水文与地貌

水文学

一． 绪论

1. 水文学的研究对象：一定形式存在的水体，如江河，湖泊、海。

2. 主要研究对象：一定形式存在的水体，例如江河、湖泊、海洋、地下水等。

3. 核心内容：水循环，蒸发、水汽输送、降水、地面和地下径流等。

4. 另外：水资源的开发利用和人类活动对水环境的反馈效应的研究。

第一章 地球上水的性质与分布

（一）水的三态及其转化：在一个标准大气压下，纯水0℃为冰点，100℃为沸点。0℃以下为固体，0-100℃为液体，100℃以上为气体。 水温在3.98℃是，结合紧密的二水分子最多，所以此时水的密度最大，比重为1.

（二）水温

1、世界大洋表层水温水平分布特点

（1）世界大洋表层水温最高值出现在热赤道，由热赤道向两极递减。

（2）大洋东西两侧水温明显不同

中低纬海区西侧水温高于东侧，中高纬海区则相反。这主要是

洋流对局部海区水温影响的结果。中低纬海区，大洋西侧为暖

流，东侧为寒流，所以西侧水温高于东侧；中高纬海区则相反，大洋西侧为寒流，东侧为暖流，则水温西侧低于东侧。在寒暖

流交汇处，等温线特别密集，水温的水平梯度大。

2. 水温的垂直分布：从海面向洋底呈不均匀递减的趋势。

水的密度：大洋表面密度随纬度的增高而增大，等密度线大致与纬线平行。

（三）水的化学性质

1. 海水的盐度

单位质量海水中所含溶解物质的质量，叫海水盐度。它是海水物理、化学性质的重要标志。

2. 绝对盐度:海水中溶解物质的质量与海水质量的比值。

3. 实用盐度（S ）在温度为15℃、压强为一个标准大气压下的海水样品的电导率，与质量比为 32.4356×10-3 的标准氯化钾（KCl ）溶液的电导率的比值K15 来定义

影响盐度的因素（重点▲）

海水盐度的时空变化，主要取决于影响水量平衡的各项自然因素和过程，另外还与海底含盐沉积物的溶解有关。

①气候因素━━蒸发量和降水量的差值（E －P ）

②洋流的性质

③高纬海区的结冰和融冰

④沿岸海区，大陆淡水的注入，盐度降低

盐度的分布规律（特点）

①世界大洋表面的盐度具有从亚热带海区（副热带海区）分别向低纬度海区和高纬度海区递减，并呈马鞍形分布的规律。即是说，赤道附近海区盐度较低，为34.5‰；南北回归线附近的亚热带海区盐度最高，达35.7‰；中纬海区，又随纬度增加而降低，到高纬海区最低。

(四) 地球上水的分布与水资源

1. 水资源的涵义：

（1）广义水资源：世界上一切水体

（2）狭义水资源：在一定时间内，能被人类直接或间接开发利用的动态水体。

2. 我国水资源的分布

全国大致可划分为水资源条件不同的5 个地带：

1）多雨-丰水带 P>1600mm，R>800mm，α>0.5，浙江、福建、台湾、广东等地区

2）湿润-多水带 P （800-1600mm ），R （200-800mm ），α（0.25-0.5），淮河两岸，汉水流域，长江中下游，云、贵、川、广西大部分地区，东北长白山

3）半湿润-过渡带P （400-800mm ），R （50-200mm ），α（0.1-0.25），黄淮海平原，东北三省，山西、陕西，甘肃与青海东南部，新疆

西北部等

4）半干旱-少水带 P （200-400mm ），R （10-50），α

5）干旱-干涸带 P

第二章 地球上的水循环

一．1. 水循环的概念：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，水气输送，凝结降水，下渗及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。

2. 五个基本环节：水汽蒸发、水汽输送、凝结降水、水分入渗、地表地下径流。

水循环机理

第一，水循环服从于质量守恒定律。

第二，太阳辐射与重力作用，是水循环的基本动力。

第三，水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩石圈及生物圈。 第四，全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开放系统。 第五，地球上的水分在交替循环过程中，总是溶解并携带着某些物质一起运动，诸如溶于水中的各种化学元素、气体以及泥沙等固体杂质等

3. 大循环：发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程。广及全球。

4. 小循环：发生于海洋与大气之间的，或陆地与大气之间的水分交换过程

二．水量平衡：

任意选择的区域，在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域内蓄水的变化量，即水在循环中，从总体上说收支平衡。

1. 全球水量平衡方程：

说明海洋和陆地的多年平均降水量等于海洋和陆上多年平均蒸发量，即

P 降水量 E 蒸发量 R 入海径流量。

（三）蒸发：水由液态转变为气态的过程。

书上过一遍

（四）降水

1. 降水要素：

（1）降水（总）量：降水量是指在一定时间内降落在某一面积上的水量

（2）降水历时与降水时间：降水历时是指从降水开始到降水结束所经历的时间。

（3）降水强度：简称雨强，指单位时间内的降水量

（4）降水面积：即降水所笼罩的面积，以平方公里计。

2. 影响降水的因素：

降水是受地理位置、大气环流，天气系统、下垫面条件等综合影响的产物。

（1）地形条件影响：地形主要是通过气流的屏障作用与抬升作用对降水的强度与时空分布发生影响的。这在我国表现得十分强烈。许多丘陵山区的迎风坡。常成为降水日数多、降水量大的地区，而背向的一侧则成为雨影区。

地形对降水的影响程度决定于地面坡向、气流方向以及地表高程的变化。

（2）森林对影响：与森林面积、林冠的厚度、密度、树种、树龄以及地区气象因子、降水本身的强度、历时等特性有关。

（3）水体的影响：水域对降水的影响，主要是由于水面和陆面

的热力学和动力学差异引起的。

（4）人类活动的影响：人类对降水的影响一般都是通过改变下垫面条件而间接影响降水。

要着重指出的是城市对降水的影响。这种影响主要表现为城市的增雨作用

3. 可能最大降水：在现代的理环境和气候条件下，特定的区域在特定的时段内，可能发生的最大降水量。

（五）下渗：

又称入渗，是指水从地表渗入土壤和运动过程。

1. 下渗的物理过程：

Ⅰ、渗润阶段：在土壤十分干燥时，下渗水分主要是在分子力作用下，被土壤颗粒吸附形成吸湿水，进而形成薄膜水（膜状水），当土壤含水量大于岩土最大分子持水量（薄膜水的最大数值）时，这一阶段逐渐消失，并向下一阶段过渡。

Ⅱ、渗漏阶段 ：随着土壤含水率的不断增大，分子作用力渐由毛管力和重力作用取代，水在岩土孔隙中做不稳定流动，并逐渐充填土壤孔隙，直到基本达到饱和为止，下渗过程向第三阶段过渡。

Ⅲ、渗透阶段：在土壤孔隙被水分充满、达到饱和状态后，水分主要在重力作用下继续向深层运动，此时，下渗的速度基本达到

稳定。水分在重力作用下向下运行，称为渗透。

渗漏的特点是非饱和水流运动，而渗透则属于饱和水流运动。

2. 影响下渗的因素：

（1）岩石土壤性质：土壤特性对下渗的影响，主要取决于土壤的透水性能及其前期的含水量。

（2）降雨特性的影响：降水特性包括降水强度、历时、降水过程及降水的空间分布等

①降水强度直接影响土壤下渗强度及下渗水量

②降雨历时：降雨历时越长，则下渗历时亦长，湿润深度增大，下渗总量增加；降雨历时短则相反

③降雨过程：若降雨先小后大，先降的雨水使土壤湿润，颗粒膨胀，孔隙变小，使下渗强度减小，后期降雨量虽大，但不能大量下渗，使下渗总量较小；反之，降雨过程为先大后小，下渗总量较大。尤其在土壤含水量比较小时，降雨过程对下渗量的影响比较显著。

（3）流域植被、地形条件的影响 ：植被和地面上枯枝落叶具有滞水作用，增加下渗时间；从而减少了地表径流。在相同条件下，地面坡度大、漫流速度快，历时短，下渗量就小。

（4）人类活动的影响：既有增大的一面，也有抑制的一面。人们研究水的入渗规律，正是为了有计划、有目的控制入渗过程，使之朝向人们所期望的方向发展。

（六）径 流：

流域的降水由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流。

1. 径流的表示方法：

（1） 流量:单位时间内通过某一断面的水量

（2） 径流总量:t时段内通过某一断面的总水量。

（3） 径流深度：将径流总量平铺在流域面积上所得到的水层

深度。

（4） 径流模数：流域出口断面流量与流域面积的比值。

（5） 径流系数：某一时段的径流深度与相应的降水深度的比

值。

2. 径流形成的过程：

（1） 流域蓄渗过程：

（2） 坡地汇流过程

（3） 河网汇流过程

3. 影响径流的因素：气候因素，流域下垫面因素，人类活动因素。

第三章 陆地表面水的组成与运动

一．流域产量与汇流

1. 产流过程：流域中各种径流成分的生成过程，流域下垫面对降水的再分配过程。

2. 产流机制：水在沿土层垂向运行中，供水与下渗矛盾在一定条件介质下的发展机理和过程。

（1）超渗地面径流的产流机制

（2）壤中径流的产流机制

（3）地下径流的产流机制

（4）饱和地面径流产流机制

上述四种产流机制可概括出共同规律：

①首先是任何产流机制其首要条件是要有供水，对地面径流是降水，对其它径流则是由上而下的下渗水流。

②不仅有供水，而且要有足够的大于下渗率的供水强度。

③对壤中流和地下径流，则还需要在界面上产生临时饱和带；对饱和地面径流，还必须达到表层全层饱和，才具备了产流的充分条件。

④不管哪种产流，都要有侧向运行的动力，如水力坡度、水流归槽的条件等。

⑤无论哪种产流，都是发生在包气带的某些界面上。

二．流域汇流分析

1. 流域汇流：流域上各处形成的各种成分的径流，经坡地到溪沟、河系直到流域出口的过程。

2. 流域汇流的影响因素

（1）降水特性的影响 暴雨中心的空间分布及其移动方向的影

响，不同降水强度反映了对流域汇流的不同供水强度。

（2）流域的地形坡度的影响 地形坡度越陡，汇流速度越快，汇流时间越短，地面径流的损失量就越小，流量过程线越尖瘦。

（3）流域形状的影响 在其它条件相同时，不同的流域形状会产生不同的流量过程。狭长形的流域汇流时间较长，径流过程平缓；扁形流域因汇流集中，洪水涨落急剧，峰形尖瘦，图3-16。

（4）水力条件的影响 在畅流条件下，水位越高、流速越快，汇流历时越短，峰量越大，因而峰形越尖瘦，如图3-17。P100

三．河流的水情

1. 水位：水体的自由水面高出某一基面以上的高程

2．水位过程线：水位随时间变化的曲线

3. 流量：单位时间内流经某一过水断面的水量

4流速：河流中水质点在单位时间内移动的距离。

5洪水：大量降水或冰雪融水短时间注入河槽，形成特大的径流。 6枯水：河流断面上较小流量的总称。

7洪水波的概念：

设雨前河道中原有一稳定水面，降水后流域地表径流大量注入河槽形成洪水波，稳定水面上涌入的水量，称为洪水波流量。

8. 洪水波的推移与变形：

洪水波体上某一位相点沿河道的运动速度称为该位相点的波速. 一般说洪水波各位相点的波速是不相同的, 因此, 洪水波的运动并

不是正平移运动。

洪水波总是以一定速度缓变的波形不断向下游河段推移运动的。

展开：洪水波在其运动过程中由于波前段BC 的比降大于波后 段AB ，因此波前段运动速度大于波后段，，因此波长相对增大，波高则逐渐减小，这种变形称为洪水波的展开。

扭曲：洪水波各处水深不同，波峰处B 水深最大，流速最大，因而传播过程中波前段逐渐减小，比降不断增大，波峰位置不断超前，而波后段长度逐渐拉开，比降逐渐平缓，这种现象称为洪水波的扭曲。

展开和扭曲，是洪水波运动过程中发生的变形现象，主要原因是水面存在着附加比降。洪水波变形的结果是，波前越来越短，波后越来越长，波峰不断减低，波形不断变得平缓，波前水量不断向波后转移。

四．冰川的类型

1. 按冰川形态和运动特性划分：大陆冰盖和山岳冰川

2. 按水热条件和物理性质划分：大陆型和海洋型

五．入海口的分段

1. 根据潮流和径流对比程度的差异：

①近口段：潮区界至潮流界；径流作用占绝对优势，

②河口段：潮流界至口门；径流潮流势均力敌。动力条件与河槽演变特别复杂。

③口外海滨段:口门至三角洲前缘；潮流，波浪等海洋因素起主要作用。

潮

界

区

3. 径流向海汇集效应：

（1） 径流补给对近岸海区的冲淡效应

（2） 泥沙向海输入，陆地不断延伸

（3） 陆地元素不断向大海迁移

第四章 海洋的结构与海水的运动

一．海洋的组成：洋，海，海峡，海湾

1. 洋:世界大洋的中心部分和主体部分，它远离大陆，深度大，面积广，不受大陆影响，具有较稳定的理化性质和独立的潮汐系统以及强大的洋流系统。

2．海：靠近大陆，深度浅，面积小，兼受洋、陆影响，具有不稳定的理化性质，并有独立的海流系统。

3. 海洋形态结构：大陆边缘、大洋盆地、大洋中脊、海沟。

二．波浪：

水质点在其平衡位置附近做近似封闭的圆周运动，便产生了波浪。波浪是宽敞水面的水体运动，

水质点周期振动引起的水面

起伏现象。

1. 波浪要素：波峰、波低、波顶、波高、波谷、波长、波速、周期。

2. 海洋中波的分类;

(1)按波的周期（频率）分类：表面张力波、短周期重力波、长周期重力波、长周期波和长周期潮波。

(2)按成因分类：风浪和风涌、内波、潮汐波和海啸。

(3)按水深分类：深水波和浅水波。

(4)按波形的传播性质分类：

前进波（进行波）:波形不断向前传播的波浪

驻波：波形不向前传播，只是波峰和波谷在固定点不断升降交替。 正弦波 书上p186

3、风浪和涌浪

1. 风浪生成和成长理论:风浪是在风的作用下所产生的波浪。力学机理：共振平流的不稳定性。

2. 涌浪：当风开始平息，或波速超过风速时，风浪就要离开风区传到远处去，这种波浪称为涌浪。

4. 地震、海啸与风暴潮

(1）地震海啸:由火山爆发、海底地震引起海底大面积升降, 以及沿海地带山崩和滑坡等造成的巨浪, 称为地震海啸。

(2)风暴潮：由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象，叫风暴潮，又称风暴增水或气象海啸。

一般将二者统称海啸。

5．近岸波

波浪的折射：当海浪传至浅水或近岸区域后，由于地形影响，将发生一系列变化，由于深度变浅，不仅波长变短，而且波速也要变慢，从而使波向发生转折，出现折射现象。

三．潮汐

海水周期性涨退现象称为潮汐，它包括海面周期性的垂直涨退和海水周期性的水平流动。后者习惯上称潮流。

1. 潮汐的成因：

内因：海洋为一种具有自由流动表面，富于流动性的广大水体。 外因：天体引潮力，惯性离心力（大小相等，方向一致） ⑴引潮力的性质：p196

四、潮流

海水在天体引潮力作用下所形成的周期性水平运动

1. 旋转流： 凡在江河入海的外海或广阔的海区，一般都有旋转式潮流发生。

2. 往复流： 一般在海峡、港湾入口或江河海口，潮流受到海

洋宽度的限制，经常作直线式的往复流动，称为往复流。

五．洋流

(1)洋流的概念:洋流即海流，是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水平地或垂直地向另一海区大规模的非周期性的运动。

(2)洋流的分类:洋流按成因可分为风海流、密度流、补偿流； 按本身与周围海水温度的差异又可分为暖流和寒流两类；按其流经的地理位置又可分为赤道流、大洋流、极地流及沿岸流等。

六．大洋环流系统

大洋表层环流与盛行风系相适应，所形成的格局具有以下特点：

(1)以南北回归高压带为中心形成反气旋型大洋环流；

(2)以北半球中高纬海上低压区为中心形成气旋型大洋环流；

(3)南半球中高纬海区没有气旋型大洋环流，而被西风漂流所代替；

(4)在南极大陆形成绕极环流；

(5)北印度洋形成季风环流区。

七．水团

1. 水团的形成：水团是形成于同一源地(海区), 其理化特性和运动状况基本相同的海水。

2. 水团的分类：水团按其理化性质的差异，可分为暖水团和冷水团。导致水团变性内部因素主要是由于水团间的热、盐交换；外部因素主要是由于海水与大气间的热交换和外部条件的变化而引起的温度、盐度变化。

八．厄尔尼诺现象

秘鲁沿岸近海水域存在一个狭窄的上升冷水带。但是大约在12月末, 有一支弱表层暖流, 沿厄瓜多尔和秘鲁北部沿岸向南伸展到大约6°S 。由于该暖流通常发生在圣诞节期间，故而当地称之为“厄尔尼诺”（即“圣婴”）。

P215-216