2010級水文學(xué)緒論及第一章

水文學(xué)主講：殷書柏教師簡介：殷書柏,湖北荊州人1983-1987：華東師范大學(xué)地理系地理學(xué)專業(yè)1987-2001：湖北省荊州師范學(xué)院2001-2006：中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究方向：濕地變化及其環(huán)境效應(yīng)緒論一、有關(guān)概念

水文學(xué):

研究地球上水的性質(zhì)、分布、循環(huán)、運動變化規(guī)律及其與地理環(huán)境、人類社會之間相互關(guān)系的科學(xué)。水文現(xiàn)象：水循環(huán)過程中，水的存在和運動和各種形態(tài)。

水循環(huán):地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復(fù)始運動的過程。

5個環(huán)節(jié)：水分蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、水分下滲、徑流

蒸發(fā)、凝結(jié)、降水是必須具備的環(huán)節(jié)

二、水文現(xiàn)象時空分布的特點1）水循環(huán)永無止盡2）時間變化上既具有周期性又具有隨機性

3）地區(qū)分布上的相似性與特殊性

三、水文學(xué)的研究方法1）水文資料的獲取途徑：水文調(diào)查、水文觀測和水文實驗2）水文學(xué)研究的特點：短暫資料，綜合分析，過程和規(guī)律的研究，并預(yù)測趨勢3）水文學(xué)研究方法成因分析法，數(shù)理統(tǒng)計法，地理綜合法

第一章

地球上水的性質(zhì)與分布

第一節(jié)水的物理性質(zhì)一、水的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化

水的三態(tài)冰點和沸點體積變化二、水的熱學(xué)性質(zhì)

1.比熱與熱容量

2.潛熱

溫度不變，形態(tài)發(fā)生變化時吸收或放出的熱量

3．水的熱容量與潛熱的地理意義

調(diào)節(jié)氣溫：晝夜溫差、季節(jié)溫度不大。1）海水溫度分布

世界大洋表面年平均溫為17.4℃；最低為－2℃，最高為36℃。三大洋表面年平均水溫分布的特點：北半球高于南半球在南北緯0-30°之間以印度洋水溫最高

在南北緯50-60°之間的大西洋水溫相差懸殊三、水溫1.海水溫度世界大洋表面水溫分布的總趨勢：

1)向高緯遞減，熱帶海區(qū)水溫最高

2)大洋東西兩側(cè)水溫分布明顯差異

3)在寒暖流交匯處等溫線特別密集

4)夏季高于冬季，水平梯度冬季大于夏季

原因：太陽輻射、海陸分布和洋流水溫垂直分布特點

（1）不均勻遞減（2）垂直分層結(jié)構(gòu)暖水對流層表層擾動層溫躍層冷水平流層2)海水溫度的時間變化日變化特點：變幅小，隨緯度的增加而減少，淺海區(qū)大，極值時間，日變深度與日變最大深度。影響因素：太陽輻射，季節(jié)、天氣狀況，潮汐與洋流，地理位置

年變化

特點：中緯度海區(qū)最大；同一緯度，大洋西側(cè)較東側(cè)變幅大，靠近海岸地區(qū)更大；北半球各緯度的年較差大于南半球。

影響因素：太陽輻射、洋流性質(zhì)、季風(fēng)和海陸位置3)海冰

(1)淡水與海水的特征溫度：淡水：冰點溫度0℃，最大密度溫度3.98℃。海水：隨鹽度的增加而降低鹽度2.4695%，冰點溫度=最大密度溫度=-1.332℃(2)海水結(jié)冰困難的原因：海水鹽度高，冰點低當海面水溫達到冰點時，因密度增大形成對流；海水結(jié)冰時不斷地析出鹽分使冰點更低。2、河水溫度

1）影響因素：太陽輻射（緯度）、氣溫、補給來源

2）時空變化

時間變化特點:大體與氣溫一致,略高于當?shù)氐哪昶骄鶜鉁?；封凍期很長、冬季氣溫很低的地區(qū)，水、氣溫差大；河流水溫的年變化主要受季節(jié)影響

空間分布特點:受地帶性規(guī)律制約；不同地理位置水溫的年變幅不同

3、湖泊、水庫水溫

1）水溫的分布垂直差異；增溫與冷卻；混合作用。水溫垂直梯度:2）湖泊水溫分布類型正溫層：逆溫層：同溫層：溫躍層：3）湖水溫度的變化

日變化特點：表層最明顯日變幅隨溫度的增加而逐漸減小最高水溫14-18時，最低水溫5-8時水溫日變幅在陰天和晴天之間差別也較大3）湖水溫度的變化

年變化特點除結(jié)冰期外，與當?shù)貧鉁啬曜兿嗨谱罡摺⒆畹退疁爻霈F(xiàn)的時間比氣溫遲半個月至一個月左右高山、高原區(qū)湖泊水溫年變幅最小4、地下水的水溫

1）影響因素：分布區(qū)域，地溫，埋深

2）垂直分布特點：

年常溫層以下，隨深度的增加而升高。

地?zé)嵩鰷丶墸耗瓿貙右韵拢瑴囟让可?℃所需增加的深度。3）地下水溫變化特點：晝夜變化：日常溫層季節(jié)變化：年常溫層4）地?zé)岙惓^(qū)

地下熱水通過一定的通道上涌，使地?zé)嵩鰷丶壌蟠筇岣叩膮^(qū)域四、水的密度1．純水密度

0℃冰0.9167，0℃水0.9999，3.98℃時為12.海水密度：一個大氣壓下，海水與水溫3.98℃時蒸餾水密度之比。

海水密度的影響因素：鹽度（s）、溫度（t）和壓力（p）的函數(shù)；影響海水溫度和鹽度變化的地理因素。五、水色與透明度1.水色水無色，水體都有一定的顏色

原因：雜質(zhì)，水體對光的選擇吸收和散射。

水色的影響因素：光學(xué)性質(zhì)、懸浮物質(zhì)、浮游生物、天空狀況、水體底質(zhì)。2.透明度

各種水體能見程度的一個量度。

透明度的影響因素：清濁程度、波動、天氣、太陽光照等。3.水色與透明度的關(guān)系

水色越高透明度越大，水色越低透明度越小。透明度的測量：透明度板以直徑300mm的白色圓盤垂直投入海水中的可見深度表示。世界上最透明的海水是大西洋中部的馬尾藻海66.5m；我國黃海僅為1-2m，南海為20-30m。藍色—透明度高第二節(jié)地球上水的化學(xué)性質(zhì)一、天然水的化學(xué)成分

1）懸浮物質(zhì)：粒徑大于100納米的物質(zhì)顆粒2）膠體物質(zhì)：粒徑為100-1納米的多分子聚合體

3）溶解物質(zhì)：各種離子（8種主要離子）和氣體

礦化度：天然水中各種元素的離子、分子與化合物的總量。

礦化過程：各種溶解質(zhì)在天然水中的累積和轉(zhuǎn)化

1.礦化過程的影響因素：1）元素和化合物的物理化學(xué)性質(zhì)；2）水體性質(zhì)，如酸堿性、氧化還原狀況、有機質(zhì)等；3）各種自然環(huán)境條件二、天然水的礦化過程2.礦化過程類型

1）溶濾作用：巖土中某些成分進入水中的過程2）吸附性陽離子交替作用：吸附過程、解吸過程

吸附容量：膠體吸附的飽和容量稱為吸附容量3）氧化作用：圍巖的礦物、水中有機物的氧化4）還原作用：有機物、硫酸鹽還原產(chǎn)生CH4、H2S

5）蒸發(fā)濃縮作用：6）混合作用：礦化度不同，成分各異的水體混合三、水體的化學(xué)性質(zhì)1.大氣水的化學(xué)組成及特性

1)溶解氣體的含量近于飽和：充分接觸

2)各種可溶性鹽類遠未飽和：沒有來源

3)降水普遍顯酸性：人為排放，形成酸雨

酸雨：大氣降水的pH值小于5.6即為酸雨

降水中的物質(zhì)來源：

1）干鹽粒

2）風(fēng)從地面吹起的揚塵

3）火山爆發(fā)噴入大氣的易溶物質(zhì)及塵埃

4）人類活動向大氣排放的廢氣和煙塵

2.海水的化學(xué)組成及特點

1）海水的化學(xué)組成

大量元素：12種，99.8—99.9％

微量元素：1毫克/升以下

海水組成的恒定性：12種離子濃度比例不變

海水中鹽類的來源：河流、海底火山活動

河水與海水鹽類差別的原因：沉淀，生物吸收，富集2)海水的鹽度鹽度：單位質(zhì)量海水中所含溶解物質(zhì)的質(zhì)量絕對鹽度（SA）：海水中溶解物質(zhì)的質(zhì)量與海水質(zhì)量的比值實用鹽度（S）：

絕對鹽度與實用鹽度的關(guān)系：2）海水鹽度的影響因素

增鹽過程：蒸發(fā)、結(jié)冰、高鹽洋流的流入、高鹽海水混合、溶解

減鹽過程：降水、融冰、低鹽洋流流入、低鹽海水混合、淡水流入

波羅的海：世界最淡的海（3‰-10‰

）紅海：世界最大、最咸的海（＞37‰）3）世界大洋鹽度分布的特點

鹽度等值線大體與緯線平行暖、寒流交匯處，鹽度水平梯度增大

大洋表層鹽度隨時間變化的幅度很小

河口附近融冰海域，年變幅大3.河水化學(xué)成分的特點河水的礦化度普遍低

河水中各種離子的含量差異很大

河水化學(xué)組成的空間分布差異性明顯河水化學(xué)組成的時間變化明顯

4.湖水化學(xué)成分的特點

1）不同湖泊湖水的礦化度差異明顯淡水湖、微咸水湖、咸水湖、鹽湖。2）湖中生物作用強烈都有不同程度的富營養(yǎng)化的趨勢。3）湖水交替緩慢，深水湖有分層性氧化層，還原層。

5.地下水的化學(xué)特征

1）形成地下水圈，循環(huán)交替緩慢，富含礦物質(zhì)

2）礦化度變化范圍大，從淡水直到鹽水受介質(zhì)化學(xué)成分的影響3）隨時間變化極為緩慢與介質(zhì)長時間的充分接觸4）與大氣接觸僅限于地表地下水表層地下水氧化作用帶，深層還原作用帶。第三節(jié)地球上水的分布與水資源一、地球上水的分布海洋水地下水固態(tài)水大氣水生物水河湖沼96.5%1.701%1.962%0.001%0.0001%0.014%二、水資源

廣義水資源：地球上的一切水體狹義水資源：能被人類直接或間接開發(fā)利用的那一部分水體，主要是指逐年可以得到更新的那部分淡水量。最能反映水資源數(shù)量和特征的是年降水量和河流的年徑流量。2.53%

，0.32%

水資源的特性

1）水資源的循環(huán)再生性與其有限性

2）時空分布的不均勻性

3）利用的廣泛性和不可替代性

4）利與害的兩重性

三、我國水資源

1．我國水資源總量水資源總量：是當?shù)亟邓纬傻牡乇硭偷叵滤目偤?。?3億人口計，人均水資源量約為2163立方米

2．我國水資源時空變化

1）地區(qū)分布特點：不均勻，總趨勢是由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減；按年降水和年徑流的多少，全國可劃分5個地帶：多雨-豐水帶、濕潤-多水帶、半濕潤-過渡帶、半干旱-少水帶、干旱-干涸帶。

2）我國水資源的多年變化

豐枯變化規(guī)律：有比較明顯的60-80年長周期；有比較明顯的30-40年短周期；沒有明顯的周期性變化規(guī)律

極值比：系列中最大值與最小值的倍比值；反映降水、徑流年際變幅

3）季節(jié)變化：河川年徑流量的季節(jié)變化取決于河流的補給條件。按照河流補給情況，全國大致可分為三區(qū)（1）雨水補給區(qū)（2）雨水和冰雪融水補給區(qū)，（3）高山冰雪融水補給

3．我國水資源條件和問題

1）總量多，人均、畝均少

2）地區(qū)分布不勻，與人口、耕地的分布不相適應(yīng)

解決方法：開源節(jié)流、合理開發(fā)利用和保護，跨流域調(diào)水總量人口耕地人均畝均南方81%54.7%35.9%41704134北方14.4%43.2%58.3%938454倍比