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河流的水情

时间:2016-12-15 09:33 来源:地理教师网 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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  第三章 陆地表面水的组成与运动
  第三节 河流的水情

  河流的水文情势主要指河川径流的分布与变化,洪水、枯水的特征等。

  一、水情要素

  水情要素是用以表达河流水文情势变化的主要尺度。它包括水位、流速、流量等。因此充分掌握水情要素资料,是研究河流水文的重要基础。

  1.水位 指水体的自由水面高出某一基面以上的高程。高程起算的固定零点称基面。基面有两种:一为绝对基面,它是以某河河口平均海平面为零点,例如,长江流域的吴淞基面等,为使不同河流的水位可以对比,目前全国统一采用青岛基面(即黄海基面)。另一为测站基面,指测站最枯水位以下0.5—1米作起算零点的基面,它便于测站日常记录。影响水位变化的主要因素是水量的增减,此外还受河道冲淤、风、潮汐、冰凌、支流顶托和人类活动等影响。

  水位随时间变化的曲线称水位过程线。它是以时间为横坐标,水位为纵坐标点绘的曲线,按需要可以绘制日、月、年、多年等不同时段的水位过程线。水位变化也可用水位历时曲线表示,历时是指一年中等于和大于某一水位出现的次数之和,制图时将一年内逐日平均水位按递减次序排列,并将水位分成若干等级,分别统计各级水位发生的次数,再由高水位至低水位依次计算各级水位的累积次数(历时),以水位为纵坐标,以历时为横坐标,即可绘成水位历时曲线。根据该曲线可以查得一年中,等于和大于某一水位的总天数(即历时),这对航运、桥梁、码头、引水工程的设计和运用均有重要意义。水位历时曲线常与水位过程线绘在一起,通常在水位过程线图上也标出最高水位、平均水位、最低水位等特征值以供生产、科研应用。

  2.流速 指河流中水质点在单位时间内移动的距离。流速沿深度的分布称为垂线流速分布。正常情况下,最大流速分布在水面以下0.1~0.3水深处,平均流速一般相当于0.6米水深处的流速,如图3-29所示。如果河面封冻,则最大流速下移。河流横断面上流速分布一般都是由河底向水面、由两岸向河心逐渐增大,河面封冻则较大的流速常出现在断面中部。

  天然河道中的平均流速除了通过实测获得外,还可以利用水力学公式求得。

  3.流量指单位时间内流经某一过水断面的水量,通常用Q表示,单位是立米/秒。流量表达式为:

 

  式中,v为断面平均流速;F为过水断面面积。

  通常可用Q=vF。与水位一样,流量随时间的变化也可以通过绘制流量过程线和历时曲线来分析。此外由于断面上水位的变化,从本质上看是由于流量变化所致,水位变化实为流量变化的外部反映。因此水位与流量具有密切的关系,其表达式为:

Q = f(H)

  这种关系可以用一条曲线来表示,称为水位流量关系曲线,它在河流水文学上用途很广,主要是用它推求流量,并用水位-面积曲线和水位-流速曲线加以校正。

  二、年径流的有关概念

  一个年度内通过河流某断面的水量,称为该断面以上流域的年径流量。天然河流的水量经常在变化,各年的径流量也有大有小,实测各年径流量的平均值,称为多年平均径流量,如果统计的实测资料年数增加到无限大时,多年平均流量将趋于一个稳定的数值,此称为正常年径流量。正常年径流量是年径流量总体的平均值,也是多年平均流量的代表值。它可以用年平均流量Q(米3/秒)或年径流总量W(米3)表示,也可以用年径流深R(毫米)及径流模数M(公升/秒·公里2)表示。正常径流量反映了在天然情况下河流(流域)蕴藏的水资源理论数量,代表能开发利用的地面水资源的最大程度,是水文、水利计算中的一个重要特征值,在地理综合分析和不同地区水资源进行对比时,它是最基本的数据。

  由于河川径流量的总体是无限的,人们非常难以取得总体的全部河川年径流量的资料,故一般情况下,只要有一定长度的系列资料,则可采用年径流的多年平均值代替正常年径流量。正常年径流量虽然是一个比较稳定的数值,但也不是绝对不变的,因为,在大规模的人类活动的影响下,如围湖造田、兴建水库、跨流域引水等水利建设,改变了流域下垫面的性质,从而改变了原先的年径流的形成条件、故正常年径流量是稳定的,又不是不变的。

  从闭合流域多年期间的水量平衡方程式看:

  取决于气候因素。气候因素在时间上具有多年周期和年周期的变化,在地区分布上具有渐变的地带性规律,故河川径流既具有多年与年内周期变化的特征,也具有地理分布的规律性。第二节中已谈过,流域下垫面也是径流形成和变化的重要影响因素,流域下垫面的自然地理特征,除了直接影响降雨径流的调蓄作用、对净雨进行时空的再分配外,更重要的是流域下垫面通过对降水,蒸发的影响而间接影响年径流量。这个间接影响的实际作用,远远超过下垫面对径流量的直接作用。对于年径流的量来说,下垫面的直接作用仅能起到对降水量扣损的增减,即仅是降水量百分比的上下变化,而其间接作用于降水和蒸发,则可使原降水成倍地变化。例如,流域高程增高,则降水量增大,高程增高同时又使气温降低,则使蒸发量减少,故高程的综合影响结果不但大幅度地增加了降水量,而且增大了径流量。通常在同一气候带内,山地降水量可为平原、盆地的一倍或数倍。例如,台湾省的大屯山区,年径流深可达4000毫米,为全国最高的产流区,而其西侧的沿海平原仅700—800毫米。此外,同一山地区,潮湿空气的迎风坡径流深也可为背风坡的一倍或数倍。例如,西藏高原喜马拉雅山南坡,年径流深可达1000—2000毫米,而北侧一般仅100—300毫米。

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