ch4湖泊与沼泽-PPT课件.ppt
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1、Hydrologic Science11第4章 湖泊与沼泽Hydrologic Science一、湖泊概述湖泊:陆地表面具有一定规模的天然洼地的蓄水体系,是湖盆、湖水以及水中物质共同构成的自然综合体。湖泊主要通过入湖河川径流、湖面降水和地下水而获得水量。湖泊分为不流通湖(无地表或地下出水口)和流通湖(有地表或地下出水口)两类。1 湖泊与水库湖泊与水库不流通湖的湖水由于蒸发耗损而导致湖水含盐量增加。流通湖的湖水通过地表或地下径流流走。湖水量收支的净差额,随着入流量和出流量的周期性或非周期性变化而变化,这种差额引起了湖水位的变化。湖水水位通常在雨季或稍后上升,蒸发旺季下降。以冰川融水为主要补给的湖
2、泊,水位的变化既与热季又与雨季相应。1 湖泊与水库湖泊与水库在地表水循环过程中,湖泊具有重要作用:有的湖泊是河流的源泉,起着水量贮存与补给的作用,如鸭绿江、图们江、松花江。有的湖泊(与海洋沟通的外流湖)是河流的中继站,起着调蓄河川径流的作用,如鄱阳湖,太湖,洪泽湖,巢湖,洞庭湖。有的湖泊(与海洋隔绝的内陆湖)是河流的终点、河水的汇集地,构成了局部的水循环,如青海湖、甘肃的罗布泊、西藏三大圣湖(纳木错、羊卓雍错、玛旁雍错)。1 湖泊与水库湖泊与水库全球陆地表面湖泊总面积约270万km2,约占全球大陆面积的1.8,其水量约为地表河流溪沟蓄水量的180倍,是陆地表面仅次于冰川的第二大水体。世界上湖泊
3、最集中的地区为古冰川覆盖过的地区,如芬兰、瑞典、加拿大和美国北部。我国也是一个多湖泊的国家,面积1km2的湖泊有2300余个,湖泊总面积为71787km2,占全国总面积的8左右。我国湖泊的分布以青藏高原和东部平原最为密集。1 湖泊与水库湖泊与水库 1、湖泊的成因分类 天然湖盆是在地球内、外力相互作用下形成的。以内力作用为主形成的湖盆,主要有构造湖盆、火山口湖盆和阻塞湖盆等;以外力作用为主形成的湖盆,主要有河成、风成、冰成、海成、溶蚀等不同类型的湖盆。1)构造湖:由于地壳的构造运动(如断裂、断层、地堑等)凹陷形成,其特点是湖岸平直、狭长、湖下陡峻,深度大,如贝加尔湖、洱海等。1 湖泊与水库湖泊与
4、水库2)火山口湖:火山喷发停止后,火山口成为积水的湖盆,其特点是外形近圆形或马蹄形,深度较深,如长白山天池、湛江湖光岩等(玛珥湖区别于其它火山口湖的特点是平地爆发,蒸汽、泥石同时喷发后形成火山口)。3)堰塞湖:包括熔岩堰塞湖与山崩堰塞湖。前者为火山爆发熔岩流阻塞河道形成,如镜泊湖、五大连池等;后者为地震、山崩导致河道阻塞所成,其存在时间往往不长即被河水冲毁而恢复原河道,如5.12四川地震形成的堰塞湖。1 湖泊与水库湖泊与水库4)河成湖:由于河流的改道、截弯取直、淤积等而成,其外形多是弯月形或牛轭形,故又称牛轭湖,水深一般较浅,如湖北的尺八口、白露湖、排湖,内蒙古的乌梁素海等。1 湖泊与水库湖泊
5、与水库5)风成湖:由于风蚀洼地积水而成,多分布在干旱或半干旱地区,湖水较浅,面积、大小、形状不一,矿化度较高。如我国内蒙古巴丹吉林沙漠的高大沙山之间的低地上分布有百余个风成洼地湖,面积一般不超过0.5km2,最大的伊和扎格德海子,面积只有1.5km2,最大水深6.2m。6)冰成湖:由古代冰川或现代冰川的刨蚀或堆积作用形成的湖泊,即冰蚀湖与冰碛湖,特点是大小、形状不一,常密集成群分布,例如芬兰、瑞典、北美洲及我国西藏的一些湖泊等。1 湖泊与水库湖泊与水库7)海成湖(又称海迹湖):在浅海、海湾及河口三角洲地区,由于沿岸流的沉积、使沙嘴、沙洲不断发展延伸,最后封闭海湾部分地区形成泻湖,泻湖再经淡化后
6、形成,如杭州西湖。8)岩溶湖:由于地表水及地下水溶蚀了可溶性岩层所致,形状大多呈圆形或椭圆形,水深较浅,如贵州的草海。1 湖泊与水库湖泊与水库2、按湖水与海洋沟通情况分类u 外流湖:湖水能通过出流河汇入大海的湖泊。外流湖的水文特征:补给主要来自入湖径流,主要损耗是出湖径流湖面降水、蒸发、渗漏所占比例较小湖泊对河川径流有明显的调节作用,使下游河流水位变化相对平缓外流湖最高水位多出现在雨季,最低水位出现在少雨或引用湖水最多的季节如鄱阳湖、洞庭湖都是外流湖1 湖泊与水库湖泊与水库u 内陆湖:与海隔绝、湖水不能通过出流河汇入大海的湖泊。我国的内陆湖泊主要分布在内蒙、新疆、甘肃、青海及西藏内流地区,如青
7、海湖、罗布泊等。所处地区远离海洋,气候干燥,因此其水文特征为:补给主要靠入湖径流,损耗主要是湖面蒸发有些内陆湖泊因补给量小,蒸发强烈,致使湖水逐渐浓缩,形成咸水湖或盐湖由于干旱和上游用水量的增加,入湖水量减少,很多内陆湖萎缩甚至干涸,如著名的居延海和罗布泊等早已干涸。1 湖泊与水库湖泊与水库3、按湖水矿化度分类按湖水矿化度分类(实际上主要是按湖水含盐度的大小),分为淡水湖、微咸水湖、咸水湖及盐水湖四类。矿化度指水中溶解成分的总量,包括溶解于水中的各种离子、分子、化合物,但不包括悬浮物和溶解气体。矿化度以“克/升”表示。测定矿化度的方法一般是将一升水加热到105110,使水全部蒸发,剩下的残渣质
8、量即是水的矿化度。1 湖泊与水库湖泊与水库 外流湖大多为淡水湖(如鄱阳湖、洞庭湖、太湖等),内陆湖则多为咸水湖、盐水湖(如纳木错、青海湖、运城盐湖等)。类类 型型矿化度(克矿化度(克/升)升)淡水湖淡水湖1 1微咸水湖微咸水湖1 12424咸水湖咸水湖24243535盐水湖盐水湖35351 湖泊与水库湖泊与水库三、湖水的温度三、湖水的温度湖水吸收太阳能而增温。据观测,湖水表层1m左右吸收了80左右的辐射能,且部分能量被靠近水面20cm的水层所吸收,只有1的能量能达到10m深处。可见,太阳辐射主要提高了湖水表层温度,而湖泊深处的热量交换则主要是通过涡动、对流混合来进行的。湖泊水温的年内变化,分为
9、春夏增温期和秋冬冷却期,与当地气温变化息息相关。但其年内最高、最低水温的时间,大约比气温晚一个月左右,温度变化幅度也比气温变幅小,且湖水温度的年变幅随水深增加而递减。1 湖泊与水库湖泊与水库湖泊水温沿垂线分布主要有两种情况:1)正温层:指湖水温度随水深增加而降低,即湖泊的上层水温较高、下层温度较低,但均不低于4。1 湖泊与水库湖泊与水库 具有正温层分布的湖水稳定性较好,湖水不易发生涡动和混合。分布在热带和亚热带地区的湖泊,全年都具有正温层分布的特点,而分布在温带和暖温带的湖泊,仅在夏季呈现正温层分布。1 湖泊与水库湖泊与水库2)逆温层:指湖水温度随水深增加而升高,即上层水温低、下层水温高,但不
10、高于4。温带湖泊在冬季多出现水温的逆温层;高山和极地湖泊的水温常年低于4,都为逆温层。四、湖水运动四、湖水运动 湖水在风力、重力、密度梯度力的作用下,会发生各种形式的运动。1 湖泊与水库湖泊与水库进退运动升降运动混合湖流增减水波浪波漾(定振波)1、混合运动 湖中的水团或水分子在水层之间相互交换、移动的现象。混合过程中,湖水的热量、动量、质量及溶解质等,从平均值较大的水域向较小的水域转移,使湖水表层吸收的辐射能及其它理化特性传到深处,并使湖底的营养盐类传到表层。1 湖泊与水库湖泊与水库2、波浪 水质点在外力作用下,在其平衡位置附件做周期性的振动运动,振动的传播就形成波浪。波浪出现时波形向前传播,
11、水质点只围绕平衡位置运动,本身并不向前运动。湖泊中的波浪主要由风引起,因此又称作风浪。湖泊风浪的产生与发展,取决于风速、风向、吹程及其作用的持续时间、水深、湖盆等。其它因素,如船行、湖面气压突变、湖底地震等也会引起波浪,但这是次要、较少发生的。1 湖泊与水库湖泊与水库3、湖流 在浅水湖,因受湖底影响,风浪发展和停止时间都不长,波高达到最大值较快,消失也快。一般在风停12h后湖面恢复平静。在深水湖,随水深增大而风浪减弱,在湖底不产生波浪,风浪的发展和停息也需较长的时间。在特定外力的作用下,湖水沿一定方向的运动即为湖流。按其形成的原因,湖流可以分为风成湖流、重力流、密度流。1)风成湖流:由湖面上大
12、气运动的风力将动量传给湖水而引起的水质点运动,也叫漂流。1 湖泊与水库湖泊与水库 漂流能使湖水向一侧岸边拥聚,造成水位上升,而另一岸则水位下降,于是发生沉降流与上升流来使湖水平衡,这就是风成环流。2)密度流:由于水温、湖水含沙量、含盐量等的不同、变化而产生的水平压力梯度力引起的水质点的运动形式。如湖水温度变化时,在增温期,沿岸水温较湖心增加快,因此沿岸湖水密度相对较小,密度的压力梯度从湖心指向沿岸,湖中形成表层水流反向的两个方向相反的环流。1 湖泊与水库湖泊与水库 在降温期,沿岸水温较湖心冷却快,沿岸湖水密度相对较大,密度的压力梯度由岸边指向湖心,湖中形成表层水流相向的两个方向相背的环流。3)
13、重力流:由于进出湖泊的河水使得湖水面倾斜产生重力水平分力而引起的水质点运动。4、定振波(波漾)湖泊整体或局部水域,由于风力、气压突变、地震等影响,发生周期性的垂直升降运动称为波漾,也称驻波、定振波。1 湖泊与水库湖泊与水库 定振波表面不发生升降的点称作波节(振节、节),如图中N点。波节两边水位有节奏地升降变化着。两个波节间水位垂直升降变化的最大幅度处称为波腹(图a中ab和cd),湖泊定振波既有单节的,也有双节或多节的。影响定振波波腹大小、周期长短的主要因素是湖盆形态、面积和湖水深度等。1 湖泊与水库湖泊与水库 面积小、深度大的湖泊,定振波周期短、水位变幅也大;反之则周期长、变幅小。例如,日内瓦
14、湖湖长72km,平均水深173m,其定振波平均周期为73min,最大波腹可达2m;而匈牙利巴拉顿湖长76km,平均水深仅3m,其定振波平均周期长达1012h。同一湖泊也可能有不同变幅和不同周期的定振波。如,洱海长41.4km,平均宽6.3km,平均水深10.5m,测得有两种定振波周期,167.5min和19.5 min,而振幅相应为70mm与16mm。分析表明,定振波周期和振幅的突变,与大气压力、降水和风场分布的突变有关。1 湖泊与水库湖泊与水库5、增水与减水 由于强风或气压骤变引起的漂流,使湖泊迎风岸水量聚积,水往上涨,背风岸水往下降,前者称为增水,后者为减水。一岸增水,一岸减水,必然造成两
15、岸水位差,湖面变成倾斜状态。倾斜的湖面反过来又阻滞着漂流作用,并在水下形成与漂流流向相反的补偿流。1 湖泊与水库湖泊与水库 增减水时湖水水位变幅的大小决定于风力的强弱、湖盆的形态、湖水的深度(反比关系)等。通常浅水湖远大于深水湖,例如,平均水深为10.5m的洱海,实测到的增减水水位变幅一般仅8090mm,这与该湖的风速较小也有关。而平均水深仅1.9m的太湖,在强风作用下增减水位变幅一般为2030mm,如遇台风,变幅增大,如1956年8月1日全湖水位不变的情况下,迎风岸新塘和背风岸胥口水面一升一降,相差达到2.45m。五、水库五、水库水库是人们按照特定目的,在河道上建坝或堤堰以创造蓄水条件而形成
16、的人工湖泊。据统计,全世界已建和在建水库的总库容量大约5万多亿m3,水库总面积约40万km2。我国是世界上水库最多的国家,已建的大中小型水库约86800座,总库容约4169亿m3。我国还有库容在10万m3以下的塘坝630多万个,如此众多的水库塘坝,对我国的生态环境有着显著的影响。1 湖泊与水库湖泊与水库109总库容/m3塘坝小二型小一型中型大型巨型水库类型109总库容/m3塘坝小二型小一型中型大型巨型水库类型1 湖泊与水库湖泊与水库1、水库拦蓄地表径流、减少入海流量,改变了流域内水量平衡要素的对比关系。2、筑坝拦水后,坝的上游库区水位拥高,使流速逐渐减缓,引起泥沙淤积,水体由河流变成了人工湖泊
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