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1、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
2、 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、机物的氧化4）还原作用：有机物、硫酸盐还原产生CH4、H2S 5）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，99.899.9 微量元素：1毫克/升以下 海水组成的恒定性：12
10、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
11、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
12、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,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
13、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,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,
