，青海的布喀河
河川径流的组成
河川径流的组成河川径流指的是河流中水的流动，是河流系统中的重要组成部分。
河川径流的组成包括降雨径流和地表径流。
降雨径流是指降雨直接通过地表径流到达河流的水量。
降雨径流主要受到降雨量、降雨强度、土壤类型、土壤水分含量等因素的影响。
当降雨超过土壤的渗透能力时，水分不能被土壤吸收，形成地表径流。
降雨径流的水量取决于降雨量的多少，降雨强度的大小以及地表径流的特性。
地表径流是指降雨后流入河流的水量，包括产流、非产流以及溢流等。
产流是指降雨后土壤中的水分被迅速产生的流量，主要受降雨特征、土壤渗透能力、土壤含水量、土壤质地等因素的影响。
非产流是指无法被土壤吸收的降雨水量，在地表上流动到河流中的水量，主要受地形和土壤类型的影响。
溢流是指降雨量超过地表剖面的最大储水量时，水流溢出，形成的水量。
降雨径流和地表径流是河川水量形成的重要因素。
它们受到诸多因素的综合影响。
首先，降雨量的大小对径流的形成起着决定性的作用。
降雨量大、降雨强度强的情况下，土壤无法迅速吸收水分，地表径流增加。
其次，降雨的分布情况也会影响径流的形成。
如果降雨时间较长，土壤会逐渐饱和，增加地表径流的产生。
如果降雨时间很短，土壤无法迅速吸收水分，地表径流增加。
另外，地形和土壤类型也是影响径流形成的重要因素。
山区地势陡峭，水分无法迅速渗透入土壤，地表径流增加。
土壤类型对土壤渗透能力有一定影响，影响地表径流的形成。
河川径流的组成主要是降雨径流和地表径流，它们相互影响并决定了河流中的水量。
降雨径流受降雨量、降雨强度、土壤类型等因素的影响，决定了降雨水量能否通过地表径流流入河川。
地表径流包括产流、非产流和溢流，受地形、土壤类型和降雨特征等影响，决定了实际进入河川的水量。
理解河川径流的组成对于河流水资源管理、防洪工程以及水资源规划都有重要意义。
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珠穆朗玛峰的溪流
（三）水文统计/统计特征值
1. 算术平均数
又称均值，通常用x表示，设随机变量x有x1， x2……xn个值,则算术平均值为：
x1 + x2 + x3 + ⋯ + xn 1 n x= = ∑ xi n n 1
2.均方差σ 即变量x有x1，x2……xn个值，各值对的离差为， (x1 –x)、（ x2 -x ）、（ xn - x ），离差 值有正有负，均方差就是离差平方的平均数的 平方根。
2. 年内变化 根据一年内河流水情的变化，可分为若干个水情 特征时期，如汛期，平水期，枯水期或冰冻期等。 不同补给形式的河流，其年内变化特征也不一样。
（五）特征径流 1.洪水 河流水位达到某一高度，致使沿岸村庄、 城市建筑物、农田受到威胁时，称为洪水位。 分类 按照来源可分为 上游演进洪水 和 当地洪 水。 2.枯水 一年中没有洪水时期的径流，成为枯水径 流。 枯水径流主要来源于流域的地下水补给。
σ=
∑(x − x )
i
2
n
3 离差系数 用均方差与均值之比作为衡量相对离散程 度的参数，这就是离差系数
1 Cv = = x x
σ
∑(x − x )
i
2
n
Cv值、观测年数和准确程度的关系 值
达到下列准确度（％）必须观测的年数 Cv 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 +4.0 14 25 39 56 76 100 126 156 189 225 +5.0 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 +6.0 6 11 17 25 33 44 55 69 83 99 +7.0 5 8 13 19 25 33 42 50 62 74 +8.0 4 6 10 14 19 25 32 39 47 56 +9.0 3 5 8 11 15 20 25 31 38 45 +10.0 2 4 6 9 12 16 20 25 30 36 +20.0 1 1 2 2 3 4 5 6 8 9
下游河床地貌结构、阶地、河滩地、砾石滩
历史洪水－关于山西沁河1482年“大洪水”
支流沟口有巨砾滩（1）
历史洪水－关于山西沁河1482年“大洪水”
沟口巨砾滩（2）
历史洪水－关于山西沁河1482年“大洪水”
沟口巨砾滩（3）
四、河流的补给
（一）河流补给的形式 河流补给的几种主要形式：降水、冰川积雪融水、 地下水、湖泊和沼泽。 （二）各种补给的特点 1.降水补给 雨水是全球大多数河流最重要的补给 来源。 据估计，我国河流年径流量降水补给约占70％。
土壤、岩石的下渗强度，从一开始下渗就逐渐减 弱，一定时间后成为稳定值，这个稳定值称为稳 渗率。漫流阶段的产流强度，决定于降水强度和 土壤稳渗率之差。 坡面漫流时地表径流向河槽汇集的中间环节，分 为：片流、沟流和壤中流三种形式。其中，沟流 是主要形式。 3.河槽集流阶段 坡面漫流的水进入河道口，沿 河网向下游游动，使河流流量增加，叫做河槽集 流。
洪水频率曲线
历史洪水
历史洪水是指仪测之前并多有相关文字记载的洪水事 件。相关文字记载多为受灾害的描述。历史洪水调查， 主要是沿程查询和实地勘测洪水痕迹、实地记录、河道 地形等。如黄河1843年洪水，当年礼部尚书麟魁在奏文 中述：“……向年盛涨，三门山出水尚有丈许。本年七 月十四，河水陡发，直漫三门山顶而过，禹庙亦被冲 刷。……”黄河水利委员会部分专家在潼关—孟津河段调 查到22处洪痕，多处询问到当年的洪水淤沙台，还发现 被该年洪水淤沙掩埋的唐宋文化层，根据洪痕确定各地 的1843年洪峰水位，并采用多种方法推算洪峰流量(约 36000m3/s)，它被定为自唐末以来所出现的最大洪水。
洪水泛滥对于沿岸的经济开发和安全保障危害重大。在中国，每年洪灾 损失达几百亿元。洪灾的发生表现为流量过大和水位陡升，显然与来水量 过大和过水断面过小有关，因此，可以根据来水补给区别洪水的成因和计 算洪水发生频率与重现期。洪水的成因最常见的是暴雨洪水、连阴雨洪水、 融冰化雪洪水，比较少见的是倒石坝溃坝洪水、水库大坝溃坝洪水等。最 可怕的是溃坝洪水，几十米高的水头猛然倾泄，对两岸扫荡殆尽。
小 三 峡
（二）径流计算单位 1.流量Q 单位时间内通过河道过水断面的水量。 Q=Av A为过水断面面积，v为平均流速。 2.径流总量W 在一特定时间内通过河流测流断面 的总水量。 W＝QT T为时间，Q为时段平均流量。
3. 径流模数 单位时间单位面积上产出的水量。 M=Q/F Q为流量，F为流域面积。 4. 径流深度y y=W/F
（四）河川径流的变化 1. 年际变化 影响径流年际变化主要因素是气候、其次是 下垫面因素和人类活动。径流量的年际变化往往 由降水量的年际变化引起。通常以径流的离差系 数来表示年径流的变化程度。
① 降水少的地区，其Cv值大于降水量多的地区。 南方地区Cv=0.2-0.3之间，北方Cv=0.4-0.8值之间， 甚至高达1.0； ② 以雨水补给为主的河流，Cv值大于以冰川积雪 或地下水补给的河流； ③ 平原和盆地的Cv值大于相邻的高山和高原地区； ④ 流域面积小的河流， Cv值大于流域面积大的河 流。
5. 径流变率（模比系数K） 任何时段的径流值M1、 Q1或y1等，与同时段多年平均值Mo、Qo或yo之比。 K=M1/Mo=Q1/Qo=y1/yo
6 径流系数a 一定时期的径流深度与同期降水量之比，称 径流系数
径流系数
中国永定河官厅站资料，多年平均径流系数为11.4%。径流系数的高 低主要取决于气象气候因素与下垫面因素。如是暴雨，则径流系数高。 如该区蒸发强度大，会造成雨前土壤含水量小和降水渗透损失率高，因 而径流系数变小。若地形比较平缓，或土层深厚(风化层、松散堆积层 等)，再或者植被覆盖比较好，则径流系数也比较低。
3.地下水补给 河流从地下所获得的水量补给， 称为地下水补给。地下水补给一般约占河流径流 总量的15％~30％。地下水补给具有稳定和均匀 两大特点。
地下水补给
地下水是河流经常而又比较稳定的补给源。我国冬季降雨稀 少时，河流几乎全靠地下水补给。地下水补给的特点，总的 说来，是稳定而变化小。地下水可分浅层地下水和深层地下 水。浅层地下水是埋藏于地表冲积物中的地下水。由于其埋 藏浅，上面又没有稳定隔水层覆盖，因此，它受当地气候条 件影响较大，补给水量有明显的季节变化而较不稳定（包气 带水）。但它与河水有特殊的河岸调节关系。当河水涨水时， 河水位高于地下水位，这时河水补给地下水，把部分河水暂 时储存在地下；当河水位下降并低于地下水位时，则地下水 补给河水。
影响洪水的因素主要是暴雨特性、流域特性、河 槽特性及人类改造自然的活动等(如城市化)。 洪峰流量Qm、洪水总量W和洪水过程线，称为洪水 三要素。
洪水波的特征值 洪水波的最大特征值有：最大流量、最高水 位、最大流速、最大比降。 洪水特征值出现的次序是： 最大比降 水位 最大流速 最大流量 最高
洪水
黄河小浪底3000年前古洪水平流沉积
1994年洪水平流沉积与洪痕
历史洪水－关于山西沁河1482年“大洪水”
九女仙台上原有寺庙，庙中有和尚因1488年洪水40天，而饿死。
历史洪水－关于山西沁河1482年“大洪水”
九女台历史洪水石刻
历史洪水－关于山西沁河1482年“大洪水”
上游河床地貌结构、阶地、河滩地
1 降水补给(最主要的补给类型)
雨水补给的特点，主要决定于降雨量和 降雨特性。降雨量的大小决定了补给水 量的大小，降雨量大，补给量也大；否 则，相反。由于降雨具有不连续性和集 中性，使雨水补给也具有不连续性和集 中性，流量过程线呈陡涨急落的锯齿状， 与降雨过程大体一致。由于降雨具有年 内、年际变化大的特点，使雨水补给的 河流年内、年际变化大。降雨强度的大 小也决定了补给量的大小，降雨强度大， 历时短，损耗量少，补给流量的水量较 多。雨水补给的河流，由于雨水对地表 的冲刷作用，所以河流的含沙量也 大。
河川径流形成过程
降 雨
流 域 渗 蓄下 渗Leabharlann 植 物 截 流 填 洼 蒸 发 河 流
坡 地 汇 流
地 下 径 流
地 面 径 流
流
流
流
河 网 汇 流
河 流
河 流
河流汇水过程
地表径流包括坡地上的面流向 小沟谷中汇集，然后逐步向越来 越宽敞的河谷中汇流。
沟谷侵蚀
干旱区风雨之后的地表汇水
河流汇水过程
地面径流的汇聚，从许多小沟谷逐步汇向大河干流。这些小沟谷称1 级支流，汇入2级支流，再汇入……直到进入干流。
2.融水补给 融水补给为主的河流的水量及其变化， 与流域的积雪量和气温变化有关。这类河流在春季 气温回升时，常因积雪融化而形成春汛。
融水补给
融水补给包括季节性积雪融水和 永久积雪或冰川融水的补给。
融水补给
融水补给特点主要决定于冰雪量和气温的变化。冰雪量决 定了补给量，冰雪量大,补给量大。由于气温变化具有连续 性和变化缓和，使融水补给也具有连续性和较缓和，流量 过程线与气温变化过程线一致，流量过程线较平缓和圆滑。 由于气温的年际变化小，融水补给的年际变化也较小。由 于气温具有日周期变化和年周期变化，故使融水补给量也 具有明显的日周期变化和年周期变化。如日周期变化，白 天气温高，融水多，补给量大；夜晚气温低，融水少，补 给量小。又由于融水对地表冲刷作用小，河流含沙量也较 小。
“洪”即大水，在古籍中专指夏禹 所治的大水为洪水，后来泛指能酿 成泛滥及灾害的大水为洪水。有的 部门把流量过程线上超出基本径流 的部分称为洪水，有明显的起始时 间和消退至终的时间。比较合理的 是把超过自然河槽允许，在无防情 况下产生溢流的(流量)称为洪水(流 量)。一次洪水流量过程中的最高水 位称洪峰，而即将产生洪溢的水位 称警戒水位。一次洪峰过程在顺势 向下游推移过程中，一般来说洪峰 相对高度是降低的，洪流量是顺流 增加的，洪峰过境时间是增长的， 洪峰推移的速度是放慢的。