水文学

水文学复习资料整理

绪论＆第一章 地球上水的性质与分布

1·水文学：是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。

2·地理水文：研究侧重于弄清地球上水体运动变化的自然规律、总体演化趋势；注意开

展与其它自然地理因素之间相互影响的综合研究；区域因素决定了各水体的区域差异性。 地理水文研究具有宏观性、综合性及区域性三大特点。

3·水文学的发展阶段及其特征

（一） 萌芽时期（1400年以前）——定性描述阶段 特点：开始了原始观测，水文现象的定性描述及经验积累 （二）奠基时期（1400～1900年）——水文科学体系形成阶段 特点：水文现象由概念性描述进入定量的表达，水文理论逐渐形成 （三）应用水文学的兴起阶段（1900～1950年） 特点：水文观测理论体系进一步成熟，应用水文学兴起。 （四）现代水文学时期（1950年后）

特点：引进遥感、电算等新技术、新方法，重点开展水资源及人类活动水文效应的研究，分支学科不断派生，研究方法趋向综合。

4·水文现象的特点：

（1）时间变化上的周期性和随机性； （2）地区分布上的相似性和特殊性。

5·随着水温的升降，水分子的变化

一 随着水温的升高，水分子聚合体不断减少，而单水分子不断增多，当水温高于100摄氏度呈气态时，水主要由单水分子组成

二 随着水温的降低，水分子聚合体不断增多，而单水分子不断减少，当水温到达0摄氏度结冰时，单水分子为零，而强力缔合结构的三水分子增多，因三水分子结构特性，使液态水变成固态冰时，体积膨胀10%若冰变成液态水时，体积减小10%。

三 水温在3.98，摄氏度时，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。

6·液态水“闪动簇团“理论的优点

能更好地概括液态水的特异结构性能

7·海水的热量收支受何因素的影响

8·海水温度分布的特点

1）三大洋海水温度的水平分布

三大洋表面年平均水温约为17.4℃，其中太平洋最高，达19.1℃；印度洋17.0℃；大西洋16.9℃。

三大洋表面年平均水温的分布特点是：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°之间大西洋水温相差悬殊。 形成上述特点的原因：

热赤道北移，南半球的热带水一部分流入北半球，北半球暖流势力强大，一直影响到高纬，受大陆和海底地貌影响，北冰洋的冷水不能大量南流；

南半球三大洋相连，并与南极大陆相接，因此冷却效果特别明显；

印度洋热带海区三面受亚、非、澳大利亚大陆包围，并受暖流影响，所以水温最高。 2）世界大洋表面水温分布的总趋势 水温从低纬向高纬递减；

在南北回归线之间的热带海区水温最高； 大洋东西两侧，水温分布有明显差异；

在寒暖流交汇处等温线特别密集，水温水平梯度很大；

夏季大洋表面水温普遍高于冬季，而水温的水平梯度则冬季大于夏季。 大洋表面水温分布的这些特点，主要是由太阳辐射和洋流性质所决定的。 3）海水温度的垂直分布

从海面向海底呈不均匀递减的趋势。 在南北纬40°之间，海水垂直结构可分两层，即表层暖水对流层（一般深度达600—1000 米）和深层冷水平流层。表层暖水对流层的最上一层（约0—100 米）受气候影响明显，紊动混合强烈，对流旺盛，水温垂直分布均匀，垂直梯度极小，故称为表层扰动层。在此层下部与冷水之间形成

9·湖泊水温分布的特点

1、水温的分布

导致湖水温度分布差异的原因，一是水气界面上增温与冷却作用，一是湖泊、水库水内部紊动、对流的混合作用。

水温的垂直分布常用水温垂直梯度表示： Q z = - C r D z ? t /? z

当水温梯度成负值时，上层水温高，下层水温低，但不低于4℃，这种水温的垂直分布，称为正温层；

当水温垂直梯度成正值时，水温不高于4℃。这种水温的垂直分布，称为逆温层。 当湖温上下层一致，水温垂直梯度等于零时，呈同温状态。

当湖泊出现正温层时，在湖面以下一定深度常常形成温跃层。

10·天然水化学成分的主要组成

天然水中各种物质按性质通常分为三大类：

1）悬浮物质——粒径大于100 纳米（10-7 米）的物质颗粒，在水中呈悬浮状态，例如泥沙、粘土、藻类、细菌等不溶物质。悬浮物的存在使天然水有颜色、变浑浊或产生异味。有的细菌可致病。

2）胶体物质——粒径为100—1 纳米的多分子聚合体，为水中的胶体物质。其中无机胶体主要是次生粘土矿物和各种含水氧化物；有机胶体主要是腐殖酸。 3）溶解物质——粒径小于1 纳米的物质，在水中成分子或离子的溶解状态，包括各种盐类、气体和某些有机化合物。 天然水中的八大离子： K+、Na+、Ca2+、Mg2+

Cl-、HCO3-、SO42-、CO32 – 微量元素：

Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I 等重金属、稀有金属、卤素和放射性元素等； 溶解的气体： O2、CO2、N2，

特殊条件下也有H2S、CH4 等。

11·天然水的分类

1）按水化学成分分类

按照水中各种主要离子成分的相对含量等指标，以公式（库尔洛夫式）的形式来表示水的基本化学性质。 2）按矿化度分类

天然水按矿化度分类表（ g/l ） 类 型 矿化度 低矿化（淡中度矿化（咸强矿化（盐弱矿化（微咸水） 高矿化（卤水） 水） 水） 水） ＜ 1 1-24 24-35 35-50 ＞ 50 3）按主要离子成分比例分类

（1）地表水分类——阿列金分类法

首先按占优势的阴离子将天然水分为三类：重碳酸盐类（C）、硫酸盐类（S）、氯化物类（Cl）； 其次，对每一类天然水按占多数的阳离子分为钙质（Ca）、镁质（Mg）、钠质（Na）三组； 然后，在每一组内又按各种离子摩尔的比例关系，分为四个水型：Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型。 Ⅰ型：［HCO3-］＞［Ca2++Mg2+］。低矿化水

Ⅱ型：［HCO3-］＜［Ca2++Mg2+］＜[HCO3-+SO42-）。低矿化和中等矿化水

Ⅲ型：［HCO3-+SO42-］＜［Ca2++Mg2+］或[Cl-]＞[Na+]。高矿化度水

Ⅳ型：［HCO3-］=0。Ⅳ型水是酸性水，pH＜4.5

按照这个分类系统，共划出27个天然水类型。

例如，CCa Ⅱ表示重碳酸盐类、钙组、Ⅱ型水。 天然水化学分类表（阿列金分类法）

（2）地下水化学分类 （C.A.舒卡列夫分类法）

舒卡列夫分类法是以地下水中最常见的6种离子，即HCO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、Na+为基础，以含量相当于氢离子摩尔的百分数超过25％的离子进行组合，可以有49个编号的化学类型。

在实际应用中，很少用其编号，常使用类型的命名，即根据含量相当于氢离子摩尔的百分数超过25％的离子，按先阴离子后阳离子，由含量高到低的顺序依次排列，组成水的化学类型

如HCO3?SO4～Na?Mg型水、HCO3～Na、Ca型水等

舒卡列夫地下水化学分类表 如HCO3?

12·海水的化学特征

.海水的盐度

（1）定义：海水盐度是指单位质量海水中所含溶解物质的质量。常用符号表示“S”。

海水盐度的测定方法：先测定海水的电导比，便可查出盐度。

海水的电导率K=f (S, T, P)，当T、P不变时，S=g (K)。

电导比K15 ：在温度为15℃、压强为一个标准大气压下，海水样品的电导率与氯化钾标准溶液（32.4356g/kg）的电导率之比。 （3）海洋表面盐度的分布

1） 影响盐度的因素与增减过程 增 盐 过 程 1.蒸发 2.结冰（高纬） 3.高盐洋流流入 4.与高盐海水涡动、对流混合 5.含盐沉积物的溶解 减 盐 过 程 1.降水 2.融冰（高纬） 3.低盐洋流流入 4.与低盐海水涡动、对流混合 5.大陆上的淡水流入(河流、冰川、冰山，沿海) 2）海洋表面盐度的分布特征

世界大洋的平均盐度是34.69×10-3 ，一般在33—37×10-3之间 。

海洋表面盐度分布的总趋势是从亚热带海区向高、低纬递减，并形成鞍形。

赤道附近，普遍为低盐度海区；南北纬20°—30°的信风带海域，出现高盐度中心；西风带，盐度逐渐降低到34×10-3 以下；极地海域，盐度在33×10-3 以下。

13·湖水化学特征

1.湖水的矿化度有差异

按照矿化度，分为淡水湖（＜1 克/升）、微咸水湖（1—24.7 克/升）、咸水湖（24.7—35 克/升）、盐湖（＞35 克/升）

湖水与海水在化学成分上的差异，主要体现在湖水主要离子之间，无一定比例关系 2.湖中生物作用强烈

3.湖水交替缓慢，深水湖有分层性

随着水深的增加，溶解氧的含量降低，CO2 的含量增加

1）参证变量一般必须具有以下条件：

（1）参证变量与研究变量在成因上是相联系的。当需要借助其他流域资料时，则参证流域与研究流域也需具备同一成因的共同基础。

（2）参证变量的系列比研究变量的系列要长。

（3）参证变量与研究变量必须具有一定的同步系列（10年以上），以建立相关关系。 2）常用参证变量：相邻测站的年径流实测资料和流域年降水资料

3）.缺乏实测径流资料时正常年径流量的推求：1）等值线图法2）水文比拟法

29．何谓洪水波？它在运动过程中为什么会变形？

洪水波：若雨前河道原有一稳定水面，降水后流域地表径流大量注入河槽形成的水波。 变形原因：水面存在着附加比降。

30．河水的环流运动对河流泥沙运动及河槽演变有哪些影响？

环流对于泥沙运动和河床演变有重要的影响，它是引起泥沙横向输移的主要动力，是形成河槽形状多样化的主要原因

31 试述推移质与悬移质运动力学因素的区别。

推移质主要为：起速度时，纵向水流的正面推力，泥沙上、下部不对称的挠动作用所产生的上举力，以及紊动水流的脉动压力。当泥沙悬浮以后，水流的脉动强度和泥沙的沉降速度就成为泥沙运动的主要力学因素。 悬移质主要为：紊动作用是泥沙悬浮的主要因素，而重力作用是泥沙不能悬移的主要因素。 （还是自己找下吧）

32．简述湖泊的调蓄作用

湖泊作为天然水库能拦蓄本流域上游来水，减轻下游洪水的压力；分蓄江河洪水，降低干流河段的洪峰流量，滞缓洪峰发生的时间，发挥调蓄作用。

（湖泊调蓄能力的大小取决于：1湖泊容积2内湖水位与外江水位之间的涨落关系及差值。 （影响湖泊的调蓄的因素：1湖区泥沙沉积2盲目围湖造田、人为因素削弱湖泊的调蓄能力和破坏湖泊资源的现象）

33简述水库的特征水位和特征库容

1死水位（设计最低水位）——死库容

2正常高水位（设计蓄水位）——兴利库容（有效库容） 3设计洪水位（－汛前限制水位）——防洪库容 4校核洪水位（－设计洪水位）——超高库容

5水库的总库容：是指与校核洪水位相应的水库容积，它包括了死库容、兴利库容、防洪库容和超高库容。

34 简述天然湖泊的成因类型以及各种湖泊的形态和分布特征有何不同

（1） 湖泊的类型：①按湖盆成因分类：内力：构造湖、火口湖、堰塞湖。外力：河成

湖、风成湖、冰成湖、海成湖、溶蚀湖。 ② 按湖水的补排情况分类：吞吐湖、闭口湖。

③ 按湖水的矿化度分类：淡水湖、微咸水湖、咸水湖、盐水湖。④按湖水营养物质

分类：贫营养湖、中营养湖、富营养湖。

（2） ①构造湖 由于地壳的构造运动所产生的凹陷形成。其特点是：湖岸平直、狭长、

陡峻、深度大 例如：贝尔加湖

②火口湖 火山口积水成湖。特点是：近圆形或马蹄形，深度较大。如白头山天池。

③ 堰塞湖 （1）熔岩堰塞湖 火山爆发熔岩流阻塞河道形成，如镜泊湖、五彩池等（2）山崩堰塞湖 地震、山崩引起河道阻塞所致。如岷江的大小海子（1932 年地震山崩形成的）。

④ 河成湖 河流改道、裁弯取直使原河道变成湖盆。特点：多是弯月形或牛轭型又称牛轭湖，水深一般较浅。

⑤ 风成湖 风蚀洼地积水而成。多分布在干旱或半干旱地区，湖水较浅，面积、大小、形状不一，矿化度较高。

⑥ 冰成湖 由古代冰川或现代冰川的刨蚀或堆积作用形成的湖泊，即冰蚀湖与

冰碛湖。特点是大小、形状不一，常密集成群分布

⑦ 海成湖 沙嘴、沙洲不断发展延伸，封闭海湾形成湖泊，又称澙湖。

⑧ 溶蚀湖 由于地表水及地下水溶蚀可溶性岩层所致。形状多呈圆形或椭圆形，

水深较浅，例如，贵州的草海，昆明的黑龙潭。

第四章 海洋的结构与海水的运动

名词解释

波浪：海洋、湖泊、水库等宽敞水面上常见的水体运动，其特点在于每个水质点作周期性运动，所有的水质点相继振动，便引起水面周期性起伏。 风海流：海水在风的切应力作用下形成的水平运动。

补偿流：由于某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，海水的这种运动叫补偿流

简答

35·试述海洋的组成与结构特征

海洋的组成：由于海水所处的地理位置及其水温特征的不同，从区域范围上可分为洋、海、海湾、海峡等，它们共同组成了海洋。

结构：1、海洋形态结构 根据海底地貌特征得基本形态特征，可分为大陆边缘（一般包括大陆架、大陆坡、和大陆基（大陆隆），约占海洋总面积的22%），大洋盆地，洋中脊（洋中脊或中央海岭是世界大洋中最宏伟的地貌单元）三个单元。

2、海水运动结构 规模宏大首尾相接的洋流系统；周期性涨落和水平运动的潮汐系统；澎湃激荡的海浪系统；永无休止的混合系统。

36·风浪是怎样形成的？

目前根据力学较充分的生成机制理论基于两种概念：一为共振，二为平流的不稳定性。前者适用于风浪的发生和初始见段，后者适用于成长的主要阶段。就其适应范围而言，而是互相补充的。

37·试分析风海流的理论及其效应

理论：1、风海流强度与风的切应力大小有密切的联系

2、收地转偏向力的影响，表面流向偏开风向45度左右（北半球右偏，南半球左偏） 3、风海流表面流速最大

4、由海面向下，流速按指数律减小

5、理论计算表面，风海流水体输送方向偏于风向右侧（北半球），与风向的夹角为90度

6、上面论述的是水深无限时的风海流，实际上海水深度总是有限的。

风海流的负效应 ： 风海流作用包括两方面：一方面，没风的切应力直接导致了一支深度不大的风海流；另一方面，风海流体积运输又会使海水密度的水平分布发生变化，从而有长生密度流。这种由于风海流的体积运输而导致的海流，叫做风海流的负效应。

38·何为梯度流？它是怎样形成的？

梯度流：又称地转流，是指由压强梯度力产生的洋流

形成：当等压面相对水平面发生倾斜时，由于压强梯度力永远垂直于等压面，它在 垂直方向上的分力与重力抵消，水平方向上的分力促使海水流动，，这个水平分力就是梯度流产生的原动力

39·试阐述大洋表层环流的形成与特性

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、能量和物质交换就制约着大气环流页大洋环流。海面上的气压场和大气环流决定着大洋表层环流系统。 大洋表层环流与盛行风系相适应，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，而被西风漂流所替代 4，在南极大陆形成绕极环流 5，北印度洋形成季风环流区

第五章 地下水的结构与运动

40· 试述吸湿水、薄膜水、毛管水及重力水之间的区别以及受到的作用势。

吸湿水：又称强结合水，水分子与岩土颗粒表面之间的分子吸引力达到几千甚至上万个大气压，因此不受重力的影响，不能自由移动，密度大于1，不溶解盐类，无导电性，也不能被植物根系所吸收。

薄膜水： 又称弱结合水，它们受分子力的作用，但薄膜水与岩土颗粒之间的吸附要比吸湿水弱的多，并随着薄膜的加厚，分子力作用不断减弱，直至向自由水过度。所以薄膜水的性质亦介于自由水与吸湿水之间，能溶解盐类，但溶解力低。薄膜水还可以由薄膜厚的颗粒表面向薄膜水层薄的颗粒表面移动，直至两者薄膜厚度相当为止。而且其外层的水可被植物根系所吸收。当外力大于结合力水本身的抗剪强度（指能抵抗剪应力去哦坏的极限能力）是，薄膜水不仅能运动，并可传递静水压力。

毛管水： 当岩土中的空隙小于1毫米，空隙间彼此间连通，就像毛细管一样，当这些细小空隙储存液态水试，就形成毛管水。毛管水手重力和静水压力的作用，其水分是连续的，并可以把饱和水带与包气带连起来。毛管水可以传递静水压力，并被植物根系所吸收。 重力水 ： 当含水层中空隙被水充满时，地下水分将在重力作用下在岩土孔隙中发生渗透移动，形成渗透重力水。饱和水带中的地下水正是在重力作用下由高处向低处运动，并且传递静水压力，

作用力 作用势 吸湿水 分子吸力 吸附势 薄膜水 渗透压力 渗透压势 毛管水

（毛管悬着水 重力 重力势

毛管上升水） 负的静水压力 负的毛细水势 重力水

（潜水 重力 重力势 承压水） 正的静水压力 正的静水压势

41·列表对比潜水与承压水之间的的主要区别

潜水的两大基本特点：

第一，由于潜水面上没有稳定的隔水层，潜水面通过包气带中的孔隙与大气相联通，潜水面上的任一一点的压强等于等于大气压强，所以潜水面不承受静水压力。而且一般情况下，潜水分布区与补给区基本一致。

第二，潜水含水层通过包气带与地表水及大气圈之间存在密切联系，因此深受外界气象、水文因素影响，动态变化比较大，呈现明显的季节变化。 承压水的主要特征：

1、 承压性 承压水由于存在在隔水层顶板而承受静水压力 2、 承压水的分布区与补给区不一致

3、 受外界的影响相对要小，动态变化相对稳定 4、 水质类型多样，变化大

42·什么是空隙水，裂隙水？山前倾斜平原上的孔隙水有何特点？

孔隙水：指埋藏于松散岩土孔隙中的重力水 裂隙水：指存在于岩石裂隙中的地下水

山前倾斜平原上的孔隙水：山前倾斜平原系山区与平原相连接的过渡地带。通常是由一连串冲积、洪积扇以及山麓坡积相连而成。地面坡度由陡变缓，沉积物由粗变细，层次由少变多、地下水埋深由深变浅，水力坡度由大变小，透水性和给水性由强到弱，径流条件有好变差矿化度由低增高、水质有好变差。其中对于典型冲洪积扇而言，直出山口至平原沿着纵向可分为3个水文地质带，埋深带、溢出带、垂直交替带。

43·列出达西渗透定律，并分析说明其物理意义

物理意义：水在渗流过程中其体积通量是与水的势梯度成比例，渗透系数k值即是其比例系数。达西定律又被称为地下水运动的通量方程。

44·何为岩石的水理性质?它们对地下水的存储，运移有何影响？

水理性质：与水分的贮存，运移有关的岩石性质，包括岩土的容水性，持水性，给水性，贮水性，透水性及毛细性。

影响：1 容水性，指在常温下岩土空隙能够容纳一定水量的性能，以容水度来衡量。它能够贮存一定的水量。 2 持水性：饱水岩土在重力作用下排水后，依靠分子力和毛管力仍然保持一定水分的能力，用持水度表示。它能够保持一定的水量

3 给水性：指饱水岩土在重力作用下能自由排水的性能。

4 透水性：在一定条件下岩土允许水通过的性质。孔径的大小，孔壁的摩擦力影响水的运移。

第六章 人类活动对水环境的影响

45.水利工程对水文要素有哪些影响？

（一）水库水文效应。

① 水库建成后，河川水文情势发生明显的变化。首先是水库拦蓄地表径流，减少入海流

量，从而改变了流域内睡量平衡要素的对比关系。

② 水库出了改变了流域原有的水循环系统外，还会使地区的热量平衡发生改变，由于水

库比陆地具有更大的热容量，故库区会产生明显的小气候效应。

③ 水库坝上游水位的抬高，同时也抬高了上游地区的地下水位，增加了水库临近地区的

地下水不计量，这样也常常会引起土壤次生盐碱化。此外，水库建成后往往会给周围的自然环境带来一些不利的工程地质问题和生态系统的变化 （二）跨流域调水水文效应

①大规模的调水工程对水循环的水量平衡讲带来深刻的影响：改变水循环的路径，破坏原

来已经形成的生态平衡的状态。

②水量输出区：由于水量减少，从而与枯水季节在引水口一下会导致泥沙的沉积，河道特

性改变，河水自净能力减低，河口海水入侵加剧等；输水通过区：调水后将抬高输水线两侧和蓄水体周围的地下水位，加重土壤盐碱化，并给水质、湖泊水域环境和水生生物带来一定的影响；水量输入区：由于外水大量引入，可能导致地下水位升高，水溶盐的积累，蒸发量增加，土壤此生盐碱化和农田小气候的变化等

46．城市化给水文过程带来哪些影响？

（1） 城市地区雨岛效应，城市降水量较四周的郊区农村约增加5％~17％，汛期的雷暴

雨量增多。

（2） 由于城市发展，下垫面的变化使得滞水性、渗透性、热力状况均发生明显变化，

使得城市集水区内天然调蓄能力见弱，汇水的水力效率增大，峰值出现时间提前，行洪历时缩短，洪水总量变大，洪水过程线比相邻农村变得峰高坡陡

（3） 城市化后河道漫滩被占用，洪水频率增加，又由于下渗量，使含水层的水量减少，

从而导致河流枯水季的基流相应减少

47．人类活动水文效应的研究方法

①水量平衡法

②对比分析法。其一为按同一测站历史资料对比计算，即按人类活动前后的观测或史料记载进行对比分析的方法。其二是不同流域的对比分析，即选其他条件相同或者相似的未经人类活动影响的水文测站作参考站与研究测站同期资料进行对比，两者输出之差即为计算结果

④ 流域水文模拟法

48. 何谓水体自净？水体污染与自净有何关系？

（1）定义：广义指受污染的水体，经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并恢复到污染前的水平；狭义指水体中的微生物氧化分解有机物而使得水体得以净化的过程 （2）关系：①废水或污染物进入水体后，主要产生两个相关联的过程：一是水质恶化过

程；二是水体净化过程，水体污染的发生和发展，亦即是水质恶化的过程。

②距排放口近的水域，污染过程是主要的，表现为水质恶化，形成严重污染区；而在相邻的下游水域，自净过程得到加强，污染过程强度有所减弱，表现为水质有所好转，形成中毒至轻度污染区域；在轻度污染区域之下水域，自净过程是主要的，表现为废水经过水体物理、化学和生物作用，污染物质或被稀释或被分解或被吸附沉淀，水质被回复到正常状态

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