第二章河流（River）第一節水系和流域第二節河流的水情要素第三節河流的補給第四節河川徑流的形成過程第五節河川徑流的變化第六節河水的運動第五節河川徑流的變化徑流特征值河川徑流的年際變化河川徑流的年內變化洪水和枯水一、徑流特征值1、流量（Q）：(m3/s)

單位時間內流經過水斷面的水量。瞬時流量：

平均流量：某一時刻的流量，如洪峰流量、枯水流量等。日平均流量月平均流量年平均流量一、徑流特征值2、年徑流總量（W）：(m3)

一年內流出出口斷面總水量。W=Q×T

Q：流量T：時間時間為：31.54×106秒一、徑流特征值3、徑流模數（M）：（升/秒·平方公里）

流域出口斷面流量Q與流域面積F的比值，指單位時間(S)，單位面積(Km2)上的產流量。一、徑流特征值4、徑流深度（Y）：(mm)

將徑流總量(W）平分在流域面積(F）上，所得的水深為徑流深度

。F的單位是平方千米(Km2)W的單位是立方米(m3)

一、徑流特征值5、徑流系數（α）：徑流深度（Y）與年降水量（P）的比值。

α的大小綜合反映一個流域降雨量與徑流量的關系，反映了降雨特性和流域下墊面的產流條件。表

閉合流域α＋β＝1，β為蒸發系數。世界各大洲水資源

一、徑流特征值6、模比系數（K）：

某年的流量與多年平均流量的比值。Y、M、α這三個特征值都不受面積的影響，而是反映了地理環境的差異，因此可將其繪成等值線圖。各特征值之間的換算表例題：某閉合流域的面積為1000Km2，多年平均降水量為1261.6mm,蒸發系數為β＝0.5，求W、Q、Y、M和α。解：二、河川徑流量的年際變化每年的徑流量是一個隨機變量（年與年都是不相同的，沒有必然的聯系），因此采用水文統計分析的方法來研究。水文統計：將數學中概率論與數理統計學應用到水文分析與計算上。水文統計的任務就是研究和分析水文隨機現象的統計變化特性。并以此為基礎對水文現象未來可能的長期變化作出在概率意義下的定量預估，以滿足工程規劃、設計、施工以及運營期間的需要。

1、年徑流量（1）年平均流量：

全年流量的平均值，等于365天每天流量的算術平均。（2）多年平均流量：

對已有資料的多年流量再作算術平均。（3）正常年徑流量：

年徑流的總體平均值，即數學期望值(實測資料年數增加到無限大時，算得的平均值)。

一般要有超過30年的客觀資料。正常年徑流量是水資源可能被利用的最大限度。2、標準差表示離差程度，也就表示年際變化的大小。

總體標準差樣本標準差當樣本數量趨向于總體數量(n),樣本標準差(s)趨向于總體標準差(σ)；式中n-1表示對樣本太少情況下的修正，調整抽樣誤差的自由度。3、變差系數（Cv）

水文計算中用標準差與均值之比作為衡量系列的相對離散程度的一個參數，稱為變差系數，或稱離差系數、離勢系數。

Cv沒有面積因素，可用于不同地理環境下的對比分析。Cv值大，年徑流的年際變化劇烈，這對水力資源的利用不利，且易發生洪澇災害；Cv值小，則年徑流的年際變化小，有利于徑流資源的利用。年徑流變差系數（Cv）的影響因素：(1)年徑流量：主要是年降水量的影響。(2)補給來源：雨水、冰川、地下水…(3)流域面積偏態系數（Cs）當系列對于

對稱時，Cs＝0，為正態；當系列對于

不對稱時，Cs≠0，若Cs＞0，稱為正偏；若Cs＜0，稱為負偏。衡量系列不對稱程度的參數。4、流量資料的概率分析

設事件X≥x

的概率用P(X≥x)來表示，它是隨隨機變量取值x而變化的，所以p(X≥x)是x的函數，稱為隨機變量x的分布函數，記為F(x)，即:

F(x)=P(X≥x)

它代表隨機變量X大于等于x的概率。圖中縱坐標表示變量x，橫坐標表示概率分布函數值F(x)，水文統計中稱為隨機變量的累積頻率曲線，簡稱頻率曲線.水文頻率曲線線型：理論頻率曲線正態分布、對數正態分布、皮爾遜Ⅲ型(P-III)分布經驗頻率曲線

1、作經驗頻率曲線A、根據實測水文資料(如：流量)，按從大到小的順序排列B、計算經驗頻率（Pi）C、作頻率曲線P－等于和大于Qi的經驗頻率；

m

－

Qi

的序號,即等于和大于Qi

的項數；

n－系列的總項數。（2）理論頻率曲線皮爾遜Ⅲ型(P—Ⅲ)曲線

因流量資料是一個正偏分布，對正偏分布事件的概率密度曲線，其方程為：Cv：變差系數;：事件的平均值，也就是：離均系數，隨P（頻率）和Cs（偏態系數）而變，可查表（雷布京表）。（3）適線法作頻率曲線適線法(或稱配線法)是以經驗頻率點據為基礎,在一定的適線準則下,求解與經驗點據擬合最優的頻率曲線參數,是我國估計水文頻率曲線統計參數的主要方法。就是將理論頻率曲線與經驗頻率曲線結合起來作頻率曲線的方法。根據抽樣資料計算理論曲線中的三個參數（Cv、Cs、）確定的理論曲線作圖，是否與實際點相吻合，若吻合不好，則適當修正這三個參數，直到與實測點滿意吻合為止。5、頻率(P)與重現期(T)頻率和重現期都是對隨機事物的概率描述，只是表現形式不同重現期是指平均多少年出現一次二者的換算關系式為：例1：P=2%的多水年，其重現期（T）為多少年？

P=98%的枯水年，其重現期（T）為多少年？例2：

P為多少？P為多少？二、河川徑流量的年際變化1、年徑流量2、標準差3、變差系數（Cv）4、流量資料的概率分析

5、頻率(P)與重現期(T)三、河川徑流的年內分配1、季節劃分根據我國的季風氣候劃分，南方與北方也不樣。南方:春3-5月,夏6-8月,秋9-11月,冬12-2月；北方:春4-6月,夏7-9月,秋10-12月,冬1-3月；三、河川徑流的年內分配2、季節徑流量汛期——夏季：汛期水量北方占50%以上，西南和西部占50—60%，西北地區占60—70%。枯水期——冬季：河流水量最小，此時主要為地下水補給，北方僅占4—5%，南方為6—8%，部分地方可達10—20%，如四川盆地南部達到20%左右。

平水期——秋季：河水量大于春季，一般占20—30%，四川盆地東部可達30—40%，還常發生洪水。

三、河川徑流的年內分配3、年內分配的表示方法

（1）各月流量所占年徑流的百分比（Ki）季節水量所占百分比等于相應幾個月流量的百分比相加。變差系數，或稱離差系數、離勢系數總體標準差（2）分配不均勻系數（Cvy）Ki：各月流量所占年徑流的百分比

各月平均占全年的百分比Cvy表示各月流量與平均值的離差系數（相對離差系數），反映徑流分配不均勻性的一個指標；Cvy越大，表明各月徑流量相差懸殊，即年內分配越不均勻，Cvy小則相反。（3）完全調節系數（Cr）要使流量時刻為年平均流量，需要一個相應的水庫來調節，水庫的庫容與總水量之比為完全調節系數。V：調節庫容W：年徑流總量調節庫容應該比多余水量小些，因為余水并不是一次連續出現，因洪水是間斷性的。（一）洪水四、洪水和枯水1、概念：產生原因：特大徑流就稱為洪水。暴雨，冰雪融水，潰壩洪水。2、影響洪水的因素（1）天氣因素：如果有持續的水汽輸送，則容易引起持續降雨，甚至暴雨洪水。（2）下墊面因素：地面產流和匯流條件。3、洪峰流量的推求

（1）對有長時間觀測資料（n≥20年），用頻率曲線推算洪峰流量。（2）地區綜合經驗公式：Qp：頻率為P的洪峰流量（m3/s）F：流域面積（km2）Cp：系數，根據流域自然地理條件和頻率而定N：面積指數，取1/2或3/4。4、歷史洪水的調查(1)通過各種調查，確定歷史洪水的洪痕，調查方法有訪問老人，查資料，考察沿河兩岸的建筑物上洪水淹沒痕跡。(2)洪峰流量的推算

（二）枯水1、枯水:河流斷面上較小的徑流量。

枯水期，每年河流中有一個枯水期（在季風區），枯水期劃分標準：平均狀況:2、影響枯水的因素（1）氣候因素（2）流域蓄水量的影響：包括工程蓄水，河流湖泊蓄水，地下蓄水，洼地蓄水等。（3）河流切割深度：山區河谷深切，有各種地下水補給，平原則小得多。（4）流域面積的大小：面積越大，調節作用越強，枯季流量越豐富。第五節河川徑流的變化徑流特征值河川徑流量的年際變化河川徑流的年內變化洪水和枯水第二章河流（River）第一節水系和流域第二節河流的水情要素第三節河流的補給第四節河川徑流的形成過程第五節河川徑流的變化第六節河水的運動第六節河水的運動

一、洪水波的運動與變形二、河水的環流運動三、河流的泥沙運動一、洪水波的運動與變形洪水波：洪水水位的漲落在河槽縱剖面上形成的波形，稱為洪水波。1、洪水波的展開2、洪水波的扭曲1、洪水波的展開

(attenuationoffloodwave)Attenuationn.變薄,稀薄化,變細,衰減展開就是波長增長，波高降低，洪峰流量減小。

峰前：i前>i0(穩定流水面比降)經過一般時間運行以后，波段A2C2>A1C1。峰后：i后<i0所以：i前>i后波高：H2<H1所以:Q峰2<Q峰12、洪水波的扭曲

洪水波的峰前段越來越短，峰前段的比降越來越大；峰后段則越來越長，比降逐漸趨于洪水前(i0)。整個洪水波中，波峰處最高，縱比降最大所以，波峰流速最大波前段長度必然會越來越短B2C2<B1C1，比降增大i前2>i前1波后段長度必然會越來越長A2B2>A1B1，比降減小i后2<i后1一、洪水波的運動與變形洪水波的展開和扭曲在洪峰向下游推移過程中同時存在，波前水量不斷向波后轉移，這樣洪峰不斷衰減。天然河道中洪水波由寬段進入窄段，波峰反而會沿程增高，而由狹段進入寬段，洪水波的展平就更為明顯。河水的運動

層流紊流環流二、河水的環流運動（一）河水運動的作用力

1、重力：mg

在慣性離心力作用下，過水斷面會產生橫比降I，其大小為：R：河流彎道半徑m：水體質量V：流速2、慣性離心力3、地轉偏向力：

P偏=0.0001458mVsinφ

地球上作水平運動的物體，其運動方向會隨著地球自轉而發生偏轉。Φ：地球緯度

（二）環流的類型及其對河床的沖淤影響1、縱軸環流:

這種環流多發生在彎道處，表層水在慣性離心力作用下，流向凹岸，下層水在環流作用下，流向凸岸。環流引起凹岸沖刷，使凹岸越來陡峭，凸岸被淤積，變得平緩。環流的旋轉軸與河流的流向是一致的，并且呈水平狀

。2、橫軸環流:環流的旋轉軸與河流的流向垂直，而且呈水平狀

；這種環流是由河流上的阻礙物所引起，如橋墩、巨石、堤坎等。3、斜軸環流環流的旋轉軸與河流的流向斜交,而且呈水平狀，實際是橫軸環流的特殊；河床上阻礙物與河岸斜交，水流越過阻礙物后產生環流。4、豎軸環流:環流的旋轉軸呈鉛直方向，垂直于河底；這種環流很普遍，在河流水面突然展寬段（如峽谷出口處）。河水流出峽口后，其主流速度比兩側的流速快，使原水體產生離解作用，兩岸水體流來補充，而形成環流。環流是引起河床沖淤的主要水流，使一部分河床沖刷，另一部分河床淤積:（三）環流對泥沙運動的影響1、具有水平軸環流（如縱軸環流、橫軸環流、斜軸環流）:在垂直方向上，一側產生下降流，另一側產生上升流；下降流時，水流由位能轉變為動能，本身上層水流的含沙量少，挾沙能力強，產生沖刷；而上升流因上升消耗能量，而將原帶泥沙沉降下來，產生淤積。2、豎軸環流:（三）環流對泥沙運動的影響有時產生沖刷，有時產生淤積，視水流速度和已有的含沙量而定。當水流速度較大（挾沙能力較強）而水體的含沙量少，則產生沖刷。當水流速度較慢，而水中含沙量又大時，則產生泥沙淤積。河床類型根據河床的平面形態，可以將沖積性河流的河床劃分為：

1、順直微彎型河床

2、彎曲型河床

3、分汊型河床

4、游蕩型河床型河床平原河流中的泥沙堆積體1.邊灘2.心灘3.江心洲4.淺灘（沙埂）5.深槽河床類型

1、順直微彎型河床

在平水期深槽、淺灘交替出現，兩側邊灘犬牙交錯，而在洪水期河水淹沒犬牙交錯分布的邊灘，河水順直奔流。順直（微彎）型河道的平面形態河床類型

2、彎曲型河床無論是平水期還是洪水期，行水河道均是彎曲的。彎曲型河床的平面形態邊灘2.深灘3.過渡段淺灘

河床類型

3、分叉型河床由江心洲將河床分為兩個或兩個以上的汊道的河床。分汊型河床的平面形態河床類型

4、游蕩型河床

河床寬淺，沙灘眾多，洪水時汪洋一片，枯水時河汊密布、水流散亂，有時難以分辨主流所在。三、河流的泥沙運動泥沙運動是一種水文現象，是水文學的重要研究內容。黃河是我國泥沙含量最大的河流，部分河段的含沙量曾經達到300kg/m3

，輸沙模數達10000t/km2·a。在我國南方的輸沙模數可達100-1500t/km2·a，嘉陵江平均每年輸沙量1.5億噸，金沙江屏山站1.6—5.0億噸/年，平均2.8億噸，岷江0.2—1.0億噸/年，進入三峽水庫的懸移質泥沙每年8—10億噸。（一）泥沙的水力特征1、泥沙的沉降速度：

（1）靜水：

泥沙在靜水中下沉，當重力與阻力相等時，則以均勻速度下沉，此時的速度為泥沙的沉降速度（w厘米/秒）。ρ：水體密度ρs：泥沙密度

d：泥沙粒徑Cd：阻力系數A、層流狀態：

（2）天然條件，w與水流狀態有關：B、紊流狀態：

v為粘滯系數;2、推移質與懸移質懸移質：懸浮在水體中，隨水流而運動的泥沙。推移質：沿著河床被水推動向下運動的泥沙或卵石。造床質：組成河床的泥沙。有一部分泥沙隨水流速度的變化，在造床質、推移質間轉換，或在推移質與懸移質之間轉換。源頭入海口（二）推移質運動1、作用力分析（1）浮力和重力（G）：浮力、重力之合力為G，方向向下。（2）推力（P）：迎水面水流產生的向下游的分力，其方向指向下游，其大小與V有關，V越大P越大。（3）上舉力（Pz）：

迎水面水流、背水面環流產生的向上的分力。方向垂直向上。將泥沙舉起，脫離河床。其大小與V有關，V越大P越大。（二）推移質運動2、推移質運動規律

運動特點：推移質運動特點是時靜時動，運動一定距離后就停下來，停止一段時間后又運動。（二）推移質運動2、推移質運動規律（1）起動流速（）泥沙開始運動時的臨界流速。

d:泥沙粒徑（mm）h:水深(m)沙漠夫公式：（二）推移質運動2、推移質運動規律（2）揚動流速（）

泥沙離開河床，開始懸浮于水中時的臨界流速。

d：粒徑(mm)w：沉降速度（mm/s）h：水深（m）沙玉清教授公式（二）推移質運動2、推移質運動規律（3）止動流速（VH

）

當流速減慢到使推移質停止運動時的臨界流速。

（二）推移質運動2、推移質運動規律（4）艾里定律

流速增大，推動的泥沙粒徑就越大，其關系如下：d：粒徑α:系數V；流速W：泥沙重量。（二）推移質運動2、推移質運動規律（5）沙波運動

當水流在起動流速到揚動流速