地表水资源系统

地表水资源系统第1页，共46页，2023年，2月20日，星期四

水资源系统是在一定区域内由可为人类利用的各种形态的水所构成的统一体。

解释：统一体内部具有协同性和有序性，其中的各类水具有相互联系并依一定规律相互转化，与外部进行物质和能量的交换，体现出明显的整体功能、层次结构和特定行为。一、概述—(一)概念第2页，共46页，2023年，2月20日，星期四一、概述—(二)特征1、水资源系统内的水源相互联系相互转化2、水资源系统在空间上为一分布系统3、水资源系统具有若干整体功能第3页，共46页，2023年，2月20日，星期四1、水资源系统内的水源相互联系相互转化水资源系统内的主要水源为大气水、地表水、土壤水和地下水，以及经处理后的污水和从系统外调入的水。

各类水源间具有联系，并在一定条件下相互转化。如：(1)降雨入渗和灌溉可以补充土壤水，土壤水饱和后继续下渗形成地下水；而地下水由于土壤毛细管作用形成潜水蒸发补充大气水，还可通过侧渗流入河流、湖泊而补充地表水。(2)同样，地表水一方面通过蒸发补充大气水，而另一方面通过河湖入渗补充土壤水和地下水。

因此，不同的水资源利用方式会影响到水资源系统内各类水源的构成比例、地域分布和转化特性。一、概述—(二)特征第4页，共46页，2023年，2月20日，星期四

2、水资源系统在空间上为一分布系统

根据水资源形成和转化的规律，一个水资源系统可以包含一个或若干个流域、水系、河流或河段。地下水资源的分区通常和地表水资源分区是一致的。

显然，按上述分区原则，一个水资源系统内还可进一步划分成若干子系统，同时，其本身又是更大的水资源系统的子系统。按水资源系统内的主要水源类型：一个水资源类型可分为：大气水系统、地表水系统、地下水系统(土壤水和地下水)。

所以，水资源系统具有明显的层次结构。第5页，共46页，2023年，2月20日，星期四二、地表水系统—(一)概念地表水系统：

地表水体和流域(空间)组合而成的统一整体，是地表水资源评价的基本单位。第6页，共46页，2023年，2月20日，星期四二、地表水系统—(二)地表水系统组成要素地表水系统由水体和流域组成：1、水体

海洋、江河、湖泊、冰川等。

其中，河流、湖泊是分布最广泛，也是最常见的地表水体。在大多数情况下，湖泊与河流相通，湖泊可以是河流的源头、中转站或排泄场所，两者在空间上组成网络状的水系。2、流域

以分水岭为界限的一个由河流、湖泊或海洋等水系所覆盖的区域，以及由该水系构成的集水区。

地形高低起伏形成若干低地，低地被较高的山脊和坡脊环绕，这些山脊和坡脊称分水岭或分水线。在平原区，地表面的轻微凸起也可相连成分水线。陆地表面上这些长短不一、高低错落的不同等级的分水线分割成大大小小的汇水区域，即流域。第7页，共46页，2023年，2月20日，星期四二、地表水系统—(三)地表水系统结构1、概念

地表水系统结构指地表水体与流域的空间形态及相互作用相互联系的方式。2、地表水与流域的相互关系在地表水系统中，地表水与流域始终保持着相互依存的共生关系。这种关系表现为：(1)地表水在运动时，通过侵蚀、搬运、堆积作用改造着流域，使河道沟谷的坡降、宽度、长度不断变化；坡面形态改观，甚至会因溯源侵蚀过度发展，造成河流袭夺，扩大流域的范围。(2)与此同时，流域的形态和产流条件影响着河网的形态、水量及泥沙的数量。

二者的反馈是地表水系统形成与发展的内在原因。第8页，共46页，2023年，2月20日，星期四3、地表水系统形态结构特点地表水系统的形态结构主要表现为以下特点：(1)河道的分支性；(2)流域的嵌套性；(3)水流运动的单向性；(4)河槽的多变性。第9页，共46页，2023年，2月20日，星期四二、地表水系统—(四)地表水系统特点1、地表水系统是一个开放系统，与外界有着物质和能量的交换关系。2、大气降水和地下水的输入是其物质和能量输入的主要方式，而河网对系统内部水量起着再分配的作用，它们的共同作用决定了地表水的时空分布特点。第10页，共46页，2023年，2月20日，星期四地球表面3/4的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽及江河覆盖。大陆表层岩石和土壤的空隙中也充填有大量地下水。大气对流层中漂浮着大量的水气和雨、雪微粒。这些水体共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。水圈的质量约有1.44×1018t，是地球总质量的近1/4000。第11页，共46页，2023年，2月20日，星期四水圈概况第12页，共46页，2023年，2月20日，星期四水的驱动力，能量和来源太阳能，重力能加地形是水运动的驱动机构水能=机械能+化学能从地幔中析离出来的原始水大气圈海洋水地下地表13第13页，共46页，2023年，2月20日，星期四陆地水陆地水包括冰川和洋盖，地面流水，湖水，沼泽水，地下水，土壤水和生物水等形式。第14页，共46页，2023年，2月20日，星期四地球表层水分循环海洋、陆地水和大气的水随时随地都通过相变和运动进行着大规模的交换，这种交换过程称为地球水分循环第15页，共46页，2023年，2月20日，星期四地球表层的水量平衡通过水分的循环，地球上的各种水体得以相互沟通、转换，水也得到更新，从而使地球上的水处在动态平衡之中，这一现象称为水量平衡。第16页，共46页，2023年，2月20日，星期四全球每年水分的总蒸发量和总降水量均为500000km3。水量平衡的三点特征全球海洋的总蒸发量为430000km3，总降水量为390000km3。蒸发量比降水量多支出的40000km3水以水蒸汽形式输送到大陆上空。陆地上的降水量比蒸发量多40000km3，其中有一部分渗入地下补给地下水，一部分暂存于湖泊中，一部分被植物吸收，多余部分最后以河川径流形式回归海洋，从而完成海陆之间的水量平衡第17页，共46页，2023年，2月20日，星期四地面流水有三类：片流，洪流和河流前两者也称暂时性流水，后者是常年性流水。第18页，共46页，2023年，2月20日，星期四暂时性流水分为斜坡上的片流和山区常见的洪流两种。片流：降雨后沿斜坡发生的斜坡面状流水。规模受地形和岩土类型的影响；常将改造为劣地，在坡麓堆积形成坡积物。洪流：地势陡峻的山区，常由多股片流汇聚形成。洪流造成沟谷系统；堆积洪积物和洪积扇地形。第19页，共46页，2023年，2月20日，星期四片流的地质作用片流的地质作用主要表现为对山坡上的松散物质及风化壳表层的面状机械侵蚀作用，称为洗刷作用。片流也可冲蚀坡面，形成线状沟槽。片流可将冲刷、冲蚀产物搬运到坡角沉积形成无分选和层理的沉积物，称坡积物。 第20页，共46页，2023年，2月20日，星期四洪流：多股片流汇聚成洪流。洪流多发育在山区，坡度大、下蚀能力强，故冲沟多为“V”字型。洪流的侵蚀作用：洪流以自身的动力及携带的泥沙、石块对沟谷的冲蚀和磨蚀作用。洪流的搬运作用：洪流以自身的动力将堆积物及侵蚀产物搬离原地的作用。其特点为：以机械搬运作用为主、大小混杂，但略具层理。第21页，共46页，2023年，2月20日，星期四洪积扇：当洪水出沟口后，因地形开阔，水流分散，流速迅速下降，洪流的活力急剧降低，所挟带的碎屑物迅速堆积下来组成扇状的沉积地形，称为洪积扇。其沉积物称为洪积物。洪积物属快速堆积物，故大小混杂，分选性较差，但因搬运过程中颗粒间互相碰撞和磨擦，使其有一定的磨圆度。洪流的沉积作用第22页，共46页，2023年，2月20日，星期四洪积物的分带特点：在沟口扇顶部位，沉积物厚度大，颗粒粗，通常由砾和沙组成。在扇边缘处，沉积物厚度小，颗粒细，多由泥、沙组成。从扇顶到扇边缘，粒径呈现出由大到小带状分布的特点。第23页，共46页，2023年，2月20日，星期四

河流是在重力作用下，集中于地表凹槽内的经常性或周期性的天然水道的通称。河流沿途接纳很多支流，形成复杂的干支流网络系统，这就是水系。多数河流以海洋为最后归宿，另一些河流注入内陆湖泊或沼泽，或消失于荒漠中，于是分别形成外流河和内陆河。§2河流的基本知识第24页，共46页，2023年，2月20日，星期四河流地质作用的要点河流既是地质作用的营力，也是地质作用的产物河流的横剖面与侧方侵蚀河流的理想纵剖面与侵蚀基准面河流的下蚀作用，溯源侵蚀与河流袭夺裁弯取直与牛轭湖阶地与冲积物的二元结构河流回春与深切河曲河流的三角洲与三角港第25页，共46页，2023年，2月20日，星期四每一条河流都有它的河源和河口。河源是河流的发源地，指最初具有地表水流形态的地方。河源以上可能是冰川、湖泊、沼泽或泉眼。河口是指河流与海洋、湖泊、沼泽或另一条河流的交汇处，经常有泥沙堆积，有时分汊现象显著，在入海、湖处形成三角洲。在河源与河口之间是河流的干流，划分为上、中、下游三段。各段在水情和河谷地貌上各有特色。第26页，共46页，2023年，2月20日，星期四河流通过它的流水活动，可以影响和改变地理环境以及人类活动。为了认识河流的特征，需要了解几个有关水情的基本概念。水情要素第27页，共46页，2023年，2月20日，星期四水位是指河流中某一绝对基准面或测站基准面上的水面高程，受到气候变化、海平面升降、人类活动和新构造运动的影响。基准面是量算高程的起点（零点）。绝对基准面是以某一河口的平均海平面为零点的基准面。中国规定统一采用青岛平均海平面为绝对基准面。河流水位及其变化第28页，共46页，2023年，2月20日，星期四河流的水位达到某一高度，使沿岸城市、村庄、建筑物、农田等受到威胁的水位称为洪水位。洪水则是指短时间大量降水在河槽内形成的特大径流。河流水位及其变化第29页，共46页，2023年，2月20日，星期四根据一年内河流水位和水情的变化，还可以划分出不同的水情特征期：河流处于高水位时期称为汛期：河流处于低水位的时期称为枯水期；河流处于中常水位的时期称为平水期；河流封冻的时期称冰冻期。河流水位及其变化第30页，共46页，2023年，2月20日，星期四§3河流地质作用概述河流既是一种地表常见的地质产物，又是一种极其有效的地质营力。这使河流地质作用成为外动力地质作用中最为活跃的类型。河流在其地质作用的过程中，不断地侵蚀、改造着地表形态，塑造出各种典型的河流地貌，如瀑布和阶地等；同时发育了相应的沉积产物——具有二元结构的冲积物。第31页，共46页，2023年，2月20日，星期四河水的运动状态·流量了解河水的运动状态要了解河流的流量，河水动能，水流运动的方式等有关概念。流量等于河床截面积·流速第32页，共46页，2023年，2月20日，星期四河流的动能是河流作用的水力能量。其计算公式为河水的动能第33页，共46页，2023年，2月20日，星期四§4河流的机械侵蚀作用河流的机械侵蚀作用按其发展的方向分为两个类型，一种称下蚀作用，主要是河流对河床底部的侵蚀破坏；另一种称侧蚀作用，是河流对河岸两侧的侵蚀破坏过程。第34页，共46页，2023年，2月20日，星期四河流的下蚀作用下蚀作用侵蚀河床底部，使河床加长和加深。下蚀作用受到如下因素的影响： 强度因素—河流纵坡降、水量、河床岩性、流速及含沙量 过程与产物—V形谷；瀑布与向源侵蚀；河流袭夺与断头河

——河流的侵蚀基准面与平衡剖面第35页，共46页，2023年，2月20日，星期四河流袭夺与断头河当两条河流毗邻发展时，如果其中一条的溯源侵蚀能力更强，就会逐渐向另一条河流靠近，最后截断后者的水源，而使之成为无水的断头河。第36页，共46页，2023年，2月20日，星期四

——河流的侵蚀基准面河流的下蚀作用是依靠河水的动能进行的；河水的动能则是由其所具有的势能转换而来。因此可以认为：地形决定河水的下蚀能力。当河水面趋于某一平面高程而停止流动时，其下蚀作用也随之终止，这一平面即河流的侵蚀基准面。基准面分局部和永久性两种，海平面是一切入海河流的永久性侵蚀基准面。基准面可以因气候和构造运动而改变。第37页，共46页，2023年，2月20日，星期四

——河流的平衡剖面河流的下蚀作用不断地向两个方向（顺向和溯源）加长着河道，同时也不断对河床底部进行着改造。当其在长期演化过程中逐渐趋于平衡状态时，河床的纵剖面将会形成一条上陡下缓、整体下凹的光滑曲线，称具有这种曲线的河流纵剖面为其平衡剖面。第38页，共46页，2023年，2月20日，星期四上游河谷窄、比降和流速大、水量小、侵蚀强烈、纵剖面呈阶梯状并多急滩和瀑布的河段。中游河谷比降已经和缓，河床位置比较稳定，侵蚀和堆积作用大致保持平衡，纵剖面往往成平滑下凹曲线。下游河谷宽广、河道弯曲，河水流速小而流量大，淤积作用显著，到处可见沙滩和沙洲。上、中、下游的河谷整体形态第39页，共46页，2023年，2月20日，星期四河流的侧蚀作用侧蚀作用—

侵蚀河床两侧使之弯曲，河谷加宽，谷坡后退的作用

——蛇曲的发展与裁弯取直作用第40页，共46页，2023年，2月20日，星期四从侧蚀作用看河流形态的演化规律任一原本平直的河流，在其发育演化过程中，都会因各种原因而趋向于弯曲化地球自转的科里奥利力是使南北向河流产生侧蚀作用的永久驱动力。侧蚀作用产物是不对称的河谷形态弯曲的河道会因为自然的洪水过程或加强的下蚀作用而裁弯取直。河流因此而处于永远的曲－直变化之中。第41页，共46页，2023年，2月20日，星期四机械搬运的方式 推移—水力>床底磨擦，推移质沿床底滚或滑动； 跃移—上举力>颗粒重力，离开床底跃迁；不对称沙波痕 悬移—上举力>细粒重力， 在静水中沉降3660m：细砂-10天；土-100年搬运能力（=搬运最大颗粒的能力）粒径∝流速平方；重量∝流速6次方（64倍）；水力∝流量§5河流的机械搬运作用Earthmatter-river第42页