指水文学与水文地质学 面称为过水断面。枯水期水流所占据的河槽称为基本河槽（或称为主槽），只有 汛期洪水泛滥所及部位称为洪水河槽。根据横断面形状不同，可分为单式与复式 两类。发育有河漫滩、台地的横断面称为复式断面，否则称为单式断面（图2 1)。沿着河流中泓线所剖的断面为河流的纵断面。该断面可显示河底的纵坡降和 落差分布，是推求水流特性和估算水能蕴藏量的主要依据。 又件水位 携水位 水1 枯水位 可灌浦 冲积层 供水问槽 基岩 山，考本问 图21河流横断面图 》单式斯面b)好式断面 (2)河流平面形态平原河道的平面形态常见蜿蜒性的河道，即呈“蛇曲” 形态。由于在河流横断面上存在水面横比降，使水流在向下游运动过程中，水体 内产生一种横向环流，这种横向环流与纵向水流相结合，形成河流中常见的螺旋 流。在河道弯曲的地方，这种螺旋流冲刷凹岸，使其形成深槽。使凸岸淤积，形 成浅滩，直接影响着水源取水口位置的选择（图2-2）。两反向河湾之间的河段 水深相对较浅，称之为浅槽。深槽与浅槽相互交替出现，表现出河床深度的分布 与河流平面形态的密切关系。 凹岸 凸岸 凸 图2-2蜿蜒性河道 )平面图b)A-B斯面图 4.河流纵比降 河流的纵比降(J)(简称比降)又称为坡度，是指任意河段首尾两端的高
第2章水文学基本知识 程差与其长度之比，即为该河段的纵比降。当河段纵断面近于直线时，可按下式 计算 (22) 式中，J为河底或水面的纵比降(%或%)；Z1,Z2分别为河段上、下断面河底 或水面高程(m):L为河段长度(m)。 当河道纵断面呈折线（图23），各段的纵比降不一致时，可利用下式求其 平均纵比降 J.(2+Z山+(Z+Z山+…+(Z1+Z山-2L（2.3) 式中，Zo,…Z。为自下游到上游沿程各转折点（亦称为特征点）的高程(m): l1,…ln为相邻两点间的距离(m):L为河段全长(m)。 人 图23河道平均纵比降计算示意图 5.河流分段 一条河流按照河段不同的特征，沿水流方向可划分为河源、上游、中游、下 游和河口5段。 河源是河流的发源地，可以是冰川、泉水、沼泽或湖泊。 上游是直接与河源连接，位于山区河谷中的一段河流，其特征是纵剖面坡降 很大，水流速度大，动能大，以向下侵蚀作用为主，河谷窄，两岸呈“V”形峡 谷地形，单式横断面，河流中常有急滩与瀑布，只有枯水期，粗大的颗粒才能沉 积下来，通常没有细颗粒的覆盖层。 在河流中游地段，河段坡度减缓，流速减慢，水量增加，随着河曲的发展， 下蚀作用减弱，侧向侵蚀作用加强，河床内横向环流冲刷凹岸，使粗大的颗粒被 搬运到凸岸沉积下来，河槽变宽，河床较稳定，两岸呈“U”形河谷地形，可以 出现复式横断面。在洪水期，河漫滩被淹没，沉积一些细粒物质，形成了河漫滩 下粗上细的二元结构。 在河流下游地区，由于地势开阔平坦，坡度缓，水流比较舒缓，流速一般小
●水文学与水文地质学 于3m/s,产生大量堆积而形成冲积平原，如我国华北平原、长江中下游平原、 东北松辽平原等都是大河中下游形成的广阔冲积平原。由于下游容易产生泥沙淤 积，浅滩、沙洲众多，弯曲系数值大，“蛇曲”发育，河槽宽，复式断面。 河口是河流的终点，是河流注入海洋或内陆湖泊的地区，这一河段因断面骤 增，流速骤减，而淤积大量的泥沙，形成多岔道的三角洲和沙洲。有些内流河消 失在沙漠中，没有河口。 2.1.2流域基本特征 1。分水线与流城 (1)分水线流域的周界称为分水线，通常由流域四周山脉的脊线组成。对 较小的流域，若无山龄，地形上的脊线也可构成分水线。所以，流域的分水线可 以根据地形图勾绘出来。于是，相邻两流域的降水以分水线为界流入不同的流 域。例如，降落在秦岭以南的降水流入长江流域，而降落在秦岭以北的降水流人 黄河流域。河流接纳地面水和地下水，同地面分水线一样，地下水也有分水线。 一般来说，由地下水等水位线图勾画出 地面分水线 的地下分水线和地面分水线大体一致， 地下分水线 但有时受流域水文地质条件和地貌特征 的影响，二者也可能不一致，如图24 所示，A、B两河地面分水线位于中间 隔水层 的山顶，地面的起伏与含水层隔水底板 起伏不一致，地面分水线与地下分水线 就不重合；分水线两侧河流高度不同， 图24分水线 地上分水线与地下分水线也可能不重合 (2)流域流域是指汇集地面径流和地下径流的区域，是相对河流的某一断 面而言。图2-5中河口处α断面控制着此流域的整个集水区域；b断面控制的流 域，则是b断面以上的地面与地下集水区，它们产生的径流由6新面流出。在 给水工程和环境工程中，往往需要的就 是取水构筑物和环境监测所在断面以上 分 的那部分集水区域所产生的径流。图2-6 所示为辽河上游英金河流域和水系的平 面图。 当流域的地面分水线与地下分水线 相重合，则地面和地下集水区域也相重 出口断面 合，相邻的流域不发生水量交换，此种 流域称为闭合流域。由于地质构造等原 图25流域平面图
第2章水文学基本知识● 因，当地面分水线与地下分水线并不完全重合，此时邻近两个流域会发生水量交 换，此种流域称为非闭合流域（图24）。实际上，很少有严格意义上的闭合流 域。一般大、中流域，非闭合流域产生的两相邻流域的水量交换量要比流域总水 量小得多，故常常当作闭合流域来处理。对于小流域，或者岩溶地区的流域，因 交换的水量占流域总水量的比重很大，此时若把地面汇水区域看作流域，则将会 造成很大的误差，因此水文计算时应加以注意，必须通过地质、水文地质的调 查，来确定因流域非闭合而造成的水量差异。 金 心水库 市 图26辽河上游英金河流城平面图 2.流城的几何要素 (1)流域面积分水线所包围的面积称为流域面积(F),或集水面积，单 位为km。一般情况下，流域的面积指的是地面集水区的面积。通常在适当比例 尺的地形图上确定出流域分水线，然后用求积仪量出它所包围的面积。流域面积 是重要特征资料，应查明所依据地形图的测绘时间，必要时应进行复核。 流域面积的大小对河流水质的影响表现为：流域面积小的河流，因自然条件 各异，流域之间河流水质差异较大：随着流域面积增大，流域内各支流汇合，常 使得流域之间河流水质的差异变小。世界最大河流的水质差异幅度最小。此现象 陈为河流水质的“流域面积效应” (2)流域长度与平均宽度流域的长度就是指流域的轴长。以流域出口为中 心作若干个同心圆，各同心圆与流域分水线相交处绘出割线，各割线中点的连线 的长度就是流域长度(1)，单位为km。流域面积与流域长度的比值就是流域的 平均宽度(B),单位为km (3)流域形状系数流域形状系数(k)等于流域的平均宽度与流域长度之 比。即 k=8=F (2.4) k值在一定程度上反映了流域的平面形状，扇形流域的k较之狭长形流域的k值 要大
水文学与水文地质学 (4)河网密度流域内诸多的大小河流构成脉络相同的系统称为河系（或河 网、水系)，其中将汇集的水流注入海洋或内陆湖泊的河流称为干流，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（图25）。通常水系用干流的名称来称呼它，如黄河水系等：若 研究某一支流或某一地区的问题时，也可以用该地区水系的名称来称呼它，如渭 河水系等。 河网密度(D)是指流域内干流、支流的总长度（∑L)与流域面积(F) 之比值。即 D=￥ (2-5) D表示一个流域河网的疏密程度，单位为km/km,它可综合反映该流域的 自然地理条件。 3.流城自然地理特征 流域的自然地理特征包括气象、地理位置、地形、植被覆盖、土壤、地质构 造、沼泽与湖泊等。这些特征与流域内河系的形成过程以及径流的变化规律紧密 相联。因此，当研究河川径流的动态时，需要对流域自然地理特征进行研究。 2.2降水与下渗 降水是水循环过程中最基本的环节，是河川径流的来源。大气中的水分以各 种形式降落到地面，称之为降水。所以，降水有多种形式，包括雨、雪、冰、 雹、露、霜、展等。我国大部分地区属于季风区，夏季风从太平洋和印度洋带来 暖湿的气团，·使降雨成为主要的降水形式。北方地区在冬季则以降雪为主。从形 成河川径流角度来说，以雨和雪补给为主，而下渗是降水形成河川径流过程中的 主要损失量。 2.2.1降水 1.降水要素与降水量观测 降水有三要素，包括降水量、降水历时和降水强度。降水量()是指一定 时段内降落在某一面积上的总水量，单位以mm计；降水历时(：)即降水所经 历的时间，单位可以年、月、日、时计；所以，某一降水量必须同时指明历时和 区域。单位时间的降水量称为降雨强度(i),简称雨强，以mm/min或mm/h 计。根据雨强对降水分级，常用的分级标准如表21所示