【正文】 。 水文預(yù)報(bào) ? 根據(jù)實(shí)測和調(diào)查的水文資料，在研究過去水文現(xiàn)象變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，預(yù)報(bào)未來水文情勢，為防洪、抗旱及有計(jì)劃的調(diào)度運(yùn)用水資源提供科學(xué)依據(jù)。水文現(xiàn)象在各種自然因素和人類活動的影響下，時(shí)空分布變化上具有下列特點(diǎn)： （一）水循環(huán)永無止盡 ? 任何一種水文現(xiàn)象的發(fā)生，都是全球水文現(xiàn)象整體中的一部分和永無止境的水循環(huán)過程中的短暫表現(xiàn)。 ? 例如河流、湖泊一般每年均有一個(gè)汛期與一個(gè)枯季，同時(shí)河湖還存在著連續(xù)豐水年與連續(xù)枯水年相交替的多年周期。 ? 這種要一定條件下 必然出現(xiàn)某種水文現(xiàn)象的特點(diǎn)，稱為水文現(xiàn)象的確定性（必然性）。 ? 因此，我們不能根據(jù)短期觀測資料對未來情勢作出完滿 的判斷，只能根據(jù)長期的觀測資料，研究水文現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。 2 特殊性（差異性） ? 不同流域雖然處在相似的地理位置，但由于各流域的 地質(zhì)、地形等非地帶性下墊面條件的差異，水文現(xiàn)象就會有很大的差異 。只是在某種情況下，更多地表現(xiàn)出確定性規(guī)律，而在另一種情況下，更多地表現(xiàn)不確定性的特性。 2 定位觀測（長期觀測法） ? 通過考察和調(diào)查獲得的水文資料具有局限性，要獲得長時(shí)間的系列水文資料，必須建立水文站，進(jìn)行定點(diǎn)定位觀測。根據(jù)水文現(xiàn)象的特點(diǎn)，其研究方法一般可以劃分為成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、地理綜合法。 3 地理綜合法 ? 是按照水文現(xiàn)象地帶性規(guī)律和非地帶性的地域差異，用各種水文等值線圖表示水文特征的分布規(guī)律，或建立地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式，以揭示地區(qū)水文特征。此外水文學(xué)還要為后續(xù)課及中學(xué)地理教學(xué)提供必要的基礎(chǔ)知識。 （三）本教材的組成 ? 本教材由下列四部分組成。 ? 鑒于社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷革新，人們改造自然的能力愈來愈大，大 規(guī)模的人類活動干擾了自然界水文循環(huán)過程，影響著各個(gè)水體的性質(zhì)。 七、主要參考書目 教材： 黃錫荃主編 .水文學(xué) .高等教育出版社， 1993 年第 1 版； 伍光和主編 .自然地理學(xué) .高等教育出版社， 2020 年第 3 版。 水的物理性質(zhì) ? 水的物理性質(zhì)：指水的力、熱、電、光等性質(zhì)。水分子的鍵角∠ HOH 為 104176。這樣，電子就有在氧原子周圍相對集中的趨勢，形成較濃厚 的電子云，掩蓋了原子核的正電核。 ? 設(shè)想： CO2 的鍵角∠ OCO 為 180176。 0℃以下為固體， 0—100℃為液體， 100℃以上為氣體。當(dāng)溫度高于 100℃呈氣態(tài)時(shí)，水主要由單水分子組成。 水的三態(tài)轉(zhuǎn)化 ? 水從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)稱為蒸發(fā)（汽化），而從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)叫做凝結(jié)（液化）；從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)稱為結(jié)冰（凝固），而從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)叫做融解（融化）；從固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)稱為升華，而從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)叫做凝化。 ? Note水的三相圖 ? (1)三相點(diǎn)：在真空容器 中，純質(zhì)的液相、固相、氣相以平衡狀態(tài)同時(shí)存在的溫度與 12 壓力稱之。如水之臨界溫度為374℃，若溫度高於 374℃，則不可能加壓使水蒸氣液化 ? ② 臨界壓力：在臨界溫度時(shí)，加壓力使氣體液化的最小壓力稱之。 二、水的熱學(xué)性質(zhì) P9－ 10 ? 水變成水汽或冰融成水都要吸收熱量。 ? 水的熱容量（或比熱）、融解熱和蒸發(fā)熱都比其他物質(zhì)大。 ? 水的熱容量與潛熱特性，對整個(gè)地球上的熱量變化具有重要的調(diào)節(jié)作用，使冬季不致過冷，夏 季不致過熱。 影響海水溫度的因素 ? 海水的溫度取決于海水的熱量收支狀況（如表 12 ）。 ? （ 2）海水的熱量支出 ? 有海面蒸發(fā)、海面長波輻射、海洋傳給大氣 的亂流熱，海洋內(nèi)部的對流、平流和混合所失去的熱量等。其分布特點(diǎn)： （ 1）世界大洋表層水溫最高值出現(xiàn)在熱赤道，由熱赤道向兩極遞減。 ? 海洋表層水溫的這一分布特點(diǎn)，主要受太陽輻射控制。這主要是洋流對局部海區(qū)水溫影響的結(jié)果。原因是陸地集中于北半球，而南半球海洋遼闊，尤其在高 緯度海區(qū)三大洋幾乎連成一片成為廣闊的海洋。；二是北半球暖流勢力強(qiáng)大，一直影響到高緯海區(qū)；三是南半球海洋開闊，與南極大陸相接，冷卻效果明顯。在南北緯 40176。 ? 原因：太陽輻射是海水最主要的熱量來源。 15 海水溫度的時(shí)間變化 ? 1）水溫的日變影響水溫日變的因素有：太陽輻射、季節(jié)變化、天氣狀況（風(fēng)、云）、潮汐和地理位置等。最高、最低水溫出現(xiàn)的時(shí)間各地不同，但最高水溫每天出現(xiàn)在 14— 16 時(shí)，最低水溫則出現(xiàn)在 4—6時(shí)。水溫年變深度，一般可達(dá) 100—150米，最大深度可達(dá) 500 米左右。 1）海冰的主要物理性質(zhì) （ 1）淡水的冰點(diǎn) Ti 為 0℃ ，最大密度的溫度 TM 是 ℃ （約 4℃ ）；而海水的冰點(diǎn)和最大密度的溫度都不是固定值，都隨鹽度值的增加而線性下 降，但冰點(diǎn)溫度降低較和緩。當(dāng)成冰時(shí)間短、結(jié)冰速度快、原始海水鹽度高，則海冰中所含鹽分越多。 ? 然而， 大洋表面鹽度均大于 103 ，其結(jié)冰過程 與淡水結(jié)冰迥然不同。由于對流，下層海水熱量向上輸送，使海水的冷卻速率減慢，因此海水 18 結(jié)冰非常困難。 ? （ 2）要有結(jié)晶核存在 ? 如巖屑、礦物碎屑等。 N 附近。水溫的分布，大體與氣溫一致，體現(xiàn)著隨緯度增加和地勢增高而降低的地帶性規(guī)律，但水溫的變幅小于氣溫的變幅。 冰情：河水結(jié)冰要放熱，對水溫的降低起抑制作用；河冰解凍要吸熱，對水溫升高起抑制作用。 河水溫度的日變化與水量、季節(jié)、天氣和地理位置有關(guān)。 ? ②中緯地區(qū)水溫年變幅比低緯和高緯都大（中緯地區(qū)水溫年變幅最大）。 水溫的空間分布 （ 1）斷面分布 水溫的垂直分布具有成層性：清晨，表面水溫低，向下水溫升高（逆溫分布）；午后，表面 水溫高，向下水溫降低（正溫分布）。②補(bǔ)給狀況：高山冰雪融水補(bǔ)給河流，水溫沿程增加。若氣溫持續(xù)保持在 0℃以下，河流就會出現(xiàn)冰情。河岸水溫比河流中央降溫快，水流慢，則易結(jié)冰。 ? 自形成穩(wěn)定 冰蓋起，到冰蓋破裂開始再次出現(xiàn)流冰之日止，稱為封凍期。如黃河河套段和山東境內(nèi)，幾乎每年春季都發(fā) 生凌汛?？梢?，太陽輻射在水中分布十分不均勻，由表面向下迅速遞減。 ? 此外，湖庫形態(tài)、水面大小、湖岸曲折程度與島嶼多少、冰雪蓋層、風(fēng)力大小、蒸發(fā)強(qiáng)弱等因素也能影響湖溫。 ①正溫層：當(dāng)湖水溫度隨水深的增加而降低時(shí)，即水溫垂直梯度成負(fù)值時(shí)，將出現(xiàn)上層水溫高，下層水溫低，但最低水溫不低于 4℃，這種水溫的垂直分布，稱為正溫層。 ③同溫層：當(dāng)湖溫上下層一致，即水溫垂直梯度等于零時(shí)，將出現(xiàn)上下層水溫完全相同，這種水溫的垂直分布，成同溫狀態(tài)。 ? 如俄羅斯拉多湖，在晚春季節(jié)，其北部深水區(qū)與南部湖濱淺水帶的表層水溫差可達(dá)15℃以上。 ? （ 2）年變 ? ①湖面水溫的年變，除結(jié)冰期外，水溫變化與當(dāng)?shù)貧鉁啬曜兿嗨疲罡?、最低水溫出現(xiàn)的時(shí)間要遲半個(gè)月到一個(gè)月左右。高山、高原區(qū)湖泊水溫年變幅最小。 ? 按地溫的垂直分布特點(diǎn)，可分為三個(gè)垂直帶，不同垂直溫度帶，水溫變化特點(diǎn)不同。 ? （ 2）本帶地溫和水溫特點(diǎn) ? 溫度變化受太陽輻射熱的控制。 ? 原因：水的熱容量比巖土大，則變幅小。 Ⅱ、常溫帶（常溫層） ? 指地下一定深度，地溫保持常年不變，不隨外界溫度發(fā)生變化。 ? 溫度特點(diǎn)：①年常溫帶的地溫相當(dāng)于當(dāng)?shù)仄骄乇頊囟龋员犬?dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗?1－ 2℃；而水溫與當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁叵喈?dāng)。 ? 地?zé)嵩鰷丶壥侵冈诔貙右韵?，溫度每升?1℃所需增加的深度，單 位為 m/℃。如在新火山地區(qū)，地下水溫可達(dá) 100℃以上；而在寒帶、極地及高山、高原地區(qū)，地下水的溫度很低，有的可低至 5℃。具有良好的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件的地?zé)岙惓^(qū)，有可能形成大量地下熱水或天然蒸汽的地?zé)崽铩? ? ① 0℃的冰密度為 ， 0℃的水密度為 ，則水從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)密度要減小，體積增加； 24 ? ②水的最大密度溫度是 ℃， ℃時(shí)純水密度為 1； 50℃水的密度為。因此在數(shù)值上密度和比重是相等的。 在現(xiàn)場溫度、鹽度和壓力條件下所測定的海水密度，稱為現(xiàn)場密度或當(dāng)場密度。 我們知道，純水在 4 ℃ （ ℃ ）密度最大，而海水最大密度溫度是個(gè)變值，隨鹽度值 增加而降低。由此可得出海水密度的分布規(guī)律。極地海區(qū)由于溫度很低，降水少，所以密度最大。之間 100m 左右水層內(nèi)，密度最小，并且在 50 米以內(nèi)垂直梯度極小，幾乎沒有變化； 50100 米深度上，密度垂直梯度最大，出現(xiàn)密度的突變層（躍層）。它并不是太陽光線透人海水中的光的顏色，也不是日常所說的海水的顏色。而海水對太陽光的吸 收和散射均具有選擇性，對可見光中的紅、橙、黃光易被吸收而增溫，而藍(lán)、綠、青光散射最強(qiáng)，故海水多呈蔚藍(lán)色、綠色。號碼越小，水色越高；號碼越大，水色越低。海水透明度取決于光線強(qiáng)弱和水中懸浮物質(zhì)和浮游生物的多少。 ? 世界大洋以大西洋中部的馬尾藻海透明度最大，達(dá) 。 第二節(jié) 地球上水的化學(xué)性質(zhì) 167。懸浮物的存在使天然水有顏色、變渾濁或產(chǎn)生異味。有機(jī)膠體主要是腐殖酸。 單位體積天然水中各種元素的離子、分子與化合物的總量或烘干后殘余物的重量稱為礦化度。多種化合物溶于水，又隨著水文循環(huán)一起遷移，經(jīng)歷著不同環(huán)境，其數(shù)量、組成及 存在形態(tài)都在不斷變化。 ? 溶濾溶解作用是最基本的礦化作用。 ? 其作用特點(diǎn)：：①離子交換是可逆反應(yīng)，處于動態(tài)平衡；②離子交換以當(dāng)量關(guān)系進(jìn)行，即離子間交換以離子價(jià)為依據(jù)作等價(jià)交換；③離子交換遵守質(zhì)量作用定律。以 100 克膠 體中吸附離子的摩爾數(shù)來表示。常見到礦物初期地下水中的Ca2+與膠體上面吸附的 Na+交替，使硬度較大的 HCO3Ca 型水變?yōu)橛捕容^小的HCO3Na 型水。所以天然水中鉀的含量遠(yuǎn)小于鈉的含量。3H2O ? 游離的硫酸進(jìn)而侵入圍巖中的 CaCO3。而在深層承壓水中，因含氧不足，就不會出現(xiàn)這種情況。這些厭氧細(xì)菌就是依靠奪取硫酸根中的氧而生存的。 ? 作用結(jié)果：在蒸發(fā)濃縮過程中，地下水的礦化度逐漸增高，易溶鹽類逐漸在水中富集，而溶解度低的鹽類逐漸從水中析出。 混合作用 ? 指兩種或多種礦化度不同或成分不同的天然水相遇，相互混合以后的礦化度和化學(xué)組成都要發(fā)生變化的作用。 ? Ca(HCO3)2→ CaCO3↓ +H2O+CO2↑ ? 產(chǎn)生地區(qū)：巖溶地區(qū)（碳酸鹽巖分布區(qū)）。 按礦化度分類 ? 礦化度：指單位體積天然水中所含各種元素的離子、分子與化合物的總量或烘干后殘余物的重量，以克∕升表示。低礦化度水以 HCO3－為主，中礦化度水以 SO42－為主，高礦化度水以 Cl－為主 按水的硬度分類 ? 天然水的硬度是由水中鈣、鎂離子含量來確定。 ? Ca2+/Mg2++2HCO3－→ CaCO3(MgCO3)↓ +CO2↑ +H2O ? 永久硬度：指把水加熱煮沸以后，仍不發(fā)生沉淀的鈣鎂離子總含量。 按主要離子成分比例分類 P20－ 22 1）地表水分類 ? （前蘇聯(lián)）阿列金提出一個(gè)簡單的水化學(xué)分類系統(tǒng)。Ⅰ型水是低礦化水，系由火成巖溶濾或離子交換作用形成的。 ? Ⅲ型：［ HCO3+SO42］＜［ Ca2++Mg2+］或 [Cl]＞ [Na+]。例如，沼澤水、硫化礦床水和煤田礦坑水 。 ? （ 2）按總礦化度不同，分成四組： ? A 組 礦化度＜ 克∕升； B 組 礦化度 － 10 克∕升； C 組 礦化度 10－40 克∕升； D 組 礦化度＞ 40 克∕升。則 49－ A 型和 1－ D 型水在自然界中很 難找到。 ? 溶解氣體的含量近于飽和 ? 水汽蒸發(fā)上升及雨滴在凝結(jié)降落過程中與空氣充分接觸，在一定溫度、壓力條件下，O N CO2 在降水中都近于飽和。大量燃燒礦物燃料、金屬冶煉和化工生產(chǎn)，在無凈化的情況排放廢氣，都可能釀成酸雨危害。呈弱酸性，對于各種可溶性鹽類遠(yuǎn)未飽和。其他物質(zhì)大致可分為溶解物質(zhì)和不溶物質(zhì)兩大類。此外，就目前所知，海洋中已發(fā)現(xiàn)的天然化學(xué)元素有 80 多種，但含量差別極大。這 11 種成分的總含量占海水總鹽分的 %。 ? 海水組成恒定性規(guī)律為研究海水的鹽度提供了極為有利的條件。 N、 P、 Si元素，在海水中的含量主要受生物過程控制，當(dāng)它們含量很低時(shí)，會影響海洋生物的正常生長。 34 ? 凡是嘗過海水的人都知道，海水又咸又苦。如果將大洋中的所有鹽分提取出來，平鋪在全球陸地上，全球陸地海拔將加高 150m，若堆在印度半島上，整個(gè)半島將與珠穆朗瑪峰一樣高。雖然河水所含的碳酸鹽最多，但當(dāng)河水入海后，一部分碳酸鹽便沉淀；另一部分碳酸鹽被大海中的動物所吸收，構(gòu)成它們的甲殼和骨骼等，因此海水中的碳酸鹽大大減少。另一種說法是，由于海底火山活動使海洋中的氯化物和硫酸鹽增多。而海水濃度則用鹽度和氯度表示。海洋學(xué)上選用了氯離子來作為推求鹽度的元素。所以氯度可定義為： ? 在每千克海水中，將溴和碘以氯代替后，所含氯的總克數(shù)，稱為氯度，單位：克/千克、 ‰ 和 10－ 3，符號 Cl%。 ? 據(jù)此原理，海水鹽度的時(shí)空變化，主要取決于影響 水量平衡的各項(xiàng)自然因素和過程，另外還與海底含鹽沉積物的溶解有關(guān)。在同緯地帶，暖流經(jīng)過的海區(qū)，鹽度值偏高 ；寒流經(jīng)過的海區(qū)，鹽度值偏低；寒暖流交匯處，鹽度的水平梯度大。 （ 2）鹽度的分布規(guī)律（特點(diǎn)） ? ①世界大洋表面的鹽度具有從亞熱帶海區(qū)（副熱帶海區(qū)）分別向低緯度海區(qū)和高緯度海區(qū)遞減，并呈