第三节 河流

一、河流、水系和流域 （一）河流 1、河流：指陆地表面经常性或周期性有水流动的 泄水凹槽。河流是流动的水与河谷的总称。 2、河流的分段：河源、上游、中游、下游、河口等五个部分。 河谷 形态 河床 物质 比降／流速 侵蚀／堆积 流量 水位 变化 上游 V 基岩砾石 大／大 下切 小 大 中游 宽U 中粗砂 中／中 侧蚀 中 下游 宽浅U 细砂淤泥 小／小 堆积

★河口的分段 近口段、河口段、口外海滨段 口门——三角洲前缘 河口段 潮流界——口门 口外海滨段 近口段 潮区界——潮流界 双向水流 单向水流 双向水流 陆 海

3、河流纵断面 ◆指沿河流轴线的河底高程或水面高程的变化。 可分为河底纵断面和水面纵断面两种。 河流纵断面用比降（ i ）表示： H上、H下 分别为河段上下游 河槽（或水面）上两点的高 程；H上－H下 则为河段的落 差；L 为河段长度。 4、河流横断面 ◆指河槽某处垂直于主流方向河底线与水面线 所包围的平面。 ★过水断面：指某一时刻河底线与水面线所 包围的平面。

★河流横断面形态要素 过水断面面积 W； 湿周 P（过水断面上被水浸湿的河槽部分）； 水面宽度 B； 平均深度 H＝W／ B； 水力半径 R＝W ／ P； 糙度系数 n（指河槽上的泥沙、岩石、植物 等对水流的阻碍作用程度）。

（二）水系 水系：指由干流和各级支流组成的河流系统。 河流的分级 3 4 4

★河流的分级

1、水系特征 包括河长、河网密度和弯曲系数。 ◆河长——指从河口至河源沿河流轴线 所量得的长度。 ◆河网密度——指流域内干支流的总长 度与流域面积之比，即单位面积内的河 道长度。 km km2 km／km2

◆弯曲系数 2、水系的类型 弯曲系数是指某河段的实际长度与该河段直线 距离之比。K 值越大，河段就越弯曲。 ①扇状水系：干支流呈扇状分布，各支流较集中 地汇入干流，流域呈扇形或圆形。如海河。 ②羽状水系：支流从两岸相间汇入干流。如滦河。 ③平行状水系：各支流平行排列。如淮河左岸。 ④树枝状水系：干支流分布呈树枝状。如西江。 ⑤格状水系：支流成90°角汇入干流。河流发育 受两组互相垂直的构造线控制。如闽江。

3、水系的发育 初 期——多湖泊分布，支流少而小； 伸长期——溯源侵蚀，干支流系统初步形成； 扩张期——溯源侵蚀、侧蚀强烈，水系密度最大； 初 期——多湖泊分布，支流少而小； 伸长期——溯源侵蚀，干支流系统初步形成； 扩张期——溯源侵蚀、侧蚀强烈，水系密度最大； 合并期——河流劫夺（袭夺），长期侵蚀后转向 堆积，水系越来越简单化。 袭夺湾 风口 袭夺河 A B 断头河（被夺河）

（三）流域（河盆）

河盆系统

★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）：分水岭最高点的连线； 地表分水线受地形影响，地下分水线则受地 质构造和岩性控制； ◆流域（河盆）：指分水线所包围的区域； ◆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。

二、河流的水情要素 （一）水位 ◆水位：指河流某处的水面高程。其零点称 为基面。 ◆绝对基面：是以某一河口的平均海平面为 零点。我国规定统一采用青岛黄海基面。 资料可比 ◆相对基面（测站基面）：以观测点最枯水 位以下0.5 ～ 1 m 处作为零点的基面。 资料不可比

◆水位变化：主要受水量影响；包括季节 变化、年际变化等； ◆水位过程线：是指水位随时间变化的曲 线。其纵坐标为水位，横坐标为时间。水 河流的水情要素 ◆水位变化：主要受水量影响；包括季节 变化、年际变化等； ◆水位过程线：是指水位随时间变化的曲 线。其纵坐标为水位，横坐标为时间。水 位过程线反映了水位变化的规律； ◆相应水位曲线：指在同一涨落水期间， 上下游站位相相同的水位。纵轴为上游站 的水位，横轴为下游站的水位。依据相应 水位曲线可做短期水文预报。

（二）流速 ◆流速：指河流中水质点在单位时间内移动的 距离。即 v ＝ L ／t 其单位为 m／s 河道中的流速分布：在纵断面上，由上游向下 游减少；在横断面上，从水面向河底递减。 ◆谢才公式（天然河道平均流速计算）： v 为平均流速； c 为谢才系数，它与糙率等因 素有关，我国多采用满宁公式求得；R 为水力 半径； i 为水面比降。 满宁公式， n 为糙率系数

（三）流量 ◆流量：指单位时间内通过某过水断面的水的 体积。 即 Q ＝ w · v 单位为 m3／s ； ◆流量过程线：是流量随时间变化过程曲线。 纵坐标为流量，横坐标为时间。反映径流变化规律 ◆水位－流量关系曲线：是水位随流量变化的 曲线。 即 Q ＝ f（H）；纵坐标为水位，横坐标 为流量。可用水位资料推算流量

（四）河流泥沙 ◆河流泥沙：指组成河床和随水流运动的 矿物、岩石固体颗粒。随水流运动的泥沙 又称固体径流。 ◆含沙量：河水中泥沙的含量。 单位为 kg／m3 。 ◆输沙率：指单位时间内通过一定过水断 面的泥沙总量。单位为 kg／s 或 t／s 。 ◆输沙量：指在一定时段内通过一定过水 断面的泥沙总量。单位为 t 或 万t 。 ◆侵蚀模数：是指每 km2 流域面积上，每 年被侵蚀并汇入河流的泥沙重量。 单位为 t／（km2 · a）

（五）水温与冰情 ◆水温与冰情的变化，主要受太阳辐射、气温 等地带性因素控制，其分布具有地带性规律。 如我国秦岭－淮河一线，以南冬季不结冰，以 北则冬季结冰。 ◆河流水温的地区分布与气温分布基本一致， 或略高 1 ～ 2 ℃ 。 ◆河流冰情的三个发展阶段： 结冰、封冻、解冻。 ◆凌汛： 如果河流由低纬流向高纬，会出现上游解冻早， 而下游解冻晚的现象，向下游移动的冰块可能 壅积成冰坝，使水位抬高，称为凌汛。

三、河川径流 （一）径流特征值 ★径流：指大气降水到达陆地后，除了蒸发而 余存在地表或地下，从高处向低处流动的水流。 径流可分为地表径流和地下径流。 ★河川径流：指从地表和地下汇入河川后，向 流域出口断面汇集的水流。 （一）径流特征值 1、流量 Q ：指单位时间内通过某过水断面的 水的体积，单位为 m3／s ； 2、径流总量 W ：指在一定时段内通过某一横 断面的总水量，单位为 m3 ； 即 W ＝ Q T T 时段长（ s ，如年、月、日等）。

3、径流深度（R） 4、径流模数（m） ◆指单位流域面积上的径流总量，即把径流 总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深 度，单位为 mm 。 W 径流总量；F 流域面积； 1／1000为单位换算系数。 4、径流模数（m） ◆是指单位流域面积上产生的流量，单位为 dm3 ／ （s · km2 ）。 Q 流量（m3／s） ；F 流域 面积（ km2）；1000为单位 换算系数 1 m3 ＝1000 dm3

5、模比系数（K，又称径流变率） 6、径流系数（ а ） а ＝ R／P P 为降水量（ mm ）。 ◆指某一时段径流值（mi，Qi，Ri 等），与同 期的多年平均径流值（m0，Q0，R0等）之比。 m 径流模数；Q 流量； R 径流深度。 6、径流系数（ а ） ◆指某一时段的径流深度（或径流总量）与该 时段的降水量（或降水总量）之比。 R 为径流深度（ mm ）； а ＝ R／P P 为降水量（ mm ）。

（二）河川径流的形成 1、流域蓄渗阶段（产流） ◆指在降水开始之后，地表径流产生之前的 降水损失过程。有蓄满产流和超渗产流两种。 ▲植物截留：降水被植物茎叶拦截的现象； ▲下渗：水分渗入土壤和地下的运动过程； ▲填洼：水在地面凹洼处停蓄的过程。 2、坡地漫流阶段（汇流） ◆指降水产流后，水在重力作用下沿着坡地 流动的过程，又称坡地汇流。 ◆三种主要形式：片流、沟流、壤中流。以 沟流为主。流域上的净雨量有 85 — 95 ％ 是通过坡地漫流而进入河网的。

3、河网汇流阶段（汇流） ◆指坡地漫流到达河网后，沿着河网向下游 干流出口断面汇集的过程。是径流形成的最 终环节。 ◆河网调蓄作用：包括河岸调节作用和河槽 调蓄作用。 涨洪时——河水补给河岸地下水； 落洪时——河岸地下水补给河水； ◆河槽调蓄作用与河流形状、河网密度和河 槽纵比降有关。河流长而宽、深度大、河网 密度大、河槽蓄水量多，调节作用显著；河 槽纵比降大、泄流快、调节作用较小。

（三）河川径流的变化 1、年内变化 2、年际变化 ◆汛期：指河流处于高水位的时期，如夏季； ◆枯水期：指河流处于低水位的时期，如冬季； ◆平水期：指河流处于中常水位的时期，如秋季； 2、年际变化 ◆通常用径流的离差系数表示年径流的变化程度。 ◆正常径流量：指多年径流量的算术平均值。 离 差 系 数 见课本P158

★离差系数 Cv 值的水文含义 Cv 反映总体的相对离散程度（即不均匀性）。 ◆Cv 值大，表示年径流的年际变化大，容易发 主的河流，也 ＞ 冰雪融水补给为主的河流； ◆平原和盆地的 Cv 值 ＞ 相邻的高山和高原区； ◆流域面积小的河流 Cv 值 ＞ 流域面积大的； ◆在我国， 河流的 Cv 值大致自南向北增大， 这与降水量变率的分布一致。

（四）特征径流 1、洪水： 指大量降水短时间内汇入河槽，形成特大的径 流，达到威胁沿岸地区安全的程度。洪水又称 为 “ 汛 ” 。洪水溢出河槽而造成洪灾。洪涝灾 害是全世界排位第一的自然灾害类型。 ◆洪水三要素 洪峰流量 Qm ，洪水总量 W 和洪水过程线。 ◆洪水波 指在天然河道中，洪水的流量和水位随时间而 成波状起伏的变化。当洪水波由上游向下游传 播时，波长不断加大，波高不断减少，这个过 程称为洪水波的展开。

2、枯水 ◆是指年内没有洪水时期的径流。枯水 径流发生在以地下水补给为主的时期， 这个时期称为枯水期。 ◆在我国，南方河流的枯水期是冬季， 而北方河流则为冬季＋春末夏初 。 ◆枯水影响航行、发电、农业灌溉、工 业和城市供水。

四、河流的气候分类 根据河流的补给和洪水进行分类。 1、融水补给的河流 ①平原及 1000 m 以上山地融雪补给的河流； ②山中融雪补给的河流； ③春季或夏初融雪补给为主，常年有大量雨 水补给的河流；

③ 冬季雨水补给丰富，夏季降水很少的河流； ④ 气候干燥而不成的河流； 3、融雪及雨水补给都不足的河流（干涸的河流） 河流的气候分类 2、雨水补给的河流 ①雨水补给，夏季有洪水的河流； ②冬季雨水补给，全年分配较均匀的河流； ③ 冬季雨水补给丰富，夏季降水很少的河流； ④ 气候干燥而不成的河流； 3、融雪及雨水补给都不足的河流（干涸的河流） 4、冰川补给的河流（南极和格陵兰所特有）；

第 四 节 地 下 水 第四节 地下水

一、地下水概述 （一）地下水的蓄水构造 ★地下水：指埋藏在地面以下岩土空隙中的水 体。包括气态的、液态的和固态的水。地下水 的来源，主要来自大气降水和地表水的下渗， 小部分来自水汽在地下岩土中的凝结。 （一）地下水的蓄水构造 ◆指由透水岩层与隔水层构成的能够富集和 贮存地下水的地质构造体。 ——基本条件： 1、有透水岩层构成蓄水空间； 2、有相对的隔水层构成隔水边界； 3、具有透水边界，补给水源和排泄地下水。

（二）岩石的水理性质 ◆指岩石与水的贮容、运移等有关的性质。 1、容水性： 指岩土容纳水量的性能， 用容水度表示。 指岩土容纳水量的性能， 用容水度表示。 容水度是单位体积的岩土所能容纳的最大 水量。 2、持水性： 指在重力作用下， 岩土依靠分子力和毛管 力保持一定水量的性能，用持水度表示。 持水度是岩土在重力水排出后所保持的水 体积与岩土总体积之比。

3、给水性： 指在重力作用下， 饱水岩土自由流出一定 水量的性能，用给水度表示。 给水度是从 饱水岩土中流出的水体积与岩土体积之比。 岩石的水理性质 3、给水性： 指在重力作用下， 饱水岩土自由流出一定 水量的性能，用给水度表示。 给水度是从 饱水岩土中流出的水体积与岩土体积之比。 4、透水性： 是指岩土的透水性能。 主要取决于孔隙的 大小和连通性，以及孔隙的多少。

二、地下水的理化性质 （一）地下水的物理性质 1、温度： 泉水 冷泉（＜20℃）； 温泉（21～37℃）； 热泉（38 ～42℃ ）； TH为H深处地下水 温度；TB为年平均 气温；H 为地下水 深度； h 为地温年 恒温带深度；G 为 地温梯度33m／℃ 。 泉水 冷泉（＜20℃）； 温泉（21～37℃）； 热泉（38 ～42℃ ）； 高温泉（＞43℃）； 沸泉（＞当地沸点） 地下水 ＜ 20℃ —— 冷水； 20 ～ 50℃ —— 温水； ＞ 50℃ —— 热水 .

2、颜色： 地下水一般无色透明。 3、透明度： 地下水一般 是透明的。 4、嗅感和味感： 取决于地下水的化 学成分和溶解的气 透 明 度 水深 cm 参 照 物 3mm黑线 透 明 60 清晰可见 微 浑 浊 30 — 60 浑 浊 ＜30 极 浑 浊 很小 难以看清 4、嗅感和味感： 取决于地下水的化 学成分和溶解的气 体。如 H2S 的臭鸡 蛋味，有机质的鱼 腥味；含CO2多则 爽口，含重碳酸钙、 镁［Ca、Mg（HCO3）2］常常有甜味。

（二）地下水的化学性质 1、主要化学成分 ◆离子：Cl－、SO42－、HCO3－、 CO32－、以及H＋、Na＋、K＋、 Ca2＋、Mg2＋ 等等； ◆气体：CO2、O2、N2、CH4、 H2S 等等； ◆放射性元素：微量，如氡； 2、矿化度 指水中离子、分子及化合物的 总含量，称为总矿化度，简称 矿化度，单位为 g／l 。 类 型 矿化度 g／L 淡 水 ＜ 1 弱矿化水 1 — 3 中 等 矿化水 3 — 10 强矿化水 10 — 50 盐 水 ＞ 50

3、硬 度 水中Ca2＋、Mg2＋ 的含量称为硬度。 ◆暂时硬度： 指水煮沸后发生沉淀的那部 分 Ca2＋、Mg2＋。 ◆永久硬度： 指水煮沸后仍然溶在水中的 Ca2＋、Mg2＋的数量。 ——硬度的表示方法： 德国度（°d ，以 1 升水含 10 mg CaO 为 1 度）； 毫克当量 即 Ca2＋、Mg2＋的 mmol／l ， 1 °d ＝ 0.35663 mmol／l . ——水的硬度分类（P172）。

三、地下水的运动 ◆渗透（渗流）：重力水在岩土空隙中的运动。 ◆地下水的运动形式：以层流为主、紊流次之。 ◆直线渗透定律（达西定律）： 层流状态 v ＝ Q／A ＝ KI v 为渗透流速；K 为渗透系数；I 为水头梯度。 ◆非直线渗透定律： 紊流时 下式中，m的变化范围为 1 — 2，当m＝1时，即为 达西定律；而当m＝2时， 则为非直线渗透定律。 混合流时

四、地下水的类型 1、上层滞水：存在于包气带中局部隔水层上 的重力水。 特点：分布范围小，水量小而季节变化剧烈； 补给区与分布区一致；补给源是大气降水和 地表水；耗损形式是蒸发和渗透；

的季节变化；补给条件较差，大规模开发后， 水的补充和恢复较缓慢；水质不易遭污染。 2、 潜水：指埋藏在地表以下第一个稳定隔 水层之上，具有自由表面的重力水。 特点：潜水面不承受静水压力；补给区与分 布区一致；动态变化较不稳定，有明显的季 节变化；潜水补给条件好，水量丰富；水质 容易遭污染。 3、 承压水：指充满于两个稳定隔水层之间 的具有压力的地下水。 特点：承压水具有一定压力水头；补给区与 承压区不一致；动态变化较稳定，没有明显 的季节变化；补给条件较差，大规模开发后， 水的补充和恢复较缓慢；水质不易遭污染。 地下水的类型

自流水盆地示意图

4、泉 ◆泉：地下水之天然露头谓之泉； ◆按泉水的矿化度分为淡水泉和矿泉两大类。 矿泉＞ 1 g∕l ；淡水泉＜ 1 g∕l ； ◆矿泉又分为矿泉水和矿化水两类。矿泉水 有显著的医疗价值，而矿化水无医疗价值。 ◆矿泉水的国际通用标准 水中六种主要离子：碳酸氢根、硫酸根 、氯、 钠、钙、镁 ； 三种气体：二氧化碳、氡、硫化氢 ; 某些活性元素，如铁、砷、典、溴的含量为 标准。

★温泉的分布 ◆全世界已发现温泉6000多处，中国拥有2600 处以上，占2∕5，居世界首位，而且分布广泛， 以藏、滇、台、闽最为集中。 ◆中国是个多泉之国。 ◆世界很多地方因温泉而成为著名旅游区。温 泉水滋润着植被，美化环境，调节气候。 ◆“温泉城”福州，温泉带南北长 5 km ， 东西 宽 1 km ，水温 50 ～ 80 ℃ ，最高达 97 ℃ ； ◆ “西湖双绝”：龙井茶虎跑水； ◆名泉酿名酒： “地有名泉，必有佳酿”，如茅 台、五粮液、青岛啤酒等等；

结束

扇状水系

羽状水系

平行状水系

树枝状水系

格状水系

流域面积大，水量 大，洪水历时长。 亚马孙流域

长江，1998

流域形状呈圆形，洪 水集中且洪峰流量大 刚果河

黄河凌汛 干流流向影响

距水面 1／4 处流速最大 深度 距水面 3／5 处 大致为平均流速 流速

壶口，汛期

壶口枯水期，1995

金沙江虎跳峡，平水期

虎跳石，平水期

金沙江虎跳峡，汛期

虎跳石被淹没，汛期

黄河水，上游

黄河水，中游

黄河水，下游

黄河结冰

黄河封冻，山东

黄河封冻

壶口之冬

黄河解冻（凌汛）

凌汛造成洪灾，加拿大 凌汛造成洪灾，加拿大

三峡泄洪

小浪底泄洪

洪水三要素 Q Qm 退水过程 涨水过程 W 基 流 t 洪 水 过 程 线

降雨与洪水 时距 最大雨量 洪峰流量 洪水总量 基本径流 时间（小时）

洪灾

洪灾，德国

密西西比河，1993

尼 罗 河 的 洪 水

云南大理蝴蝶泉 —— 冷泉

济南趵突泉 —— 冷泉

济南百脉泉

华清池 —— 温泉

台湾文山温泉

海螺沟的热泉

日本的热泉 日本的热泉

冰岛的热泉 冰岛的热泉

长白山的高温泉 82℃

云南腾冲的高温泉 95℃

西藏羊八井 —— 沸泉

羊八井

羊八井地热发电站 井深仅30m，温度便高达130℃

新西兰的高温泉

黄石公园的高温泉

黄石公园的沸泉

黑烟囱 洋底沸泉，约400℃， 因巨大压力并不沸腾。

绿岛温泉旅游区

万泉河

珠海

龙门的温泉旅游区

新西兰的地热保护区

泥浴 泥浴