中科院地理所自然地理学考博水文学试题及参考答案整理3_水量平衡与水循环过程

'一、流域水文模型简述流域水文模型的类型及其应用问题水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？论述流域水文模型的类型及其特征？二、流域产流流域产流过程及其方式有哪些？我国南北方流域产流过程及其方式有哪些不同？三、径流形成影响径流形成的主要因素有哪些？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？试述河川径流中的基流分割主要方法及研究基流的意义。径流形成的基本原理及其影响条件。四、下渗影响下渗的因素由哪些？五、蒸发能力何为流域的蒸发能力？干旱和湿润地区的实际蒸发和蒸发能力之间有什么联系和区别？实际蒸发与蒸发能力之间有什么联系和区别，如何计算？六、水文循环如何理解水资源可再生（可更新）性？其意义是什么？试述水量转化及其在水资源评价中的应用。试述流域水文循环过程及其科学问题。论述流域水文循环和水量转化过程及其在水资源评价中的应用？七、水文学科理论你认为生态水文学的科学问题有哪些 水文学的基础理论问题水文学与水资源学的关系八、人类活动对水文影响试述人类活动的水文效应及其研究方法？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？九、水资源特点及开发利用论述中国水资源开发利用问题及其对策。论述中国水资源的时空分布特点及其开发利用对策？十、区域水文分析流域地下水的补给来源、地下水径流、地下水排泄，以及地下水动态的影响因素？如何理解湖泊、沼泽的水量平衡与调节作用？十一、新技术方法 一、试题影响下渗的因素由哪些？影响下渗因素1、土壤特性的影响：决定于土壤的透水性和土壤前期含水量。土壤透水性真好，前期含水量越小，下渗能力越大。透水性与土壤的质地、孔隙的多少与大小有关系。一般来说土壤颗粒越粗，孔隙直径越大，透水性越好，下渗能力越强。2、降水特性的影响：降水特性包括降水强度、历时、降水时空分布。降水强度直接影响土壤下渗强度和下渗水量。当降水强度小于下渗能力时，降水全部渗入土壤。当降水强度大于下渗能力时，下渗率等于下渗能力。对裸露的土壤，强降雨击碎土颗填充土壤空隙造成下渗能力减小。降水的时程分布也影响下渗，如相同条件下，连续性降水的下渗量要小于间歇性下渗量。3、流域植被、地形条件影响：通常有植被的地区，由于植被的滞水作用，增加了下渗时间，从而减少了地表径流，增大了下渗量。地形坡度对下渗的影响是通过影响供水强度来实现的。相同降水强度下，有坡度时的供水强度将小于平地上的供水强度。此外，不同的地形条件，影响地面漫流的速度和汇流时间。相同条件下，地面坡度大，漫流速度快，历时短，下渗量小。4、人类活动的影响：人类活动即能增大下渗也能抑制下渗。如植树造林、蓄水工程均增加水的滞留时间，从而增大下渗；反之，砍伐森林，不合理耕作、则加剧水土流失，减小下渗。下渗机理下渗过程是土壤吸收水分，调节水分，并向土层在传递水分的过程。在这过程中，下渗受到土壤水作用力的支配。根据下渗曲线的递减快慢，可将下渗过程分为渗润、渗漏，渗透三个阶段。在渗润阶段，土壤含水量较小，分子力和毛管力均很大，再加上重力的作用，此时土壤吸收水分的能力很大，以致初始下渗容量很大。而且由于分子力和毛管力随土壤含水量增加快速减小，使得下渗容量迅速递减。进入渗漏阶段后，土壤颗粒表面已形成水膜，分子力几乎趋于零，平均分子量水主要在毛管力和重力作用下向土壤中入渗，下渗容量比渗润阶段明显减小，而且由于毛管力随土壤含水量增加趋于缓慢减小阶段，下渗容量的递减速度趋缓。到了渗透阶段，土壤含水量已达到田间持水量以上，这时分子力与毛管力均不起作用，控制下渗的力为重力。与分子力和毛管力相比，重力是一个小而稳定的作用力，所以在渗透阶段，下渗容量达到一个稳定的极小值，也就是稳定下渗率。 确定下渗曲线的方法1非饱和下渗理论：对于非饱和土壤，总势由基模势和重力势组成φ=φm+φg取地面为参考面，指向地下向正方向，重力势可表示为φg＝z代入Richards方程：-∂θ∂t=∇∙[-Kθ∙∇φ]得到：∂θ∂t＝∂∂zDθ∂θ∂z+kθ∂θ∂z其中：D(θ)=K(θ)(dφ_m)/dθ扩散率k(θ)＝dK(θ)/dθ2饱和下渗理论：假设以湿润锋为界，上部土壤完全饱和，下部为初始含水量。湿润锋向下移动的条件为上部土壤完全饱和。动力方程：fp=Ksl+Hclfp：下渗容量Ks：饱和水力传导度l：下渗土柱长度Hc：湿润锋面处的毛管上升高度水量平衡方程：fp=θn-θ0dldt解微分方程组得到饱和下渗理论的下渗曲线公式。3经验下渗曲线：霍顿下渗公式：fp=fc+f0-fce-ktfc稳定下渗率实际上认为f0-fc与Fp-fct成正比关系菲利普公式：fp＝a2t-12+fcf实际上认为p-fc与Fp-fct成反比关系一、试题如何理解水资源可再生（可更新）性？其意义是什么？试述水量转化及其在水资源评价中的应用。试述流域水文循环过程及其科学问题。论述流域水文循环和水量转化过程及其在水资源评价中的应用？ 水文循环基本过程（注意流域水文循环答法）水文循环具有全球水文循环、流域水文循环和水－土－植系统水文循环等三种尺度。全球水文循环可分为水汽蒸发、水汽输送、凝结降水、水分入渗，以及地表地下径流5个基本过程。海洋及陆地上的水蒸发，形成水汽升入空中，并被气流输送到各地。在适当条件下这些水汽凝结降水，降落到海面的降水直接回归海洋，降落到陆地表面的雨雪，一部分重新蒸发回到空中，一部分成为地面径流补给江河湖泊，一部分渗入岩土层，转化为壤中流和地下径流。地面径流，壤中流与地下径流最后亦流入海洋，构成全球性统一的，连续有序的动态大系统。流域水文循环实际上就是流域降雨径流形成的过程。降落到流域上的雨水，首先满足截留、填洼和下渗要求，剩余部分成为地面径流，汇入河网，再流过流域出口断面。截留最终耗于蒸发和散发，填洼的一部分将继续下渗，而另一部分也耗于蒸发。下渗到土壤中的水分，在满足土壤持水量需要后将形成壤中流或地下水径流，从地面以下汇集到流域出口断面。被土壤保持的那部分水分最终消耗于蒸发和散发。流域水文循环相对于全球水文循环而言，它是一个开放式的循环系统。水循环机理1、水循环服从于质量守恒定律。整个循环过程保持着连续性，既无开始也没有结尾。从实质上说，水循环是物质与能量的传输、储存和转化过程。2、太阳辐射与重力作用是水循环的基本动力。水的物理性质，在常温常压下液态、气态、固态三相变化的特性是水循环的前提条件，外部环境包括地理纬度、海陆分布、地貌形态等制约了水循环的路径、规模和强度。3、水循环广及整个水圈、并深入大气圈、岩石圈及生物圈，是由无数个不同尺度、不同规模的局部水循环所组合而成的复杂巨系统。4、全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开放系统。5、地球上的水分在交替循环过程中，总是携带着某些物质一起运动。水循环的作用与效应1、水文循环与地球圈层构造：地球表层由大气圈、岩石圈、生物圈及水圈组成。水圈中的水，通过周流不息的循环运动，积极参与了圈层之间界面活动，并且深入4大圈层内部，将它们耦合在一起。水循环，它上达15公里的高空，成为大气圈的有机组成部分，担当了大气循环过程的主角；下深至地表1－3公里，积极参与岩石圈中化学元素的迁移过程，成为地质大循环的主要动力；同时水作为生命的源泉生物有机体的主要部分，全面的参与生物大循环，成为沟通无机界和有机界的纽带，并将4大圈层串联在一起，组合成相互影响、相互制约的统一整体。2、 水循环与全球气候：水循环一方面受全球气候变化，尤其是大气环流活动的影响，另一方面它又深入大气系统内部，极其深刻的制约了全球气候。首先，水循环是大气系统能量的传输、储存和转化者；其次，水循环通过对地表太阳辐射能的重新再分配，使不同纬度热量收支不平衡矛盾得到缓解。再次，水循环的强弱与路径，还会直接影响到各地的天气过程，甚至可以决定地区的气候基本特征，如洋流的影响。1、水循环与地貌形态及地壳运动：水循环过程中的流水以其持续不断的冲刷、侵蚀作用、搬运和堆积作用，以及水的溶蚀作用，在地质构造的基底上重新塑造了全球的地貌形态。这种地貌形态的改变，一旦超出其平衡点，就可能触发地震，甚至引起地壳运动，发生沧海桑田的剧变。2、水循环与生态平衡：水是生命之源，是生物有机体的基本组成物质。没有水循环就不会有生命活动。同时，水循环的强度及其时空变化，是制约一个地区生态环境平衡或失调的关键。此外，一地区水循环强度的时空变化又是造成旱涝的主要原因。3、水循环与水资源开发利用：水资源可持续利用是以水资源开发利用后能获得补充更新为条件的。更新速度和补给量主要受到水循环的强度、循环周期的长短的制约，一旦水资源开发强度超过水循环更新速度或者遭受严重的污染，那就会面临水资源不足，甚至枯竭的严重局面。水循环在水资源评价中的作用1、水资源是指在水循环中能够为生态环境和人类社会所利用的淡水，存在形式有河川径流、地下水、土壤水、湖泊、冰川积雪等，其补给来源主要来自大气降水，降水是所有形式水资源的最终来源，因而一个流域的水资源总量是否丰富主要取决于降水量的多少。2、水循环速度的快慢决定了流域内水资源的可利用量。从水量上讲，流域水资源的长期可利用量应是积极参加水循环的那部分水量，利用后可以很快得到补充，这部分量的多少主要取决于水体的循环更新速度和周期的长短；从水质上讲，水体的循环速度决定了其自净能力，循环速度越快，水体防止污染的能力越强。3、水循环的各个环节是相互影响的，经常相互转化。比如地表水与地下水间的转化，流域总水资源量并不是各子水资源量的简单叠加，在进行水资源评价时要注意各种资源量间的重复量，避免得出错误的结论。4、人类对水资源的开发利用相当于在流域水循环的基础上增加了一个人工的侧支循环。人工侧支循环的规模将极大的改变原有流域水循环的规模和方式，为实现水资源的可持续利用，人类利用的水资源量应保障原有水循环的分支不遭破坏。如保证河道最低生态用水量，植被需水量等等。5、人类水资源利用作为水循环的侧支循环，经人类生产生活利用的水量最终会归于水循环，这部分水的水质往往较差，从而对整个水资源造成严重污染。因此，对回归排放回水循环的水，应尽量做到低污染排放。另外，侧支循环本身也可包括水的多次利用，从而实现水资源的重复利用，提高利用效率。 水资源可再生性水资源可再生性是水资源的基本特性之一，其基本涵义是水资源通过天然作用或者人工经营能为人类反复利用的特性。从性质上，水资源可再生性可分为水质恢复和水量再生。从属性上，水资源可再生性天然再生和社会再生。天然条件下的水资源可再生性是由水循环决定的，在此水资源的可再生性与传统的可更新性或可恢复性同义。但目前的天然水资源系统大都受到了人为作用的影响，人为作用对水资源系统的影响主要表现在：首先是人为作用影响到水资源系统的形成，从而影响了可更新水资源量，如人类活动引起气候变化，影响很多地区的降水蒸发等；其次是人类工程改变了水资源系统中水的存储方式，影响了水资源的可利用量。水资源的社会可再生性指水资源在利用过程中表现出来的特性，一是合理利用，节水，减少用水量；二是通过改善水质，使对某一用途的可利用水量增加。水资源的可再生性决定了水资源的可持续利用性，通过对水资源可再生性的研究，可以为水资源的可持续利用提供确定阀值的科学依据。水资源的自然可再生性决定了水资源的可持续利用总量，社会可再生性则体现了水资源的利用效率。因此，水资源的可再生性是解决水资源危机的理论依据，水资源的可再生性利用是解决水资源危机的重要途径。水量平衡水量平衡是指人行道选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说收支平衡。从本质上说，水量平衡是质量守恒原理在水循环过程中的体现，也是地球上水循环能够持续不断进行下去的基本前提。水循环是地球上客观存在的自然现象，水量平衡是水循环的内在规律。一旦水量平衡失控，水循环中某一环节就要发生断裂，整个水循环就不复存在。反之，如果自然界不存在水循环现象，也就无所谓平衡了。水量平衡研究是水文、水资源学科的重大基础研究课题，同时研究和解决一系列实际问题的手段和方法。首先，通过水量平衡的研究，可以定量地提示水循环过程与全球地理环境、自然生态系统之间的相互联系、相互制约的关系；提示水循环过程对人类社会的深刻影响，以及人类活动对水循环过程的消极影响和积极控制的效果。其次，水量平衡是研究水循环系统内在结构和运行机制，分析系统内蒸发，降水及径流等各个环节相互之间的内在联系，提示自然界水文过程基本规律的主要方法。通过水量分析，还以对水文测验站网的布局，观测资料的代表性、精度及其系统误差等做出判断，并加以改进。第三，水量平衡分析是水资源现状评价与供需预测研究工作的核心。从降水、蒸发、径流等基本资料的代表性分析开始，到进行径流还原计算，到研究大气降水、地表水、土壤水、地下水等四水转换的关系，以有区域水资源问题总量评价，基本上都是根据水量平衡原理进行的。水资源开发利用现状以及未来供需平衡计算，更是围绕着用水，需水与供水之间能否平衡的研究展开的，所以水量平衡分析是水资源研究的基础。第四，在流域规划，水资源工程系统规划与设计工作中，水量平衡分析不仅为工程规划提供基本设计参数，而且可以用来评价工程建成以后可能产生的实际效益。在水资源工程 正式投入运行后，水量平衡方法又往往是合理处理各部门不同用水需要，进行合理调度，科学管理，充分发挥工程效益的重要手段。一、试题如何理解湖泊、沼泽的水量平衡与调节作用？湖泊沼泽的水量平衡指在一定区域一定时间内其收入的水量与支出的水量的差额等于该区域的蓄水变化量。湖泊沼泽的收入水量一般为降水及上游径流来水，支出水量为蒸发量或径流排泄量，其中沼泽以蒸发为主。当上游来水增多时，湖泊沼泽的水体面积将会变大，水位上升，蓄水量增大，流向下游的流量要小于流入水量。在水量上降低了下游河段的洪峰流域，在时间上滞缓了洪峰发生的时间，发挥调蓄作用。湖泊沼泽调蓄能力的大小主要决定于蓄水能力，蓄水能力越强，调蓄能力越大。书是我们时代的生命——别林斯基　　　　书籍是巨大的力量——列宁　　　　书是人类进步的阶梯———高尔基　　　　书籍是人类知识的总统——莎士比亚　　　　书籍是人类思想的宝库——乌申斯基 　　　　书籍——举世之宝——梭罗　　　　好的书籍是最贵重的珍宝——别林斯基　　　　书是唯一不死的东西——丘特　　　　书籍使人们成为宇宙的主人——巴甫连柯　　　　书中横卧着整个过去的灵魂——卡莱尔　　　　人的影响短暂而微弱，书的影响则广泛而深远——普希金　　　　人离开了书，如同离开空气一样不能生活——科洛廖夫　　　　书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉——库法耶夫　　　　书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者———史美尔斯　　 　　书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的，是富有启发性的养料。而阅读，则正是这种养料———雨果'