水系的汇水区域叫流域,一般以分水线所包围的集水区作为流域的范围。每一条河流和每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给,这部分陆地面积便是河流和水系的流域。实际上,它也就是河流和水系在地面的集水区。一条河流只能属于一个流域。 二: 河流的分段
一条河流根据其地理、地质特征,一般分为河源、上、中、下游和河口五段。 三:河流水情要素
水情要素是用以表达河流水文情势变化的主要尺度。它包括水位、流速、流量等。因此充分掌握水情要素资料,是研究河流水文的重要基础。 四、河川径流
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。从狭义的水资源角度来说,在当前的技术经济条件下,径流则是可资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、航运和发电等工程设施。因而径流是人们最关心的水文现象。 (一)径流的形成和集流过程
径流的形成是一个连续的过程,但是可以划分为几个不同的特征阶段。了解这些阶段的特点,对于水文分析是重要的。
1.停蓄阶段 降水落到流域内一部分被植物截留,另一部分被土壤吸收,然后经过下渗,进入土壤和岩石孔隙中,形成地下水。所以降水初期不能立即产生径流。降水进行到大于上述消耗时,便在一些分散洼地停蓄起来。这种现象称为填洼。停蓄于洼地的水也不能立即变为径流,所以这个阶段叫做停蓄阶段。对于径流形成而言,停蓄阶段是一个耗损过程;但是,从增加雨水对地下水的补给和减少水土流失来说,这个阶段是具有重要意义的。
2.漫流阶段 降水进行到植物截留和填洼都已达到饱和,降水量超过下渗量时,地表便开始出现沿天然坡向流动的细小水流,即坡面漫流。坡面漫流逐渐扩大范围,并分别流向不同的河槽里,叫漫流阶段。这个阶段只有下渗起着削减径流形成的作用。而土壤、岩石的下渗强度,从开始下渗即逐步减小,一定时间后常成为稳定值,这个稳定值称为稳渗率。所以漫流阶段的产流强度,决定于降水强度和土壤稳渗率之差。各种土壤的下渗强度不同,故产流情况也不一样。在同样降水强度下,砂质土地区产流强度较小,而壤土地区产流强度较大。 坡面漫流是地表径流向河槽汇集的中间环节,分为片流、沟流和壤中流三种形式, 3.河槽集流阶段 坡面漫流的水进入河道中,沿河网向下游流动,使河流流量大为增加,叫做河槽集流。河槽集流阶段,大部分河水流出河口外,只有小部分渗过河谷堆积物补给地下水,待洪水消退后,地下水又反过来补给河流。河槽集流过程在降水停止后还将继续很长时间。这个阶段包括雨水由坡面进入河网,最后流出出口断面的整个过程,它是径流形成的最终环节。
上述三个阶段是指长时间连续降水下发生的典型模式。在径流形成中通常将流域蓄渗过程,
到形成地面汇流早期的过程,称为产流过程,坡地汇流与河网汇流合称为流域汇流过程。径流形成过程实质上是水在流域的再分配与运行过程。产流过程中水以垂向运行为主,它构成降雨在流域空间上的再分配过程。汇流过程中水以水平侧向运行为主,水平运行机制是构成降雨过程在时程上再分配的过程。 (二):正常径流量
河流的正常径流量是指多年径流量的算术平均值。它是一个比较稳定的数值。也是一个重要的特征值。但是有了平均值对于确定水利工程的规模和效益、对于中、长期水文预报来说还不够,还要研究年径流量的多年变化规律。反映年径流量年际相对变化幅度的特征值主要是年径流量的变差系数Cv值。
年径流量的Cv值反映年径流量总体系列离散程度,Cv值大,年径流的年际变化剧烈,这对水利资源的利用不利,而且易发生洪涝灾害;Cv值小,则年径流量的年际变化小,有利于径流资源的利用。
影响年径流Cv值大小的因素主要有年径流量、径流补给来源和流域面积的大小三方面。 (1)年径流量。年径流量大意味着年降水量丰富,降水丰富的地区水汽输送量大而稳 定,降水量的年际变化小,同时,降水量丰富的地区地表供水充分,蒸发比较稳定,故年径流Cv值小;降水量少的地区,降水集中而不稳定,加之蒸发量年际变化较大,致使年径流Cv值大。我国河流年径流量Cv值的分布虽然也具明显的地带性,但它和年径流量分布的趋势相反,年径流深是从东南向西北递减,而Cv值则从东南向西北增大,即东南的丰水带Cv值为0.2—0.3,到西北缺水带,Cv值增至0.8—1.0。
(2)补给来源。我国西北、华北少雨区有些河流Cv值也很小,这是由于补给水源的影响所至。以高山冰雪融水或地下水补给为主的河流,年径流Cv值较小,而以雨水补给为主的河流Cv值较大,尤其是雨水变率大的地区,Cv值更大。因为冰川积雪融化量主要取决于气温,平均气温的年际变化比较小,所以冰雪融水补给为主的河流Cv值较小,例如,天山、昆仑山、祁连山一带源于冰川的河流,Cv值仅0.1—0.2。以地下水补给为主的河流因为受地下含水层的调蓄,径流量较稳定,Cv值也较小。
(3)流域面积。流域面积小的河流,Cv值大于流域面积大的河流。这是因为大河集水面积大,而且流径不同的自然区域,各支流径流变化情况不一,丰枯年可以相互调节,加之大河河床切割很深,得到的地下水补给量多而稳定,所以大河的Cv值较小。例如,长江干流汉口站Cv值为0.13,而淮河蚌埠站的Cv则达0.63。同理,各大河干流的Cv值一般均比两岸支流小。
(三):径流的变化 1、年内变化
径流的年内变化也称径流的年内分配或季节分配。根据一年内河流水情的变化,可以分为若干个水情特征时期。如:汛期、平水、枯水、冰冻期。
2、年际变化 通常用径流的变差系数Cv值表示年径流的变化程度。 3、径流年内变化的特点
(1)循环性 每年均有洪水、枯水、平水等现象出现,北方河流枯水期还伴有结冰期出现。 (2)不重复性 每年洪水、枯水、平水出现的日期有早有迟,高低也各异。 (3)周期性 径流的年内变化以一年为周期。 (四):特征径流 洪水、枯水 (五):河流的补给
1、河流补给的形式 主要有降水、融水补给、地下水、湖泊和沼泽、人工补给等。 2、各种补给的特点
(1).降水补给 雨水是全球大多数河流最重要的补给来源。降水补给为主的河流的水量及其变化,与流域的降水量及其变化有着十分密切的关系。我国广大地区,尤其是长江以南地区的河流,降水补给占绝对优势。
(2).融水补给 融水补给为主的河流的水量及其变化,与流域的积雪量和气温变化有关。这类河流在春季气温回升时,常因积雪融化而形成春汛。春季气温和太阳辐射的变化,不像降水量变化那样大,所以春汛出现的时间较为稳定,变化也较有规律。
(3).地下水补给 河流从地下所获得的水量补给,称地下水补给。地下水补给具有稳定和均匀两大特点。
(4).湖泊与沼泽水补给 湖泊、沼泽水补给量的大小和变化,取决于湖泊和沼泽对水量的调节作用。湖泊面积愈大,水量愈多,调节作用就愈显著。一般说来,湖泊沼泽补给的河流,水量变化缓慢而且稳定。
(5).人工补给 从水量多的河流、湖泊中,把水引入水量缺乏的河流,向河流中排放废水等,都属于人工补给范围。 五、河流与地理环境的相互影响
河流是所在流域内自然地理总背景下的产物。河水是以不同形态和经过不同转化途径的降水为补给来源的。显然,只有进入河床的水量足以保持经常流动,即在足以补偿蒸发和渗漏所造成的损耗时,才能够形成河流。湿润地区河网密集,径流充沛而干燥地区河网稀疏径流贫乏,说明河流的地理分布受着气候的严格控制。实际上,河流的水文特征,包括水源的补给形式及其比例,水位、流量及其季节变化,结冰与否及结冰期长短,等等,无一不受气候条件制约。例如,降水量多寡决定着径流补给来源的丰缺,蒸发量大小反映着径流损耗的多少,降水的时空分布、降水强度、降水中心位置及其移动方向影响着径流过程和洪峰流量,气温、风和饱和差也因对降水、蒸发有影响而对径流间接起作用。因此可以说,河流是气候的镜子。 除气候条件外,其他自然地理要素也对径流发生影响。如流域海拔高度、坡度和切割密度直接影响着径流汇聚条件;地表物质组成决定着径流下渗状况;植被则通过对降水的截留影响径流;等等。
另一方面,河流对地理环境也有显著的影响。河流是地球水分循环的一个重要的、不可缺少的环节,内陆河流把水分从高山输送到内陆盆地底部或湖泊中,实现水分小循环;外流河把大量水分由陆地带入海洋,弥补海水的蒸发损耗,实现水分大循环。同时,热量和矿物质也随水分一起输送。南北向河流把温度较高的水送往高纬地区,或者相反,对流域气温都具有调节作用。而固体物质的随河水迁移,则使地表的高处不断夷平和低处不断被充填。所以河流既是山地景观的创造者,又是大小冲积平原的奠基者,还是内陆和海洋盆地中盐类的积累者。
荒漠地区绝大多数绿洲的形成与河流有密切的联系。流入干旱区的河流,不仅给那里带来水分,而且使荒漠河岸林和灌溉农业得以发展,从而形成了生机勃勃的绿洲景观。
河流对于人类社会的发展也具有重要意义。它在交通运输、灌溉、发电和水产事业等方面都为人类带来了重要财富。
D、掌握地下水的有关性质及地下水的类型 一:地下水的物理性质和化学成分 (一)地下水的物理性质
1.温度 2.颜色3.透明度 4.比重5.导电性 6.放射性7.嗅感和味感 (二)地下水的化学成分 气体及一些离子 (三)地下水的总矿化度和硬度
1.总矿化度 水的总矿化度是指水中离子、分子和各种化合物的总含量,通常是以水烘干后所得的残渣来确定,单位为g/l。水在蒸发时部分离子被破坏,有机物被氧化,所以,残渣总量与离子总量并不一致,计算时应考虑上述因素,以便对分析结果作适当的订正。 2.硬度 水中钙、镁离子的总量,称为水的总硬度。当水煮沸时,一部分钙镁离子的重碳酸盐因失去CO2而成为碳酸盐沉淀,沉淀的部分叫做暂时硬度。总硬度减去暂时硬度即为永久硬度。
二:地下水的类型 地下水按埋藏条件的分类 (一)上层滞水
上层滞水是存在于包气带中局部隔水层之上的重力水。一般分布范围不广,补给区 与分布区基本上一致,主要补给来源为大气降水和地下水,主要的耗损形式则是蒸发和渗透。上层滞水接近地表,受气候、水文条件影响较大,故水量不大而季变化强烈。上层滞水矿化度比较低,但最容易受到污染。 (二)潜水
潜水是埋藏在地表下第一个稳定隔水层上具有自由表面的重力水。这个自由表面就是潜水面。从地表到潜水面的距离称为潜水的埋藏深度。潜水面到下伏隔水层之间的岩层称为含水层,而隔水层就是含水层的底板。潜水面以上通常没有隔水层,大气降水、凝结水或地表水
可以通过包气带补给潜水,所以大多数情况下,潜水的补给区和分布区是一致的。 潜水面的位置随补给来源的变化而发生季节性升降。潜水面的形状可以是倾斜的、水平的或低凹的曲面。 (三)承压水
充满于两个隔水层之间的水称承压水。承压水水头高于上部隔水层(隔水顶板),在地形条件适宜时,其天然露头或经人工凿井喷出地表称自流水。隔水顶板妨碍了含水层直接从地表得到补给,故自流水的补给区和分布区常不一致。
承压水的形成主要取决于地质构造条件,只要有适合的地质构造,无论孔隙水、裂隙水或岩溶水都可以形成承压水。最适宜于承压水形成的是向斜构造和单斜构造。
E、掌握冰川及对地理环境的影响
冰川对地理环境的影响表现在许多方面。在极地和中低纬高山冰川区,冰川本身是自然地理要素之一,并形成独特的冰川景观。规模较小的冰川只对附近地区的气候发生影响,巨大的冰川如南极和格陵兰冰盖,则对广大地区甚至全球气候发生影响。作为一种特殊的下垫面,冰盖的扩展将大大增强地球的反射率,从而促使地球进一步变冷,并影响气团性质和环流特征。
在地球水圈的水分循环中,冰川也有重要的作用。据计算,目前全球冰川的平均年消融量约 3000km3。这一数字近乎全世界河流水量的三倍。冰盖消融量的增减,将直接影响海平面的升降。
大气降水到达地面后,由于蒸发、蒸腾和渗透等原因,只有一部分转变为地表径流。冰川表面不存在蒸腾,蒸发量及渗透量都非常小。所以,到达冰川表面的降水几乎可以全部转化为地表径流。冰川不仅是河流的补给来源,还是其调节者。冰川冰从积累区向消融区运动的结果,使长期处于固态的水转化为液态。但是,低温而湿润的年份,冰川消融将受到抑制;高温干旱年份,消融则将加强。这样,冰川就对径流起到了调节作用。
冰川推进时,将毁灭它所覆盖的地区的植被,动物被迫迁移,土壤发育过程亦将中断。自然地带将相应向低纬和低海拔地区移动。冰川退缩时,植被、土壤将逐渐重新发育,自然地带相应向高纬和高海拔地区移动。
冰川的侵蚀和堆积作用显著改变地表形态,形成特殊的冰川地貌。在古冰盖掩覆过的地区,如欧洲和北美,这种冰川地貌可以占据成千上万平方公里的广大范围。在山岳地区,冰川地貌显示出许多独有的特征,这将在以后的章节中阐述。