二、水情要素

河流是通过它的流水活动影响和改变地理环境的。为了认识河流的特征及其地理意义，必须首先了解有关河流水情的一些基本概念。

（一）水位

河流中某一标准基面或测站基面上的水面高度，叫做水位。水位高低是流量大小的主要标志。流域内的降水和冰雪消融状况等径流补给是影响流量，同时也是影响水位变化的主要因素。但是，其他因素也可以影响水位变化，例如：流水侵蚀或堆积作用造成河床下降或上升；河坝改变了河流的天然水位情势；河中水草或河流冰情等使水流不畅，水位升高；入海河流的河口段和感潮段由于潮汐和风的影响而引起水位变化，等等。

可见，水位变化是多种因素同时作用的结果。这些因素各具有不同的变化周期，如流水侵蚀作用具有多年变化周期，径流补给形式的变化具有季节性周期，潮汐影响具有日变化周期，等等，因而，河流的水位情势是非常复杂的。

河流水位有年际变化和季节变化，山区冰源河流甚至有日变化。水位变化具有重要的实际意义。根据水位观测资料，可以确定洪水波传播的速度和河流水量周期性变化的一般特征。用纵坐标表示不同时间的水位高度，用横坐标表示时间，可以绘出水位过程线。通过分析水位过程线，可以研究河流的水源、汛期、河床冲淤情况，湖泊的调节作用。

在实际工作中，除了解某一时期内水位变化的一般规律外，还必须知道水位变化中的某些特征值，例如平均水位、平均高水位、平均低水位、中水位、常水位等等。平均水位是单位时间内水位的平均值。平均高水位与平均低水位则是各年最高水位与最低水位各自的平均值。中水位是一年中观测水位值的中值。常水位指一年中水位最常出现值。

河流各站的水位过程线上，上下游站在同一次涨落水期间位相相同的水位，叫相应水位。可以用纵轴表示上游站水位，以横轴表示下游站水位，绘制出两个测站的相应水位曲线（图 5－3）。相应水位曲线可用于插补或改正另一测站的观测资料，或推断某一未设站河段的水位变化过程。根据相应水位出现的时序，可以预报洪水，推算洪峰水位高度及变化情况等。

（二）流速

流速指水质点在单位时间内移动的距离。它决定于纵比降方向上水体重

力的分力与河岸和河底对水流的摩擦力之比。

可以运用等流速公式，即薛齐公式计算水流某一时段的平均流速 v：

v = c

式中，R 为水力半径；I 为河流纵比降；c 为待定系数。

这是一个应用很广的基本公式。建立这一公式的基本出发点是：只有动力与摩擦力相等时，水流才沿河槽作等速运动（图 5－4）。

设 A 为河槽过水断面面积；△l 为水体长度；w 为单位体积水的重量；ϕ 为单位面积的摩擦力；△ x 为水体移动的距离；R＇为河水断面水浸部分弧长；

△z 为水体重心向下移动的高度。当水体作等速运动时，水体受河床阻力而作功：

P1=ϕR＇△l△x 此时水体下落所释放的位能为：

P2=wA△l△z

∵P1=P2

∴wA△l△z=ϕR＇△l△x

Δz

∴ Δx =

ϕR′ = I wA

I是河流的纵比降。已知水力半径的定义为 A

R′

= R，则

I = ϕ

根据实验资料， w 值与平均流速的平方成正比，即

ϕ = bv²

式中，b 为经验系数，它与河槽过水断面深度、大小和形状有关，因此，

等式I = wR 可写为

bv²

I = R

或RI = bv²

∴v =

= c

则 v = c

在水力学中广泛应用薛齐公式估算水流平均速度。从公式中可以看到，

平均流速 v 与水力半径 R 及河流的纵比降 I 成正比，这就提供了计算上的方便。

薛齐公式中的系数 c 是一个不定值。根据推导公式时所做的假设，系数c 决定于糙度、深度、过水断面形状等。许多人力图通过实验来确定 c 值。这里介绍两个最常用的计算 c 值的公式：

1.满宁公式

1 1

c = n R 6

式中，n 为河槽粗糙系数（可根据表 5-1 查出其数值），R 为水力半径。2.巴甫诺夫斯基公式

c = 1 R ^x

此式与满宁公式不同之处在于R具有可变指数。当x = 1 时，实际上和

满宁公式相同。x 是与 R、n 有关的系数，可由下式求得：

x = 2.5

− 0.13 − 0.75 R (

− 0.10)

河流中流速的分布是不一致的。在河底与河岸附近流速最小，流速从水底向水面和从岸边向主流线递增。绝对最大流速出现在水深的 1/10—3/10 处，弯曲河道的最大流速接近凹岸处，平均流速与水深 6/10 处的点流速相等。

（三）流量