4.3 河流Streams and RiversOutline 河流的类型(Classification) 河流地形学(Geomorphology) watersheds and drainage networks channel morphology habitat scales 河流水文学(Hydrology) flow and discharge storm and annual hydrographs flood probability sediment transport and deposition 水生生物对流水环境的适应4.3.1 河流的类型定义：Stream- 局限于河道内，在重力作用下从高往低流动的水体 基于大小Rivers, streams, brooks, creeks 基于水流终点：内流河Endorheic ：河水最终流入内地，不进入海洋外流河Exorheic ：河水通过湖泊和河流系统最终流入海中河流类型 基于水流持续时间：短期河(临时河Ephemeral streams ) 仅在降水后出现，每年有水流的时间不超过30天间歇河(季节河Intermittent streams ) 仅在每年的特定时间（丰水季）有水流，一般有水流的时间在 30天以上常年河(永久河Perennial streams ) 旱季和雨季都有水流，靠地下水维持基本流量4.3.2 河流形态v地形学Geomorphology 关于地球表面形态及形成过程的科学 地质/土壤 流域watershed 水系River (Water) system：流域内大小河流交汇形成的树枝状或网状结构，也叫河网 河流分级stream order国内；英美 河道形态channel form流域 流域Watershed area：为分水线所限而有径流流入干流及其支流的集水区域Catchment area (集水区域 )；Drainage basin 分水岭Divide：划分相邻水系或河流的山岭或河间高地流域有三种类型. closedwatershedemptyintoaninlandbodyofwaterlikealake Openwatershedsemptyintotheoceanfromonesource. Multipleopenwatershedsemptyintotheoceanfrommorethanonesource.河流分级Stream order 河流分级是一种划分一个流域中天然河道层次(等级，hierarchy) 的方法。
Strahler (1957)河流分级系统是最常用的 河流等级与流域面积密切相关，但同样受该地区的地形和地质状况约束一个水系的河流分级. Stream ordering is a method of classifying the hierarchy of natural channels in a watershed.水系型式(Drainage patterns): 地图上所示河流及其支流的排列形式由地形和地质结构所决定树枝状(dendritic) ：在均匀的可溶蚀岩石上形成直角状(rectangular) ：在规则的断裂岩上形成放射状(radial) ：在锥形山上格状(trellis) ：在褶皱的沉积岩上溶蚀而成平行型(parallel)环状(annular)多盆型(multi-basinal)扭曲状(contorted)水系的型式A-树枝状水系B-格状水系C-平行水系D-放射状水系E-环状水系F-向心水系G-网状水系H-钩状水系河流横截面Crosssection 河谷Stream valley (河廊River corridor) 河道Stream channel 河床Stream bed 河堤Stream bank 河漫滩Flood plain（洪泛平原） 阶地Terrace河流廊道rivercorridor横截面，三个主要部分-河道、河漫滩、陡岸可被构造细部和植物群落进一步细分（图中垂直尺度和河道宽度被夸大了）。
不同地区(a) 和 (b)河廊的 3 个主要组成部分尽管具体特征可能随地区而异，大多数河谷包括河道、河漫滩和过渡的高地边缘.(a)(b)河漫滩Floodplain 河漫滩是在河道两侧由沉积物形成的宽阔的陆地 两种类型： 水文河漫滩 Hydrologic floodplain：与基本流量baseflow 河道相邻，满槽bankfull水位以下的陆地，通常三年两头被淹，并非所有河流廊道都有 地形河漫滩Topographic floodplain：与河道相邻包括水文河漫滩在内，接近某一特定频度(e.g. 100-year floodplain)发生的洪峰线以下的陆地.河流阶地StreamterracesStreamterraces：河流及河漫滩上台阶状平地 可能是岩石上切割的台地(有时覆盖有沉积物) 可能是沉积和冲蚀形成的台地河流阶地是废弃的河漫滩，由下切和河漫滩的加宽交替进行而形成可以是非下切型的(A)和下切型的(B、C).在其自身的河漫滩沉积上切割形成的阶地 (A) 河流沉积厚而粗的河漫滩沉积物； (B) 河流通过下切侵蚀其河漫滩，旧的河漫滩表面形成阶地； (C) 在阶地下通过侧向侵蚀形成新的河漫滩 5部分 河源headwaters高地、山区 上游Upper reach 中游Middle reach 下游Lower reach 河口mouth河流进入大海、湖泊或其它更大河口的地方河流之纵剖面Longitudinalprofile河流各段的特征河源：河流开始部分，一般在山地、高原，-溪涧、泉、冰川、沼泽、湖泊上游：多处于山地，两岸多高山，落差大、水流急、多瀑布；水流下切力强；冲蚀强烈，底质多为基岩中游下游：河谷宽阔、流量大，落差小，流速小，淤积作用明显，底质细沙或淤泥，多浅滩和弯曲河口：常有大量泥沙沉积，形成多汊的河网-三角洲河谷纵向分段 河道和河漫滩特征随着从河源到河口而发生改变Channel Slope (比降)Streamgradient 比降Channel slope,河流纵向剖面上两点之间的高差与其距离的比值：H上-H下 为河段的落差L 为河段的长度 比降直接影响水流速度、河流搬运能力competence 和河流能量streampower。
由于这些性质决定了侵蚀的地形过程、沉积物的运送和沉积，比降成为控制河道形态和格局的决定因子河道形式Channel Form v单汊型Single-thread stream (one-channel)最普遍v多汊型multiple-thread streams：不常见，可进一步区分为：辫状河道Braided streams ：水流在分分合合的河道构成的网系里流动interconnectednetwork复汊anastomosedstream3种情况促使辫状河道的形成：容易侵蚀的堤岸.大量的粗沉积物流量迅速且频繁的变化(A)河道中间的障碍物bar可使水流改向并使河道加宽(B)辫状河道，障碍物将主河道分成许多小汊，大大加宽了河道河曲Meander 弯曲系数Sinuosity表示河道弯曲程度的指标 弯曲系数为一个河曲或多个河曲由起点至终点的河道长度与河谷直线距离的比值如果弯曲系数大于1.3，则认为该河道是弯曲的 弯曲系数通常与流量、比降、河床性质有关 容易冲蚀的地区，如果流量大、比降大，弯曲系数高 极度弯曲的河流，通常见于宽阔平坦的河谷地带（Zone3）4.3.3 水文学(Hydrology)水文学定义研究水的性质、循环与分布的科学研究地表水和地下水的科学有时用来描述水流节律(water regime)研究内容降水(Precipitation)和径流(runoff ) 水流的持久性(permanence)与平均年径流量(average annual discharge)基本流量(base flow)、低流量频度数据(low-flow frequency data)水流持续时间(Flow duration)洪水频度(Flood frequency)流速及流水量（Streamflow） 暴雨流量Stormflow：降水在较短时间内通过漫流或地下流到达河道 Sheet flow: flow across the surface of the land. 基本流量Baseflow：降水渗透到地下并缓慢通过基质到达河道。
基本流量在少雨或无雨的季节维持河流一定的流量 The constant level of discharge in streams is called base flow 水文图：流量与时间所作关系图A plot of discharge against time is called hydrograph暴雨水位图(A storm hydrograph). A hydrograph shows how long a stream takes to rise from baseflow to maximum discharge and then return to baseflow conditions.城镇化前后水文图比较 (蓝条表示降水率和时间). The discharge curve is higher and steeper for urban streams than for non-urbanized streams due to faster and greater runoff. 径流(Runoff) 径流是指大气降水到达陆地上，除掉蒸发而余存在地表上或地下，从高处向低处流动的水流 影响径流过程的因子：climate, geology, topography, soil characteristics, and vegetation. 径流的3种基本类型： Overland flow (坡面漫流，地表径流) Subsurface flow (地下潜流) Saturated overland flow (饱和地面径流)流速Velocityv单位时间内水流过的距离决定河流中水的流速的主要因子是河流梯度 stream gradient (比降)-河床或河流表面向下倾斜的程度downhill slope河道形态也影响流速河道糙度roughness of the channel 河流的冲淤(侵蚀与沉积)Stream erosion and deposition 首先是受流速影响，其次，在一定程度上也受流量影响在一个直的河段流速的分布 在潭(pools) 和滩(riffles)之间，在河流截面的任何一点及任何深度处，水的流速是不同的。
流速分布从基本径流经满槽径流到洪水径流有很大变化河流中最大流速的位置 箭头示最大流速的位置向弯曲外侧偏移； 断面示最大流速在弯曲河段位于河道外侧，在直河段位于河道中间(B-B)流量Discharge 流量Discharge 单位时间内流经某断面的水量 用公式表示：Q=AV式中：Q=流量(m3s-1)A=河流断面之面积(m2)V=该断面上的平均流速(m/s)径流状态分析Flow regime analysis 径流大小 Magnitude 某一特定时间流经河流某一点的水的量 频度Frequency 某一特定情况，如大洪水，发生的频繁程度 持续时间 Duration 描述特定水流状态所持续的时间长度，如极端枯水水流 extremely low flow 的持续时间 定时Timing 描述一年中发生特定水流事件的时间，如洪水季节或极端枯水水流出现的时间 变化速率 rate of change 水流变化有多快，如每天之间水的涨落变化速度径流分析的生态意义EcologicalImpacts 径流的可变性是决定河流生态系统生物和非生物过程的主要因子 高水位径流 High flows 不仅对于沉积物的运送是重要的，在把河漫滩湿地和河道重新联系 reconnecting 方面也很重要河漫滩，为鱼类提供产卵和孵育场。