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水文學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院內(nèi)容:7.1徑流形成過程概述7.2河流水情7.3洪水、枯水與冰情發(fā)7.4徑流的分割與計算7.5徑流的影響因素第七章徑流第一節(jié)徑流形成過程概述1
徑流指流域的降水,由地面與地下匯入河網(wǎng),流出流域出口斷面的水流。又可分為:
根據(jù)補(bǔ)給來源又分為:降雨徑流和融雪徑流。
二徑流的形成過程
流域內(nèi),自降雨開始到水流聚集到流域出口斷面的整個物理過程,包括:產(chǎn)流過程和匯流過程;〔一〕流域蓄滲過程〔產(chǎn)流〕1凈雨降雨扣除損失后的雨量;凈雨是徑流的來源,而徑流那么是凈雨匯流的結(jié)果;某閉合流域一次暴雨洪水的地面凈雨量與相應(yīng)的地面徑流深的關(guān)系是?2.產(chǎn)流過程:把降雨扣除損失成為凈雨的過程稱為產(chǎn)流過程,〔凈雨量也稱產(chǎn)流量〕;3.損失量:降雨不能形成徑流的那局部水量;4植物截流降雨開始后,除少量直接降落在河面上形成徑流外,一局部滯留在植物的枝葉上,稱為植物截流;植物截流最終耗于蒸發(fā);植物截流枯落物截流5超滲雨當(dāng)降雨強(qiáng)度大于入滲強(qiáng)度時,按下滲能力入滲,超出下滲的雨水稱為超滲雨;6填洼超滲雨會形成地面積水,積蓄于地面上大大小小的坑洼;7地面凈雨:形成地面徑流的凈雨;8壤中流〔表層流〕:當(dāng)下滲趨于穩(wěn)定,繼續(xù)下滲的雨水沿著土壤孔隙流動,一局部從土壤坡側(cè)土壤孔隙流出,注入河槽形成徑流;9地下徑流:另一局部凈雨會繼續(xù)向深處入滲,到達(dá)地下水面后,以地下水的形式補(bǔ)給河流;形成地下徑流的凈雨稱為地下凈雨。在流域產(chǎn)流過程中產(chǎn)生三種徑流形式——地表徑流、壤中流和地下徑流,因此,產(chǎn)流過程也是流域的蓄滲過程。在流域產(chǎn)流過程中降雨必須滿足四種損失,植物截留損失、枯枝落葉吸收損失、下滲損失、填洼損失,因此,流域的產(chǎn)流過程也叫損失過程?!捕硡R流過程
凈雨沿坡面從地面和地下匯入河網(wǎng),然后再沿河網(wǎng)聚集到流域出口斷面,這一完成過程稱為流域匯流過程,〔坡地匯流和河網(wǎng)匯流〕;
坡地匯流過程就是凈雨匯入河網(wǎng)的過程,分為三局部:1.坡面漫流:超滲雨水在坡面上以片流或時分時合的細(xì)溝流運(yùn)動的現(xiàn)象稱為坡面漫流。降水經(jīng)坡面漫流注入河道,形成地表徑流;
2.壤中流〔表層流〕:表層流和坡面漫流可以互相轉(zhuǎn)化,即表層流以地面徑流的形式注入河網(wǎng);局部壤中流可直接匯入河網(wǎng)。壤中流流動較慢,在降雨結(jié)束后仍可產(chǎn)流。3.地下徑流〔基流〕:降水下滲到達(dá)地下水面后,再注入河網(wǎng),這局部水量稱為基流。地下水流動慢,可長期補(bǔ)給河流,無降水時河網(wǎng)得到的補(bǔ)給絕大局部來自基流。坡地匯流過程坡面漫流地面徑流壤中流地下徑流截留運(yùn)動速度快慢河槽徑流成分在時程上的再分配河網(wǎng)匯流過程
各種徑流成分經(jīng)坡地匯流注入河網(wǎng),在河網(wǎng)內(nèi)沿河槽作縱向流動和聚集的過程稱為河網(wǎng)匯流?!仓Я鳎闪鳌⑸嫌危掠?、最后流出流域出口斷面的過程〕。
出口斷面漲水階段:河槽水量增加、水位升高,河槽出口斷面流量小于匯流流量。洪水形成過程。退水階段:隨著降雨和坡面漫流量的減少直至完全停止,河槽水量減小,水位下降。河槽的調(diào)節(jié)作用:漲水和退水表達(dá)了河槽的儲水能力,對降雨產(chǎn)流有一定的調(diào)節(jié)作用,使流域出口處的徑流量更加平滑〔過程線變化緩慢、滯后〕,實(shí)際上是對凈雨在時程上進(jìn)行第二次再分配。地下水位河岸調(diào)節(jié)作用總結(jié)
一次降雨過程,經(jīng)植物截留、下滲、填洼、蒸發(fā)等損失,進(jìn)入河網(wǎng)的水量顯然比降雨量少,且經(jīng)過坡地匯流和河網(wǎng)匯流,使出口斷面的徑流過程遠(yuǎn)比降雨過程平緩,歷時長,時間滯后。降雨、產(chǎn)流和匯流,是從降雨開始到水流流出流域出口斷面經(jīng)歷的全過程,他們在時間上并無截然的分界,而是同時交錯進(jìn)行的。
一、水情要素1水位:水位是河流、湖泊、海洋和水庫等水體在某一地點(diǎn)的自由水面相對于標(biāo)準(zhǔn)基面〔也稱絕對基面,常以黃海海平面為標(biāo)準(zhǔn)基面〕的高程,單位以m計。影響水位變化的因素:河道水量沖刷、淤積人類活動第二節(jié)河流水情水位是重要水文特征之一,也是最根本的水文要素。水位特征值:起漲點(diǎn)水位最高水位最低水位平均水位警戒水位水位過程線水位歷時曲線2.流速河流中水質(zhì)點(diǎn)在單位時間內(nèi)運(yùn)動的距離。斷面流速分布:3.流量單位時間內(nèi)通過河流某斷面的水量,Q〔m3/s〕。二徑流及其表示方法河川徑流:降落到地面的雨水〔或冰雪融化水〕,由地面和地下匯流到河槽并沿河槽流動的水流的統(tǒng)稱。地面徑流地下徑流固體徑流溶解質(zhì)徑流在一個年度內(nèi),通過河流出口斷面的水量,叫做該斷面以上流域的年徑流量。它可用年平均流量〔m3/s〕、年徑流深〔mm〕、年徑流總量〔104m3或108m3〕或年徑流模數(shù)〔L/s/km2或m3/s/km2〕表示。
徑流的多年變化徑流的年內(nèi)變化徑流與年徑流一定時段內(nèi)流過某一斷面的總水量稱徑流量。1.流量Q:m3/s2.徑流量W:m3、萬m3或億m34.徑流模數(shù)M:
L/(s·km2)
、
m3/(s·km2)
3.徑流深R:mm5.徑流系數(shù)α:徑流的表示方法例:某水文站流域面積F=54500km2,多年平均降雨量P=1650mm,多年平均流量Q=1680m3/s。求多年平均徑流量、多年平均徑流深、多年平均徑流模數(shù)、多年平均徑流系數(shù)。解:徑流的表示方法流量Q,m3/s徑流總量W,m3徑流深度R,mm徑流模數(shù)M,L/s·km2徑流系數(shù)α?xí)r間T,s面積F,km2
面積F,km2
降水量P,mm時間段時間點(diǎn)時間段時間T,s三、河流的徑流情勢年內(nèi)變化:日、旬、月、季徑流的變化。用不均勻系數(shù)表示年際變化:年徑流的多年變化。用變差系數(shù)來表示四、徑流水源河流徑流的水源來自于三方面:雨水冰雪消融水地下水一、洪水:流域內(nèi)的暴雨或大面積的降雨產(chǎn)生的大量地面水流,在短時期內(nèi)匯入河槽,使河槽中的流量劇增,水位猛漲,河槽水流成波狀下泄,這個時期的徑流稱為洪水。春季洪水一般由融雪所造成秋季洪水一般由暴雨所造成洪峰流量,洪水過程線,洪水總量1洪水特征〔三要素〕:第三節(jié)洪水、枯水、冰情二、枯水:河槽中在一定時期內(nèi)的流量小于〔或遠(yuǎn)小于〕平均流量,這個時期的徑流稱為枯水??菟呛恿鲾嗝媪髁枯^小的總稱。枯水一般
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