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河流的水文要素

 黄花岭桃源山人 2021-07-19

河流的水文要素通常指水位、流量和含沙量三项。

一、水位

河流中某断面某时刻自由水面的高程叫做水位,以m为单位。

高程的起算点称为基面。1956年我国规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一的高程零点基面,称为黄海绝对基面。由于历史的原因,我国各河流沿用的水准零点并不一致。长江采用吴淞零点,黄河及华北各水系采用大沽零点,淮河采用废黄河口零点,东北各水系采用秦皇岛零点或大连零点,华南各水系采用罗星塔零点,各基面互有差别。为了保证水位资料的多年连续性,目前各流域测站原有零点都冻结未变。因此,我们在引用各水文测站的水位资料时,要注意水准零点的统一。

河流中水位变化,可用水位过程线来表示。图1表示日平均水位的年变化过程,图2表示短历时的水位变化过程。

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图1  日平均水位变化过程线

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图2   短历时水位变化过程线

二、流量

某时刻单位时间内,河流流过某断面的水的体积,叫做流量,通常用的单位是m3/s。习惯上称“秒立米”,或称“立方米每秒”。

在一定时段内,通过某断面的总水量称为该时段的径流量,如月径流量、年径流量等,通常以立方米为单位。

流量随时间的变化,用流量过程线来表示。与水位过程线相类似,也有日平均流量的年变化过程线和短历时流量变化过程线两种。

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图3  流量过程线分析

流量过程线,在一定程度上反映出流域的气候和自然地理特征。如图3为某站的一次洪水过程线。在tA时刻以前,因久未降雨,河流全依赖地下水补给。tA时刻起,由降雨形成的地面径流汇入河槽,引起流量起涨。到达tB时刻地面径流停止,但需继续泄退河槽容蓄水量。至tC时刻容蓄水量全部泄出,河流又转入由地下水补给状态。由于地下补给稳定,变化较小。连接AC线,则AC线以下为地下补给;AC线以上则为地面补给。由此可见,流量过程线上这些转折点,如A、B、C均为重要的特征点。流量过程线和横坐标所包围的面积则为各种补给的组合。

三、含沙量

河流某断面某时刻,单位体积的浑水中所含干沙的质量,叫做含沙量,以kg/m3为单位。

河流中的泥沙,按其运动方式的不同,可分为悬移质和推移质。悬移质是悬浮在水中随着水流运动的泥沙。推移质是贴近河床的一层为水流推动而滚跳下移的泥沙,必须说明:这种分类只是在一定流速条件下的相对分类。当流速加大时,推移质可能悬浮流动而成悬移质;当流速减小时,悬移质则将下沉河底而成推移质,或淤积在河床上而成河槽的一部分。

泥沙的水文测验,一般是测定悬移质;推移质也可用采样器测验,但精度较差。一般情况下,河流中悬移质的数量多于推移质。

与水流流量情况相类似,我们引入下列有关泥沙的术语。单位时间内通过测流断面的泥沙量叫输沙率,以kg/s或t/s为单位。在一定时段内通过某断面的泥沙总量称为输沙量,如年输沙量、月输沙量等,以t为单位。

四、水位流量关系

河流中水位变化的原因主要是流量的变化,有的河段水位与流量具有密切的相关关系,甚至可建立水位~流量关系曲线,如图4所示。据此曲线可推求任何水位的相应流量。

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图4  水位~流量关系曲线

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图5 洪水过程线

值得指出的是:水位与流量的关系往往不是单值对应。例如在洪水上涨时水面比降大于稳定流时的水面比降,故其流量大于同水位的稳定流流量;在落水时由于水面比降小于稳定流时的水面比降,故洪水下落时其流量小于稳定流时同水位的流量。并且,在洪水过程中水位最高时的流量不一定是最大值。此外,河流的冲淤变化、潮汐涨落、分水缺口,或受水工建筑物的影响等,都有可能破坏原水位与流量的关系。因此,使用水位~流量关系曲线图时,必须分析其上下游及河床变化的影响,慎重对待。

来源:水利之声

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