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1、第二章 河川径流,桥涵水文 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。,桥涵水文 第二章 河川径流,海陆循环,引 言,桥涵水文 第二章 河川径流,内陆循环,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,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54
2、64公里，流域面积75万平方公里.,图2-1-1 黄河水系略图,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,河流各段主要特征,黄河上游,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，河槽以冲刷下切占优势。,黄河中游,特点：河道坡度变缓，流速减小，流量加大，冲淤不严重，河床比较稳定，但侧蚀力量增强，河糟逐渐拓宽和曲折，两岸出现滩地。,黄河下游,特点：河道坡度更缓，流速更小，流量更大，淤
3、积作用显著，多浅滩或沙洲，河曲发育。,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） 。,水准基面,H1,H2,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。,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
4、沿水流方向各横断面上最大水深点 的连线。,（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。,（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。,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较稳定，因为水面比降还会受到水位的影响。,二、流域,汇集水流的区域称为某河的流域（汇水区、汇水面积）,流域的基本概念与特征,分水岭：指划分相邻水系或河流的山岭或河间高地； 分水线（分水界）：分水线就是流
5、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。 流域特征：包括流域面积、流域形状、流域高度、流域坡度、干流流向等。,2、流域的特征 （1）几何特征 主要是流域面积和流域形状。河流集水区域的水平投影面积称为流域面积。,山区汇水面积勾绘法,平原区汇水面积勾绘法,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。,流域的几何特征 流域面积,流域面积大，水量大，洪水历时长,流域的大小，直接影响汇集的水量多少和径流的形成。,流域的几何特征 流域的
6、形状,主要影响径流汇集的时间长短及形成过程。,在相同自然地理条件下： 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。,（2）自然地理特征 主要是流域的地理位置和地形。 地理位置,三、河流分类 1、根据流域地形特点分类： 山区河流 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。,虎跳峡,地上河,平原河流按平面形态及演变过程可分为四种类型的河段： 顺直微弯型（
7、边滩平移型）河段：,科罗拉多河(Colorado River),弯曲型（蜿蜒型）河段：,长江荆江蜿蜒型河段,弯曲型（蜿蜒型）河段：,凹岸,凹岸,凸岸,凹岸冲刷、凸岸淤积,？,分汊型（交替消长型）河段：,长江南京附近八卦洲分汊河段,散乱型（游荡型）河段：,黄河花园口游荡型河段,游荡型）河段,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,径流形成的过程：,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,图2-2-1 径流形成过程示意
8、图,2,河川径流的大小和变化，通常用流量Q和水位H来表示。 一次洪水过程可用历时、峰值（流量、水位）和径流量三个水文因素反应其特征。,洪水三要素： 历时、峰值（流量、水位）、径流量,Qm,Q,t,基 流,W,涨水过程,退水过程,洪 水 过 程 线,二、影响径流的主要因素： 1、气候因素：降雨、蒸发 降雨强度、历时、面积等；蒸发强度大小不同。 2、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，相对于气候因素而言，称为下垫面因素。 3、人类活动因素 封山育林、水土保持、修建水库等。,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
9、类。,长江汉口水文站1954年和1955年流量过程线,汛期长 水量大,南北分界线,2、雨雪源类 华北、东北地区的河流，每年有两次汛期：3-4月间由于融雪形成春汛；入夏后降雨增多，69月间形成夏汛或秋汛。,黄河花园口水文站流量过程线,3、冰雪源类 西北地区新疆、青海等地的河流，水量补给以融雪和冰川融水为主。,跨国河流额尔齐斯河某水文站流量过程线,峰值,2.3 水文测验 河流水情的变化，可由河流水文因素的观测资料来反映，对各项水文因素的观测，称为水文测验。 一、水位观测 1、水位：某一时刻水文站测流断面的水面高程。 2、水位换算关系：黄海平均海平面进行换算；水尺读数+水尺零点高程。 3、观测手段
10、水尺（直立式水尺、倾斜式水尺、矮桩式水尺） 自记水位计（能够自动记录水位变化过程）,直立式水尺,倾斜式水尺,矮桩式水尺,测流断面和水尺布设示意图,直立式水尺,倾斜式,河槽断面图的绘制,二、流速测验 天然河流过水断面内的流速分布：,流速仪法 流速仪一般分为旋杯式和旋桨式。,旋杯式流速仪,旋浆式流速仪,旋杯式流速仪,旋浆式流速仪,能测得水面下任何距离处的流速。,流速测点布置规定,测速垂线上测点的布置,注：为流速仪净空，视工作方法、铅锤及河底电接触器的尺寸而定。,浮标法 浮标测流速应选择顺直河段，并布设基本测流断面。,测得水面流速。乘以0.80.9，为平均流速,三、流量计算 河流的流量是过水断面面积
11、与断面平均流速的乘积。 过水断面的流速是不均匀分布。 流速测验只能测得某点的流速或水面流速。 实测流速不能直接用以计算断面平均流速。 因此：流量计算采用分块计算法。,三、流量计算 流速仪测流时流量计算按下列步骤进行： 以测速垂线将测流断面划分成若干部分，计算其过水面积Ai,测速垂线,不流动的 流速为0 不包括这 一部分 面积,根据各测点的实测流速，计算各测速垂线的 垂线平均流速 。,式中： V0.0、V1.0水面及河底的测点实测流速（m/s） k半深流速系数，可采用0.90.95。,注意系数,计算各个部分面积的断面平均流速(部分平均流速)： i) 岸边或死水边的部分平均流速 =自岸边或死水边起
12、第一条测速垂线的平均流速* 死水边取0.6 斜坡岸边取0.7 陡岸边取0.8（不平整的）或0.9（光滑的） ii) 断面中间的部分平均流速=相邻两垂线平均流速的算术平均值:, 计算各个部分面积的流量（即部分流量）： 计算全断面的流量： 反算断面平均流速：,水文测验时流量计算的方法是： 点流速 垂线平均流速 部分面积流速 乘以对应的部分断面面积 部分流量 全断面流量,让我们总结归纳一下吧！,四、相应水位的计算： 算术平均法 测流过程中，由水位变化而引起的过水面积的变化不超过5%10%（平均水深1.0m）或10%20%（平均水深1m）可取测流开始和终止时两次观测水位的算术平均值。 加权平均法,2.
13、4 水文资料的搜集和整理,定义： 从实地调查、观测及计算研究所得与水文有关的各项资料。例如降水量、蒸发量、水位、流量、含沙量等，以及从这些资料求得在一定时期内的最大值、最小值、平均值、总量、过程线和等值线等。,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 糙率又称粗糙系数，是表征河渠底部和岸壁影响水流阻力的综合因素的系数，反映水流所受河床阻力的大小，直接影响流速和流量。,二、洪水调查资料 （1）目的
14、：洪水调查主要是在桥位上下游调查历史上各次较大洪水的水位，确定洪水比降，推算洪水流量；并调查桥位附近河道的冲淤变形及河床演变，作为确定历史洪水计算断面和桥梁墩台冲刷深度的依据。 （2）方法：历史洪水位相应的洪水流量，可以按水力学中的明渠均匀流复式断面的方法进行计算。 1、水文断面的选择 2、水文断面的流速和流量的计算 3、洪水比降的确定 4、河床粗糙系数的选择,明渠均匀流水深h、断面平均流速v沿程都不变的流动。 渠底必须沿程降低，即 并且要在较长一段距离内保持不变。是重力流，依靠重力分力驱使水流运动，保证流动流向必须有恒定不变的作用力。平坡、逆坡中不可能产生均匀流。 必须是长而直的棱柱形渠道。
15、 （避免象弯管、阀门、滚水坝、桥孔等局部阻力对水流产生影响，而导致非均匀流） 渠道表面的粗糙系数n应沿程不变。这是因为粗糙系数决定了阻力的大小，n变化，阻力变化，有可能成为非均匀流。 渠道中水流应是恒定流。即 （常数）。否则，v会变化。,水文断面选择时应注意哪些问题？,?,在调查洪水位时，可在有历史洪水位痕迹的附近设置测流横断面，作为流量计算所依据的横断面，称为水文断面，也称为形态断面。 1、水文断面的选择 基本符合明渠均匀流的要求 水文断面与桥位之间应无支流、无分流或壅水现象 水文断面应靠近桥位，尽可能靠近调查的历史洪水位 水文断面应与洪水流向垂直 壅水指因水流受阻而产生的水位升高现象。,2、计算水文断面的流速和流量 （1）断面平均流速计算，使用谢才曼宁公式： （2-4-1） v断面平均流速（m/s），河槽和河滩的v应分别计算; n粗糙系数（糙率）； R水力半径（m）; i 洪水比降（河流中出现洪峰时的水面比降），以小 数计。,过流断面上流体与固体壁面接触的周界线，称为湿周。 湿周为过水断面上水流所湿润的边界长度。常用
