第二节　河流和流域

一、河流与河网

地面水和地下水聚集一起而形成输移水的通道称为河流。河流有干流和支流之分，干流只有一条，一般汇入海洋或湖泊；而汇入另一条河流的是支流。支流可以分为多级：一级支流直接汇入干流，二级支流直接汇入一级支流，三级支流及以上，以此类推，如图2-2所示。

一条河流顺水流方向，从高处向低处可分为河源、上游、中游、下游和河口五个部分。河源是河流的源头，多为冰川、沼泽和湖泊等。紧接河源的是上游，一般在山区和峡谷地区，具有落差大、水流急、冲刷剧烈的特点。上游之后为中游，中游河段落差减小，水流变缓，冲淤变化减弱，河床形态比较稳定。下游通常位于平原地区，河槽较宽，河道比降进一步减小，水流更为缓慢，多发生淤积。河口位于河流的末端，是其汇入海洋或湖泊的地方。河口地方流速显著减小，使得大量泥沙淤积在河口，从而形成三角洲。根据河流最终汇入或消失的地点可以将河流分为外流河和内陆河。汇入海洋的河流称为外流河，我国的长江、黄河和珠江等均为外流河；汇入内陆湖泊或消失于沙漠的河流称为内陆河，也称内流河，例如我国新疆的塔里木河、青海的格尔木河等。

由河流的干流及其全部支流所构成的网状河道系统称为河网，也称水系或河系。河网通常为树枝状或网状，树枝状河网多见于自然形成的河网，网状结构河网多为人工开挖形成。河网的形态可大致分为三种：羽毛状河网、平行状河网和混合河网，如图2-3所示。羽毛状河网的支流从上游往下游在干流不同地方汇入；平行状河网的支流与干流大体成平行趋势交汇；混合河网的支流与干流的关系介于两者之间。

河流长度和河网密度用来描述河网的特征。河流长度简称河长，定义为河流从河源处开始具有地表水流形态的地点到河口的河道水面中心线的距离。河网密度则是指流域内河流总长度与流域面积的比值。

式中：KD为河网密度，km/km2；∑L为河网的总长度，km；F为流域面积，km2。

河网密度越大，说明流域切割程度越大，径流汇集越快。反之，则表明流域排水不畅，径流汇集较慢。

二、流域及其特征

降水沿地形上一条脊线分别汇集到两条不同的河流中时，这条起着分水作用的脊线就是相邻两流域的分界线。分隔相邻两个流域的高地称为分水岭，可以是高原、山地或者丘陵等。分水岭上最高点的连线称为分水线。分水线包围形成地面水和地下水汇集的集水区称为流域。流域集水区分为地上和地下两种。地上分水线包围形成的集水区为地上集水区；地下分水线包围的集水区为地下集水区。通常所指的流域一般是地上集水区。地上集水区和地下集水区如果在水平投影面上相重合，称之为闭合流域，反之，则为非闭合流域，如图2-4所示。

自然界中地上分水线和地下分水线不可能完全重合，因此严格意义上的闭合流域是不存在的。由于地上地下分水线不重合，所以非闭合流域与邻近流域间存在水量交换。除具有喀斯特地质特征的情况外，通常的大、中型流域因为地上和地下集水区不一致而产生的水量交换相对于流域的总水量非常小，可以看作闭合流域。不同类型的河网其流域形状有明显差异：羽毛状河网流域多为狭长形，平行状河网流域形状多为扇形，混合河网流域形状介于狭长形和扇形之间。

流域的特征主要分为形状特征、地形特征和自然特征三类。

（一）形状特征

流域面积、长度、平均宽度和形状系数是描述流域形状的主要特征参数。

1.流域面积

一般用地上分水线所包围区域的平面投影面积称为流域面积，以符号F表示，单位km2。在其他自然条件相似的情况下，一般流域面积越大，该流域河流的水量越丰富。

2.流域长度

流域长度以符号L表示，单位km。有三种常用计算方法：①从流域末端出口断面沿主河道到流域最远端的距离为流域长度；②从流域末端出口断面到分水线的最大直线距离为流域长度；③以流域末端出口断面为圆心，画不同半径的同心圆，每个圆与流域边界的两个交点连一割线，将各割线中点顺序连接得到流域平面图形几何中心轴的长度作为流域长度。

3.流域平均宽度

用流域面积除以流域长度即为流域平均宽度：

B值越小则流域越狭长，水流汇流过程分散，洪峰小，洪水过程也越平缓；若B值越大，则流域形状越方正，水流汇流过程集中，洪峰大，洪水过程也越集中。

4.流域形状系数

用流域平均宽度与流域长度之比即为流域形状系数：

K值越大，流域越接近扇形，则洪水过程越集中，易形成尖瘦形的洪水过程；K值越小，流域越狭长，洪水过程越平缓，易形成矮胖的洪水过程。

（二）地形特征

一般用流域平均高程、平均坡度和面积高程曲线来描述流域地形的主要特征。

1.流域平均高程

流域地表的平均高程称为流域平均高程，可用流域内相邻等高线间的面积乘以其相应平均高程所得乘积之和除以流域面积来表示：

式中：为流域平均高程，m；fi为相邻两条等高线之间的面积，km2；Zi为相邻两条等高线的平均值，m；F为流域面积，km2。

2.流域平均坡度

流域平均坡度也可称为地面平均坡度，一般用下式计算：

式中： 为流域平均坡度；ΔZ为相邻两条等高线的高差，m；Li（i＝1，…，n）为流域内各条等高线的长度，m；其他符号意义同前。

3.面积高程曲线

用大于等于流域某一高程的部分面积与流域总面积之比为横坐标，以相应的流域高程为纵坐标，绘制出的曲线即为面积高程曲线。这一曲线反映了流域面积随高程的变化情况，用来了解高程对某些水文特征值的影响，如降水、蒸发等。

（三）自然特征

流域所在的地理位置、气候及下垫面条件是其主要的自然特征。

1.流域地理位置

通常用流域中心或者流域边界的经纬度来表示流域的地理位置。流域的地理位置不同其水文特征也有所不同。如海洋和山脉能够影响水汽的输送，因此海洋和山脉与流域的距离远近会使得降雨量的大小和时空分布不同。

2.流域气候条件

降水、蒸发、气压、湿度、气温和风速等是构成流域气候条件的主要因素。这些气候因素对流域的形成和发展起着重要的控制作用。降水和蒸发直接影响河流径流量的大小，而气压、湿度、气温和风速等则是通过改变降水和蒸发来间接影响流域的径流量。

3.流域下垫面条件

下垫面指与大气下层直接接触的地球表面。它包括地形、地质、土壤、河流、湖泊、沼泽和植被等，对流域和河流的发展变化起着十分显著的作用，也是影响气候的重要因素之一。长期以来，受人类活动的影响，流域的下垫面条件也在发生改变，进而引起流域水文特征的变化。