陆地表面水的组成与运动

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1、第3章陆地表面水的组成与运动陆地表面水的组成与结构流域产流与汇流河流的水情河水的运动冰川运动与补给湖水的运动与调蓄径流向海汇集及其效应§3.1陆地表面水的组成与结构陆地表面水的组成陆地表面水的结构一、陆地表面水的组成水体面积(km2)水量(108m3)备注冰川5865051322湖泊718007088淡水占31%沼泽110000占国土面积1.15%河流9559370271151997年中国统计年鉴表3-2我国地表水的组成二、陆地表面水的结构地球上的水循环可以看作为一个动态有序大系统。地表水亚系统内部

2、的冰川、湖泊、沼泽、河流等子系统都是开放系统.它们之间都存在着频繁而密切的物质(水、沙、化学元素)与能量(热能、动能)的交换,和水体相变转化的关系,各具有其特殊的功能。河流虽然槽蓄量最小,但河水是地表唯一的畅流液态水,它的水循环动力机制既受热力因素影响,更受重力作用所控制。因而,其交替更新的周期最短。因此它在地表水循环过程中起着上接大气水,下通地下水,最后联结海水的主干作用.冰川是固态降水积累演化而成的,是地表第一大水体。它的水循环的动力机制主要受热力作用控制,其水循环的活力最弱。在地表水循环中发挥

3、着储存和补给的功能.湖泊与沼泽是地表洼地的滞流液态水体。其水循环的动力机制兼受热力和重力作用控制。因而,水循环的活力较弱,在地表水的水循环系统中,湖泊主要起着传递、调蓄的功能。在地表水与海水交绥地区,即河流的河口区,它是河海传递的子系统。由于它兼受河川径流及海洋潮流等的影响,故河口子系统有着特殊的运动变化规律。§3.2流域产流与汇流流域产流理论流域汇流分析流域产、汇流计算与模型简介一、流域产流理论产流过程是指流域中各种径流成分的生成过程,也是流域下垫面对降雨的再分配过程。产流实质上是流域降水后,水在

4、具有不同的阻水、吸水、持水和输水特性的下垫面土层中垂向运行时,“供水与下渗”一组矛盾相互作用的产物。1.产流机制水在沿土层的垂向运行中,供水与下渗矛盾在一定介质条件下的发展机理和过程,称为产流机制。(1)超渗地面径流的产流机制:是指供水与下渗矛盾发生在包气带上界面(地面)的产流机制。自降雨开始至任一时刻的产流过程如下式:式中,Rs(t)、为t时刻地面径流深;i、in、e、sd、f分别为降雨强度、截留率、蒸发率、填洼率、下渗率(mm/d)。下渗在地面径流的产流过程中具有决定性的作用。前式中忽略雨期蒸发

5、和填洼损失项,并微分可得:式中,rs为地面径流产流率(mm/d)。从上式可见,地面径流是供水与下渗矛盾发展的产物。综上所述,超渗地面径流产生的前提条件是:产流界面是地面(包气带的上界面);必要条件是要有供水源(降水);充分条件是降雨强度要大于下渗能力。三者都具备才能产生超渗地面径流。(2)壤中径流的产流机制:壤中径流发生于非均质或层次性土壤中的透水层与相对不透水层界面上,饱和水流与非饱和水流均可发生,一般前者是主要的,是形成洪水径流的主要部分。(3)地下径流的产流机制:是指包气带较薄、地下水位较高时

6、的地下水产流机制。(4)饱和地面径流产流机制:是在表层土壤具有较强透水性情况下的地面产流机制。上述四种产流机制共同规律:①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,也称“界面产流规律”。2.流域产流方式自然情

7、况下,产流机制与当地的下垫面状况密切相关。小流域产流机制单一,大流域产流机制的复杂。(1)超渗产流方式:遵循超渗地面径流产流机制。特点是降雨强度大于下渗强度时才产生地面径流,而径流量与产流面积并不是随降雨的继续而增长,而是有增有减,径流量与产流面积主要与降雨强度与下渗能力有关。(2)饱和产流(蓄满产流)方式:饱和产流方式共同性是多发生在包气带较薄、植被较好、土壤透水性强、下渗强度大的地区。其特点是土壤比较湿润,且接近地下水面有毛管水带,土壤层缺水量较小,一次降水下渗锋面很容易与毛管水建立水力联系,包

8、气带很容易达到饱和。降雨强度超过稳定下渗率部分的水量产生地面径流。(3)超渗与饱和产流交替型方式:主要发生在包气带厚度约2-4米左右,土壤透水性中等,年内及多年降水量很不均匀,且地下水位变幅较大的地区。(4)我国的产流方式:淮河以南以饱和地面产流类型为主,西北地区超渗地面产流,华北、东北的西南部以超渗地面产流居多,局部呈现超渗径流和壤中径流复合型的产流特征,在滨海平原及淮北以渗与饱和产流交替(变换)型.二、流域汇流分析1.流域汇流过程与汇流时间流域上各处产生的各种成分

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