2010级水文学绪论及第一章

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、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，99.8—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