2.4 河流与流域
研究水文现象，一般都以河流为对象，以流域为区域范围。因此，有必要了解河流与流域的某些基本特征。接纳地面径流和地下径流的天然泄水通道称为河流。供给河流的地面和地下径流集水区称为流域，它由汇集地面径流的地面集水区和汇集地下径流的地下集水区所组成。流域里大大小小的水流，构成脉络相同的系统称为河系（河网），又称水系。流域和河系是河川径流的补给源地和输送路径，它们的特征都将直接、间接地影响径流的形成和变化。
2.4.1 河流特征
1.河流长度与分段
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，以km计。一条河流沿水流方向，自上而下可分为河源、上游、中游、下游、河口5段。
河源是河流的发源地，可以是泉水、溪涧、沼泽、冰川等。上游直接连接河源，这一段的特点是河谷窄、坡度大、水流急、下切侵蚀为主，河流中常有瀑布、急滩。中游河段坡度渐缓，下切力减弱，旁蚀力加强，急流、瀑布消失，河槽变宽，两岸有滩地，河床较稳定。下游河槽宽、坡度缓、流速小、淤积为主，浅滩沙洲多，河曲发育。河口是河流的终点，即河流注入海洋或内陆湖泊的地区，这一段因流速骤减，泥沙大量淤积，往往形成三角洲。
2.河谷与河槽
可以排泄河川径流的连续凹地称为河谷。由于地质构造不同河谷的横断面形状有很大差异，一般可分为峡谷、宽广河谷和台地河谷。谷底过水部分称河槽，河槽的横断面称过水断面。根据横断面形状的不同，又可分为单式断面和复式断面，如图2.2所示。复式断面由枯水河槽和浅滩组成，洪水时滩地将被淹没。
图2.2 河槽断面图
（a）单式断面；（b）复式断面
3.河道纵比降
河段两端的高程差称为落差。单位河长的落差称为河道纵比降，简称比降。当河段纵断面的河底近于直线时，该河段的落差除以河段长，便得平均纵比降。当河段纵断面的河底呈折线时，如图2.3所示，则通过下游断面的河底处向上游作一斜线，使之以下的面积与原河底线以下的面积相等，此斜线的坡度即为河道平均纵比降J，计算公式为
式中：Z0，Z1，…，Zn为自下游至上游沿程各转折点的高程，m；L1，L2，…，Ln为自下游向上游相邻两转折点间的距离，m；L为河道全长，m。
4.水系的几何形态
水系中长度最长或水量最大的河流称作为干流，直接汇入干流的为一级支流，汇入一级支流的为二级支流，其余类推。根据干支流分布情况，河系可分为4种类型：①扇状河系，河系如扇骨状分布；②羽状河系，干流沿途接纳很多支流，其排列如同羽毛状；③平行河系，几条支流平行排列，在靠近河口处才很快汇合；④混合型河系，较大的河流多数都包括上述②、③形式的混合排列型。
5.河网密度
一个流域中，所有河道的总长度与该流域总面积之比，称河网密度，即D=∑Li/F，1/km。
6.河流弯曲系数
河流弯曲系数φ指的是河流实际长度L与河流两端的直线距离l的比值，即φ=L/l。
2.4.2 流域特征
1.分水线和流域
（1）分水线。如图2.4所示，地形向两侧倾斜，使雨水分别汇入两条不同的河流中去，这一地形上的脊线起着分水的作用，称为分水线或分水岭。分水线是相邻两流域的分界线，例如降在秦岭以南的雨水流入长江，而秦岭以北的雨水则流入黄河，所以秦岭是长江与黄河的分水岭。流域的分水线是流域周界，也是分水岭的延长线。流域的地面分水线是地面集水区的周界，通常是经过出水断面环绕流域四周的山脊线可根据地形图勾绘。流域的地下分水线是地下集水区的周界，但很难准确确定。由于水文地质条件和地貌特征影响，地面、地下分水线可能不一致，如图2.4所示A、B两河地面分水线即中间的山脊线，但地下不透水层向A河倾斜，其地下分水线在地面分水线的右边，两者在垂直方向不重合。在地面、地下分水线之间的面积上，降雨产生的地面径流注入B河产生的地下径流则注入A河，从而造成地面、地下集水区不一致。除此之外，如果A、B之间没有不透水的地下分水线，枯季时，A河的水还会渗向B河，使之地下分水线发生变动。
图2.3 河道平均纵比降计算示意图
图2.4 地面分水线和地下分水线示意图
（2）流域。流域是指汇集地面、地下径流的区域，相对河流某一个断面就有一个相应的流域。例如，图2.4中B断面控制的流域是B以下的地面、地下集水区，它们产生的径流将由B断面流出。A断面控制的流域则是A以上的集水区域，但由于它下切深度浅，其上产生的径流将有小部分从下面的透水层排出，而没有完全通过A断面。
当流域的地面、地下分水线重合，河流下切比较深，流域上降水产生的地面、地下径流能够全部经过该流域出口断面流出者称为闭合流域。一般的大中流域，地面、地下分水线不重合造成地面、地下集水区的差异相对全流域较小，且出口断面下切较深，常常被看做是闭合流域。与闭合流域相反，因地面、地下分水线不一致，或者因河道下切较浅，出口断面流出的径流并不正好是流域地面集水区上降水产生的径流时，称这种流域为非闭合流域。小流域，或岩溶地区的流域，常常是非闭合流域，水文计算时要格外注意，应通过地质、水文地质、枯水、泉水调查和水平衡分析等，判定由于流域不闭合可能造成的影响。
2.流域的几何特征
流域的几何特征常用流域面积、流域长度、流域形状系数等描述。
（1）流域面积。流域面积是指流域地面集水区的水平投影面积，以F表示，以km2计。
（2）流域长度和平均宽度。流域长度就是流域的轴长，以km计。以流域出口为中心作很多同心圆，由每个同心圆与流域两边分水线的交点作割线，各割线中点的连线长度即为流域长度L。流域面积F与流域长度L的比值为流域的平均宽度B，即B=F/L，km。
（3）流域形状系数。流域平均宽度B与流域长度L之比为流域形状系数K，即
扇形流域K较大，容易形成洪峰比较高的洪水；狭长流域K较小，洪水不易集中。它在一定程度上反映了流域形状对汇流的影响。