内容正文:
第四章 第一节 陆地水体间的相互关系 讲义
◆ 本讲概要
本节围绕一个核心问题展开:陆地上的河流、湖泊、地下水、冰川、沼泽等水体并不是彼此孤立的,它们通过补给、排泄、蒸发、下渗等环节不断进行着物质与能量的交换,共同构成陆地水系统。
学习路径:先认识陆地水体的类型与水源补给的概念 → 掌握五种主要补给类型的特征与判读方法 → 理解河流与湖泊、河流与地下水之间的动态补给关系 → 能用流量过程线、气候资料、区域地图综合分析具体河段。
考试落点:河流补给类型的判断(读图题高频)、河流与湖泊(地下水)的互补关系、流量过程线与气候的对应、人类活动对水体关系的影响。
一、学习目标
◆ 学习目标
1. 说出陆地水体的主要类型,理解陆地水体之间具有相互补给与相互制约的关系。
2. 结合气候资料与流量过程线,判读雨水、季节性积雪融水、冰川融水、湖泊水、地下水等补给类型及其特点。
3. 运用图文资料,说明河流与湖泊、河流与地下水之间补给的方向如何随水位变化而改变。
4. 通过分析新加坡、鄱阳湖、河西走廊等典型案例,理解区域差异对水体关系的深刻影响。
5. 树立水资源整体观,说明人类活动(筑坝、跨流域调水、围湖造田、超采地下水等)如何改变天然的水体关系。
二、陆地水体的类型与整体联系
(一)陆地水体的主要类型
陆地水体是陆地上各种水体的总称,是自然界水循环的重要环节,也是人类生产和生活用水的主要来源。按其空间存在形式,可分为地表水和地下水两大类,具体类型如下表所示。
水体类别
主要类型
基本特征
地表水
河流水、湖泊水、冰川水、沼泽水、土壤水
更新较快,受气候与地形影响明显,是最活跃的陆地水体
地下水
潜水(浅层地下水)、承压水(深层地下水)
更新较慢,水量稳定,受地质构造和补给区条件制约
固态水
大陆冰川、山岳冰川、多年积雪、冻土水分
以固体形式长期储存,对河流补给具有明显的季节与年际滞后
在这众多水体中,河流是连接其他各类水体的“纽带”。一条河流的水量,来自降水、冰雪融水、湖泊和沼泽的调蓄、地下水的稳定供给等多方面,因此河流流量过程往往最能综合反映一个区域的水体相互关系。
1. 河流的补给
河流补给是指河水的重要来源。不同地区的气候、地形、地质条件不同,河流的补给来源也不同。有的河流以雨水补给为主,有的以内陆冰川融水补给为主,还有的河流同时接收多种补给,形成复杂的“混合型”补给。
图1 陆地水体及其相互关系示意图(据湘教版教材绘制,示意河、湖、地下水之间的连通)
读图要点:
大气降水是最普遍、最重要的补给来源,多数河流主要靠降水补给。
高山地区的河流还接受冰川和积雪融水补给,其水量变化与气温密切相关。
湖泊、沼泽对河流水量起调节作用,地下含水层则在枯水期为河流提供稳定基流。
各类水体通过蒸发、下渗、径流等环节联系在一起,形成一个不断运动、相互转化的整体。
图2 陆地水体的循环与补给关系示意图
2. 河流的补给类型及其特征
判断一条河流的补给类型,最直接的方法是把流量过程线与当地气温、降水量的季节变化对照起来看。不同补给类型的河流,其流量过程线形态有明显差异。
补给类型
主要影响因素
流量特征
典型地区
雨水补给
降水量的季节变化
与降水同步,涨落快,季节变化大
我国东部季风区、新加坡等热带雨林气候区
季节性积雪融水补给
气温回升、积雪量
春季形成明显春汛,水量集中
东北山区(如松花江)
冰川融水补给
气温、日照
夏季高温时水量大,冬季断流,年际变化小
西北内陆河(塔里木河、疏勒河、黑河等)
湖泊水补给
湖泊蓄水量与水位
使下游河流流量更平稳
鄱阳湖对长江、洞庭湖对湘江等
地下水补给
含水层水位
补给稳定、均匀,是河流的“基流”
各河流枯水期普遍接受
▍ 判读口诀:降水多的月份水就多——雨水补给;气温高的月份水才多——冰雪融水补给;全年水量平稳、季节变化小——地下水补给占主导。
三、三种典型补给类型的判读
(一)雨水补给——以我国东部季风区河流为例
图3 我国东部主要河流流量年变化曲线
读图分析:
我国东部季风区河流以雨水补给为主,降水量从南向北逐渐减少,河流径流量也呈由南向北递减的趋势。
秦岭—淮河以南河流(如长江、珠江)雨季长、降水量大,流量大且汛期长,珠江汛期一般为4—9月,长江为5—10月。
秦岭—淮河以北河流(如黄河、海河)受夏季风影响时间较短,降水量较小,河流流量较小、汛期较短。
流量曲线与降水量的季节变化高度一致,说明河流径流量随降水量的变化而变化。
(二)季节性积雪融水补给——以东北河流为例
我国东北地区冬季漫长严寒,积雪量大。春季气温回升、积雪融化,河流出现明显的春汛;到了夏季,雨水补给又使河流形成夏汛,因此松花江、黑龙江等河流一年内往往有两次汛期。
对比要点:
积雪融水补给型河流,春季流量陡升形成春汛,随后气温虽高但积雪已消融殆尽,流量回落。
雨水补给型河流,流量峰值出现在降水最集中的夏秋季节。
同一河流兼有两类补给时,一年可出现“春汛+夏汛”的双峰型流量过程线。
(三)冰川融水补给——以西北内陆河为例
我国西北地区气候干旱,高大山脉(天山、昆仑山、祁连山等)发育的冰川成为河流的重要水源。这类河流的水量变化主要取决于气温,而不是降水量。
图4 祁连山脉冰川融水补给示意
图5河西走廊及其内陆河水系(黑河、疏勒河等以高山冰雪融水补给为主)
分析:
冰川融水补给的河流,夏季气温最高时融水量最大,河流出现汛期;冬季气温低,融水几乎停止,部分河流甚至出现断流。
这类河流流量的年际变化较小(气温年际变化小),但季节变化很大,属于“夏汛冬枯”型。
以冰川融水为主要补给的河流多属内流河,流程较短,最终消失于沙漠或注入内陆湖泊,如塔里木河、黑河、疏勒河等。
四、河流与湖泊的互补关系
河流与湖泊之间的联系十分密切。一方面,湖盆由河流侵蚀或地壳运动、冰川作用等形成;另一方面,河流与湖泊之间又存在着随水位高低而改变的相互补给。
(一)湖泊对河流的调蓄作用
湖泊具有储存和调节河流水量的作用。当河流水量增大、水位升高时,河水注入湖泊,削减洪峰;当河流进入枯水期、水位下降时,湖泊水又补给河流,使河流流量趋于平稳。因此,有湖泊调蓄的河流,其流量过程线往往更为平缓。
图6 湖泊—河流剖面及潜水井、承压井分布示意图
(二)典型案例:鄱阳湖与长江
鄱阳湖是我国面积最大的淡水湖,位于江西省北部,接纳赣江、抚河、信江、饶河、修水五河来水,经湖口汇入长江。鄱阳湖与长江之间存在着随季节水位变化而改变的互补关系。
补给方向随水位而改变:
洪水期(夏秋季):长江干流水位高于鄱阳湖,长江水补给鄱阳湖,部分江水倒灌入湖,湖泊面积扩大。
枯水期(冬春季):鄱阳湖水位高于长江,湖水注入长江,鄱阳湖补给长江。
这种“江湖互济”的关系对长江中下游的水量平衡、防洪与水资源调配具有重要意义。
拓展认识:
鄱阳湖在枯水期呈现大面积洲滩裸露的湖盆形态,说明湖泊水量受入湖径流与长江水位的双重控制。
近年来鄱阳湖枯水期提前、水位偏低,除降水偏少外,与长江上游水库群调度、河道冲刷、流域用水增加等人类活动密切相关。
(三)案例:赣江外洲站流量变化
赣江是鄱阳湖水系的最大河流,其外洲水文站的流量变化曲线能够反映流域内降水集中的季节特点,并与鄱阳湖的水位涨落、江湖补给方向的变化相互印证。分析外洲站流量曲线,可以读出汛期起止时间、洪峰出现的月份以及枯水期与长江补给关系发生转换的时段。
▍ 方法小结:分析河流与湖泊关系的一般步骤
比较河流与湖泊同一时段的水位高低,判断补给方向。
结合降水与气温资料,判断河流的补给类型与汛期成因。
关注人类活动(筑坝、围湖造田、跨流域调水等)对天然补给关系的影响。
五、河流与地下水的补给关系
河流与地下水之间存在着密切的联系,两者之间的补给方向取决于河流水位与地下水位的相对高低。
(一)地下水的基本类型
地下水按埋藏条件可分为潜水和承压水两大类。潜水埋藏在第一个隔水层之上,有一个自由水面(潜水面);承压水埋藏在两个隔水层之间,承受一定的静水压力,当钻孔打穿上覆隔水层时,承压水可沿钻孔上升到一定的高度。
类型
埋藏条件
主要特点
潜水
第一个隔水层之上,有自由水面
分布广、埋藏浅,易受污染,是浅层地下水的主要来源
承压水
两个隔水层之间,承受静水压力
埋藏深、不易受污染,水量稳定,承压时可自流
(二)河流水与地下水的相互补给
河床与河岸含水层之间存在着水力联系,两者之间的补给方向由河水位与地下水位的相对高低决定。
图7 丰水期与枯水期河水、地下水补给关系示意图
▍ 补给方向的判定原则
丰水期(汛期):河流水位高于两岸地下水位,河流水补给地下水(“河水补给潜水”)。
枯水期:河流水位低于两岸地下水位,地下水补给河流(“潜水补给河水”),成为河流稳定的基流。
全年绝大多数时间河水与地下水都保持相互补给,只是补给方向随季节发生转换。
若河流被污染,在河水补给地下水的时段,污染物容易渗入地下含水层,造成地下水污染。
拓展认识:
黄河下游因河床泥沙淤积形成“地上河”,河床高于两岸地面,全年都是河水补给地下水,地下水无法补给河水。
过量开采地下水会使地下水位下降,导致地面沉降、海水入侵(沿海)、泉水干涸等一系列环境问题。
六、典型案例剖析
案例一:新加坡的水资源困境与破解
新加坡位于马来半岛南端,由新加坡岛及附近小岛组成,属于热带雨林气候,全年高温多雨,年降水量在2000毫米以上。从气候条件看,新加坡并不“缺水”,但实际可利用的淡水资源却十分有限。
◆ 新加坡“缺水”的原因
国土面积狭小(约700多平方千米),河流短小、流域面积有限,地表水难以大量储存。
人口密集、经济发达,生产与生活需水量大。
岛屿集水面积有限,淡水资源储备能力不足。
破解之道:
修建蓄水池与水库,把雨水就地拦蓄,提高本地水源的保障能力。
实施海水淡化,把海水资源转化为生产生活用水。
推进水资源的循环利用,实现污水再生回用(“新生水”技术)。
与邻国签订购水协议,进口淡水,多渠道保障供水。
▍ 新加坡案例的启示
“水资源丰富”要看多年平均降水总量,但“水资源是否充足”还取决于流域面积、河湖的蓄存能力、人口与产业需水、以及水资源开发利用的技术与管理水平。衡量一个国家或地区水资源丰歉程度,通常用多年平均径流总量作指标。
案例二:汨罗江流域的水系与补给
汨罗江位于湖南省东北部,发源于湘赣交界的幕阜山区,流经平江县、汨罗市,注入洞庭湖,属于洞庭湖水系、长江二级支流。汨罗江流域属亚热带季风气候,夏季高温多雨,降水是河流最主要的补给来源。
图8 湖南汨罗江平江段航拍实景
图 9 洞庭湖流域及主要水利枢纽分布图
读图分析:
汨罗江支流众多、流程较短,流域内地势起伏较大,暴雨时汇流快,河水暴涨,易引发山洪与地质灾害。
河流水量季节变化明显,夏季受锋面雨和台风雨影响,形成汛期;冬季降水少,河流进入枯水期。
汨罗江经洞庭湖汇入长江,在丰水期湖水可补给长江,在枯水期长江水也可倒灌入湖,影响汨罗江下游的水位。
案例三:河西走廊的绿洲与内陆河
河西走廊位于甘肃省西北部,南靠祁连山、北临内蒙古高原,是青藏高原向蒙古高原的过渡地带。祁连山发育的冰川与积雪为走廊内的石羊河、黑河、疏勒河等内陆河提供了宝贵水源。
要素
特征
对水体的影响
气候
温带大陆性干旱气候,降水稀少、蒸发旺盛
河流补给以冰雪融水为主,降水补给为辅
地形
走廊南北高、中间低,绿洲沿河分布
水资源分布极不均匀,绿洲依赖河流补给
河流
多为内流河,流程短、季节变化大
夏季融水形成汛期,冬季水量锐减
人类活动
灌溉农业、城市用水需求大
过度用水导致下游河湖萎缩、生态退化
图10 长江与洞庭湖、鄱阳湖超警水位分布示意图
规律总结:
内陆河流域的河流、湖泊、绿洲、地下水构成一个相对封闭的水系统,上游用水增加会直接减少下游来水。
祁连山冰雪融水是河西走廊绿洲的生命线,气候变暖导致冰川退缩,短期内融水增加、长期则水源趋于减少。
合理分配上下游用水、发展节水农业、保护山区水源地,是维系内陆河流域可持续发展的关键。
七、本节知识小结
◆ 核心结论
1. 陆地水体包括地表水与地下水两大类,河流是联系其他水体的纽带,各类水体通过蒸发、下渗、径流等环节相互转化、相互补给。
2. 河流补给类型主要有雨水、季节性积雪融水、冰川融水、湖泊水和地下水五种,判读时要对照流量过程线与气温、降水量的季节变化。
3. 雨水补给:流量随降水同步变化;冰雪融水补给:流量随气温变化,夏季为汛期;地下水补给:稳定均匀,是河流的基流。
4. 河流与湖泊:丰水期河水补给湖泊(或长江倒灌入湖),枯水期湖泊水补给河流,两者相互调蓄。
5. 河流与地下水:丰水期河水补给地下水,枯水期地下水补给河流,补给方向取决于两者水位的相对高低。
6. 衡量水资源丰歉程度通常以多年平均径流总量为指标;人类活动能够显著改变天然的水体补给关系。
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