2010级水文学绪论及第一章.ppt

'水文学主讲：殷书柏 教师简介：殷书柏,湖北荆州人1983-1987：华东师范大学地理系地理学专业1987-2001：湖北省荆州师范学院2001-2006：中科院东北地理与农业生态研究所研究方向：湿地变化及其环境效应 绪论一、有关概念水文学:研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学。水文现象：水循环过程中，水的存在和运动和各种形态。 水循环:地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。5个环节：水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流蒸发、凝结、降水是必须具备的环节 二、水文现象时空分布的特点1）水循环永无止尽2）时间变化上既具有周期性又具有随机性3）地区分布上的相似性与特殊性 三、水文学的研究方法1）水文资料的获取途径：水文调查、水文观测和水文实验2）水文学研究的特点：短暂资料，综合分析，过程和规律的研究，并预测趋势3）水文学研究方法成因分析法，数理统计法，地理综合法 第一章地球上水的性质与分布 第一节水的物理性质一、水的形态及其转化水的三态冰点和沸点体积变化 二、水的热学性质1.比热与热容量2.潜热温度不变，形态发生变化时吸收或放出的热量3．水的热容量与潜热的地理意义调节气温：昼夜温差、季节温度不大。 1）海水温度分布世界大洋表面年平均温为17.4℃；最低为－2℃，最高为36℃。三大洋表面年平均水温分布的特点：北半球高于南半球在南北纬0-30°之间以印度洋水温最高在南北纬50-60°之间的大西洋水温相差悬殊三、水温1.海水温度 世界大洋表面水温分布的总趋势：1)向高纬递减，热带海区水温最高2)大洋东西两侧水温分布明显差异3)在寒暖流交汇处等温线特别密集4)夏季高于冬季，水平梯度冬季大于夏季原因：太阳辐射、海陆分布和洋流 水温垂直分布特点（1）不均匀递减（2）垂直分层结构暖水对流层表层扰动层温跃层冷水平流层 2)海水温度的时间变化日变化特点：变幅小，随纬度的增加而减少，浅海区大，极值时间，日变深度与日变最大深度。影响因素：太阳辐射，季节、天气状况，潮汐与洋流，地理位置 年变化特点：中纬度海区最大；同一纬度，大洋西侧较东侧变幅大，靠近海岸地区更大；北半球各纬度的年较差大于南半球。影响因素：太阳辐射、洋流性质、季风和海陆位置 3)海冰(1)淡水与海水的特征温度：淡水：冰点温度0℃，最大密度温度3.98℃。海水：随盐度的增加而降低盐度2.4695%，冰点温度=最大密度温度=-1.332℃(2)海水结冰困难的原因：海水盐度高，冰点低当海面水温达到冰点时，因密度增大形成对流；海水结冰时不断地析出盐分使冰点更低。 2、河水温度1）影响因素：太阳辐射（纬度）、气温、补给来源2）时空变化时间变化特点:大体与气温一致,略高于当地的年平均气温；封冻期很长、冬季气温很低的地区，水、气温差大；河流水温的年变化主要受季节影响空间分布特点:受地带性规律制约；不同地理位置水温的年变幅不同 3、湖泊、水库水温1）水温的分布垂直差异；增温与冷却；混合作用。水温垂直梯度:2）湖泊水温分布类型正温层：逆温层：同温层：温跃层： 3）湖水温度的变化日变化特点：表层最明显日变幅随温度的增加而逐渐减小最高水温14-18时，最低水温5-8时水温日变幅在阴天和晴天之间差别也较大 3）湖水温度的变化年变化特点除结冰期外，与当地气温年变相似最高、最低水温出现的时间比气温迟半个月至一个月左右高山、高原区湖泊水温年变幅最小 4、地下水的水温1）影响因素：分布区域，地温，埋深2）垂直分布特点：年常温层以下，随深度的增加而升高。地热增温级：年常温层以下，温度每升高1℃所需增加的深度。 3）地下水温变化特点：昼夜变化：日常温层季节变化：年常温层4）地热异常区地下热水通过一定的通道上涌，使地热增温级大大提高的区域 四、水的密度1．纯水密度0℃冰0.9167，0℃水0.9999，3.98℃时为12.海水密度：一个大气压下，海水与水温3.98℃时蒸馏水密度之比。海水密度的影响因素：盐度（s）、温度（t）和压力（p）的函数；影响海水温度和盐度变化的地理因素。 五、水色与透明度1.水色水无色，水体都有一定的颜色原因：杂质，水体对光的选择吸收和散射。水色的影响因素：光学性质、悬浮物质、浮游生物、天空状况、水体底质。 2.透明度各种水体能见程度的一个量度。透明度的影响因素：清浊程度、波动、天气、太阳光照等。3.水色与透明度的关系水色越高透明度越大，水色越低透明度越小。 透明度的测量：透明度板以直径300mm的白色圆盘垂直投入海水中的可见深度表示。世界上最透明的海水是大西洋中部的马尾藻海66.5m；我国黄海仅为1-2m，南海为20-30m。 蓝色—透明度高 第二节地球上水的化学性质一、天然水的化学成分1）悬浮物质：粒径大于100纳米的物质颗粒2）胶体物质：粒径为100-1纳米的多分子聚合体3）溶解物质：各种离子（8种主要离子）和气体 矿化度：天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量。矿化过程：各种溶解质在天然水中的累积和转化1.矿化过程的影响因素：1）元素和化合物的物理化学性质；2）水体性质，如酸碱性、氧化还原状况、有机质等；3）各种自然环境条件二、天然水的矿化过程 2.矿化过程类型1）溶滤作用：岩土中某些成分进入水中的过程2）吸附性阳离子交替作用：吸附过程、解吸过程吸附容量：胶体吸附的饱和容量称为吸附容量3）氧化作用：围岩的矿物、水中有机物的氧化4）还原作用：有机物、硫酸盐还原产生CH4、H2S5）蒸发浓缩作用：6）混合作用：矿化度不同，成分各异的水体混合 三、水体的化学性质1.大气水的化学组成及特性1)溶解气体的含量近于饱和：充分接触2)各种可溶性盐类远未饱和：没有来源3)降水普遍显酸性：人为排放，形成酸雨酸雨：大气降水的pH值小于5.6即为酸雨 降水中的物质来源：1）干盐粒2）风从地面吹起的扬尘3）火山爆发喷入大气的易溶物质及尘埃4）人类活动向大气排放的废气和烟尘 2.海水的化学组成及特点1）海水的化学组成大量元素：12种，99.8—99.9％微量元素：1毫克/升以下海水组成的恒定性：12种离子浓度比例不变海水中盐类的来源：河流、海底火山活动河水与海水盐类差别的原因：沉淀，生物吸收，富集 2)海水的盐度盐度：单位质量海水中所含溶解物质的质量绝对盐度（SA）：海水中溶解物质的质量与海水质量的比值实用盐度（S）：绝对盐度与实用盐度的关系： 2）海水盐度的影响因素增盐过程：蒸发、结冰、高盐洋流的流入、高盐海水混合、溶解减盐过程：降水、融冰、低盐洋流流入、低盐海水混合、淡水流入 波罗的海：世界最淡的海（3‰-10‰） 红海：世界最大、最咸的海（＞37‰） 3）世界大洋盐度分布的特点盐度等值线大体与纬线平行暖、寒流交汇处，盐度水平梯度增大大洋表层盐度随时间变化的幅度很小河口附近融冰海域，年变幅大 3.河水化学成分的特点河水的矿化度普遍低河水中各种离子的含量差异很大河水化学组成的空间分布差异性明显河水化学组成的时间变化明显 4.湖水化学成分的特点1）不同湖泊湖水的矿化度差异明显淡水湖、微咸水湖、咸水湖、盐湖。2）湖中生物作用强烈都有不同程度的富营养化的趋势。3）湖水交替缓慢，深水湖有分层性氧化层，还原层。 5.地下水的化学特征1）形成地下水圈，循环交替缓慢，富含矿物质2）矿化度变化范围大，从淡水直到盐水受介质化学成分的影响3）随时间变化极为缓慢与介质长时间的充分接触4）与大气接触仅限于地表地下水表层地下水氧化作用带，深层还原作用带。 第三节地球上水的分布与水资源一、地球上水的分布海洋水地下水固态水大气水生物水河湖沼96.5%1.701%1.962%0.001%0.0001%0.014%二、水资源广义水资源：地球上的一切水体狭义水资源：能被人类直接或间接开发利用的那一部分水体，主要是指逐年可以得到更新的那部分淡水量。最能反映水资源数量和特征的是年降水量和河流的年径流量。2.53%，0.32% 水资源的特性1）水资源的循环再生性与其有限性2）时空分布的不均匀性3）利用的广泛性和不可替代性4）利与害的两重性 三、我国水资源1．我国水资源总量水资源总量：是当地降水形成的地表水和地下水的总和。按13亿人口计，人均水资源量约为2163立方米2．我国水资源时空变化1）地区分布特点：不均匀，总趋势是由东南沿海向西北内陆递减；按年降水和年径流的多少，全国可划分5个地带：多雨-丰水带、湿润-多水带、半湿润-过渡带、半干旱-少水带、干旱-干涸带。 2）我国水资源的多年变化丰枯变化规律：有比较明显的60-80年长周期；有比较明显的30-40年短周期；没有明显的周期性变化规律极值比：系列中最大值与最小值的倍比值；反映降水、径流年际变幅 3）季节变化：河川年径流量的季节变化取决于河流的补给条件。按照河流补给情况，全国大致可分为三区（1）雨水补给区（2）雨水和冰雪融水补给区，（3）高山冰雪融水补给 3．我国水资源条件和问题1）总量多，人均、亩均少2）地区分布不匀，与人口、耕地的分布不相适应解决方法：开源节流、合理开发利用和保护，跨流域调水总量人口耕地人均亩均南方81%54.7%35.9%41704134北方14.4%43.2%58.3%938454倍比4.49.1 3）水量的年内、年际变化大，水旱灾害频繁5个主要旱灾区：松辽平原、黄淮海平原、黄土高原、四川盆地东部和北部、云贵高原至广东湛江7条洪涝灾害严重的河流：珠江、长江、淮河、黄河、海河、辽河、松花江 4）水土流失和泥沙淤积严重，增加了江河防洪困难，降低了水利工程效益。水土流失的后果：水土流失造成土壤瘠薄、农业生态失调低产；水土流失给水资源开发利用带来许多困难5）地下水是重要水资源，要合理开发，防止过量开采6）天然水质相当良好，但人为污染日趋严重'