2.2 河流和流域

河流是一種天然水體，是由一定區(qū)域內(nèi)的地表水和地下水所補給，并經(jīng)常或間歇地沿著由其自身所造成的連續(xù)延伸凹地流動著。把地面水和地下水補給河流的區(qū)域，即河流的地面集水區(qū)和地下集水區(qū)，合稱為流域。下面簡述河流和流域的一般知識。

2.2.1 河流

1.基本概念

降落到地面上的水，除掉損失一部分以外，在重力作用下沿著一定的方向和路徑流動，這種水流稱為地面徑流。地面徑流長期侵蝕地面，沖成溝壑，形成溪流，最后匯集而成河流。河流流經(jīng)的谷地稱為河谷，河谷底部有水流的部分稱為河床。受重力作用沿河床流動的水流，稱為河川徑流。

流域里大大小小的水流路線，構(gòu)成脈絡(luò)相通的系統(tǒng)，稱為水系，又稱河系或河網(wǎng)。水系由干流及其支流組成。一般把直接流入海洋或內(nèi)陸湖泊的河流稱為干流，匯入干流的稱為一級支流、匯入一級支流的稱為二級支流，依次類推。水系一般以它的干流或以注入的湖泊、海洋名稱命名，如長江水系、太湖水系、太平洋水系等。圖2.2為黃河水系略圖，其中虛線所圍部分為黃河水系的范圍，圖中渭河是黃河的一級支流，涇河是黃河的二級支流，馬連河是黃河的三級支流。不過所謂干流和支流是一個相對的概念。如對長江水系而言，漢江是它的一級支流，丹江、南河是長江的二級支流，但對漢江而言，丹江、南河又是它的一級支流。

2.水系類型

水系的形式多種多樣，不同的形式將影響流域水文過程線的形狀。按照干支流平面組成的形態(tài)差異可將水系分為以下幾種類型。

（1）扇形水系。水系如手指狀分布，即來自不同方向的支流較集中的匯入干流。

（2）羽狀水系。支流從左右兩岸相間匯入干流，如羽毛形狀。

（3）格狀水系。干支流分布呈格子狀，這是由河流沿著互相垂直的兩組構(gòu)造線發(fā)育而成。

（4）平行水系。幾條支流近于平行排列，至下游或河口附近始行匯合。

（5）樹狀水系。干支流的分布呈樹枝狀。大多數(shù)河流屬此類型。

一般較大河流，難以用一種類型概括，而是由兩種或兩種以上水系類型組成。水系類型直接影響洪水水情變化。如扇形水系和平行水系，支流洪水幾乎同時匯入干流，易造成干流出現(xiàn)較大洪水，而羽形水系因支流洪水是先后匯入干流，洪水對干流威脅較小。

3.河流分段

一條河流通常可分為河源、上游、中游、下游和河口五段。

河源是指河流的發(fā)源地，在河流的干流上開始具有表面水流的地方，它可能是溪澗、泉水、冰川、湖泊或沼澤等。

上游是河流的最上段，緊接河源，多處于深山峽谷中，坡陡流急，河谷下切強烈，流量小而水位變化大，常有急灘或瀑布，河底縱斷面多呈階梯形。

中游是河流的中間段，兩岸多為丘陵，河床比降較平緩，流速減小，流量加大，沖淤變化不明顯，但側(cè)蝕力量增強，河槽逐漸拓寬和曲折，兩岸常有灘地。

下游是河流的最下段，一般多處于平原區(qū)，河槽寬闊，流量較大，流速和底坡都較小，淤積作用明顯，淺灘和河灣較多。

河口是河流的終點，即河流注入海洋，湖泊或其他河流的處所。河口處泥沙淤積嚴(yán)重。入海河流的河口段水情還受潮汐巨大影響。

4.河流的基本特征

河流的基本特征一般用河流斷面、河流長度及河流比降來表示。

（1）河流斷面。河流斷面主要包括河流橫斷面和河流縱斷面，可以用來表示河床的形態(tài)特征。由于水流與河床的相互作用，斷面形狀將時刻不停地發(fā)展變化著。

河流橫斷面是指垂直于水流方向的斷面，其一般形狀如圖2.3所示。橫斷面內(nèi)，自由水面高出某一水準(zhǔn)基面的高程，稱為水位。高水位以下的河床，由河槽與河灘兩部分組成。河槽是河流宣泄洪水和輸送泥沙的主要通道，往往是常年流水，底沙處于運動狀態(tài)，植物不易生長；河槽中沿兩岸較高的、可移動的泥沙堆稱為邊灘，其余的部分稱為主槽。河灘則只在汛期才有水流，無明顯的底沙運動，通常生有草、樹木等植物，有的還種植農(nóng)作物。只有河槽而無河灘的橫斷面稱為單式斷面，有河槽又有河灘的橫斷面稱為復(fù)式斷面。河流橫斷面能表明河床的橫向變化。橫斷面內(nèi)通過水流的部分稱為過水?dāng)嗝妫^水?dāng)嗝婷娣e的大小隨斷面形狀和水位而變化。

河流的縱斷面是指河流沿水流方向各橫斷面最大水深點的連線（也稱為深泓線）或河流中線的斷面。沿河流深泓線的斷面稱為源流縱斷面。河流縱斷面能表明河床的沿程變化，如圖2.4所示。一般而言河流縱斷面的坡度從上游往下游逐漸變緩。

（2）河流長度。一般天然河流，從河源到河口的距離，稱為河流長度。近似的河流長度可用曲線計、兩腳規(guī)或其他方法直接在地形圖上沿河流的深泓線量得，但往往比實際長度偏小，需要進行修正。

（3）河流比降。任意河段兩端（水面或河底）的高差稱為落差，深泓線上單位長度內(nèi)的平均落差稱為比降。河流比降有水面比降及河底比降。某一河段的比降，可按下式計算：

式中 i——一定河段的比降，可用小數(shù)、百分?jǐn)?shù)（%）或千分?jǐn)?shù)（‰）表示；

H₁、H₂——河段下游端和上游端的高程（水面的或河底的高程），m；

l——河段長度，m；

ΔH——水面或河底的落差，m，以水面落差計算的i為水面比降，以河底落差計算的為河底比降。

河流比降受很多因素的影響，變化很大。河口附近的比降受泥沙淤積、潮汐倒灌或大河頂托的影響，變化更大。河底比降相對于水面比降來說比較穩(wěn)定，水面比降還將隨不同的水位而變化。河流比降一般自河源向河口逐漸減小，沿程各河段的比降都不相同。河底比降的沿程變化，其任意斷面間的平均比降（‰）可按下式計算：

式中 H₀、H₁、…、H_n——自出口斷面起沿程各特征點的河底高程，m；

l₁、l₂、…、l_n——各特征點之間沿深泓線的距離，km；

L——河流長度，km。

2.2.2 流域

流域是河流的集水域，降落到地面上的水被高地、山嶺分隔而匯集到不同的河流中，這些匯集水流的區(qū)域，就是流域（或匯水區(qū)）。有時我們稱河流某一過水?dāng)嗝娴牧饔颍侵冈摂嗝嬉陨系募畢^(qū)域，即此集水區(qū)域的地面水和地下水，匯集到河流以后，通過該斷面流出本區(qū)域。

分隔水流的高地、山嶺的山脊線，就是相鄰流域的分界線，稱為分水線（或分水嶺）。分水線就是流域四周最高點的連線，在山區(qū)是流域四周的山脈脊線；平原地區(qū)是四周地面最高點的連線。如秦嶺是黃河和長江的分水線，而黃河和淮河的分水線則是黃河南岸大堤。流域分水線所包圍的平面面積，稱為流域面積或匯水面積，單位為km²。如某水文測站的流域面積是指該水文站斷面以上的集水區(qū)域面積。流域面積是河流水量的主要影響因素之一。匯入河流的地面水和地下水往往具有不同的分水線，但地下水的分水線不易確定，一般都以地面水的分水線為準(zhǔn)。流域是河水補給的源地，流域的特征直接影響河川徑流的形成和變化過程。流域的特征一般可分為兩類。

1.幾何特征

流域的幾何特征主要是流域面積和流域形狀。流域面積的大小，直接影響匯集的水量多少和徑流的形成過程。在相同的自然地理條件下，流域面積越大，徑流量（徑流量是指一定時間內(nèi)通過河流出口斷面的徑流總體積，常以m³計）就越大，但是流域?qū)搅髯兓恼{(diào)節(jié)作用也越大，因而洪水漲落比較平緩；流域面積越小，則徑流量越小，但洪水漲落較為急劇。流域形狀則主要影響流域內(nèi)徑流匯集的時間長短，也影響徑流的形成過程。若流域形狀狹長而呈羽形［圖2.5（a）］，則出口斷面流量就小，徑流過程的變化較小而歷時較長；若流域形狀寬闊而呈扇形［圖2.5（b）］，則出口斷面流量較大，而徑流過程的歷時較短。

2.自然地理特征

流域的自然地理特征主要是指流域的地理位置和地形。流域的地理位置一般以流域中心和流域邊界的經(jīng)緯度來表示。由于降雨、蒸發(fā)等各種氣象因素都隨地理位置而變化；因此，一切水文特征也都與地理位置有密切關(guān)系。流域的地形一般以流域平均高程和流域平均坡度來表示。流域平均高程對降雨和蒸發(fā)都有影響。流域平均坡度是確定徑流匯流速度和匯流時間的重要因素，坡度陡則匯流快，土壤入滲減少，使徑流量增大。

另外，流域內(nèi)的地質(zhì)、土壤、森林植被、湖泊等，也都是流域的自然地理特征，與徑流的形成過程都有密切關(guān)系。

2.2.3 山區(qū)河流和平原河流

河流的分類方法很多，由于分類的依據(jù)和目的不同，河流的分類也各不相同。根據(jù)河流的流域地形特點，一般將河流分為山區(qū)河流和平原河流兩大類。對于較大的河流，上游段多為山區(qū)河流，下游段則為平原河流，而中游段常兼有兩類河流的特性，是過渡性河段，稱為山前區(qū)、半山區(qū)河流。對于較小的河流，則上、中、下游河段，可能都屬于山區(qū)河流，也可能都屬于平原河流。

1.山區(qū)河流

山區(qū)河流流經(jīng)地勢高峻、地形復(fù)雜的山區(qū)。河谷是在漫長的歷史過程中，由于水流不斷的縱向切割和橫向拓寬而逐步形成。河谷斷面為發(fā)育不完全的“V”形或“U”形（圖2.6），坡面呈直線形或曲線形，斷面狹窄。

山區(qū)河流沿程多為峽谷段與開闊段相間，平面形態(tài)極為復(fù)雜，兩岸與河心常有巨石突出，急彎、卡口比比皆是；縱斷面陡峻，急灘、深潭上下交錯，常呈臺階狀。

山區(qū)河流的特點是：流域內(nèi)坡面陡峻，巖石裸露，匯流時間短，而且降雨強度大，以致洪水暴漲暴落，水位和流量的變幅極大，往往一晝夜間水位可上漲10m之多，但洪水持續(xù)時間不長。山區(qū)河流的比降大，多在1‰以上，而且沿程變化較大，但落差多集中在局部河段。流速也很大，某些河段可高達(dá)6～8m/s。水流流態(tài)紊亂，存在回流、漩渦、跌水和水躍。山區(qū)河流的河床多為基巖、亂石或卵石組成，沖刷變形緩慢，河床比較穩(wěn)定，但易受地震、山崩、滑坡、泥石流等的影響，造成河道突然堵塞而劇烈變化。

2.平原河流

平原河流流經(jīng)地勢平坦的平原地區(qū)。河流形成過程主要表現(xiàn)為水流的堆積作用，形成深厚的沖積層，可深達(dá)數(shù)十米至數(shù)百米。沖積層最深處多為卵石，其上為沙夾卵石，再上為粗沙、中沙以至細(xì)沙。枯水位以上的河灘表層，則為黏土、黏壤土。這些泥沙組成的分層現(xiàn)象與河流形成的發(fā)育過程有關(guān)。

平原河流的河谷多為發(fā)育完全的形態(tài)，如圖2.7所示。其特點是具有廣闊的河灘，洪水時河灘被淹沒，中、枯水時則露在水面以上。洪水漫灘后，在河灘與河槽聯(lián)結(jié)的部分，因斷面突然擴大，流速驟然降低，泥沙集中在河灘邊緣落淤，往往在靠近河槽處形成地勢較高的自然堤，在遠(yuǎn)離河槽的灘地上則形成洼地、湖泊，而且河灘具有明顯的橫比降。

平原河流的河槽土質(zhì)松軟，往往一側(cè)被水流沖刷侵蝕，而另一側(cè)淤積成為邊灘（圖2.8），并能逐步發(fā)展形成新的河灘，使河槽左右擺動。河槽中由于水流與河床的相互作用，常形成一系列泥沙沖積體（邊灘、江心灘等），并在水流的作用下不斷變化，因而整個河床也處于不斷地發(fā)展變化之中。

平原河流的流域面積一般較大，而流域平均坡度較為平坦，匯流時間長，河床開闊，調(diào)蓄作用大；洪水漲落較山區(qū)河流緩慢，洪水持續(xù)時間較長。水面與河床比降都較小，多為0.1‰～1‰；流速也較小，一般為2～3m/s，水流較為平順。

平原河流按平面形態(tài)及演變過程，分為4種類型的河段。

（1）順直微彎型（邊灘平移型）河段。河槽順直，邊灘呈犬牙交錯分布，并在洪水期向下游平移，如圖2.8所示。

（2）彎曲型（蜿蜒型）河段。河槽具有彎曲外形，深槽緊靠凹岸，邊灘依附凸岸，凹岸沖刷，凸岸淤積，河槽向下游蜿蜒蛇行，如圖2.9所示。

（3）分汊型（交替消長型）河段。河槽分汊，兩股汊道周期性地交替消長，如圖2.10所示。

（4）散亂型（游蕩型）河段。河槽寬淺，沙灘密布，河床變化急劇，主流擺動頻繁，如圖2.11所示。