第四节河川径流及其对土木工程的影响.doc

教 案 用 纸学科路基路面工程第五章 河流与水的地质作用第四节 河川径流及其对土木工程的影响审批签字授课时数授课方法教 具授课班级教学目的1、 了解汇水区的几何参数及我国河流水量的补给类型2、 掌握径流的形成过程、影响径流的主要因素教学重点和难点1、 汇水区的几何参数及我国河流水量的补给类型2、 径流的形成过程、影响径流的主要因素复习提问1、达西定律适用的范围是什么？什么是流砂？2、地下水对土木工程的不良影响主要有哪些？教学内容、方法和过程附记一、径流的形成过程：流域的降水，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流，称为径流；其中，沿地表（坡面与河槽）流动的水流称为地表径流；在地表面以下岩石、土壤和冲积层空隙中流动的水流叫做地下径流。而从地表和地下汇人河川后，向流域出口断面汇集和排泄的水流称为河川径流。径流形成的全过程，称为径流形成过程；河川径流形成过程包括降水-流域蓄渗-坡面漫流-河槽集流四个过程（如图5-16所示）。1、降水过程：自云中降落到地面上的水汽凝结物统称为降水。降水有三个要素即降水量H、降水历时t、降水强度i。降雨过程为降雨径流的形成提供了必要的物质基础，降雨引起径流。其时空变化对径流形成过程有着直接的影响。因此，降雨过程是降雨径流形成过程的首要环节。2、流域蓄渗过程：（停蓄过程）是指降水耗于地表截留、水分下渗和填洼等综合作用的过程。截留是指植物和建筑物截留降雨的现象，在水文循环中截留起着增加蒸发减少到达地面降水量，从而减少地表径流的作用。对地表径流而言，截留是一种水量损失。填洼是指落到地面上的雨水直接或经极短的运行途径充填、滞蓄在地表凹坑中的现象。充填洼地所占用的水量称填洼量。填洼量一部分消耗于蒸发，另一部分下渗补给土壤水和地下潜水。下渗是地面上的水在土壤表层分子力、毛细管引力和水的重力综合作用下水分进入土壤层的过程。教 案 用 纸 附 页教学内容、方法和过程附记3、坡面漫流过程：超渗雨水或超蓄雨水在重力作用下沿着坡面流动的细小水流，叫做坡地漫流或坡面漫流。4、河槽集流过程：坡面漫流的水，通过不同路径注入河网后，在河网内沿河槽由上游向下游作纵向的流动和汇集，直到最后流出出口断面的整个物理过程，称为河槽集流或河网汇流。它是降雨径流形成的最终环节。总之，在径流形成中通常把从降雨开始，到地表径流和壤中径流产生的过程，称为产流过程；而把坡地汇流和河网汇流过程，统称为流域汇流过程 。径流形成过程实质上是雨水在流域内的再分配与运行过程。 产流过程中的水以垂向运行为主，空间上的再分配 ；汇流过程中水以侧向水平运行为主 ，时程上再分配。二、影响径流的主要因素：影响径流形成和变化的因素主要有：气候因素、流域下垫面因素和人类活动因素。1、气候因素：气候因素包括降水、蒸发、气温、风、湿度等。它是影响河川径流最基本和最重要的因素。气候要素中的降水和蒸发直接影响河川径流的形成和变化。降水方面，降水形式、总量、强度、过程以及在空间上的分布，都会影响河川径流的变化。例如，降水量越大，河川径流就越大；降水强度越大，短时间内形成洪水的可能性就越大。蒸发方面，主要受制于空气饱和差和风速。饱和差越大，风速越大，则蒸发越强烈。气候的其他要素如温度、风、湿度等往往也通过降水和蒸发影响河川径流。2、下垫面因素：是指流域的自然地理因素。这些因素包括：地理位置，如纬度、距海远近、面积、形状等；地貌特征，如山地、丘陵、盆地、平原、谷地、湖沼等；地形特征，如高程、坡度、坡向；地质条件，如构造、岩性；植被特征，如类型、分布、水理性质（阻水、吸水、持水，输水性能）等。上述流域因素在空间上的随机组合，构成了下垫面条件的差异，这种差异足以构成产流方式（指各种径流成分产流机制的组合）及产流条件上的差异。流域中不同产流方式的空间分布及组合，便构成了流域产流机制的定态问题，是一个缓变的因素。3、人类活动的影响：人类活动对径流的影响既广泛、又深远，并且影响日趋教 案 用 纸 附 页教学内容、方法和过程附记严重。人类活动对径流的影响主要是通过改变下垫面条件从而直接或间接影响了径流的过程、径流的数量、质量的变化。例如，通过人工降雨、人工融化冰雪、跨流域调水增加河川径流量；通过植树造林、修筑梯田、筑沟开渠调节径流变化；通过修筑水库和蓄洪、分洪、泄洪等工程改变径流的时间和空间分布。三、汇水区的几何参数：为了确定桥涵的位置选择桥涵孔径，推算各种流量，必须确定汇水区的有关几何参数。它包括：汇水面积F、主河沟长度L、主河沟平均坡度Iz、汇水区平均宽度B、横向平均坡度Ih。 1、汇水面积F：是指降水后某区域的雨水先经过地面漫流和径流，最后只通过某一出水口断面排出（如穿过路线的桥涵）的该区域地面面积，通常以km计。 2、主河沟长度L及主河沟平均坡度Iz、 1）主河沟长度L：表示出口断面沿主河沟到河源（分水岭）的水平距离（以m或km计）。可根据地形图的比例尺，沿河沟的流经方向，从所求的出口断面至河源直接量出。 2）主河沟平均坡度Iz：表示长为L的河沟坡面的平均比降（计算中以小数计，表示用形式表示。其求取方法如下： （1）当有地形图可利用时，可从图上量取求得。如图5-17所示，用式5-9求得。 （2）当无地形图可利用时，可实测求得：山区河沟，当主河沟长度大于500m时，则以河沟陡坡转折点（一般为河沟形成处）的标高，减去桥涵处沟底标高，除以该两点的水平距离求得。 3）汇水区平均宽度B、横向平均坡度Ih： （1）汇水区平均宽度B：一般用汇水面积与主河沟长度之比求得，B = F/L。 （2）横向平均坡度Ih：流域内最高最低等高线长度的一半及各等高线长度乘以等高线之间高差乘积之和与流域面积的比值。（如有地形图可按课本方法求得）四、我国河流的水量补给：流入海洋的河流称为外流河；流入内陆湖泊或消失于沙漠中的河流称为内流河。我国河流的水量补给种类主要有雨水补给、季节性积雪融水补给、高山冰川和永久积雪融水补给、湖泊水补给、地下水补给等五种。教 案 用 纸 附 页教学内容、方法和过程附记我国河流五种补给形式的比较补给类型补给时间影响因素和补给特点主要分布区雨水补给夏秋季节随 降水量 而变化，不连续且集中，水量变化 大东部季风 区最为典型季节性积雪融水补给春 季春季升温，有时间性、渐增过程东北 地区高山冰川和永久积雪融水补给夏 季夏季高温融水，有明显的 季节变化和 日 变化，年径流量较稳定西北 和青藏地区湖泊水补给全年取决于湖泊水和河水的相对水位，对河流有 调节 作用长白山天池和长江中下游，较普遍。地下水补给全年一般与河流水位有 互补 作用，水量 较稳定普遍五、小结：本次课学习了径流的形成过程、影响径流的主要因素、汇水区的几何参数及