河流概论.docx

河流概论.docx

《河流概论.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河流概论.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

河流概论

第一章河流、水系与流域

第一节河流

河流是在一定气候和地质条件下形成的天然泄水输沙通道，是河槽与水流（挟沙水流）的总称。

我国的河流有江、河、水、川、溪等称谓，如长江、黄河、汉水、四川大金川、湖北香溪等等。

雨水降落地面以后，在重力作用下自高处向低处流动，侵蚀地表，形成沟壑，进而发展为小溪，小溪汇集成小河，若干小河又汇合成为大的江河，最后流入海洋或内陆湖泊。

河水流经的谷地称河谷，河谷底部有水流的部分称为河床。

河水在汇流而下的过程中，不断切割、拓展河槽，使河槽断面沿程扩大，以致河流尺度及其泄流能力愈往下游愈大。

河流对人类生存环境有重大意义，人类通过对河流的开发和利用，不断改善生存环境条件，提高社会生活质量。

河流也不时逞凶作恶、危害人类，如有时河水泛滥、决口成灾，有时淤滩碍航、隔断交通，严重时甚至出现断流，威胁人类社会经济发展和生态平衡。

人类面对自然界的河流，一方面要研究河流的特性与规律，发挥河流的服务功能，设法让河流造福于人类；另一方面也要顺其河性，注意善待河流，与河为友，与河长期和谐共存。

一、河流的分类

河流的分类方法很多。

按河流的归宿不同，可分为外流河和内陆河（或内流河）两大类。

外流河最终流入海洋，内陆河则注入封闭的湖沼或消失于沙漠而不与海洋相沟通。

按河流所在地理位置，我国的河流有南方河流与北方河流之分。

一般来说，南方河流水量丰沛，四季常流水；而北方河流，则水量相对贫乏，年际间、季际间水量相差悬殊，有些河流在每年的枯水季节可能断流，而成为季节性河流。

按河水含沙量大小，可分为少沙河流与多沙河流。

少沙河流河水“清澈”，每立方米水中的泥沙含量常在几公斤甚至不足1公斤；而多沙河流，每立方米水中的泥沙含量常在几十公斤、几百公斤甚至千余公斤。

按河流是否受到人为干扰，可分为天然河流和非天然河流。

天然河流纯属自然状态，其形态特征和演变过程完全处于自由发展之中；而非天然河流或称半天然河流，其形态和演变受限于人工干扰或约束，如在河道中修建的丁坝、矶头、护岸工程、港口码头、桥梁、取水口和人工裁弯等。

然而，自然界的河流，完全不受人为干扰影响的并不多见。

在河流动力学中，常将河流按其流经地区不同，分为山区河流与平原河流两大类。

山区河流流经地势高峻、地形复杂的山区，在漫长的历史过程中，由水流不断地纵向切割和横向拓宽而逐步发展形成。

平原河流流经地势平坦、土质疏松的冲积平原。

二、河流的分段

发育成熟的天然河流，一般可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。

河源是河流的发源地，它可能是溪涧、泉水、冰川、湖泊或沼泽等。

上游是紧接河源的河流上段，多位于深山峡谷，河槽窄深，流量小，落差大，水位变幅大，河谷下切强烈，多急流险滩和瀑布。

中游即河流的中段，两岸多丘陵岗地，或部分处平原地带，河谷较开阔，两岸见滩，河床纵坡降较平缓，流量较大，水位涨落幅度较小，河床善冲善淤。

图1-1河口区分段图

（a）三角洲；（b）三角港

1一河流近口段；2一河口段；

3--口外海滨；4一前缓急滩

下游即指河流的下段，位处冲积平原，河槽宽浅，流量大，流速、比降小，水位涨落幅度小，洲滩众多，河床易冲易淤，河势易发生变化。

河口是河流的终点，即河流流入海洋、湖泊或水库的地方。

入海河流的河口，又称感潮河口，受径流、潮流和盐度三重影响。

一般把潮汐影响所及之地作为河口区。

河口区可分为河流近口段、河口段和口外海滨三段，如图1-1所示。

从某种意义讲，可以把河流近口段与河口段的分界处视为河流真正意义上的终点。

以长江、黄河为例。

长江发源于青藏高原唐古拉山脉主峰格拉丹东雪山西南侧，河源至宜昌为上游，长4504km；宜昌至湖口为中游，长955km；湖口以下为下游,长938km。

黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地，河源至内蒙古自治区托克托（河口镇）为上游，河长3472km；从托克托至河南省桃花峪为中游，河长1207km；桃花峪至黄河河口为下游，全长768km。

三、河流的分级

流域水系中各种大小不等的沟道与河流，可用河流的级别来表示。

河流分级方法主要有两类：

一是从河流水系的研究分析方便考虑，把最靠近河源的细沟作为一级河流，最接近河口的干流作为最高级别的河流，然而，这在具体划分上又存在不同的做法，图1-2便是其中常见的一种。

二是把流域内的干流作为一级河流，汇入干流的大支流作为二级河流，汇入大支流的小支流作为三级

图1-2河流分级示意图

河流，如此依次类推。

四、河流的落差与比降

河流落差指河流上、下游两地的高程差。

河源与河口的高程差，即为河流的总落差。

某一河段两端的高程差，称之为河段落差。

通常所谓的河流比降，一般是指河流纵比降，即单位河长的落差，也称坡度。

河流比降有水面比降与河床比降之分，两者不尽相等，但因河床地形起伏变化较大，故在实际工作中多以水面比降代表河流比降。

设某河段i的比降为Ji，则

Ji＝（Zi一Zi-1）／Li（1-1）

式中：

Ji—河段i的河底或水面比降，常用以百分率（%）、千分率（‰）表示

Zi、Zi-1—分别为河段i的上、下游断面的水面或河底高程（m）；

Li——河段i的长度（m）。

因河流比降沿程各处可能不同，为了说明较长距离的河流比降情况，通常需求其平均比降J。

计算公式为：

J=

（1-2）

式中n为河段数，L为各河段长度之和，L=∑Li。

五、河流的深泓线与主流线

深泓线（或称谿线）是指沿流程各断面河床最深点的平面平顺连接线。

在通航河道中，深泓线的位置往往就是航道的所在位置。

主流线为沿流程各断面最大垂线平均流速处的平面平顺连接线。

围绕主流线两侧一定宽度内平均单宽流量较大的流带，称为主流带。

在某些河流上，主流带在洪水期往往呈现出浪花翻滚、水流湍急的现象，肉眼可以看得很清楚。

主流线通常也叫水流动力轴线，具有“大水趋直，小水趋弯”的倾向。

主流线与深泓线，两者在河段中的位置通常相近而不一定重合，但有的河段有时也可能相差很远。

主流线与深泓线位置如图1-3所示。

六、河流的长度与宽度

从河源到河口的长度称为河流长度。

河流长度可沿河道深泓线或中轴线在河道地形图上量取。

河道中轴线是指在平面上沿河流各断面中点的平顺连接线。

任意两断面间的河流长度称为河段长度。

河流宽度指河槽两岸间的距离，它随水位变化而变化。

水位常有洪、中、枯水之分，因而河槽宽度相应有洪水河宽、中水河宽和枯水河宽。

通常意义下的河宽多指中水河槽宽度，即河道两侧河漫滩滩唇间的距离（图1-4）。

图1-3主流线与深泓线位置示意图图1-4洪、中、枯水河槽示意图

七、河流的纵剖面与横断面

河流纵剖面可分为河床纵剖面和水流纵剖面两类。

河床纵剖面是沿河床深泓线切取数据绘制的河床剖面，反映的是河床高程的沿程变化。

水流纵剖面代表水面高程的沿程变化。

河流横断面是指垂直于水流方向的剖面，可据实测河道地形高程数据绘出横断面图。

水面与河床之间的区域为过水断面，相应的面积为过水断面面积。

对应于洪、中、枯水水位的河槽，分别称为洪水河槽、中水河槽与枯水河槽。

图1-5河流侵蚀基准面示意图

不同水位的河槽，相应的过水断面面积不同（图1-4）。

八、河流侵蚀基准面与侵蚀基点

河流侵蚀基准面的含义是指，河流在冲刷下切过程中其侵蚀深度并非无限度，往往受某一基面所控制，河流下切到这一基面后侵蚀下切即停止，此平面称为河流侵蚀基准面。

它可以是能控制河流出口水面高程的各种水面，如海面、湖面、河面等，也可以是能限制河流向纵深方向发展的抗冲岩层的相应水面。

这些水面与河流水面的交点称为河流的侵蚀基点（图1-5）。

河流的冲刷下切幅度受制于侵蚀基点。

应该说明，所谓侵蚀基点并不是说，在此点之上的床面不可能侵蚀到低于此点；而只是说，在此点之上的水面线和床面线都要受到此点高程的制约，在特定的来水来沙条件下，侵蚀基点的情况不同，河流纵剖面的形态、高程及其变化过程，可能有明显的差异。

上述侵蚀基准面，可进一步地分为终极侵蚀基准面和局部侵蚀基准面两类。

地球上绝大多数的河流注入海洋，海平面是这些河流的共同侵蚀基准面；河流注入湖泊，湖面大致为该河流的侵蚀基准面。

因此，海平面和大的湖泊水面，可认为是终极侵蚀基准面。

支流汇入干流，汇合点处干流河床的高度成为支流的侵蚀基准面；河流壅塞，山体崩塌，人工筑堤，坚硬的岩石等形成的侵蚀基准面，诸如这些侵蚀基准面，不仅本身不断变化，而且存在的时间较短，影响也仅限于局部，可以统称之为局部侵蚀基准面。

第二节水系与流域

一、水系

水系是河流的集合，是地表径流对地表土的漫长侵蚀以后，逐渐从面蚀到沟蚀、槽蚀，以至发展到由众多支流和干流所构成的复杂的河流网络系统。

水系中的河流有干、支流之分。

干流一般是指水系中最长、水量最大的那一条河流。

但有些河流的干流，既不是最长也非水量最大，而是根据历史习惯来决定的，例如我国的汉水和它的支流褒水就是这种情况。

在汉水与褒水的会合点以上，褒水的长度比汉水长得多，按长度论，汉水的干流应该是褒水而不是湑水。

美国的密西西比河比它的支流密苏里河短得多，但是人们习惯把它当作干流。

流入干流的河流称为支流。

而支流又有一级、二级、三级…之分。

在我国，人们习惯沿用的方法是，把直接汇入干流的河流称一级支流，汇入一级支流的称二级支流，余类推。

如长江水系，直接入海的长江为干流，直接汇入长江的汉江为长江的一级支流，流入汉江的唐白河为二级支流，注入唐白河的白河为三级支流。

水系的名称通常以干流的河名命名，如长江水系、黄河水系、珠江水系等。

但有些干流的某些河段，则可能另有他名。

如长江干流可划为若干河段。

从源头到囊极巴陇，称为沱沱河；从囊极巴陇到玉树县的巴塘河口，称为通天河；从巴塘河口到四川宜宾市岷江口，称为金沙江；宜宾以下才称为长江。

宜宾以下，又有地方性的称谓，如宜宾至湖北宜昌河段称为川江；湖北枝城至湖南城陵矶河段称为荆江；湖北广济龙坪镇至江西九江河段古称浔阳江域九江；江苏扬州以下旧称扬子江。

此外，也有用地理区域或把同一地理区域内河性相近的几条河作为综合命名，如湖南省境内的湘、资、沅、澧四条河流共同注入洞庭湖，称为洞庭湖水系；江西省赣江、抚河、信江、饶河、修水均汇入鄱阳湖，称为鄱阳湖水系；海河、滦河、徒骇河及马颊河都各自入海，称为华北平原水系等等。

水系的平面形态千奇百异，主要受地质构造、地理条件以及气候因素所影响。

常见水系形态可归纳为树枝状、平行状、放射状、环状、辐合状、羽毛状、格状、网状和混合状等等。

二、流域

流域是指河流的集水区域，凡降落在流域上的雨水都沿着地面斜坡直接流入该河或经过支流注入该河。

流域的周界称为分水线（或分水岭）。

流域分水线通常是流域四周最高点的连线，亦是流域四周山脉的脊线（图1-6）。

流域的地面分水线和地下分水线一般不重合（图1-7）。

对于这种情况，将有部分降水渗入地下流到相邻流域而流失，则这种流域称为非闭合流域；若地面分水线和地下分水线重合，全部降水都通过地面径流与地下径流流向该流域出口，此流域称为闭合流域。

通常情况下，可以把流域视为闭合流域。

图1-6流域平面图图1-7流域分水线示意图

流域的几何特征包括流域面积和流域形态两个方面。

流域面积又称集水面积，它是河水出口断面以上流域分水线所包围的面积。

流域形态指标包括流域的长度、平均宽度、长宽比、对称性和平均坡度等项。

流域的自然地理特征，主要包括流域的气候因素和下垫面因素两个方面。

流域的气候因素很多，其中决定流域径流形成和洪水特性的关键性因素是降水与蒸发。

降水是地表水的主要来源。

我国大部分地区，年降水总量绝大部分是降雨。

降雨是空气中的水气随气流上升，绝热膨胀冷却而凝结成水滴降落到地面的现象。

蒸发是水由液体状态变成气态的物理过程。

流域总蒸发由水面蒸发、陆面蒸发和植物散发三方面组成。

流域的下垫面因素主要包括：

流域的地理位置、地形、植被、土壤及地质构造、湖泊沼泽等方面。

第三节我