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1、第三章流域及水系 River basin river system 本章主要内容 基本概念基本概念1 水系地貌特征水系地貌特征2 流域地貌特征流域地貌特征3 数字高程模型及流域特征的提取数字高程模型及流域特征的提取4 1 分水线 1 基本概念 山峰 山脊和鞍部的连线 集水线 地面分水线 地形等高线中的极大值称为山峰 山峰的下坡方向称为山脊 相邻山峰之间的区域称为鞍部 地下分水线 1 基本概念 2 流域 River basin 指地面分水线地面分水线包围的 能够汇集雨水从其出口流出 的区域 流域面积 Drainage area 指地面分水线包围区域的水平投影面积 闭合流域闭合流域 非闭合流非闭合
2、流 域域 地面分水线与地下分水线重合 且河槽切割至不透水基岩的流域称为闭合流域闭合流域 地面分水线与地下分水线不重合或河槽切割不能到达不透水基岩的流域为非非 闭合流域闭合流域 1 基本概念 3 水系 流域中大小河流交汇所形成的网络结构 叫做水系 又称河网或河系 a 树状结构 b 网状结构 水 系 结 构 树 状 结 构 种 类 羽毛状结构扇形状结构 混合状结构 流域面积和降雨时空分布相同情况下 水系形状与洪水过程的关系图 Q1 t 羽毛状水系洪水过程 Q2 t 扇形状水系洪水过程 Q1 t 混合状水系洪水过程 4 坡面 流域内除河系以外的部分 坡面的几何形状 a 矩形坡面 b 收敛型坡面 c
3、散发型坡面 1 基本概念 5 流域基本单元 1 基本概念 一个流域若按内部的分水线又可划分成若干个比较小的流域 在 这些比较小的流域内部 又可以根据其内部分水线分成更小的流 域 这样不断地分下去 最终的结果将是无法再分 这种无法再 分成更小的流域 就叫做流域基本单元 V形马蹄形 流 域 基 本 单 元 2 水系地貌特征 水系的拓扑性质 水系的几何特征 水系的拓扑性质 一个几何图形在连续改变其几何形状时仍 能保持不变的一些性质 2 水系地貌特征 拓扑性质拓扑性质 内链外链 基本术语 河源 顾名思义 就是一条河流的起始点 节点 两条相邻河流的交汇处称为节点 出口 出口是输送整个河系总水量和其他物质
4、的地方 河链 河源与相邻节点之间的连接的河段 或者相邻 两个节点之间的连接河段 或者出口与相邻 节点之间的连接河段 称为链 2 水系地貌特征 拓扑性质拓扑性质 树枝状水系树枝状水系 2 水系地貌特征 拓扑性质拓扑性质 水系拓扑性质之水系拓扑性质之1 1 对于二分叉树状水系 如果河源数为N 那么节 点数必为N 1 1 河链数必为2 2N 1 1 其中外链数 和内链数分别为N和N 1 1 这就是二分叉树状水 系的河源数与节点数和河链数之间的定量关系 2 水系地貌特征 拓扑性质拓扑性质 河流分级 格雷夫利厄斯 霍顿 施里夫 沙伊达格 Strahler分级 从河源出发的河流称为1级河流 两条相同级的河
5、流交汇所形成的河流的级比 原来高一级 两条不同级河流交汇所形成的河流的级为其 中较高者 所有河流级别的最大值即为河网级别 也称 流域级别 2 水系地貌特征 拓扑性质拓扑性质 Strahler分级原则 2 水系地貌特征 拓扑性质拓扑性质 水系拓扑性质之水系拓扑性质之2 2 河数定律河数定律 其中分叉比为 其中分叉比为 自然水系的分叉比为 自然水系的分叉比为 3 3 5 5 均值为 均值为4 4 2 水系地貌特征 拓扑性质拓扑性质 分叉比推求分叉比推求 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 横断面 河长和河段长 河流的弯曲 河长定律 河链长 河底比降 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 1 1 横断
6、面横断面 河流上垂直于主流方向沿深度截取的剖面 河流上垂直于主流方向沿深度截取的剖面 抛物线形抛物线形 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 1 1 横断面横断面 山区性河流 山区性河流 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 2 2 河长和河段长河长和河段长 河长是指一条河流从河源沿着主流线到河口的平面投影 长度 如果在一条河流上沿主流方向截取上 下游两个断面 则这两断面之间沿主流线的平面投影长度就是其河 段长 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 2 2 河长和河段长河长和河段长 衍生的一些定量概念衍生的一些定量概念 水系的水面面 积和蓄水量都 与其整个河长 密切相关 级河流的总长 级河流的总长
7、级河流平均河长 级河流平均河长 级水系总河长 级水系总河长 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 3 3 河长定律 各级河流平均长度的规律 河长定律 各级河流平均长度的规律 其中河长比为 其中河长比为 自然水系的河长比在 自然水系的河长比在 1 5 3 5 均值为 均值为2 5 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 4 4 弯曲率弯曲率 河流上任意两个横断面之间沿主流线距离的平面投影长度 与其直线距离平面投影长度之比值称为河流的弯曲率 2 水系地貌特征 几何特征几何特征 5 5 平均河链长平均河链长 平均河链长就是水系的总长度除以水系的河链数 每条河链的平均汇水面积 2 水系地貌特征 几何特征几何
8、特征 6 6 河底比降河底比降 河底比降是指河流上相邻两个横断面的平均河底高程 之差与其河段长的比值 亦可以表示为河底线对水平线倾斜角的正切 河段平均河底比降 3 流域地貌特征 流域的几何特征 流域的结构特征 流域坡度 3 流域地貌特征 几何特征几何特征 面积定律 流域的长度 宽度和形状 3 流域地貌特征 几何特征几何特征 1 1 面积定律面积定律 同级河流的流域面积总和除以该级河流数 定义为该 级河流的平均流域面积 面积比RA基本是一个常数 3 6 3 流域地貌特征 几何特征几何特征 Horton地貌定律 Horton地貌参数 3 流域地貌特征 几何特征几何特征 2 2 流域的长度 宽度和形
9、状流域的长度 宽度和形状 流域长度 从流域出口断面至分水线 的最大直线距离 B 流域宽度 与流域长度垂直的在分水 线之间的最大距离 C 3 流域地貌特征 几何特征几何特征 流域形状 流域形状 形态因子 伸长比 圆度等 形态因子 伸长比 圆度等 形态因子 流域面积与流域长度平方的比值 Grag发现流域河长和 面积存在上述关系 3 流域地貌特征 几何特征几何特征 流域形状 流域形状 形态因子 伸长比 圆度等 形态因子 伸长比 圆度等 伸长比 面积等于流域面积的圆的直径与流域长度的比值 3 流域地貌特征 结构特征结构特征 河网密度和河道维持常数 河流频度和河链频度 河长 面积曲线 高程曲线 1 1
10、河网密度和河道维持常数 3 流域地貌特征 结构特征结构特征 河网密度河网密度是指单位流域面积上的河流长度 即为 水系总长度L与流域面积A的比值 河道维持常数河道维持常数表示维持单位河长需要多少集水面积 河网密度的倒数 3 流域地貌特征 结构特征结构特征 2 2 河流频度和河链频度 河流频度 单位流域面积上的河流数 链频度 单位流域面积上的河链数 Lf Cf 3 流域地貌特征 结构特征结构特征 3 3 河长 面积曲线 从出口断面开始逆水流方向在河长上量取一段 距离l 并求出相应的集水面积Al 则两者之间 的关系就称为河长 面积曲线 3 流域地貌特征 结构特征结构特征 4 4 高程曲线 流域在某一高程处的水平截面面积与该高程的 关系就称为高程曲线 3 流域地貌特征 流域坡度流域坡度 流域坡度流域坡度 流域上两点之间的高差与它们之间直线距离的比值 流域坡度是位置的函数 平均流域坡度 高程曲线高程曲线 河长面积曲线河长面积曲线 3 流域地貌特征 流域坡度流域坡度 流域坡度流域坡度
