自然地理学第四章海洋和陆地水.ppt

第三章：地球上的水,第四章 海洋和陆地水,水文学，黄锡荃主编，高等教育出版社。中国自然地理，（地表水、地下水），中国科学院中国自然地理编委会，科学出版社。中国大百科全书：大气科学海洋科学水文科学，中国大百科全书出版社。,参考书目：,第一节 地球水循环与水量平衡第二节 海洋起源与海水理化性质第三节 海水的运动第五节 海洋资源与海洋环境保护第六节 河流第七节 湖泊和沼泽第八节 地下水第九节 冰川,1、什么是水循环与水量平衡？2、什么是潮汐？什么是潮流？3、什么是大洋环流？简述洋流的成因及分类。4、河流补给的形式有哪些？试分析各种补给的特点。5、地下水有几种分类方式？,思考题,一、地球上水的分布与水资源,水的分布,地球总面积为5.1亿平方公里，其中海洋面积为3.613亿平方公里，约占总面积的71%。海洋总水量为13.38亿立方公里，约占地球总水量的96.5%。地表约3/4被水覆盖。,地球上的水体主要分布在地表、各种矿物、深部岩石以及土壤中，从而形成地表水、地下水和土壤水。,第一节 地球水循环与水量平衡,地球上水的组成,图2 世界淡水的组成,图1 地球上水的组成,注：其它淡水，包括河流水、湖泊淡水、大气水分、生物水、土壤水、沼泽水体等，可利用的淡水占全球淡水总储量的0.3%；水资源是有限的,水资源的概念,广义：世界上一切水体，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、土壤水、地下水以及大气中的水分，都是人类宝贵的财富。（地球上水圈内的水量总体）狭义：目前技术条件下，可供人类直接或间接开发利用的那一部分动态水体。（包括河流水、淡水湖泊水、浅层地下水）,1、世界水资源分布,影响水资源分布的因素降水量的空间分布造成水资源紧缺的原因自然原因：如水资源时空分布不均、部分地区气候反常等。人为原因：用水量迅速增加、水质污染衡量水资源丰富程度的主要指标多年平均径流总量,表1 世界各大洲径流资源,表2 世界上水资源最丰富的国家径流资源比较,2、水资源的特性,水资源的循环再生性与其有限性时空分布的不均匀性利用的广泛性和不可替代性利与害的两重性,3、中国水资源的特点,数量上：“总量不少，人均不多”空间分布上：“南方多、北方少，东部多、西部少”时间分配上：“夏秋两季多，冬春两季少，各年之间变率大”,二、水循环与水量平衡,（一）水循环的概念：指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。,海陆大循环内陆间循环海上内循环,（二）水循环的类型：,NEXT,海陆间循环：是指海洋水与陆地水之间通过一系列过程所进行的相互转换运动。这种循环又称为大循环。意义：使得陆地上的水不断得到补充，水资源得以再生。,内陆循环：降落到大陆上的水，其中一部分或全部（指内流区域）通过陆面、水面蒸发和植物蒸腾形成水汽，被气流带到上空，冷却凝结形成降水，仍降落到大陆上，这就是内陆循环。发生的领域：内流区域。,海上内循环：就是海洋面上的水蒸发成水汽，进入大气后在海洋上空凝结，形成降水，又降到海面。发生领域：海洋及其上空。,大陆,海洋,水汽输送,径流输送,蒸发,蒸发,海洋,蒸发,降水,（三）水循环的作用与效应,水循环将大气圈、岩石圈、生物圈、水圈四大圈层连在一起。水循环是陆地与海洋联系的纽带。水循环既是物质流也是能量流，它使地表从太阳获得的辐射能重新分布，使不同纬度热量收支不平衡矛盾得到缓解。水循环使水资源成为可再生性资源。水循环是地球上一切水文现象的根源。,（四）水量平衡,定义：任意选择的区域（或水体），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（或水体）内蓄水的变化量，即在水循环过程中，从总体上说收支平衡。,全球水量平衡方程：,全球降水量全球蒸发量,水循环与水量平衡的联系：,二者密不可分。水量平衡是质量守恒原理在水循环过程中的具体体现，也是地球上水循环能够持续不断进行下去的基本前提。一旦水量平衡失控，水循环的某一环节就要发生断裂，整个水循环就不复存在。反之，如果自然界根本不存在水循环现象，也就无所谓平衡了。水循环是地球上客观存在的自然现象，水量平衡是水循环内在的规律。水量平衡方程式是水循环的数学表达式，可以根据不同水循环类型建立不同的水量平衡方程。,第二节 海洋起源与海水理化性质,（1）洋壳是原生的，地球形成初期大洋就已存在。（2）泛大陆分离时海底扩张形成了洋壳。（3）熔融岩浆侵入地壳并溢出地表冷凝，因其密度大使其下伏地壳沉入上地幔最终形成洋壳。,一、海洋的起源,起源假说,大洋化过程,地壳变薄洋盆形成海水聚集,二、世界海洋组成及其分类,指远离大陆，面积广阔，深度大，较少受大陆影响，具有独立的洋流系统和潮汐系统，物理化学性质比较稳定的水域。四大洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋四大洋分界：,洋的概念,（一）洋,（二）海,海的面积和深度小于洋；海水理化性质、生物发育状况有别于洋；海基本上没有自己独立的洋流系统和潮汐；还没有洋那样明显的垂直分层。,大洋的边缘因为接近或伸入陆地而或多或少与大洋主体相分离的部分。海从属于洋，是洋的组成部分。,海的概念,海与洋的区别：,内海：四周完全被陆地包围，只有一个或多个海峡与洋或邻海相通。地中海、红海、黑海、波罗的海、渤海等边缘海：位于大陆边缘，以半岛或岛屿与大洋或邻海相分隔，但直接受外海洋流和潮汐的影响。白令海、鄂霍次克海、日本海、黄海、东海和南海等外海：虽位于大陆边缘，但与洋有广阔联系的海。阿拉伯海、巴伦支海等岛间海：由一系列岛屿所环绕形成的水域。爪哇海、苏拉威西海,海的分类,海水的组成,化学成分：氢、氧、常量与微量元素海水的盐度和氯度：海水盐度：海水中全部溶解的固体与海水重量之比，通常以每千克海水中所含的克数表示。海水氯度：每千克海水中所含氯的克数。,海水的温度、密度和透明度,海水温度：海温取决于其热量收支情况。太阳辐射是最主要的热量来源。,海水温度变化及其影响因素：海温具有明显的季节变化和日变化。季节变化的影响因素：太阳辐射的季节变化、季风、洋流。日变化的影响因素：太阳辐射的日变化、天气状况。海水温度的分布：最高水温出现在热赤道，由此向两极逐渐降低。北半球海水等温线分布不规则，南半球大致与纬线平行。,颜色和透明度：海水的颜色：决定于海水对阳光的吸收和反射状况。海水通常呈现蓝色的原因？透明度：以直径30cm的白圆盘投入水中的可见深度来表示。,海水密度：单位体积中的海水质量。,密度大小与海水温度、盐度和压力有关。温度，密度；盐度，密度。,（三）海湾,海湾指海洋伸入大陆的部分，其深度和宽度向大陆方向逐渐减小的水域。一般以入口处海角之间的连线或湾口处的等深线作为洋或海的分界线。海湾特点是潮差较大。渤海湾、哈得孙湾、墨西哥湾、孟加拉湾,（四）海峡,是连通海洋与海洋之间狭窄的天然水道。海峡的水文特征是水流急、潮速大，上下层或左右两侧海水理化性质不同，流向不同。台湾海峡、马六甲海峡、直布罗陀海峡,三、海洋的形态结构,（四）海沟 主要分布在大陆边缘与大洋盆地交接处，是海洋最深区域，深度超过6000米。,（一）大陆边缘 包括大陆架、大陆坡和大陆基，占海洋总面积的22。,（二）大洋盆地 是世界海洋中面积最大的地貌单元，约占世界海洋总面积的45左右。,（三）大洋中脊 也叫中央海岭，是世界大洋中最宏伟的地貌单元，总长约8万千米，相当于陆地所有山脉长度的总和，占世界海洋面积的32.7。,Back,第三节 海水的运动,海水运动的形式主要是波浪、潮汐和洋流。,概念：波浪就是海水质点以其原有平衡位置为中心，在垂直方向上作周期性圆周运动的现象。,（一）波浪,1波浪要素,波浪的大小和形状是用波浪要素来说明的。波浪的基本要素有：波峰、波顶、波谷、波底、波高、波长、周期、波速、波向线和波峰线等。,2.波浪分类,风浪和涌浪、风暴潮、内波和潮波、海啸,（l）按成因分为四类：,风浪和涌浪：在风力的直接作用下形成的波浪，称为风浪；当风停止，或当波浪离开风区时，这时的波浪便称为涌浪。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天气系统引起海面异常升降现象，叫风暴潮，又称风暴增水或气象海啸。,内波：发生在海水的内部，由两种密度不同的海水作相对运动而引起的波动现象。潮波：海水在引潮力作用下产生的波浪。,（2）按水深相对波长大小可分为深水波和浅水波。深水波：是水深相对波长很大的波。这种波动主要集中在海面以下一个较薄的水层勺，又称为表面波或短波。浅水波：是水深相对波长很小的波，又称为长波。（3）按波形的传播性质分类 前进波：波形不断地向前传播的波浪，称前进波或进行波。驻波：波形不向前传播，只是波峰和波谷在固定点不断地升降交替着的波浪，称驻波。,3近岸浪及其作用 当波浪传入浅水区或近岸后，由于波顶运动速度大于波底，当波峰部分越过波谷部分时，将导致波浪的倒卷和破碎。这种破浪现象若发生在离岸较远的地区，如海中的暗礁或沙洲上，称为破浪；若发生在海岸附近，称为拍岸浪。,波浪由深水区进入海岸带的变化过程,4、波浪的折射,波浪前进方向常与海岸斜交，这样，同一列波两端的水深可能存在较大差异。近岸较浅一端因受摩擦而减速，离岸远而较深一端在深水处继续保持原速前进，最后波峰线将发生转折而与海岸平行，这就是波浪的折射。波浪前进方向与海岸斜交常常造成水体沿海岸流动，形成的这种纵向水流称为沿岸流。沿岸流对海岸地貌形成发育具有一定的影响。,1潮汐及其类型（1）概念,潮汐是由月球和太阳的引力引起的海面水位周期性涨落的现象。潮汐主要在地球的低纬度海区最为显著，因为潮汐是地球自转及日月引力所致。一般一个太阴日有两次涨落，白天的称潮，晚上的称汐，合称潮汐。,（二）潮汐(tide)和潮流(tidal current),潮汐类型可分为半日潮、全日潮和混合潮三种类型。半日潮：在一个太阴日内，两涨两落彼此大致相同的潮汐。,（2）类型,全日潮：在一个太阴日内，只有一次涨落的潮汐。只有一次高潮和低潮。,混合潮：可分为不规则的半日潮和不规则的全日潮。,不规则的半日潮，一般在一个太阴日中，也有两次高低潮，但潮差和潮期不等。不规的全日潮，则是在半个月中出现全日潮的天数不超过7天，其余天数为不规则的半日潮。,2、潮流,潮流是指海水在天体引潮力作用下所形成的周期性水平流动。潮流的运动形式，可分为回转流和往复流。（1）回转流 在外海和开阔海区，潮流受地转偏向力作用而成（也叫八卦流）。回转流的方向在北半球为顺时针方向，在南半球则为逆时针方向。,在海峡、河口、海湾内，受地形影响，潮流便成了往复流。其流速从零到最大，再到零，再到相反方向的最大，再到零，这样不断循环。,（2）往复流,（三）洋流,1、洋流的分类（1）按水温分类可分为暖流和寒流暖流：若洋流带来的海水温度比到达海区的水温高，这样的洋流叫暖流。由低纬流向高纬的洋流一般属于暖流。在洋流图中，一般用红色箭头表示暖流。寒流：与暖流相反，若洋流所带来的海水温度比到达海区的水温低，就叫寒流。由高纬流向低纬的洋流一般属于寒流。在洋流图中一般用蓝色（绿色）箭头表示寒流。,是海水沿着一定方向的大规模流动，也称海流。,风海流（P）：是海水在风的摩擦力（切应力）作用下形成的水平运动，也称漂流或吹流。当风力作用于海面时，可产生对海面的正压力和摩擦力，迫使海水向前运动形成洋流。,（2）按成因分类可分为风海流、密度流和补偿流三类,洋流产生的主要原因是风力和密度差异，据此可以将洋流分为风海流、密度流和补偿流。,密度流（P）：密度流是由于海水密度差异而引起的洋流。由于各海区海水温度、盐度不同，使得海水密度分布不均，海区之间形成了压力梯度，在压力梯度力作用下，海水产生了流动。故密度流也称梯度流。补偿流（P）：由于某一种原因使海水从一个海区流出，而使另一部分海水流入进行补充所形成的洋流叫做补偿流。补偿流可以是水平流动，也可以是垂直流动（上升流和下降流）。,大气运动和近地面风带的存在，是海洋水体运动的主要动力。,风海流,地中海,0,400,800,1400,10 9 8 7 6 5 4,15.513.0 11.0 10.0 9.5,温度(C),36.5,37.0,38.0,36.0,36.5,大 西 洋,36.5,温度(C),西经,盐度,36.5,深度（米）,36.0,直布罗陀海底山脊,直布罗陀海底山脊,密度流,13.5,13.0,12.9,北海,波罗的海,地中海,大西洋,红海,补偿流,水平补偿流,垂直补偿流,2、世界大洋表层环流系统,大气与海洋之间处于相互作用、相互影响、相互制约之中，大气在海洋上获得能量而产生运动，大气运动又驱动着海水，这样多次的动量、能量和物质交换，就控制着大气环流和大洋环流。海面上的气压场和大气环流决定着大洋表层环流系统。（世界大洋表层洋流分布图）,以副热带为中心的反气旋型大洋环流,北半球中高纬海区气旋型大洋环流,南纬40-60形成西风漂流,从世界大洋表层洋流分布图中，可得出世界大洋表层环流分布的特点：以南北回归线高压带为中心形成反气旋型大洋环流；以北半球中高纬海上低压区为中心，形成气旋型大洋环流；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；在南极大陆周围形成绕极环流（自东向西流）；北印度洋海区，由于季风的影响，洋流具有明显的季节变化，冬季呈反时针方向流动，夏季呈顺时针方向流动(季风环流)。,北印度洋,北印度洋洋流受西南季风影响,海水自西向东呈顺时针方向流动.,北印度洋洋流受东北季风影响,海水自东向西呈逆时针方向流动.,夏季,冬季,季风漂流,NEXT,3、大洋水团及其分类,水团：大洋中具有特别的温度和盐度的、性质相同的大团水体，称为水团。,（1）表层水团，可深达100米；（2）中心水团，深达主要变温层底部；（3）中层水团，从中心水团以下至3000米；（4）深层与底层水团，充满大洋盆。,4、洋流的作用,洋流对高低纬度之间热能的输送和交换，对全球的热量平衡，有重大影响。一般来说,暖流流经地区，气温增高，降水机会多；寒流流经地区，气温降低，降水的机会极少。海洋中的浮游生物随着洋流漂流，暖流和寒流相遇，有机物质十分丰富。因为寒暖流交汇，把热带和寒带的浮游生物混合在一起，使海水中有机营养物质大量增加，吸引着大批鱼群向这里集中寻饵，形成大渔场。对航运的影响：顺流，既快又省，逆流相反；陆地上排放到海洋中的污染物质，可以被洋流扩散到别的海域，虽使污染范围扩大，但也能加快污染物净化的速度。Flash：洋流对地理环境的影响,世界大洋表层洋流分布图,第五节 海洋资源和海洋环境保护,海洋资源指来源、形成和存在方式 均直接与海水或海洋有关的资源。按照属性，海洋资源可分为海洋化学资源、海底矿产资源、海洋动力资源和海洋生物资源四类。,（一）海洋资源,海洋化学资源,（l）海洋化学资源是指海水中所含的大量化学物质。其中有80多种化学元素，各种元素的储量也相当可观。这些元素可提取的有70多种。,海底矿产资源,海洋矿产资源又称海底矿产资源。包括海滨、浅海、深海、大洋盆地和洋中脊底部的各类矿产资源。按矿床成因和储存状况分为：砂矿、海底自生矿产和海底固结岩中的矿产,海洋动力资源,海洋动力资源海水运动可以产生巨大的动力资源。如波能、潮汐、潮流等。,海洋生物资源,海洋生物资源又称海洋水产资源，指海洋中蕴藏的经济动物和植物的群体数量，是有生命、能自行增殖和不断更新的海洋资源。海洋生物资源按种类可分为：海洋鱼类资源、海洋软体动物资源、海洋甲壳类动物资源、海洋哺乳类动物与海洋植物资源。,鳀科,鲱科,1492年,1493年,哥伦布,37天,20天,（二）海洋对地理环境的影响,世界四大渔场,秘鲁寒流上升补偿流,日本暖流 千岛寒流,北大西洋暖流 东格陵兰寒流,墨西哥湾暖流 拉布拉多寒流,秘鲁渔场,北海道渔场,北海渔场,纽芬兰渔场,（三）海洋环境保护,海洋是人类生活和生产不可缺少的物质和能量的源泉。随着科学技水的不断发展，人类利用开发海洋的规模愈来愈大，对海洋的依赖程度愈来愈高。同时人类对海洋的影响也日益增大，把生活与生产中产生的废弃物排人海洋。这些废弃物主要有工业废物如矿渣、废油、汞、废纸浆、废热等，农业废物如有机汞化合物、有机磷化合物、化肥、家禽粪便等，生活废物如垃圾、食品废渣、洗涤剂、杀虫剂等，军事废物如放射性废物、裂变衍生物。有机物等。,虽然海洋具有很强的自净能力和较大容量，但如果废弃物超过自净力和容量时，就会造成海洋污染。特别是在人类活动频繁的近海海域及河口、港湾，海洋污染更严重。海洋污染危害鱼类、海鸟和其他海洋生物，使海洋生态失去平衡；恶化水质；恶化海滨环境；危及人类健康；妨碍海事活动。因此，海洋环境保护愈来愈引起人们的重视。,我国2000年各地发生的赤潮次数及面积,Back,第六节 河流,概念：降水或由地下涌出地表的水，汇集在地面低洼处，在重力作用下经常的或周期的沿流水本身造成的洼地流动，这就是河流。河流是水分循环的一个重要组成部分，是地球上重要的水体之一。它是塑造地表形态的动力，对气候和植被等都有重要的影响。自古以来，河流与人类的关系很密切，它是重要的自然资源，在灌溉、航运、发电、水产和城市供水等方面发挥着巨大的作用。但河流也会给人类带来洪涝灾害。因此，要开发利用河流，变水害为水利，就必须深入研究河流。,一、河流、水系和流域,（一）河流,、河流纵断面，是指沿河流轴线的河底高程或水面高程的变化。故河流纵断面可分为河底纵断面和水面纵断面两种。河流纵断面可以用比降（I）来表示。即：,式中：H上，H下，分别为河段上下游河槽（或水面）上两点的高程；H上H下则为河段的落差；L为河段的长度。,、河流横断面，是指河槽某处垂直于主流方向河底线与水面线所包围的平面。,、过水断面指某一时刻水面线与河底线包围的面积。、大断面指最大洪水时的水面线与河底线包围的面积。,（二）水系 概念：一条河流的干支流构成了脉络相通的水道系统，这个水道系统便称为水系或河系。、水系特征 主要包括河长、河网密度和河流的弯曲系数。河长从河口到河源沿河道的轴线所量得的长度。,河网密度指流域内干支流的总长度和流域面积之比，即单位面积内河道的长度。可用下式表示：D L/F 式中：D为河网密度（km/km2）；L为河流总长度（km）；F为流域面积（km2）。,河流的弯曲系数指某河段的实际长度与该河段直线距离之比值。可用下式表示：式中：K为弯曲系数；L为河段实际长度（km）；为河段的直线长度（km）。,扇状水系：干支流呈扇状分布，即来自不同方向的各支流较集中地汇人干流，流域成扇形或圆形。我国的海河水系就属此类。羽状水系：支流从左右两岸相间汇人干流，形呈羽状。如滦河水系。平行状水系：几条支流平行排列。如淮河左岸的洪河、颖河、西浘河、涡河、浍河等。树枝状水系：干支流的分布呈树枝状。大多数河流属此种类型。如珠江的主流西江水系。格状水系：干支流分布呈格子状，即支流多呈900角汇人干流。这是由于河流沿着互相垂直的两组构造线发育而成。如闽江水系。,2、水系分类：根据干支流分布的形状，可分为5类：,（三）流域,分水岭：划分相邻水系（或河流）的山岭或河间高地，称为分水岭。分水线：分水岭最高点的连线，称为分水线或分水界。如秦岭是黄河和长江的分水岭，而秦岭的山脊线便为黄河和长江的分水线。流域：分水线所包围的区域，称为流域。由于分水线有地表分水线和地下分水线，故流域也是指汇集地表水和地下水的区域。,二、河流的水情要素,水情要素是反映河流水文情势及其变化的因子。它主要包括水位、流速、流量、泥沙、水化学、水温和冰情等。通过这些因素反映河流在地理环境中的作用，及其与自然地理环境各组成要素之间的相互关系，也是研究水文规律的基础。,（一）水位,1、概念：指某一标准基面或测站基面上的水面高度。,基面可分绝对基面和相对基面。绝对基面是以某一河口的平均海平面为零点。如珠江口基面、吴淞口基面（长江口）、黄海基面等，我国规定统一采用青岛基面。相对基面（也称测站基面），是以观测点最枯水位以下05lm处作为零点的基面。相对基面可减少记录和计算工作量，但它与其他水文站的水文资料不具有可比性，故进行全河水文资料整编和水文预报时，必须换算为全河统一的基面。,影响河流水位的因素很多，如水量、河道冲淤、风、潮汐、结冰、植物、支流的汇入、人工建筑物、地壳升降等。其中最主要的因素是流域内的径流补给。水量增加，河水位上升；水量减少，河水位下降。,2、影响河流水位的因素：,3、河流水位的年际变化和季节变化：,4、水位过程线、历时曲线与相应水位曲线：,概念：是指水位随时间变化的曲线。绘制方法：以纵坐标为水位，横坐标为时间，将水位变化按时间顺序排列起来所点绘的曲线。主要作用：可分析水位变化规律，能直接看出特征水位（如最高水位和最低水位）的高度和出现的日期；可研究各补给源的特征；可用来分析洪水波在河道中沿河传播的情形以及做洪水短期预报；水位过程线也能反映流域内自然地理因素对该流域水文过程的综合影响。,（1）水位过程线及其绘制方法,（2）水位历时曲线及其绘制方法,概念：是指大于和等于某一数值的水位与其在研究时段中出现的累积天数（历时）所点绘而成的曲线。绘制方法：先将一年内之日平均水位按顺序排列，并将水位变化幅度分为若干相等组距（如以0.5m为一组），再将每一组距水位出现的日数依次累加为累积天数（即历时），然后以水位为纵坐标，以累积天数为横坐标点绘的曲线，即得到日平均水位历时曲线。水位历时曲线的作用：主要是可从图上看出一年内超过某一水位高度出现的总天数，这对航运、灌溉、防汛都有重要的意义。,（3）相应水位曲线及其绘制方法,概念：是指在同一次涨落水期间，上下游站位相相同的水位。绘制方法：以纵轴为上下游站的水位,以横轴为下游站的水位，把上下游站相应的水位点绘在坐标纸上，过点 群中心连成的圆滑曲线便成。作用：做短期水文预报；校验上下水位观测成果；用已知站水位插补缺测站水位记录；推求邻近断面未设站的水位变化。,（二）流速,河流流速，是指河流中水质点在单位时间内移动的距离。单位是m/s。,1、概念,2、流速的脉动现象,是指在紊流的水流中，水质点运动的速度和方向不断地变化，而且围绕某一平均值上下跳动的现象。脉动流速的数值以在水流动力轴附近为最小，而以在糙度较大的河底和岸边为最大。流速脉动能使泥沙悬浮在水中，故它对泥沙运动具有重要意义。,3、河道中的流速分布,河流纵断面流速分布为：上游河段流速最大，中游河段流速较小，下游河段流速最小。由于河床的地势倾斜和粗糙程度，以及断面水力条件的不同，天然河道中的流速分布十分复杂。,河流过水断面的流速：从水面向河底递减，从两岸向最大水深方向增大。,式中：v为平均流速；c为待定系数，它与糙率等因素有关，其数值可用经验公式求得。我国多采用满宁公式，（n为糙率系数）；R为水力半径；i为水面比降。谢才公式是根据水流作匀速运动的理论推导而得。,天然河道中平均流速的计算：在有实测资料时，可根据实测资料求得。在没有实测资料时，可用水力学公式谢才公式计算，v=,4、河道中的流速计算,（三）流 量,指单位时间内通过某过水断面的水的体积。常用Q表示，单位是m3/s。可用下式表示：Q=A v 式中：Q为流量（m3/s）；A为过水断面积（m2）；v为流速（ms）。流量是河流的最重要特征。为便于进行水文分析，常把测得的流量资料绘成曲线图。常用的有流量过程线和水位流量关系曲线。,1、概念,（1）概念：是流量随时间变化过程的曲线。（2）绘制方法:以纵坐标为流量，以横坐标为时间，按时间顺序点绘而成的曲线，便是流量过程线。,2、流量过程线：,可反映测站以上流域的径流变化规律；分析流量过程线，相当于对一个流域特征的综合分析研究；根据流量过程线计算某一时段的径流总量和平均流量。,（3）流量过程线的作用：,（2）绘制方法：以纵坐标为水位，横坐标为流量，将相应的水位和流量点绘在坐标纸上，连接通过点群中心的曲线，便是水位流量关系曲线。,3、水位流量关系曲线：,（1）概念：是指水位随流量变化的曲线。,水位变化是流量变化的外部反映，因此水位与流量具有密切的关系，Q=f(H)。,（3）作用：是用水位资料来推求流量，使测流工作大为简便。,（四）河流泥沙河流泥沙是指组成河床和随水流运动的矿物、岩石固体颗粒随水流运动的泥沙也称固体径流。（五）河水化学河水化学主要是河水的化学组成、性质、时空分布变化，以及它们同环境之间的相互关系。河水温度是河水热状况的综合标志。当水温达到00C以下的过冷却状态时，就会出现冰情。（六）河水温度与冰情河水温度是河水热状况的综合标志。当水温达到00C以下的过冷却状态时，就会出现冰情。河水温度和冰情的变化，主要受到太阳辐射、气温等地带性因素的控制，因而水温和冰情分布基本上体现了地带性规律。,三、河流的补给(河流的水源),根据降水形式及其向河流运动的路径的不同，河流补给可分为:雨水补给、融水补给、湖泊和沼泽水补给、地下水补给 和人工补给。,四、河川径流,径流是指大气降水到达陆地上，除掉蒸发而余存在地表上或地下，由高处向低处流动的水流。河川径流是水循环的基本环节，又是水量平衡的基本要素，它是自然地理环境中最活跃的因素，是陆地上重要的水文现象，其变化规律集中反映了一个地区的自然地理特征。河川径流是可资人类长期开发利用的水资源。河川径流的运动变化，又直接影响着防洪。灌溉、航运、发电、城市供水等事业，以及人们的生命财产的安全。因此，河川径流是河流水文地理研究的重要内容。,（一）径流的形成,径流形成过程：降雨径流的形成过程总的说来，是降雨经植物截留、填洼和下渗等损失后，剩余的雨水（即净雨水）在流域上形成地表和地下径流，再经过河槽汇聚，形成出口断面的流量过程。故降雨径流形成过程大致可分为如下三个阶段。（l）流域蓄渗阶段植物截留、下渗、填洼与蒸散发（2）坡地汇流阶段 降水产流后，便在重力作用下，沿着坡地流动，叫坡地汇流，也称坡地漫流。坡地汇流根据流态分为片流、沟流和壤中流。（3）河网汇流阶段 坡地汇流的雨水到达河网后，沿着河网向下游干流出口断面汇集的过程，称为河网汇流阶段,河川径流形成过程,（二）径流计量单位,（l）流量Q 前已述及，流量是指单位时间内通过某一横断面的水量，常用单位为m3/s。（2）径流总量W 指在一定时段内通过河流某一横断面的总水量（一般指出口断面）。常用单位为m3，其计算式为：W=QT 式中：Q为流量（m3/s）；T为时段（如日、月、年等）长（s）。（3）径流深度R指单位流域面积上的径流总量，常用单位为毫米（mm）。其计算式为：式中：W为径流总量（m3）；F为流域面积（km2）。,（4）径流模数M 指单位流域面积上产生的流量。常用单位为m3/(km2），其计算式为：式中；Q为流量（m3/s）；F为流域面积（km2）。（）径流变率（模比系数）K 指某一时段径流值（mi，Qi或Ri）与同期的多年平均径流值（m0，Q0或R0等）之比。计算式为：式中，m，Q，R含义同上。（6）径流系数a 指任一时段的径流深度与该时段的降水量之比值。其计算式为：式中：R为径流深度（mm）；P为降水量（mm）,河流水质点的运动形式,层流：水质点在流动过程中相对位置保持平行的一种水流 紊流：水质点在流动过程中，彼此相对位置随时变化 环流：水质点作螺旋形的运动，在过水断面上投影为环状。分为单向环流和双向环流。单向环流：水质点运动轨迹在过水断面上的投影为单向环；双向环流：水质点运动轨迹在过水断面上的投影为两个环 涡流：河流中水质点绕轴旋转的现象,（三）影响河川径流的因素,影响径流的因素主要有气候、下垫面和人为因素。l）气候因素 气候是影响河川径流的最基本和重要因素，气候因素中的降水和蒸发直接影响径流的大小和变化。2）下垫面因素 流域的下垫面因素具有对降水再分配的功能。下垫面因素包括地貌、土壤、地质、植被、湖沼等。3）人为因素 人类活动影响径流是多方面的。例如，植树造林、修筑梯田，可以增加下渗水，调节径流变化；而不合理的进行枯水期灌溉，以及围湖、伐林扩大农田等，都会加剧河川径流的变化，甚至引起灾害。,（四）河川径流的变化,河川径流是多变的，其变化具有必然性和偶然性（l）年正常径流量：如果实测资料的年数增加到无限大时，多年平均径流量将趋于一个稳定的数值，此称为年正常径流量。（2）河川径流的年际变化。由于影响径流的重要因素气候具有年际变化，因此，河川径流量和径流过程也有年际变化，再加上其他自然地理因素的综合作用的结果，使河川径流的年际变化十分复杂。研究和掌握河川径流的年际变化规律，对于一个地区自然地理条件的综合分析评价，以及为水利工程的规划设计都是很重要的资料。,（五）特征径流,1、洪水 指大量的降水在短时间内汇人河槽，形成的特大径流。洪水三要素：洪峰流量 Q、洪水总量 W和洪水过程线。2、枯水 枯水就是特别小的径流。枯水径流发生在以地下径流补给为主的时期，故此时期称为枯水期 3、洪水、枯水期的调整 目前调整的方法主要有：兴修水利调整、天气预报调整、人工降雨等,五、河流的分类,、据河流补给和洪水可将世界河流分成四类九型：融水补给的河流（l）平原和1000m以上山地融雪水补给的河流。（2）山中冰雪融水补给的河流。（3）春季或夏初雪水补给为主，常年有多量雨水补给河流。雨水补给的河流（l）雨水补给，夏季有洪水的河流。（2）冬季雨水补给为主，全年分配较均匀的河流。（3）冬季雨水补给丰足，夏季降水很少的河流。（4）由于气候干燥而不成河流。融水及雨水补给都不足的河流 干涸河流。冰川补给的河流 冰川补给的河流为南极洲和格陵兰岛所特有。,2、按河流最终流入地分为：内陆河、外流河 3、按河流流经的国家分类：国际性河流、非国际性河流 4、按平面形态分类即按河型分类，分为顺直型、弯曲型、分汊型、游荡型。（见河床地貌）5、按河型动态分类分河流为稳定和不稳定，或相对稳定和游荡两大类，然后再按平面形态分为顺直、弯曲、分汊等。6、按地区分类一般分为山区（包括高原）河流和平原河流两类。,六、河流与自然地理环境的相互关系,、地理环境对河流的影响、河流对地理环境的影响,第七节 湖泊和沼泽,一、湖泊,（一）湖泊及其成因湖泊是指终年蓄积了水，又不直接与海洋相连的天然洼地。它是湖盆和湖水的总称。湖泊与水库的区别：湖泊是天然成因；水库是人工建成的。地球上湖泊的总面积有270万km2，占全部大陆面积的1.8。世界上湖泊最集中的地区有芬兰(号称“千湖之国”)、瑞典，以及加拿大和美国北部。,世界上最大的湖是_？世界上最深的湖是？世界上海拔最高的湖是_？世界上储水量最大的淡水湖是？世界上面积最大的淡水湖是_？,贝加尔湖,里海,青海湖,贝加尔湖,苏必利尔湖,几个问题？,湖泊成因：湖泊是在内、外动力地质作用相互作用下形成的。以内力作用为主形成的湖泊主要有构造湖、火口湖和堰塞湖等；以外力作用为主形成的湖泊主要有河成湖、风成湖、冰成湖、海成湖以及侵蚀湖等。一般内力作用形成的湖泊规模较大，而外力作用形成的湖泊规模较小。,（二）湖泊的分类湖泊的分类方法很多，主要有：按湖盆成因分类，按湖水补排情况分类，按湖水与海洋沟通情况分类，按湖水营养物质分类等。1按湖盆的成因分类构造湖、火口湖、堰塞湖、河成湖、冰成湖、风成湖、海成湖、溶蚀湖类。,NEXT,2、按湖水进出情况分类 可分吞吐湖（泄水湖）和闭口湖（不泄水湖）。有时有河水注入，又能流出，有时只有入湖河流，没有出湖水流，他们呈间隙发生，称间隙湖。3、按湖水与海洋沟通情况分类 可分为外流湖与内陆湖。外流湖是湖水能通过出流河汇人大海者。例如，太湖、洪泽湖等；内陆湖则与海隔绝，湖水不能外流入海。例如，新疆的乌仑古湖、罗布泊（现已干涸）、青海湖等。4、湖水营养物质分类按湖水所含溶解性营养物质的不同，可分为贫营养湖、中营养湖、富营养湖。,（三）湖水温度和化学成分1湖水温度 湖水的热量来源于太阳辐射能、空气的乱流热交换、水汽凝结潜热和地壳传导热量等，其中以太阳辐射能为主。由于湖水增温和冷却作用，湖水温度沿垂线的分布出现了三种情况：正温层、逆温层和同温层。,2湖水的化学成分 湖水的化学成分和含盐量与海水、河水、地下水有明显的差异，表现出如下特点：（l）湖水的矿化度差异大（2）湖中生物作用强烈（3）湖水交替缓慢，深水湖有分层性,（四）湖水运动与水量平衡 1湖水运动 湖水总是处在不断地运动状态之中，运动形式主要是具有周期性升降波动和非周期性的水平流动。（l）湖水的混合 湖水混合是湖中的水团或水分子在水层之间相互交换的现象。（2）湖流 湖流是指湖水沿一定方向的前进运动。（3）湖泊增减水 由于强风或气压骤变引起的漂流，使湖泊向风岸水量聚积，水位上升，称为增水；而背风岸水量减少，水位下降，称为减水。（4）定振波 湖中水位发生有节奏的垂直升降变化，叫做定振波（也称驻波或波漾）。2湖泊水量平衡 湖泊水量，由于收人和支出不尽相同，因而湖泊中储存的水量也在变化。,二、沼泽（marsh或swamp）,（一）沼泽概述（二）沼泽的形成与类型（三）沼泽的水文特征,（一）沼泽概述,沼泽是地表过度湿润，其上长有湿生植物，并有泥炭堆积的地段。所谓泥炭，就是植物残体在水中缺氧的条件下，弱分解或几乎没有分解，逐年积累而形成的物质。沼泽是地表土壤层水过饱和的地段。它是一种特殊的自然综合体，具有三个基本特征：(1)地表经常过湿或有薄层积水：(2)其上生长湿生植物或沼生植物：(3)有泥炭积累或无泥炭积累，但有潜育层存在。沼泽排水差，潜水面位于地表。,（二）沼泽的形成与类型,、沼泽的形成,一般是在温湿、平坦和低洼的地形条件下，有利于它的形成和发展。沼泽地段的自然条件一般是地势低平、排水不畅、蒸发量小于降水量，地表组成物质粘重不易渗透。故主要分布在冷温或温湿地带。其形成大致可分两种情况：水体沼泽化和陆地沼泽化。,若尔盖高原上的江错湖湖滨沼泽,2、沼泽的类型,低位沼泽 中位沼泽 高位沼泽,（三）沼泽的水文特征,（l）沼泽水的存在形式是以重力水、毛管水、薄膜水等形式存在于泥炭和草根层中。（2）沼泽水的运动 沼泽一般排水不畅，加之植物丛生，故沼泽水的运动十分缓慢。（3）沼泽水的补给与损耗 主要补给来源是降水、融雪水和地下水。蒸发是沼泽水的主要损耗方式。（4）沼泽的径流极小。（5）沼泽水富含有机质和悬浮物，生物化学作用强烈。,第八节 地下水地下水，就是埋藏在地面以下，土壤、岩石空隙中的各种状态的水。地下水包括气体状态、固体状态、液体状态等形态。而液体状态的地下水又可分为润湿状态、薄膜状态、毛细管状态和自由重力状态等。各种状态的地下水是彼此互相联系的，并在一定条件下可以互相转化。,（一）地下水的物理性质 地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、溴感、味感、比重、导电性和放射性等。1、温度 地下水的温度因区域自然条件不同而变化。地下水温度随深度而异。近地表的地下水，其温度受气温的影响，具有周期性的变化：一般在日常温层以上，水温具有明显的昼夜变化；在年常温层以上，水温具有季节性变化；在年常温层，地下水温的变化很小，一般不超过0.1；而在年常温层以下，地下水温度则随深度增加而逐渐升高成为增温层。,一、地下水的理化性质,2、颜色 地下水一般是无色的，但由于它的化学成分的含量不同，以及悬浮杂质的存在，而常常呈现出各种颜色。如含有三氧化二铁的水，多呈褐红色；含腐殖质的水，呈暗黄褐色。3、透明度 常见的地下水多是透明的，但其中如含有一些固体和胶体悬浮物时，则地下水的透明度有所改变。透明度分为四级：透明、微混浊、混浊和极混浊。,4、溴感 一般地下水是无气味的，当其中含有某种气体成分和有机物质时，产生一定的气味。如地下水含有硫化氢（H2S）气体时，则有臭鸡蛋味；有机物质使地下水有鱼腥味。5、味感 地下水的味道取决于它的化学成分及溶解的气体。如含有大量的氯化钠（NaCI）使水有咸味；钠、镁的硫酸盐使水具有苦味；当溶解有较多的二氧化碳时，常有爽口的味道；含有适量重碳酸（Ca(HCO3)2）和重碳酸镁（Mg（HCO3）2），味道很可口，一般称为甜水。,（二）地下水的化学性质 1、地下水的主要化学成分 由于地下水与岩石发生了相互的物理和化学作用，因此使地下水中溶有各种不同的离子、化合物分子以及不同的气体。地下水中最主要的离子有CI-，SO42-，HCO3-，CO32-以及H+，Na+，K+,Ca2+，Mg2+等。除此之外，也含有一