8第四章 河 流.ppt

第二节河流 1 我国的水系1 F 100km25万条F 1000km21500条分水线 中国东北部大兴安岭西麓起 沿东北 西南向 经内蒙古高原南缘的阴山 贺兰山 祁连山 巴颜喀拉山 念青唐古拉山 冈底斯山 直到西端国境线此线以东称外流区 注入太平洋 印度洋以西称内流区 一般不与海洋相通F外占全国65 W总占95 9 N总 水能 占95 2 外流河流F 万km2 L km W 亿m3 N 万Kv 黑龙江水系 90 0 39001334660 辽河水系 22 0 139023195 海滦河水系31 0428294 黄河水系75 254647404055 淮河水系18 71000889145 长江水系180 06300958626800 珠江水系42 6221433413348 雅鲁藏布江水系24 0165411348 2 河流水文1 水文地貌特征 河流的定义 由一定区域的地表水和地下水补给 沿着其本身所造成的凹槽流动的天然河流 河流是自然地理环境的重要组成部分 是气候的产物 河道的分级 A N strahler 1953年提出方法称斯特拉勒河道分级法 a 靠近河源的 顶端末梢不再分叉的河道称为1级河流b 两条1级河流汇合产生2级河流 两条2级河流汇合形成3级河流 依此类推 直至将全部河系划分完毕 1级河道可以汇入2级河道 也可直接汇入高于2级的河道 霍顿地貌河流律在任何一个流域内 各级河道数目 平均长度 河道总长度 河道纵比降与级别之间存在几何级数的关系 称霍顿四大定律 后来S A舒姆 S A Schumm 发现 面积律 即各级流域的平均面积与级别之间也成几何级数关系 a 河数定律 Lawofstreamnumbers 也称分叉律RB Ni 1 NiNi 1 Ni为第i 1 i级河流数当将河数Ni与级数i点绘在半对数指上时 形成一条直线 b 河流长度定律 Lawofstreamlengths c 面积定律 Lawofstreamareas Horten1945年发表 地貌定量途径 的著名论文成为地貌学数理统计的先导A i级全部注入i 1级 实际上不可能 R是概化指标B 流域必须是羽毛状 一般为树枝状美国西部cheat河具备 我国陕北黄土高原也有 2 河流的划分 根据河水情势与流量大小区分 按照流量进行河流分类 河流类别 7类 类别B m 支流级别特大江河 104 106 1500 10大河103 104105 106800 15007 11中等河流102 103105 105200 8006 9小河10 102103 10440 2004 7溪1 10102 1038 403 6沟0 1 110 1021 82 5涧 0 1 10 11 3 3 河流水情流量Q m3 s 流速V m s 影响因素 气候降雨年内分配径流 土壤 植被水量与水质的关系 是水环境管理的依据之一 河流流量较大 允许污水排放的量就多 因此 枯水流量是设计污水处理设施和控制废水容许最大排放量的决定性因素4 悬移质泥沙与断面流速分布 1 总悬沙浓度随着流量而增加含沙量与流量之间有正增长关系 也有例外 2 河流流速分布 断面 单一均匀断面流态 层流 复合断面 拐弯处 垂直流速分布 C D v v v h 3 化学特征1 河水中化学元素的来源 岩石表面的化学侵蚀和风化页岩 占陆地上露头的33 1 花岗岩 片麻岩 占20 8 砂岩 占15 8 碳酸盐类岩 占15 9 玄武岩 占4 1 大气输入 海上的盐雾经过大气的可循环又降落在陆地上 有机质土壤的淋滤过程 产生N 有机质 2 天然河水水质与河流水质变化有关的环境因素 易溶解 易风化的矿物质 距海岸线的远近 降雨与径流之比 即径流系数 泥炭塘 洼地或沼泽的存在 释放溶解有机质 其它因素 温度 岩石厚度 土壤覆盖厚度 见表4 2 表4 4 世界上未受污染河流中溶于水的痕量元素见表 4 5 3 流量与水质关系 1 河流中水质变化 水情流量与每年雨洪频度有关 洪水期间 由于地表径流 表层径流和地下径流的不同来源 各种径流的水质有很大差异 地表径流 混浊度较高 携带大量的TTS 总悬浮颗粒 包括POC 微粒有机碳 表层径流 有机碳 营养物 N P 来自土壤滤出 地下径流 各种化学元素 SiO2 Ca2 Mg2 Na K 由岩石风化 大气水 土壤为其来源 2 对水中各种物质比较说明其来源应根据流量的变化 流量 浓度曲线a 一般情况 浓度随流量增大而减小 图4 11 1 点源特征b 由于径流过程 土壤组份 有机氮等 被淋洗 故浓度随流量增大 缓慢增加c 但当流量很大时 由于稀释作用 浓度有所降低d 由于片状侵蚀 河床变化使物质及与之相关的磷 金属和有机质增加 浓度随流量呈指数迅速增长e 含沙量峰值 A点 略早于流量峰值 B值 f 河流有恒定水源 流量 和浓度 个例分析A 塞纳河Acheres排污口 图4 12 图a说明c t与Q t相应图b c说明单独洪水事件中 c随Q的变化B 塞纳河 巴黎断面 Q C PCB 多氯联苯 出流量与高浓度密切相关 1月 11月 适中关系 1月 6月 C Q成反比关系 3月 4月 5月 即高浓度 低流量 4 水质变化过程 1 c t的变化过程 年 采样 长历时 多年 低频度 次数 短历时 水文年 高频度单站数据呈正态分布或对数 正态分布 在机率格纸上 点绘累积频率曲线长期污染N L N间断污染断裂 2 c t 季节 通量单位时间的质量计浓度 流量 通量mg l m3 s mg s t a化学成分如营养物 微粒污染物 矿物盐和有机质等的通量 是河流水质评价的主要指标a 恒定浓度 内 浓度b 恒定通量 内 通量不变 4 生物特征1 河流生态系统由不同的栖息生物群落所组成 分三个区 水体的河床 水生物区 水交换区 两栖区 被水影响区域 陆地区 三个区由不同的水文特征 直接间接影响制约着生物群落 从水源到汇入受纳水体处 栖息地的特征是不同的 物理 化学特性对决定河流系统的生物特性具有十分重要的影响 1 流速 对水生物由直接和间接的影响 紊流结构支撑了各种类型和大小不一的微粒 流速对光透入水中深度由影响 2 侵蚀的淤积 造成河流中泓线移动及河床冲淤的变化 3 河床基底质自然基底质 岩石 石块 砾石 沙砾 淤泥人工基底质 混凝土墙 木桩头 4 光光合作用 水藻 植物生长 5 温度 6 氧2 浮游生物 1 含义 指河流水生物区中游动或浮游生物 2 分类 浮游植物 光照 温度 流速都有影响浮游动物 以浮游植物等初级原料或更小浮游动物为生鱼类 以河流为栖息地 3 底栖生物 1 含义 底栖群落是由生长在河底或者与河床底层物质有关联的生物体所组成借助其评价水环境与水质 2 分类 A 无脊椎底栖动物B 水生附着植物 附在岩石表面 C 巨型植物是植根 附着 于河床质的植物4 栖息地的分区 1 根据栖息地或生物群落出现情况或生物过程分区 2 两栖区 平均低区到平均高水区之间过渡段陆栖区 高于两栖区的区域 小树灌木丛 5 河流的水质问题1 粪便污染 至今仍是河流中最严重的问题 尤其是发展中国家 例如达卡 新德里大肠杆菌达到106个 100ml2 有机质污染生活和工业污水中的有机质未经处理便排入河中 导致河水含氧量显著下降 图4 16 溶解氧 N和CO2的变化3 河流的富营养化营养物质是指N P Si 非金属元素当N P增多 导致大量藻类繁殖 在河湖称为富营养化 海称为赤潮 1 70年代以来出现 注入河流的N P过多 造成在小河 富营养化促进了巨型植物生长 在大河 浮游植物比巨型植物多 此时 叶绿素水平可能大至200mg m3水利工程使河流流速减少 造成富营养化 2 影响A 能导致溶解氧O2河PH值显著的昼夜变化白天 P R 初等生物 水藻屑细菌分解 O2过饱和可答200 PH 9晚上 O2 50 PH 8 5如图4 17B 影响河流水质 威胁鱼类的生长 PH高NH3毒浮游植物饮用水4 河水咸化和酸化 1 河流中矿物盐增加原因 采矿废水的排放 莱茵河K2CO3矿的盐水波兰维斯杜拉河的盐矿 工业废水的排放 蒸发引起盐化 导致PH值偏碱性 2 盐化评价 借助剖面图 10年资料 图4 18 3 酸化原因 由于采矿和特殊工业中的酸性废水的排放 由于大气中酸的沉降 以汽车废气和化工燃料中导致的 4 酸化影响 河流酸性排放点污染源下游处水质量呈现实质性变化 大氧酸沉降进入地面范围可大至1