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降水、水位、流量和水资源......

录入时间:2017年6月8日

降水:地面从大气中获得的水汽凝结物,总称为降水,它包括两部分,一是大气中水汽直接在地面或地物表面及低空的凝结物,如霜、露、雾和雾淞,又称为水平降水;另一部分是由空中降落到地面上的水汽凝结物,如雨、雪、霰雹和雨淞等,又称为垂直降水。但是单纯的霜、露、雾和雾淞等,不作降水量处理。在中国,降水量仅指的是垂直降水,水平降水不作为降水量处理。一天之内0.0-9.9毫米为小雨,10.0-24.9毫米为中雨,25.0-49.9毫米为大雨,50.0-99.9毫米为暴雨,100.0-250.0毫米以上为大暴雨,250毫米以上为特大暴雨。
水位:指水体的自由水面高出基面以上的高程。其单位为米。表达水位所用基面,通常有两种:一种是绝对基面,一种是测站基面。我国目前采用的绝对基面是黄海基面,是以黄海口某一海滨地点的特征海水面为零点的。在以前还曾采用过吴淞基面,为使各站的水位便于比较,在“水文年鉴”中均注明了黄海与吴淞基面的换算关系。如长沙水位站,所使用的基面为吴淞基面,将其换算为黄海基面起算水位,则:黄海基面以上水位=现观测水位(吴淞基面)―2.280米测站基面,是水文测站专用的一种固定基面,以略低于历年最低水位或河床最低点作为零点来计算水位高程。为便于比较各站水位,在刊布水文资料时,均注明了该基面与绝对基面的关系,换算关系可将测站基面水位换算为绝对基面水位。
流量:指单位时间内通过某一过水断面的水量。常用单位为立方米每秒(m3/s)。各个时刻的流量是指该时刻的瞬时流量,此外还有日平均流量、月平均流量、年平均流量和多年平均流量等。
水资源:大气降水,地表水和地下水统称为水资源。它们三部分之间的关系是相互依存,相互转化,相辅相成的。与人类关系最密切的是淡水资源,就是指在目前经济技术条件下,可为人类利用的河川径流量。淡水湖泊量及可开采的地下水量。从广义来说是指水圈内水量的总体。包括经人类控制并直接可供灌溉、发电、给水、航运、养殖等用途的地表水和地下水,以及江河、湖泊、井、泉、潮汐、港湾和养殖水域等。水资源是发展国民经济不可缺少的重要自然资源。在世界许多地方,对水的需求已经超过水资源所能负荷的程度,同时有许多地区也濒临水资源利用之不平衡。
水能资源:指水体的动能、势能和压力能等能量资源 。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。水能是一种可再生能源(见新能源与可再生能源)。到20世纪90年代初,河流水能是人类大规模利用的水能资源;潮汐水能也得到了较成功的利用;波浪能和海流能资源则正在进行开发研究。
流域:由分水线所包围的河流集水区。分地面集水区和地下集水区两类。如果地面集水区和地下集水区相重合,称为闭合流域;如果不重合,则称为非闭合流域。平时所称的流域,一般都指地面集水区。
流域面积:亦称受水面积或集水面积。者流域周围分水线与河口(或坝、闸址)断面之间所包围的面积,习惯上往往指地表水的集水面积,其单位以km2计。在水文地理研究中,流域面积是一个极为重要的数据 。自然条件相似的两个或多个地区,一般是流域面积越大的地区,该地区河流的水量也越丰富。
河床:河谷中平水期水流所占据的谷底部分。又称河槽。河床横剖面呈一低洼的槽形。纵剖面,在山区较陡,深槽与浅滩交替,多跌水、瀑布;平原区坡度较缓,微有起伏。平面形态:山区河床多狭窄顺直,岸线因山嘴突出而呈犬牙交错;平原区河床多弯曲或分汊。河床纵剖面是从河源到河口的河床最低点的连线。该纵剖面的发展,受河流侵蚀基准面的控制。河流的下切面是无止境的,往往受某一基面控制,河流下切到接近这一平面后即失去侵蚀能力,不再向下侵蚀,这一平面称为河流侵蚀基准面。影响河床纵剖面发展的因素有气候、构造、岩性及环境变迁等。
河长:指从河口到河源(河流上游最初具有表面水流形态的地点)的河道水面中心线的距离。在工程设计上所指的河长,常是某一河段的距离。
分水岭:分隔相邻两个流域的高地。可以是山地、高原或是微有起伏的山丘、平原。分水岭上最高点的连线称分水线。分水岭有对称与不对称两类,对称的,分水线位于分水岭中央;不对称的,分水线偏向一侧。通常见到的是后者。不对称的原因主要是两坡构造岩性不同或两侧流域的侵蚀基准面不同造成。分水岭有从侵蚀后退快的一侧向侵蚀后退缓慢一侧移动的现象称分岭迁移。
比降:亦称坡降、坡度。指水面水平距离内垂直尺度的变化。以千分率或万分率表示。河段水面沿河流方向的高程差与相应的河流长度相比,称之为水面的纵比降。由于地球自转和河道弯曲处离心力的作用,河道横断面的水面也不平,左右岸水面的高程差与之相应断面的河宽之比,称之水面的横比降。
古河道:地质历史时期形成,后因河流他移而废弃的河道。引起河流改道可因构造运动抬升或下降,冰川、崩塌、滑坡将河道堰塞,或因人工另辟新河等原因。构造运动可使河流大规模改道,构造抬升可使废弃河道露出地面,而下降的因堆积作用旺盛,将河道掩埋,形成埋藏型古河道,如中国华北平原地下埋藏着古黄河、古海河等古河道。河流本身作用引起的改道多发生在平原地区,由于堆积作用旺盛,使河床逐渐淤浅升高成为地上河,当河流决口后,河流循新槽流去,原河道被废弃成为古河道,在地表留下条带状高地,形成裸露型古河道。裸露型古河道可在野外直接追索,也可根据遥感影像判读;埋藏型古河道则需借用钻探、物探等方法以及对沉积物岩性来确定。对古河道的研究有助于了解河床演变的特征与规律,对寻找地下水、砂矿、石油天然气等资源有着重要意义。
河漫滩:河流洪 水期淹没的河 床以外的谷 底部分 。它由河流的横向迁移和洪水漫堤的沉积作用形成。平原区的河漫滩比较发育。由于横向环流作用,V字形河谷展宽,冲积物组成浅滩,浅滩加宽,枯水期大片露出水面成为雏形河漫滩。之后洪水携带的物质不断沉积,形成河漫滩。河漫滩沉积大多具二元结构,下部是河床相沉积,上部为河漫滩相沉积。河漫滩的主要类型有:①河曲型河漫滩,发育于弯曲型河段。常在凸岸堆积为滨河床沙坝、迂回扇等。②汊道型河漫滩,为在汊道型河段中形成的浅滩及其附属的沙坝、沙嘴等。③堰堤型河漫滩,发育于较直型河段,形成天然堤。④平行鬃岗型河漫滩,为堰堤型河漫滩与河曲型或汊道型河漫滩的过渡类型,表现为一系列平行鬃岗系统,鬃岗之间为浅沟、洼地或湖泊。
阶地:指由于地壳上升,河流下切形成的阶梯状地貌。受河流下切侵蚀和堆积交替作用,河床加深,使原来的河漫滩抬高到洪水以上,从而使靠河一侧形成了陡坎的河流阶地。
水准点:指在高程控制测量时埋设的高程控制点标志。由于水准点组成的高程控制网称水准网。标定水准点位置的标石和其他标记,统称为水准标记。
标高:亦称高程。指地面点沿法线或重力线方向至高程基准面的高度,即测量点与设计的水准基面之间的垂直距离。
地形:地形是地物和地貌的统称。地物是知地面上各种人为的或天然的固定物体,如河渠、房屋、道路等。地貌是指地表面倾斜缓急、高低起伏的形状,如山头、洼地、山谷等。
悬移质:指悬浮在河道流水中、随流水向下移动的较细的泥沙及胶质物等。
推移质:指在水流中沿河底滚动、移动、跳跃或以层移方式运动的泥沙颗粒。
含沙量:指单位水体所含悬移质干泥沙的重量,其单位为每立方米浑水中含泥沙公斤数(kg/m3)。
勘测:指查勘、勘探和测量工作的总称。
测量:指使用专门的仪器和工具,量出地表面自然形态和人工设施的形状及位置缩绘成图。
径流:由于降水而从流域内地面与地下汇集到河沟,并沿河槽下泄的水流的统称。可分地面径流、地下径流两种。径流引起江河、湖泊水情的变化,是水文循环和水量平衡的基本要素。表示径流大小的方式有流量、径流总量、径流深、径流模数等。
流速:指单位时间内水体移动的距离,单位为m/s。
降雨强度:指单位时段内的降雨量。以毫米/分或毫米/时计。我国气象部门一般采用的降雨强度标准为:小雨:12小时内雨量小于5毫米,或24小时内雨量小于10毫米;中雨:12小时内雨量为5-14.9毫米,或24小时内雨量为10-24.9毫米;大雨:12小时内雨量为15-29.9毫米,或24小时内雨量为25-49.9毫米。暴雨的定量标准,各地并不一致,视具体情况而定。气象上大致规定暴雨按强度分三级:暴雨:12小时雨量等于和大于30毫米,或24小时雨量等于和大于50毫米;大暴雨:12小时雨量等于和大于70毫米,或24小时雨量等于和大于100毫米;特大暴雨:12小时雨量等于和大于140毫米,或24小时雨量等于和大于250毫米。
水文年:指与水文清况相适应的一种专用年度。水文年度的开始日期有两种不同的划分方法:(1)选择供给河流水源自然转变的时候,即从专靠地下水源转变到地面水源增多的时候;(2)根据与地面水文气象相适应的时候,即选择降水量极少,地表径流接近停止的时候。因此,每一水文年度的开始日期是不同的,但为便于整编计算起见,实际划分时仍以某一月的第一日作为年度开始日期。
蒸发:指水或雪转化成水汽的一种物理过程。
汛期:指江河中由于流域内季节性或周期性降雨、融冰、化雪而引起的水位流量上涨时期。
枯水期:亦称枯水季。指流域内地表水流枯竭,主要依靠地下水补给水源的时期。在一年内枯水期历时久暂,随流域自然地理及气象条件而异。
地下水:指存在于地表面以下岩土孔洞与缝隙之间的水。
典型年:指在较长的水文系列中,具有代表性径流特征的丰水、平水、枯水年份。
水量平衡:指一个流域、地区或一个水体在任一时段内(如时、日、月、年等)输入水量(即来水)扣除输出水量(即去水)等于该范围的蓄水变量,也即水循环过程的收支平衡关系。
径流调节:指通过水库来控制河道流量变化,使之按各用水部门的需要调节分配河川径流过程。
水文资料:指从实地调查、观测及计算研究所得与水文有关的各项资料。例如降水量、蒸发量、水位、流量、含沙量等,以及从这些资料求得在一定时期内的最大值、最小值、平均值、总量、过程线和等值线等。
水文调查:为了水文分析计算、水利规划、水文预报以及其它工农业生产部门的需要而进行的野外查勘、试验,并向有关部门搜集资料的工作。其目的是补充水文基本站网定位观测之不足。调查内容包括:水文要素(水位、流量、含沙量、土壤含量、下渗等),气候特征(降水、蒸发、气温、湿度、风等),流域自然地理(地形、地质、水系、分水线、土壤、植被等),河道情况(河宽、水深、弯道、建筑物等),人类活动(水利、水土保持措施、土地利用、工农业用水等)以及水旱灾情,社会经济状况等方面。另外,在某些情况下,为了专门的目的,也可以组织专门的水文调查,例如洪水调查,主要是查清历史洪水的痕迹、发生的日期和情况以及河道情况、估算洪峰流量、洪水总量及发生的频率等。
水文年鉴:供各有关部门参考用的,分年刊印的各省、流域、水系水文整编资料成果。主要内容包括刊布说明,测站一览表与分布图,测站的考证资料,水位、流量、泥沙、降水、蒸发、地下水位等资料。一般均整编成逐日平均值表、月统计表、综合过程线图、等值线图等。
流域和水系:流域是地表水与地下水分水线所包围的集水区或汇水区,因地下水分水线不易确定,习惯上将地表水的集水区称为流域。河道干流的流域是由所属各级支流的流域所组成。流域面积的确定,可根据地形图勾出流域分水线,然后求出分水线所包围的面积。河流的流域面积可以计算到河流的任一河段,如水文站控制断面,水库坝址或任一支流的汇合口处。流域里大大小小的河流,构成脉络相通的系统,称为河系或水系。
河流的分段及其特点:每条河流一般都可分为河源、上游、中游、下游、河口等五个分段。
(1)河源。河流开始的地方,可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊等。
(2)上游。直接连着河源,在河流的上段,它的特点是落差大,水流急,下切力强,河谷狭,流量小,河床中经常出现急滩和瀑布。
(3)中游。中游一般特点是河道比降变缓,河床比较稳定,下切力量减弱而旁蚀力量增强,因此河槽逐渐拓宽和曲折,两岸有滩地出现。
(4)下游。下游的特点是河床宽,纵比降小,流速慢,河道中淤积作用较显著,浅滩到处可见,河曲发育。 (5)河口。河口是河流的终点,也是河流流入海洋、湖泊或其它河流的入口,泥沙淤积比较严重。
河流的断面: 河流的断面分为纵断面及横断面。
(1)纵断面。沿河流中线(也有取沿程各横断面上的河床最低点)的剖面,测出中线上(或河床最低点)地形变化转折点的高程,以河长为横座标,高程为纵座标,即可绘出河流的纵断面图。纵断面图可以表示河流的纵坡及落差的沿程分布。
(2)横断面。河槽中某处垂直于流向的断面,称为在该处河流的横断面。它的下界为河底,上界为水面线,两侧为河槽边坡,有时还包括两岸的堤防。横断面也称为过水断面,它是计算流量的重要参素。
水尺与水位:水尺是直接观读江河、湖泊、水库、灌渠水位的标尺。水尺的历史悠久,直至现代仍在广泛使用。
河流或者其它水体的自由水面离某一基面零点以上的高程称为水位。水位的单位是米,一般要求记至小数2位,即0.01m。以水位为纵轴,时间为横轴,可绘出水位随时间的变化曲线,称为水位过程线。
基面: 变化曲线基面是指计算水位和高程的起始面。在水文资料中涉及的基面有:绝对基面、假定基面、测站基面、冻结基面等四种。
(1)绝对基面。是将某一海滨地点平均海水面的高程定义为零的水准基面。我国各地沿用的水准高程基面有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面,为中国第一个国家高程系统,从而结束了过去高程系统繁杂的局面。但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列(1950年~1956年)较短等原因,中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面,以青岛验潮站1952年~1979年的潮汐观测资料为计算依据,并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点,得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为:
1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。
1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用,1956年黄海高程系同时废止。
(2)假定基面。为计算测站水位或高程而暂时假定的水准基面。常在水文测站附近没有国家水准点,而一时不具备接测条件的情况下使用。
(3)测站基面。是水文测站专用的一种假定的固定基面。一般选为低于历年最低水位或河床最低点以下0.5m~1.0m。
(4)冻结基面。也是水文测站专用的一种固定基面。一般测站将第一次使用的基面冻结下来,作为冻结基面。
流速是指水流质点在单位时间内所通过的距离。渠道和河道里的水流各点的流速是不相同的,靠近河(渠)底、河边处的流速较小,河中心近水面处的流速最大,为了计算简便,通常用横断面平均流速来表示该断面水流的速度。
径流与径流量: 流域地表面的降水,如雨、雪等,沿流域的不同路径向河流、湖泊和海洋汇集的水流叫径流。在某一时段内通过河流某一过水断面的水量称为该断面的径流量。径流是水循环的主要环节,径流量是陆地上最重要的水文要素之一,是水量平衡的基本要素。
径流量的表示方法及其度量单位
(1)流量Q 。指单位时间内通过某一过水断面的水量。常用单位为立方米每秒(m3/s)。各个时刻的流量是指该时刻的瞬时流量,此外还有日平均流量、月平均流量、年平均流量和多年平均流量等。
(2)径流总量W。时段Δt内通过河流某一断面的总水量。以所计算时段的时间乘以该时段内的平均流量,就得径流总量W,即W=QΔt。它的单位是立方米(m3)。以时间为横坐标,以流量为纵坐标点绘出来的流量随时间的变化过程就是流量过程线。流量过程线和横座标所包围的面积即为径流量。
(3)径流深R。指计算时段内的径流总量平铺在整个流域面积上所得到的水层深度。它的常用单位为毫米(mm)。
若时段为Δt(s),平均流量为Q(m3/s),流域面积为A(km2),则径流深R(mm)由下式计算:
R=QΔt / (1000A)
(4)径流模数M。一定时段内单位面积上所产生的平均流量称为径流模数M。
它的常用单位为m3/(s.km2),计算公式为:
M=Q/A
(5)径流系数α。为一定时段内降水所产生的径流量与该时段降水量的比值,以小数或百分数计。
径流的形成过程: 从降雨到达地面至水流汇集、流经流域出口断面的整个过程,称为径流形成过程。
径流的形成是一个极为复杂的过程,为了在概念上有一定的认识,可把它概化为两个阶段,即产流阶段和汇流阶段。
1.产流阶段。当降雨满足了植物截留、洼地蓄水和表层土壤储存后,后续降雨强度又超过下渗强度,其超过下渗强度的雨量,降到地面以后,开始沿地表坡面流动,称为坡面漫流,是产流的开始。如果雨量继续增大,漫流的范围也就增大,形成全面漫流,这种超渗雨沿坡面流动注入河槽,称为坡面径流。地面漫流的过程,即为产流阶段。
2.汇流阶段。降雨产生的径流,汇集到附近河网后,又从上游流向下游,最后全部流经流域出口断面,叫做河网汇流,这种河网汇流过程,即为汇流阶段。
潮汐:在太阳和月球引潮力作用下,地球表面的大气圈、海水和地壳发生周期性相对运行的现象,称为潮汐。这些相对运行分别称为大气潮汐、海洋潮汐和地壳潮汐。由于地球、月球和太阳三者运行的相对位置周期性变化,潮汐的大小和涨落时间逐日不同。又因各地纬度不同和受地形、水文、气象等因素的影响,各地潮汐也有差异和各自的变化。月球距地球较近,其引潮力为太阳的2.17倍,故潮汐现象主要随月球的运行而变。
潮汐的分类:潮汐类型按周期不同,可分为日周潮、半日周潮和混合潮。在一个太阴日(约24h50min)内发生一次高潮和一次低潮的现象称为全日周潮;发生两次高潮和两次低潮的现象称为半日周潮。在半日周潮海区中,如两次高潮和低潮的潮位、涨落潮历时不等,且通常半月中有数天出现全日周潮的现象,称为混合潮。混合潮又可分为不正规日周潮和不正规半日周潮。各地潮汐的类型,可根据主要太阴日分潮与主要太阴半日分潮的平均潮高的比值来确定。
潮位:受潮汐影响周期性涨落的水位称潮位,又称潮水位,中国通常以黄海基面作为水位高程的零点。
(1)平均潮位。逐时观测记录潮位的平均值。某一定时期(一日,一月,数月,一年或多年等)的平均潮位称该时期的平均海面。潮汐具有18.61年长周期的变化,因此,一般以19年的观测资料求得潮位平均值。
(2)平均高潮位。某一定时期内的高潮位的平均值。
(3)平均低潮位。某一定时期内的低潮位的平均值。
(4)最高潮位。某一定时期内的最高高潮位值。
(5)最低潮位。某一定时期内的最低低潮位值。
(6)设计高潮位。工程设计采用的高潮位值,一般采用设计重现期相应于的高潮位值。
(7)设计低潮位。工程设计采用的低潮位值,一般采用设计重现期相应于的低潮位值。
潮差:在一个潮汐周期内,相邻高潮位与低潮位间的差值,又称潮幅。潮差大小受引潮力、地形和其他条件的影响,随时间及地点而不同。中国沿海潮差分布的趋势是东海沿岸最大,渤海、黄海次之,南海最小。
(1)平均潮差。某一定时期内的潮差的平均值,是潮汐的一个重要特征值。中国东海沿岸平均潮差约5m,渤海、黄海约2m~3m,南海小于2m。
(2)最大潮差。某一定时期内的潮差的最大值,是潮汐的一个重要工程特征值。中国著名的钱塘江河口潮汐,最大潮差近9m。世界上最大潮差发生在加拿大的芬地湾,达19.6m。
(3)最大可能潮差。由天文因素决定的最大可能出现的潮差。
(4)最小潮差。某一定时期内的潮差的最小值。
天文潮和气象潮及风暴潮
    潮位一般由天文潮和气象潮两部分组成的。
    天文潮是地球上海洋受月球和太阳引潮力作用所产生的潮汐现象。它的高潮和低潮潮位和出现时间具有规律性,可以根据月球、太阳和地球在天体中相互运行的规律进行推算和预报。
    气象潮是由水文气象因素(如风、气压、降水和蒸发等)所引起的天然水域中水位升降现象。除因短期气象要素突变,如风暴所产生的水位暴涨暴落(风暴潮)外,气象潮一般比天文潮小。
    风暴潮是由气压、大风等气象因素急剧变化造成的沿海海面或河口水位的异常升降现象。风暴潮是一种气象潮,由此引起的水位升高称为增水,水位降低称为减水。风暴潮可分为两类:一类是由热带气旋引起的;另一类是由温带气旋引起的。

                                                                            责编:远长城

 


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