冰川湖泊河口.ppt.ppt
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1、第五节 冰川水文效应地表固态降水的积累与演化,形成能够自行流动的天然冰体为冰川。由于冰川多分布在地表的高山地区、河流的源头,在湿润年、冷季,大量固态降水在这里积存,干旱年、暖季通过消融而补给河流,因此在地表水系统中,冰川积雪等固态水体起着贮存和补给河流的作用。,地表冰川总面积1620万km2,占世界陆地面积的11%,总储水量2406万km3,占地球淡水资源的68.7%。目前全世界冰川每年消融的总水量为3000 km3,相当于地球河流储水量的3倍。因而,冰川的积累和消融,积极参与了水圈的水循环,强烈影响着地表的演变过程。,我国冰川主要分布在西部高山地带,总面积58650 km2,总储水量5132
2、2亿m3,分布于内陆河流域的冰川面积为60%。昆仑山:20.6%,喜马拉雅山:19.6%,天山:18.7%。冰川年融水量为:564亿m3,在西北内陆地区,冰川消融占河流径流量的25%。,一、冰川的形成及类型(一)冰川的形成 冰川冰是一种浅蓝色、透明、具有塑性的多晶冰体,当多年积累起来的雪逐渐变为冰川冰以后,它才会具有沿坡流动的性质,才能形成冰川。雪的沉积粒雪化成冰,成冰过程按其性质可以分为冷型和暖型两种。冷型成冰过程是在较低温度下完成的,因积雪厚度增大,上部积雪对下部积雪产生较大压力从而使下部积雪发生变形,排出空气,容重逐渐增大成为晶粒较小的冰川冰。,暖型成冰过程:当气温接近0C时冰川融化活跃
3、,消融的冰雪沿孔隙下渗,继续消融部分冰雪,然后冻结,如此反复进行,下渗的雪水逐渐以雪粒为核心,冻结成冰。这一过程按温度的高低可分为冷渗侵重结晶、渗侵冻结和暖渗侵重结晶等不同的成冰过程。,冰川自源头到末端跨度很大,水热条件也有很大差异,在不同高度,冰川表层的成冰作用也不相同。冰川冰的结构是成层的,每年因夏季新雪和雪粒融化而形成明显的污化面,从而可以清晰地分析年层。冰川冰在积累区形成后,由于它具有塑性,在一定应力作用下,可以沿坡流动,于是就形成了冰川。,(二)冰川的类型 1、按冰川形态和运动特性可分为大陆冰盖和山岳冰川。大陆冰盖是补给区占优势的冰川.特点是面积大,冰层深厚,分布不受下垫地形的影响,
4、冰川呈盾状,中部最高,冰川向四周呈辐射状挤压流动,冰盖边缘常伸出巨大的冰舌.现在的大陆冰川主要分布于南极和格陵兰两处,占全球冰川的97%。,山岳冰川是运动占优势,积累与消融大致平衡的冰川。一般散布于高山地区,其规模与厚度远不及大陆冰川。其运动基本上受下伏地形的控制,以重力流形式向下滑动。主要分布于欧亚大陆和南、北美洲的高山地区。,2、按冰川发育的水热条件和物理性质大陆型冰川:成冰以渗侵冻结成冰为主海洋型冰川:暖渗侵重结晶作用为主 大陆型 海洋型P 补给少,小于1000mm 补给充足,大于1000mmT 温度低,年平均-8C 高,10m深处接近0 C 雪线高,比海洋型高1000m V 运动速度慢
5、,年20-30m 快,年100m以上 侵蚀微弱 强烈,二、冰川的物质平衡与运动(一)冰川的物质平衡 冰川水体的收入即为冰川的积累,而其支出即为通过消融脱离冰川的水体。冰川积累与消融的平衡状态直接反映了冰川地区的气候变化,影响了冰川的运动,更决定了冰川的动态,即处于增长、稳定还是削减状态。冰川积累和消融,冰川的积累主要来自粒雪盆的降雪,其次为周围山坡峰岭上的风吹雪和雪崩,少量来自表面水汽的凝结和冻结在雪内的雨水。冰川消融主要是指在太阳辐射、暖湿气流及其它有关热源的作用下,冰川发生融化或蒸发。决定冰川积累的是降水量,决定冰川消融的是冰川区的温度。,冰川积累的年内变化可分为冷季补给型和暖季补给型,我
6、国冰川多属暖季补给型,夏季既是主要的补给期,又是主要的消融期。冰川的积累和消融的空间分布与海拔高度、冰川朝向、坡度等密切相关,同一冰川,年最大劣迹区分布在粒雪盆的中下部,海拔较高的背阳坡处也较多,而消融强度以冰舌末端最大。,冰川物质平衡 冰川年总积累与总消融的差额,即冰川物质平衡的差额,如果为负,则说明冰川退缩和减弱,正值则说明冰川在前进和增厚。由于降水和气温的年际变化,常导致冰川物质平衡的多年变化。当气温上升及降水减少,则冰川物质平衡为负,否则为正。一般海洋型冰川的积累和消融都较大陆型冰川为强,物质平衡水平高,冰川活动能力强。,冰川的前进与后退 冰川收支平衡发生变化时,冰川就会出现前进或后退
7、。一般冰川类型不同,所处地理位置不同,冰川的进退变化也具有差异性。但从全球来看,不同地区的冰川对气候波动的响应是相似的。,(二)冰川运动 冰川是一种运动的冰体,当冰川物质平衡与冰川运动相协调时,冰川保持稳定,当关系失调则冰川前进或后退。冰川冰不断从冰川上、中部向冰川尾部运动,冰川运动不仅将大量冰体从积累区运送到消融区,同时对冰川的热平衡也起到巨大影响。冰川运动形式:重力流和挤压流。,重力流:在斜坡上因冰川自重而产生的沿坡向的分力大于冰川槽对冰川的阻力时,所引起的运动。挤压流:由于冰川堆积的薄厚不同使内部所受的压力不同,引起的冰川运动。大陆冰川以挤压流为主,而山岳冰川以重力为主,但也存在挤压流。
8、影响冰川运动的因素:冰量、坡度和冰槽横面面积等。冰川规模:对运动速度影响很大,冰量充足、长大的冰川运动速度大于短小的冰川。海洋型冰川因物质平衡水平高,故运动速度大于同等级别的大陆型冰川。,冰川运动速度沿程变化具有自补给区向雪线方向逐渐增大,雪线附近最大,雪线以下因消融逐渐增大而运动速度逐渐减小。冰川运动在年内具有夏季快冬季慢的特点。三、冰川积雪消融对河流的补给作用(一)冰川消融对河流的补给作用 冰川融水调节着河川径流的年际变化,使年际见径流趋于均匀,成为山区河流的稳定补给源。1、冰川融水径流的特点:夏季高温,冰川冰和冰川表面积雪融水汇入河流,形成冰川融水径流,,它是季节性径流,是高山寒冷地区水
9、资源的重要组成部分。不同类型的冰川因自然环境、水热条件及冰川性质的不同,冰川融水径流差异很大。因气温和太阳辐射具有明显的日变化,因而冰川融水径流也具有相同的变化特性,但时间上较气温变化稍微退后。不同类型的冰川其冰川径流日变化的过程和幅度也不同:大陆型冰川径流过程尖、低,水量小而稳定,持续时间长。海洋型冰川径流锋形圆滑,水量大。大陆型冰川径流滞后时间短,但海洋型冰川的径流滞后时间较长。,年内变化:大陆型冰川年内变化幅度大,可能会出现断流,但海洋型冰川年内变化小,分配均匀,基流大,不容易断流。2、冰川融水对河流的补给作用 冰川融水对中国西部特别是内陆河的补给作用很大,对内陆河流而言,冰川融水量占径
10、流量的23%。冰川作为固体水库,具有调节河川多年径流的作用,在低温湿润的年份,因热量不足,冰川消融减弱,积累增加,而干旱年份,热量充分,冰川消融水量大,因而具有调节河川径流年际变化的作用。,(二)积雪融水补给对河流水情的影响 积雪融化受暖气团、太阳辐射和降雨的影响,而决定融雪径流峰量的因素有积雪量、融雪的热量和强度。流域上的积雪能够提供一定数量的水分,有时会出现一定的春汛,但其汇流过程比降雨过程缓和得多,同时春汛受温度变化的影响很大。,第六节 湖水的运动和调蓄一、湖泊概述湖泊是陆地表面具有一定规模的天然洼地的蓄水体系,是湖盆湖水以及水中物质组合而成的综合体。由于湖泊是地表上一种交替周期较长的、
11、流动缓慢的滞留水体,受四周陆地生态环境和社会经济条件的制约,因而,与河流和海洋相比,湖泊的动力过程、化学过程及生物过程具有鲜明的个性和地区性的特点。,陆地表面湖泊总面积约270万km2,占全球大陆面积的1.8%左右,其储水量为地表河流溪沟蓄水量的180倍。(一)湖泊的形态特征湖泊面积形态特征 湖界:水面与湖岸陆地之间的界限 岸线长度l:湖界的周长 湖长L:沿湖面测定湖界上相距最远的两点之间的最短距离,可为直线,也可为折线 最大湖宽(Bm):指垂至于湖长方向上两岸最大距离,平均宽度(B0):湖面积A与湖长L之比值。湖泊容积、深度、底坡形态特征湖泊容积:Vh(0.5F1+F2+F3+Fn-1)式中
12、:h为等深线的高差;F1、F2Fn1为各等深线所包围的面积。湖水平均深度:湖泊容积与湖泊面积之比湖水最大深度:最高水位减去湖底最深点的高程,湖底平均坡度,式中:l为岸线长度;l1、l2、ln为各等深线长;h为等深线间的高差;A为湖面积,湖盆形态特征KT,式中:A为湖水面积;H为最大湖水深度;l为湖泊岸线长度,(二)湖泊类型成因:构造湖、火山湖、堰塞湖、河成湖、风成湖、冰成湖、海成湖、溶蚀湖。湖水补排情况:吞吐湖和闭口湖。湖水和海水的连通:外流湖和内陆湖。湖水矿化度:淡水湖、微咸湖、咸水湖及盐水湖。湖水营养物质:贫营养湖、中营养湖、富营养湖,三、湖泊水量平衡与调节作用湖泊的水量平衡 Vp+VRd
13、1+VRg1=VE+VRd2+VRg2+Vq+V(7)式中:Vp为湖泊降雨量,VRd1、VRd2为入湖和流出湖泊的地表径流,VRg1、VRg2为入湖和流出湖泊的地下径流,VE为湖泊蒸发量,Vq为工农业用水量,V为时段始、末蓄水量的变化量。对于闭合流域:Vp+VRd1=VE+VRd2+Vq+V(8),对于内陆湖泊,则:Vp+VRd1+VRg1=VE+Vq+V(9)2、我国湖泊水量平衡的主要特点湖水补给:东部平原区湖泊地表径流补给比例较大,西北地区则湖面降水和地下径流补给作用较大。湖水消耗:外流湖泊以出湖地表径流为主,而内陆湖泊的湖水几乎全消耗于蒸发。湖水补给量在空间上存在较大差异,从东南逐渐向内
14、陆减小。湖水的补给在年内和年际之间都存在较大的变幅。,二、湖泊水的运动 湖泊水在风力、水力坡度和密度梯度及气压突变等作用下,总是处于不断的运动状态中,湖水的运动包括周期性的升降波动(波浪、波漾)和非周期性的水平流动(湖流、混合、增减水)。(一)湖水的混合 湖水的混合是湖中水团或水分子在水层之间相互交换的现象。在混合过程中,伴随着热量、动量、质量及溶解质的交换而趋于平衡,将表层的热量输送到湖水底部,而将湖底的营养物质输送到表层,混合的,结果是湖水的理化性质在垂直和水平方向上均趋于均匀。混合方式包括:紊动混合(由风力和水力坡度力作用产生)对流混合(由湖水密度差引起)湖水混合的速度受到各水层阻力的影
15、响,各水层密度差异越大,阻力越大,这种阻力称为湖水稳定度。当湖水密度随深度增大而增大时,湖水趋于稳定,湖水稳定度可以用垂直密度梯度表示:E=-d/dh(1),(二)湖泊波漾波漾:湖泊整体或局部水域,由于风力、气压突变、地震等影响,发生周期性的摆动。波漾摆动的中心为波节,波节处无水面升降运动,波节两边水面交替发生顺向的倾斜,因而湖边水位是有节奏的升降变化着。两个波节之间水位垂直升降变化最大幅度为波腹。,影响波漾波腹大小、周期长短的主要因素是湖盆形态、面积和湖水深度。面积小、深度大的湖泊,波漾摆动快、周期短、水位变幅大。波漾可视为两个方向相反,波长和周期相同波浪叠加的结果,波漾的水质点作抛物线运动
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