环境水文学复习题.doc

'一.名词解释1.流域：地面分水线所包围的区域，即河流收集流水的地方2.水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构成一个系统，这一系统内的水相互联系相互转化的过程。包括水文循环和地质循环。3.流域面积：分水线包围区域的平面投影面积称为流域面积，它是水系的集水面积。4.径流总量W:在一定的时段内通过河流过水断面的总流量。5.降水强度：单位时间内的降水量，以毫米/分、毫米/小时计。6.基质势（ψm）：由土壤固体（基质）对土壤水分的吸引而使水分自由能降低，这种势能叫基质势。7.下渗能力fp:是指充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率，又称下渗容量。8.潮汐河口：受潮水入侵和顶托影响的河段9.潮流界：涨潮时，潮水沿河上溯到某一点，潮流流速与河水流速正好抵消，于是潮流停止前进，此处称为潮流界。10.测压水位：当钻孔揭穿承压含水层的隔水顶板时，就见到地下水，此时井孔中的水面高程称为初见水位。此后井中水位不断上升，到一定高度后便稳定下来，不再上升，此时该水面的高程称为稳定水位，也即该点处承压含水层的测压水位（也叫承压水位）。11.狭义的河口范围：一般是指枯季大潮时咸水所及之地至洪水小潮时咸水所及之地。12.盐水楔异重流：入海河口是咸淡水交汇的地方，一方面有淡水径流的下泄，另一方面含有盐分而密度较大的海水随潮流上溯。海水因含有盐分，密度较大，故位于密度较小的淡水之下，其交界面由海向陆呈楔状。这就是盐水楔异重流。13.产流模式：在天然情况下，可能会出现一种或数种不同径流成分的组合，称这种产流机制的组合为产流模式．14.河口海岸水文学：研究入海口和海岸带水文现象基本规律，河口和海岸带的利用及灾害防治的学科。15.环境水文学：环境水文学是研究环境在水循环过程中的影响，以及水体水文情势的改变对环境的影响。水体中量和质的变化规律以及预测、预报的方法。16.湿地：《湿地公约》指出“湿地是指不问其天然或人工、永久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有静止或流动、或为淡水、半碱水或碱水水体者，包括低潮时水深不过6m的水域”。17.含水层：土壤通气层以下的饱和层，其介质孔隙完全充满水分。18.径流系数α：同一时段内流域上的径流深度与降水量之比值就是径流系数。a=Y/X19.壤中流:发生于非均质或层次性土壤中的易透水层与相对不透水层的交界面上。20.田间持水量:土壤中所能保持的分子水和毛管悬着水的最大量。二.填空1.河水的补给来源：冰川和高山溶雪；季节性溶雪；雨水；地下水2.河流中的泥沙分为三种：悬移质泥沙；推移质泥沙；河床质泥沙3.潜水的排泄方式：径流排泄，蒸发排泄4.计算流域平均降水量的常用方法：算术平均法；方格法；垂直平分法(加权平均法)；等雨量线法；距离平方倒数法5.按土壤质地划分土壤为哪三类：砂土；粘土；壤土6.土壤孔隙的大小对水分运移起重要作用，按土壤孔隙的大小可分为三种类型：无效孔隙(孔径小于0.001mm)、毛管孔隙(孔径为0.001－8mm)、非毛管孔隙(孔径大于8mm) 1.土壤的总水势：概念如下：从一已定高度的蓄水池中，把无限少量的纯水，在一个大气压下等温可逆地转移到土壤中的某一已定点，使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量来表示称为土水势。土水势=基质势+溶质势+压力势+重力势。2.非饱和土壤中的基质势为负值，饱和土壤中的基质势为零3.非饱和土壤中的压力势为零，饱和土壤中的压力势为正值4.承压水的储水机理（1）承压含水层接受补给时，水量增加，静水压力加大，含水层的厚度加大很不明显，测压水位上升，承压水头加大。增加的水量通过水的压密及含水介质空隙的增加而储容于含水层之中（有效应力原理）。（2)承压含水层排泄时，减少的水量表现为含水层中水的密度变小及含水介质空隙缩减。（3）如果承压含水层的顶底板为半隔水层，测压水位上升时，一部分水量将由含水层转到相邻的半隔水层中去。5.水分自地面渗入土壤的过程分为三个阶段：渗润阶段、渗漏阶段、渗透阶段6.影响下渗的因素:土壤的物理特性和水分特性、降雨特性、流域地貌、植被和人类活动等7.当降雨强度i小于上层下渗强度fA，产流情况：仍可产生壤中流，不过这时无地面径流。8.当降雨强度i大于上层下渗强度fA，上层下渗强度fA又大于下层下渗强度fB时，即：i＞fA＞fB时，产流情况：既有地面径流，又有壤中流。9.饱和径流产生的条件：包气带上层土层达到饱和，即凡是满足包气带最大蓄水容量的面积，即可产生饱和地面径流。这种产流，我国常称为蓄满产流。10.苏联萨莫依洛夫把河口分为哪三段:河流近口段、河流河口段、口外海滨11.盐水楔混和程度分为三类：弱混和型、缓混合型、强混和型12.径流弱的强潮的河口，咸淡水混和以强混和为主；径流强、潮流也强的河口，咸淡水混和以缓混和为主；流域来沙丰富，形成三角洲；径流强的弱潮的河口，咸淡水混和主要呈现为高度成层的特点；泥沙多的弱潮的河口，咸淡水混和主要呈现为高度成层的特点。13.将全球的陆地作为一个系统，设年降水量为Pc、年蒸发量为Ec、陆地流入海洋的径流量为R、陆地蓄水量年末与年初之差为ΔS，试根据质量守恒原理列出R的计算方程：R=Pc-Ec-ΔS。20.《湿地公约》中湿地的分哪三类：海洋和海岸湿地内陆湿地人工湿地一.简答题1.简述一般河流的分段？河源：河流开始具有地面水流的地方；上游：深山峡谷中的一段河流；中游：河床冲淤接近平衡状态；下游：冲积平原上，泥沙淤积，河曲连绵不绝,断面复杂；河口：河流的终点，内流河没有河口2.流速测验的布设原则和三点法垂线平均流速的计算？流速由河底向水面，由两岸向河心逐渐增大，若河面封冻，流速由河底和冰下向流水断面的中部加大测速垂线布设原则：靠水边线部分疏，主槽部分密 测速垂线上的平均流速计算三点法Vm=1/3(V0.2+V0.6+V0.8)1.简述土壤水分存在的形式及液态水所受的不同作用力？土壤能够保持水分是两种不同的力作用的结果，一是土粒表面对水分子的吸附力；二是水和空气界面上的弯月面力（毛管力），两者总称为基质吸力。土壤水一部分以水膜的形式被土粒吸附于表面，另一部分为水气界面的弯月面力所保持。土壤水分按其在土壤中受力大小和水分性质的不同大致分为以下类型：固态水冬季土壤结冰时存在土壤水气态水存在于土壤空气中液态水受土粒分子引力受毛管力作用受重力作用吸湿水膜状水毛管悬着水毛管上升水重力水地下水附注：干燥的土粒靠分子引力从土壤空气中吸持的气态水称为吸湿水。干燥的土粒具有吸附空气中气态水分子的能力，这种能力是由于颗粒表面存在自由能并带有电荷，而水分子是偶极分子的缘故。土粒吸持空气中的水汽达到饱和后，土粒表面还有剩余的分子引力，这时如果土粒表面与液态水接触，土粒能够进一步吸附液态水。土粒靠分子引力吸持的液态水，在土粒吸湿水外围形成薄的水膜。称为膜状水土壤孔隙借弯月面力（即毛管力）而保持的水分，称为毛管水。毛管水实际上包括吸湿水、膜状水和毛管水的总和。土壤中所有毛管孔隙充满水后，再有多余的水分不能被毛管孔隙所保持，而受重力作用沿大孔隙向下移动，这种水分叫重力水。2.简述下渗过程中土壤含水量的四个分带的特点饱和带：紧靠地面处，厚度都不超过1.5cm水分传递带：在饱和带以下，土壤含水量随深度的增加急剧减小，形成一个水分过渡带，而后土壤含水量基本上保持在饱和含水量与田间持水量之间，沿垂线分布比较均匀。毛管势梯度极小，重力作用湿润带 ：含水量随深度迅速减小。随着湿润锋的继续下移，湿润带也向下移动，而使其下的干土含水量增加，变成湿润部分。湿润锋：湿润带的前线。它是湿土与下层干土之间的明显交界面，这里的湿润梯度十分大，随着时间的推移，湿润锋也不断下移，但坡度愈来愈缓。水分的过渡带：其水分含量主要取决于年降水量大小、土壤的透水性及地下水位的高低等因素。中间包气带：在地下水位埋深较大、年降水量较少的地区，中间包气带的含水量一般在毛管断裂含水量及最大分子持水量之间，且年变幅不大．在年降水量中等，土壤透水性较好的地区，中间包气带的水分大致在毛管断裂含水量与田间持水量之间。当地下水位埋藏较浅，以致毛管上升高度可到达表层悬着水带，此时中间包气带消失。1.河水补给地下水时，补给量的大小取决于哪些因素？(1)透水河床的长度与浸水周界的乘积；(2)河床透水性；(3)河水位与地下水位的高差；(4)河床过水时间。2.简述地表径流，壤中流和地下径流的流量过程线的特点地表径流:是在地面的河槽流动，受到较小的迟滞，故流量过程线，涨落陡峻、峰形尖锐。壤中流：是在土层内部传导度界面上产生和流动的。在坡地上流动时受到较大的迟滞，故其过程线虽有明显的峰形，但峰值比降雨滞后较多，且过程线平缓。地下径流:在垂向运行中，受到包气带的迟滞作用，在侧向运行中，又受到地下蓄水库的调蓄，故其过程线更加平缓，一般无明显的起伏，且其出流过程，可缓慢的拖后相当长的时间。3.壤中流产生的条件有哪些？1)包气带中存有透水性不同、且下层比上层透水能力小的层理分布土壤的交界面2)上层向界面上的供水强度fA，大于下层下渗强度fB3)界面上产生积水，即形成临时饱和带，界面还需具备一定的坡度。4.简述潮波在涨落潮过程中四个阶段的特点潮波在海洋中是当作海浪现象的长波来处理的。潮波在涨落潮过程中可划分为四个阶段：第一阶段：当潮波侵入河口之初，水位开始上升，落潮流速渐减，但水流方向仍指向海洋，称为涨潮落潮流。流速的垂向分布上，可以出现上下二层方向相反的水流；对水质进行盐度分析表明：上层为淡水，下层为咸水。第二阶段：随着水位的不断上升，涨潮流速渐渐超过河流流速，水面比降转向上游倾斜，海口的整个断面上出现负流，称为涨潮涨潮流。第三阶段：当海洋中已开始落潮，河口内的水位亦随之下降，涨潮流速虽已逐渐减小，但仍大于河水流速，流向指向上游，称为落潮涨潮流。此时水面比降仍向上游倾斜，但已逐渐趋于平缓。第四阶段：河口水位继续下降，河水流速渐增，流向由指向上游转为指向下游，水面比降也转向海洋倾斜，称为落潮落潮流。5.简述河口泥沙的三个来源1.河川径流挟带的下行泥沙。来源：①由内陆地表径流带入河中下泄的；②河岸崩塌而加入水中的。 2.海水随潮携带上溯的上行泥沙。来源：①海岸受波浪侵蚀后随涨潮流进入河口的。②沙洲、浅滩在波浪冲击和搅动下，泥沙重新起动，然后随涨潮流向河口漂浮；③本河流外泄的泥沙。（属细颗粒的悬浮泥沙）；④被涨潮流带回到河口；⑤其他河口外泄的泥沙，被沿岸流搬运至本河口后随潮侵入河口的泥沙。3.河口区内局部搬运的泥沙。来源：①由于外力使河岸发生侵蚀，沙洲发生移动，泥沙在水中以悬浮或推移方式做往返运动。②水流冲刷河床底部，把底部老沉积物掘起再被水流带走。1.简述湿地的水文作用湿地的水文功能主要包括调蓄洪水、补充地下水、提供水源、保持或改善水质、调节气候等功能。(一)水分供给湿地常常作为居民用水、工业用水和农业用水的水源。溪流、河流、池塘、湖泊中都有可以直接利用的水。泥炭沼泽森林常可以成为被浅水水井利用的水源。（二）调节气候湿地可以影响小气候。一方面，湿地的热容量大，异热性差，使湿地地区气温变幅小，有利于改善当地的小气候另一方面，湿地积水面积大，或者湿地的潜水位较高，地下水面距离湿地表面的高度在毛管力作用范围内，大量水分在毛管力的作用下源源不断地输送到地表；同时，湿地特殊地热学性质使湿地源源不断地为大气提供充沛的水分，增加大气湿度，调节降水。（三）调蓄水量湿地能贮存大量水分，是巨大的生物蓄水库，它能保持大于其土壤本身重量3~9倍甚至更高的蓄水量，能在短时间内蓄积洪水，然后用较长的时间将水排出。这与沼泽土壤具有特殊的水文物理性质有关。此外，湿地植被可减缓洪水流速，避免所有洪水在短期内下泄，一部分洪水可在数天、几星期甚至几个月的时间内从水储存地排放出来，一部分则在流动过程中蒸发或下渗成地下水而被排除。当海洋暴风雨上岸时，沿海盐沼和红树林湿地可作为巨大的暴风雨缓冲器，在第一位置减轻它的狂暴袭击。（四）补充地下水湿地的补水功能有两种情况，一种是补给地下水。湿地作为一种长期存在的有着丰富水资源的自然生态系统，它与区域地下水联系密切。湿地的地表水可以作为地下水的补给源，当水从湿地流入地下蓄水系统时，蓄水层的水就得到了补充。从湿地流到蓄水层的水可作为浅层地下水系统的一部分，可为周围地区供水、维持水位，或最终流入深层地下水系统，成为长期的水源，还可抬高地下水位。另外一种情况是一块湿地可以向其它湿地供水，或向地表水承泄区排水。许多水库都是傍湿地而建。（五）水质净化湿地由于其特有的自然属性而能减缓水流，从而利于固体悬浮物的吸附和沉降。随着悬浮物的沉降，其所吸附的氮、磷、有机质以及重金属等污染物也随之从水体中沉降下来。2.什么是斯特拉勒(Strahler)分级法？斯特拉勒(Strahler)分级法是1953年提出的。该法规定：从河源出发的河流为1级河流；同级的两条河流交汇形成的河流的级比原来增加1级；不同级的两条河流交汇形成的河流的级等于两者中较高者。借助于数学符号，后两条规则还可以表达为： 式中w，n―河流的级，w、n＝1，2，…，Ω，Ω为水系中最高级河流的级；*－两条河流相交汇的运算符号优缺点：总是将能通过全流域水量和泥沙量的河流作为水系中最高级的河流的。主要不足是不能反映流域内河流级愈高，通过的水量和泥沙量也愈大的实事。1.说明潜水含水层的结构特征，分析和探讨影响地下潜水污染的主要因素2.怎样利用点上的测量数据估计整个研究区域的平均降雨深度？3.讨论森林区、城市区和农业区产流的途径和机制，这些区域怎样影响到暴雨径流的主要途径、水文过程的形状以及暴雨径流的总量？4.比较地下水系统中的水量平衡与流域系统中的水量平衡方程式的差异，并举例说明。一.综述题1.论述超渗地面径流，壤中流，饱和地面径流，地下径流成分的产生机制?答:产流机制：是指水分沿土层的垂向运行中，在一定的供水与下渗条件下，各种径流成分的产生原理和过程。（1）超渗地面径流产流机制水量平衡方程表达Rs＝P-In-E-Sd-F显然，地面径流的产生，取决于降雨与植物截留In、雨间蒸发E、填洼Sd及下渗F等的对比关系。雨间蒸发E甚小。而In和Sd数量不大，且其数量比较稳定，是一个缓变因素，同时截留和填洼水量最终消耗于蒸发和下渗。所以雨间蒸发、截留和填洼在地面径流的产生过程中，不起支配作用。在忽略E、In,Sd情况下：Rs＝P-F对此式两边取偏微分 dRs/dt=dP/dt-dF/dt即rs=i-f(以产流强度表示)式中rs——地面径流的产流强度；mm/hi——降雨强度，mm/hf——下渗强度，mm/h从上式可见，地面径流是供水与下渗矛盾发展的产物。有当i＞f时，才能产生地面径流。因此降雨强度大于下渗率是产生超渗地面径流的充分条件。 应当指出：同一种土壤情况下，土壤干燥时，下渗能力强，产生超渗降雨所需的降雨强度也大。土壤湿润时，下渗能力小，产生径流所要求的降雨强度也小。在同一降雨强度下，由于先后土壤含水量的变化，地面径流的产流率是不同的，在同一下渗能力下，尽管降水量相同，如果雨强不同，所产生的径流量也是不同的。综上所述，超渗地面径流产生的前提条件是：产流界面是地面（包气带的上界面）；必要条件是要有供水源（降水）；充分条件是降雨强度要大于下渗能力。三者都具备才能产生超渗地面径流。(2)壤中流的产流机制壤中流：发生于非均质或层次性土壤中的易透水层与相对不透水层的交界面上。如森林地区的腐殖层，山区的表土风化层、密实结构土壤的耕作层等。壤中流虽然比地面径流运动缓慢，但它在数量上可以大的多，特别是在中强度暴雨时，壤中流数量更为突出，它是使较小洪水流量增长的主要因素壤中流产生的条件：1)包气带中存有透水性不同、且下层比上层透水能力小的层理分布土壤的交界面2)上层向界面上的供水强度fA，大于下层下渗强度fB3)界面上产生积水，即形成临时饱和带，界面还需具备一定的坡度。当降雨强度i小于上层下渗强度fA，仍可产生壤中流，不过这时无地面径流。i＞fA＞fB时，则既有地面径流，又有壤中流。（3）饱和地面径流产流机制饱和地面径流:在具备壤中流产生条件的界面上，当雨强ifB时，且fA＞fB，界面上可形成临时饱和带，并产生壤中流。此后，在一定的降雨条件下，界面积水不断增加，最终将达到地面，这时界面以上的土层含水量达到饱和，后继降雨基本上不再发生下渗，从而直接形成地面径流，为了有别于前述超渗地面径流，而把它称之为饱和地面径流,又称蓄满产流。饱和地面径流的产流条件1）必须具备壤中流的发生条件；2）面以上的饱和积水带，必须达到上层土层的全部（4）地下径流产流机制当地下水埋藏较浅，包气带厚度不大，土壤透水性较强，在连续降雨过程中，下渗锋面达及毛管水上缘，这时表层影响土层与地下水建立了水力联系，同时包气带含水量超过田间持水量，产生自由重力水而补给地下水，于是便产生地下径流。地下径流产流条件:对均质土壤，此时的下渗率fc，应等于地下径流的产流率rg，即rg=fc对于非均质层次土壤，由于土层内部产生侧向流动的壤中流rss，故地下产流率rg为：rg=fc-rss可见地下径流的产流也同样取决于供水与下渗强度的对比，其产流条件基本与壤中流相同，只是其界面是包气带的下界面。 在天然条件下，当地下水位较高时，此时壤中径流与地下径流实际上难以截然分开，通常将二者合并作为地下径流考虑。1.论述土壤水分形态，水分常数和土壤水吸力的关系1．最大吸湿量(吸湿系数)指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸收水分的最大量，它表示土壤颗粒吸着气态水的能力。2．最大分子持水量指土壤颗粒的分子力所能结合的水分的最大量。此时薄膜水厚度达到最大值(包括吸湿水和薄膜水的总和)。3．凋萎含水量(凋萎系数)植物无法从土壤中吸收水分，以致开始凋萎枯死时的土壤含水量，称为凋萎含水量。植物根系的吸力约为15.19xl05Pa，当土壤对水分吸力大于或等于15.19×105Pa时的土壤含水量就是凋萎含水量。由此可见，大于凋萎含水量的水分才是参与水分交换的有效水量。4．毛管断裂含水量毛管断裂含水量：毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水量。当土壤含水量大于此值时，悬着水向土壤水分的消失点或消失面(被植物吸收或蒸发)运行。在此值以下时、连续供水状态遭到破坏，土壤水分为吸湿水（结合水）与薄膜水，这时，水分交换将以薄膜水或水汽形式进行。毛管断裂含水量约为田间持水量的65％左右。5．田间持水量(亦称田间最大持水量)土壤中所能保持的分子水和毛管悬着水的最大量。悬着水一般不作重力移动。当土壤含水量超过田间持水量时，超过的部分不能为毛细管力所维持，而以自由重力水的形式向下渗透。它是划分土壤持水量与向下渗透水的重要指标，也是反映土壤水分运动特性发生明显变化的特征指标。6．饱和含水量土壤中所有孔隙都为水分所充满时的土壤含水量称为饱和含水量。水分受力约为0.001Pa。此值取决于土壤孔隙率的大小。从田间持水量到饱和含水量之间的水量，是受重力作用向下运动的自由重力水。地下水面以下，土壤含水量经常处于饱和状态，属于饱和渗透水流特性。 1.简述古湖沼学研究某种环境问题一般采用的研究思路是什么？2.选择一个你感兴趣的环境系统（如一个森林、农业生产区、一个城市等），画出这个系统的水文循环图，列出最可能引起这一系统水污染问题的水文环境的组成部分。简略讨论土地使用怎样影响这些水文循环的组成部分。试卷：名词解释（10个，每题2分，共20分）填空题（10个，每题2分，共20分）简答题（6个，每题8分，共48分）综述题（1个，12分）考试时间：2012年1月7日下午13：30-15：30，教学楼3504教室'