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水文学 大纲
制作人:孙义飞
绪 论
第一节 水文学的研究对象及其学科体系
一、水文现象及其特点
定义:水循环过程中,水的存在和运动的各种形态,称为~。
特点:水文现象永无止境;时间变化上的周期性与随机性;空间分布上的相似性与特殊性。
二、水文学(Hydrology)及其研究对象
1、定义: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. 研究对象:江、河、湖、海、地下水等的水循环、水资源的开发利用、人类活动对水环境的反馈效应。
三、水文学的学科体系
(按研究对象分类;按研究手段分类;从应用角度分类;水文学与自然地理学相结合分类)
四、地理水文学及其特点
第二节 水文学发展简史
(一)萌芽时期(公元1600年以前):原始观测、定性描述阶段
(二)奠基时期(公元1600-1900年):定量表达,科学体系形成阶段
(三)实践时期(公元1900-1950年):应用水文学阶段
(四)现代化时期(公元1950-现在):现代水文学阶段
第三节 水文学的研究方法
一、传统方法:成因分析法;数理统计法;地理综合法
二、现代观测与分析手段的运用:随机分析法;同位素分析法;遥感分析法;计算机模拟分析与综合等。
第一章 地球上水的性质与分布
第一节 地球上水的物理性质
一、水的形态及其转化
1、水分子的结构
参数:H2O, 键角104.5°,O-H键长0.9568?,单个水分子为等腰三角形。有单水分子,双水分子(H2O)2、三水分子(H2O)3。
2、水的三态及其转化
3、液态水结构的主要模型:连体理论;混合体理论;闪动团簇理论
二、水的热学性质
1、热容量和潜热 定义:水在发生相变过程中都要发生热量变化,吸收或放出的热量叫水的潜热。
水在0℃时直接蒸发的潜热为2500J/g,100 时的汽化潜热为2257J/g;冰在0℃时的溶解潜热为1401J/g,冰直接升华时的潜热是1401+2500=3901(J/g)。
意义:调节地球上热量变化,维持地球上的热量平衡。
2、水温 热源:太阳辐射、地热、生物(包括人类)活动等。 不同水体水温变化有各自的规律。
三、水的密度(density):1、纯水的密度 2、海水的密度
四、水的光学性质
1、水色2、透明度:用透明度板(直径30cm的白色板)测量。
第二节 地球上水的化学性质
一、天然水的物质成分
悬浮物质:粒径100nm。
胶体物质:1~100nm,包括次生粘土矿物、含水氧化物、腐殖酸。
溶解物质:100nm,盐类、气体及某些有机化合物。盐类包括八大离子和微量元素,前者占溶解物质总量的95~99%。八大离子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-。微量元素:Fe、Mn、Cu、Ni、P、I、F等。溶解气体:O2、CO2、N2、H2S、CH4。
二、天然水的矿化过程
1、矿化度:是指天然水中各种元素的离子、分子和化合物的总量。
天然水的矿化过程:是指各种溶解物质在天然水中的累积和转化。
2、天然水的矿化作用和影响因素
矿化作用机制:
溶滤
吸附性阳离子交换
氧化-还原
蒸发浓缩
混合作用
影响因素:元素及化合物的性质,环境因素。
三、天然水的分类
(一)分类的意义:科学地认识天然水的形成及演化过程,为水资源利 用、评价和保护提供依据。
(二)分类方法
1、按化学成分分类——用库尔洛夫式表示2、按矿化度分类
3、按主要离子成分比例分类:(1)地表水分类——阿列金分类法(2)地下水分类——舒卡列夫分类法
第三节 地球上水的分布与水资源
地球上水的分布
水的类型 分布面积
(×104km2) 水量
(×104km3) 水深
(m) 世界水储量的(%) 占总储量 占淡水储量 一、海洋水 36130 133800 3700 96.5 - 二、地下水(重力水和毛管水)
其中地下淡水 13480
13480 2340
1053 174
78 1.7
0.76 -
30.1 三、土壤水 8200 1.65 0.2 0.001 0.05 四、冰川与永久雪盖
1、南极
2、格林兰
3、北极岛屿
4、山脉 1622.75
1.398
180.24
22.61
22.4 2406.41
2160
234
8.35
4.06 1463
1546
1298
369
181
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