第九章 河流概论 水力学与桥涵水文（第二版） 教学课件.ppt

1、1,第九章 河流概论,9-1 水文现象的特性及研究方法 9-2 河流及流域 9-3 河川径流 9-4 河川水文资料的收集和整理方法,2,9-1 水文现象的特性及研究方法,有关概念 降水空气中水汽冷凝并降落到地表的现象，如雨、雪等现象。 降水过程：水汽外力作用下上升，高度越高，气压越低膨胀温度下降（动力冷却），至露点时，达到饱和状态云滴碰撞、凝聚、合并增大降水 降水的三个因素：水汽、上升运动和冷却凝结,3,9-1 水文现象的特性及研究方法,有关概念 蒸发液态或固态水转为气态并向大气逸散的现象。 散发植物从土壤中吸收水分，输送到叶面和茎后大部分散发到空气中的现象。 蒸发是海洋、陆地上的水返回大气的

2、唯一途径。 入渗（下渗）地表水经过土壤表面进入土壤的现象。,4,9-1 水文现象的特性及研究方法,有关概念 径流降水在重力作用下沿一定路径（流域地面或地下）流动（向河川、湖泊、水库、洼地）的水流。 地表径流：沿地表流动 坡面漫流：沿山坡漫流 河川径流：在河槽中流动 地下径流（基流）：在地下流动 水文现象：降水、蒸发、渗流和径流的通称,5,9-1 水文现象的特性及研究方法,水文学研究水在自然界循环运动变化规律的一门学科。,水文循环：水圈中的各种水体通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程 。,水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一，研究水文循环的目的，在于认识

3、其基本规律，为涉水工程提供设计依据并寻求抗灾减灾的办法。,6,9-1 水文现象的特性及研究方法,水文现象的特性 随机性：水文现象发生的时间和数值的偶然性 。 在同一观测条件下，同一现象结果不定的特性，称为此现象的随机特性。 周期性 ：水文现象长时期的平均重现性。 重现性是与之关系密切的气候因素受到地球自转、公转及其他天体运动制约的结果，因而具有年、季、日及多年的周期性变化规律。 地区相似性与特殊性,7,9-1 水文现象的特性及研究方法,相似性，即地理位置相近、气候因素与地理条件相似的河流或河段，其水文现象特性亦相似。 特殊性，即地理位置不同或气候与地理条件有差异的河流或河段，其水文现象可有不同

4、的变化规律。 水文学的研究方法 数理统计法 以概率论和数理统计为理论依据，根据试验或观测所得数据，对研究对象的客观规律作出预估或判断的数学方法，称为数理统计法。 在水文分析与计算中的应用，又称为水文统计法。,8,9-1 水文现象的特性及研究方法,地理综合法 根据水文现象的地区特性，利用大量的实测资料，找出其地区特性与分布规律，如经验公式、水文参数及水文特征值等值线图等。 成因分析法 从物理成因出发研究水文现象的形成过程并建立水文特征值（如水位、流量等）和有关因素之间的数学物理模型，作为水文计算的依据并用以推求未来的水文情势。,9,9-1 水文现象的特性及研究方法,工程水文学：地面径流的运动规律

5、、水文特征值（水位、流量、降水量等）的量测方法及其工程应用等。 桥涵水文：以河川径流为对象，主要通过数理分析的方法，为桥涵工程提供设计依据并推求其未来的水文情势。 桥涵水文是工程水文学的一个分支。 四大计算内容：设计流量和水位、桥孔长度、桥面标高、墩台冲刷计算。,10,9-1 水文现象的特性及研究方法,桥涵水文主要涉及的工程标准 公路工程水文勘测设计规范（ JTG C30-2002 ） 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004） 公路涵洞设计细则（JTG/T D65-04-2007） 铁路工程水文勘测设计规范（TB 10017-1999） 海港水文规范（JTJ 213-98） 内河航道与

6、港口水文规范（JTJ 214一2000） 水利水电工程水文计算规范（SL 278一2002）,11,9-2 河流及流域,河流河槽和其中水流的统称。 河槽：流水的凹槽 ，又称河道； 河床：河谷底部（谷底）有水流的部分称为河床 ； 干流：直接流入海洋、湖泊的河流 ； 支流：流入干流的河流 ； 水系：脉络相通的大小河流所构成的系统； 河流分段：河源、上游、中游、下游 、河口。,12,9-2 河流及流域,(图9-1) 1-洪水位；2-中水位；3-枯水位；4-边滩；5-主槽；6-河槽；7-河滩,13,9-2 河流及流域,河流基本特征 河流断面横断面和纵断面 横断面如图9-1：垂直于水流方向的断面称为河流

7、横断面。 水位：横断面内，自由水面高出某一基准面的高程。 深泓线：河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线； 中泓线 ：河流各横断面表面最大流速点的连线； 纵断面：沿河流深泓线的断面。 河流长度一般天然河流，从河源到河口的距离。 弯曲系数河道全长与河源到河口的直线长度之比 。,14,9-2 河流及流域,河流纵比降任意河段，深泓线上单位长度内两端（水面或河底）的平均高差称为比降。 河流横比降河流沿横断面方向的水面坡度。,（9-3）,（9-4）,（9-1）,15,9-2 河流及流域,（图9-3） a）直段螺旋流；b）退水；c）涨水； d）弯段螺旋流；e）弯段凹岸超高,16,9-2 河流及流域,弯段

8、河道的横比降及水位超高值计算 横比降结果 断面水内环流 主流：河道中的水流，依河道的约束向下游运动。 副流：从属于主流而存在的螺旋流动或其他形式的旋转流动。在断面向内呈环流现象 凹冲凸淤,（9-2）,17,9-2 河流及流域,河流的流域 汇水区域：河流某断面以上的集水区域 。 流域：河口断面以上的集水区域 。 分水线（或分水岭）：流域的边界线。 流域面积：流域分水线所包围区域的平面投影面积。,18,9-2 河流及流域,河流分类 山区河流 汇流时间短，洪水暴涨暴落，水位和流量的变幅极大，但洪水持续时间不长； 比降大，流速高； 河床比较稳定。 平原区河流 具有广阔的河滩，河滩有明显的横比降； 河槽

9、土质松软，易左右摆动，河床处于发展变化之中； 汇流时间长，洪水涨落缓慢，持续时间较长，水面与河床比降都较小，流速较低。,19,9-2 河流及流域,河段分类 山区河流：峡谷性河段和开阔河段； 平原区河流：顺直微弯河段、分叉河段、弯曲河段、宽滩河段、游荡河段； 山前区河流：山前变迁河段和冲积漫流河段； 河口：三角港河口和三角洲河口。 以平原游荡性河段为例： 稳定性：岸线不稳定，主流游荡不定； 形态特征：河身宽浅，河床开阔平坦，沙滩密布，河岸与河床组成成分相近，粒径较小，多为细沙及粉砂土； 水文特点：洪水流向不定多变，含沙量大。,20,9-3 河川径流,径流的形成过程 降雨过程 降雨量：累积的水层厚

10、度； 降雨历时：降雨持续的时间； 降雨强度：单位时间内的降雨量。,（图9-6）,（9-8）,21,9-3 河川径流,流域蓄渗过程 植物截留 入渗（如图9-7） 入渗量：入渗的水层厚度； 入渗强度：单位时间内的入渗量； 稳定入渗：入渗强度达到一个稳定值。 填洼部分雨水被蓄留在坡面的坑洼里。,22,9-3 河川径流,（图9-7）,23,9-3 河川径流,漫流过程 坡面漫流：流域蓄渗过程完成以后，剩余雨水沿着坡面流动。 河槽集流过程（如图9-8） 坡面漫流的雨水汇入河槽后，顺着河道由小沟到支流，由支流到干流，最后到达流域出口断面。,24,9-3 河川径流,（图9-8）,25,9-3 河川径流,径流的

11、主要影响因素 气候因素 降雨 降雨量、降雨历时、降雨强度 降雨面积 降雨过程 蒸发 水面蒸发、陆面蒸发、植物散发等的总和 下垫面因素 流域的地形、土壤、地质、植被、湖泊等自然地理因素,26,9-3 河川径流,人类活动 封山育林和水土保持 修建水库 城市化 径流量的表示方法 流量Q：单位时间内通过过水断面的水体体积。 径流总量W：时段T内流经断面的水体体积。 径流模数M：单位流域面积F上的径流量。 径流深度Y：径流总量折算成全流域的平均水深。 径流系数:径流深度与降水量之比。,27,9-4 河川水文资料的收集与整理方法,水位观测 水位水面高程。 常用方法：水尺和自记水位计 得到的资料：水位、水位过程线、水面比降等,28,9-4 河川水文资料的收集与整理方法,流速测量 常用方法：流速仪（旋杯式和旋浆式）法和浮标法,旋杯式流速仪,旋浆式流速仪,浮标,29,9-4 河川水文资料的收集与整理方法,流量测算,30,9-4 河川水文资料的收集与整理方法,以测速垂线将测流断面划分成若干部分，计算各部分的过水面积； 根据各测点的实测流速，计算各测速垂线的垂线平均流速；,五点法 三点法 二点法 一点法,（9-16）,31,9-4 河川水文资料的收集与整理方法,计算各个部分面积的断面平均流速； 计算各个部分