第二章 河流与流域

第一节 河流

一、河流概念

汇集地表水和地下水的天然泄水通道称为河流（river）。将汇集的水流注入海洋或内陆湖泊的河流称为干流，而汇入另一条河流的称为支流。支流可分为多级，直接汇入干流的河流为一级支流，直接汇入一级支流的河流为二级支流，其余依此类推。河流流经的谷底部分称为河谷，河谷底部有水流的部分称为河床或河槽。面向水流方向，左边的河岸称为左岸，右边的河岸称为右岸。弯曲河段沿流向的平面水流形态呈凹形的河岸称为凹岸，呈凸形的河岸称为凸岸。在河流的凹岸附近，水较深，称为深槽。而反向河湾之间的顺直段，水深相对较浅，称为浅槽。深槽与浅槽沿水流方向通常交替出现，具有一定的规律。

一条发育良好的河流沿水流方向，自高向低一般可分为河源、上游、中游、下游和河口5段：①河源是河流的发源地，可以是冰川、泉水、沼泽、湖泊等；②上游紧接河源，多处于深山峡谷中，落差大，水流急，冲刷剧烈，常有急滩或瀑布；③中游河段的比降变缓，河槽变宽，两岸有滩地，冲淤变化不明显，河床较稳定；④下游一般处于平原区，河槽较宽，比降较小，水流缓慢，淤积较明显，浅滩和河湾较多，且河槽多具有游荡性；⑤河口是河流的终点，即河流汇入海洋或内陆湖泊的地方。由于河口段流速骤减，泥沙大量淤积，常常形成河口三角洲，如长江三角洲、黄河三角洲等。

最终汇入海洋的河流称为外河流，如长江、黄河等；汇入内陆湖泊或消失于沙漠的河流，称为内流河或内陆河，如新疆的塔里木河、青海的格尔木河、甘肃的石羊河等。

河流各横断面最低点的连线称为中泓线或溪线。一条河流自河源沿主河道至河口的长度称为河流长度，简称河长，用L表示，km。河流实际长度L与河流两端直线距离l的比值，称为河流弯曲系数φ，即

二、河流断面

1.河流横断面

垂直于水流方向的断面称为横断面，简称断面，如图2-1所示。在枯水期，有水流的部分称为基本河床或主槽；在洪水期，能被水淹没部分称为洪水河床或滩地。断面内有水流流经的部分称为过水断面，过水断面的大小随水位和断面形状而变化。从上游至下游，一条河流有无数多个横断面，各个横断面的形状各异，且受冲淤变化影响。

河流的横断面是河流平面形态与水流长期相互作用、相互影响的结果，在顺直河段、弯曲河段与河流上下游河段，都有其特定的横断面形态。按照水力特性的不同，常将河流横断面分为单式断面与复式断面两类。

（1）单式断面。只有主槽而无滩地的断面称为单式断面，单式断面的水面宽度随水位的变化是连续的或渐变的，如图2-1（a）所示。单式断面的河床相对比较稳定，河槽为单一的冲淤变化，水位与断面各项要素（水面宽度、过水断面面积、水力半径等）之间为单一、连续变化的关系。

（2）复式断面。既有主槽又有滩地的断面称为复式断面，复式断面的水面宽度随水位的变化发生突变，如图2-1（b）所示。复式断面的洪枯水位相差悬殊，河床处于不稳定状态。水位与各项断面要素之间的关系呈不连续变化，特别是主槽与滩地部分的水力条件差别较大。滩地又称河漫滩，是由河流横向迁移和洪水漫溢的沉积作用形成，一般平原河流的滩地比较发育。有的河流只在一侧有滩地，而有些河流在两侧都有滩地。由于横向环流作用，V形河谷展宽，冲积物组成浅滩，浅滩加宽，枯水期大片浅滩露出水面成为雏形滩地，之后洪水携带的物质不断沉积，形成滩地。滩地沉积大多具有二元结构，下部是河床相沉积，上部为滩地相沉积。滩地的主要类型有：①河曲型滩地，发育于弯曲型河段，常在凸岸堆积为滨河床沙坝、迂回扇等；②汊道型滩地，为在汊道型河段中形成的浅滩及其附属的沙坝、沙嘴等；③堰堤型滩地，发育于较顺直河段，形成天然堤；④平行鬃岗型滩地，为堰堤型滩地与河曲型或汊道型滩地的过渡类型，表现为一系列平行鬃岗系统，鬃岗之间为浅沟、洼地或湖泊。

2.河流纵断面

河流纵断面是指从河源到河口之间河床最低点的连线，它表示了河槽纵向坡度或高程沿流向的变化情况。河流的纵断面图可通过实地测绘或在地形图上量算后绘制，如图2-2所示。

河流纵断面特征可用落差或河底比降表示。任意河段两端的高程差称为落差，单位河长的落差称为比降。河流比降有水面比降与河底比降之分，此处特指河底比降。河流沿程各河段的比降不同，一般从上游向下游逐渐减小。当河段纵断面近于直线时，其河底比降可用下式计算：

式中：J为河底比降，无因次（常用千分率表示）；Z₁、Z₀分别为河段上、下断面河底高程，m；l为河段长度，m。

当河段的河底高程沿程变化较大时，在纵断面图上，从下断面最低点作一直线，使直线以下面积与河底线以下面积相等，该直线的斜率即为河段的平均比降，如图2-2所示。根据以上原则，通过简单的几何关系就可推导出河段比降的计算式：

式中：J为河段的平均河底比降，无因次（常用千分率表示）；Z₀、Z₁、…、Z_n为各分段两端河底高程，m；L₁、L₂、…、L_n为各分段河长，m；L为河段总长，m。

3.河流水面横比降与横向环流

（1）水面横比降。地球自转产生的偏转力垂直于物体运动的方向，物体的运动在其作用下发生偏转。在北半球向右偏转，在南半球向左偏转，地球上的河道水流也不例外。尤其是在弯曲河段，由于地球自转及河道弯曲离心力的作用，河道横断面的水面并非完全水平，水流除向下游流动外，还发生垂直主流方向的横向流动，这是由于存在水面横比降的缘故，水面横比降是指左、右岸水面的高程差与断面的河宽之比。

（2）横向环流。由于存在横比降，河流中表层的水流将向左岸流动，底层的水向右岸流动，它们构成一个横向环流。横向环流与河轴垂直，表层横向水流与底层横向水流的方向相反。横向环流与纵向的主水流结合起来，成为江河中常见的螺旋流，这种螺旋流使平原河道的凹岸受到冲刷，形成深槽，使凸岸受到淤积，形成浅滩。河流弯道的横向环流如图2-3所示，横向环流使水流不仅具有下切的能力，还有侧向侵蚀的能力，这对认识河流地貌的形成与河流治理具有重要的意义。

4.河流的水力联系

河流中的水流与河岸两侧地下水之间的相互补给现象称为水力联系，相互补给量的大小与它们的水位差及土壤的渗透性有直接关系。当河流水位高于两岸外侧的地下水位时（如洪水期），则河流就会通过侧渗补给地下水。当河流水位低于两岸外侧的地下水位时（如枯水期），则地下水就会通过侧渗补给河流。枯水期河道中的水量基本靠这种水力联系来维持，当河床高程大于两侧的地下水位时，河流就会得不到有效的地下水补给而发生断流现象，例如某些季节性的河流就属此类。

三、水系

由干流及其全部支流组成的脉络相通的网状系统称为水系，也称河系或河网，自然形成的水系多为树枝状结构。

水系可分为4种类型。①扇形状水系：水系各支流的排列和分布呈扇骨状分布，干支流的汇合点较为集中，②羽形状水系：干流比较长，沿途接纳许多支流，支流从左右两岸相间汇入干流，其排列如同羽毛状；③平行状水系：由几条近似平行排列的支流，于入海口附近汇入干流，或靠近河口处，才很快汇合；④混合状水系，较大的河流多数都包括上述二、三种型式的混合排列型。

水系的类型决定了流域的几何形态，并对流域汇流有一定的影响。如扇形水系汇流时间短，洪水往往表现为陡涨陡落、洪水历时短等特点，而羽形水系则相反。

为了反映流域内河流水系的发育情况，可用河网密度定量表示。河网密度是指流域内干支流总长度与流域面积的比值，即

式中：K_b为河网密度，km/km²；∑L为河流总长度，km；F为流域面积，km²。

河网密度越大，则流域切割程度越大，径流汇集越快；河网密度越小，则在一定程度上反映流域排水不畅，径流汇集缓慢。