地球外部(續4)(2 / 3)

【瀑布】從河穀縱剖麵的岩坎上傾瀉下來的水流。流水侵蝕掉較軟的岩石而形成陡壁,山崩、斷層、熔岩阻塞以及冰川差別侵蝕與堆積均能造成瀑布。鄰近的數個瀑布聯合起來形成瀑布帶。瀑布多形成於堅硬的岩石邊緣或斷裂線上。如中國貴州省白水河上的黃果樹瀑布,河水從67米高的懸崖上直瀉犀牛潭,是中國最為雄壯的瀑布,寬度達81米。瀑布具有巨大的能量,是重要的風景資源。

【河流補給】又稱河流水源。河水的來源。流域上的大氣降水是多數河流補給來源。河流補給主要類型有:雨水補給、季節性積雪融水補給、冰雪融水補給、湖泊和沼澤水補給、地下水補給等。河流補給的類型及其變化,決定著河流水情要素的變化,雨水補給:雨水補給是世界上大多數河流的補給源,由於降雨本身是間斷的,所以降雨對河流的補給是不連續的。年內降雨比較集中,雨季到來,河流進入汛期。旱季則出現枯水期。季節性積雪融水補給:冬季的積雪,至次年春季隨著氣候轉暖而融化,補給河流形成春汛。季節性積雪融水補給河流的水量變化,取決於積雪量和氣溫變化,補給的基本特點是具有連續性和時間集中性,河流的水量變化,與氣溫的變化一致,並且比雨水補給河流的水量變化平緩。冰雪融水補給:指流域內高山地區,永久積雪或冰川融水的補給。該補給的河流的水文情勢主要取決於流域內冰川、積雪的儲量及分布和流域內氣溫的變化。基本特點是:與太陽輻射、氣溫的變化一致,具有明顯的日變化和年變化。由於氣溫的年際變化比降雨量年際變化小,因此,冰雪融水補給河流水量的年變化幅度比雨水補給的河流為小。湖泊、沼澤水補給:有些河流發源於湖泊和沼澤,有些湖泊一方麵接納若幹河流來水,另一方麵又注入更大的河流,如長江流域的洞庭湖、鄱陽湖。湖泊對河流水量起調節作用。地下水補給:主要指從流域地麵以下獲得的水量補給,它是河流水量可靠而經常的來源。這是河流補給的普遍形式,地下水對河流的補給量大小取決於流域內水文地質條件和河流下切深度。潛水埋藏較淺,潛水補給有明顯的季節變化,潛水與河水有特殊的河岸調節的關係。承壓水水量豐富,河流下切越深,切穿含水層越多,獲得的地下水補給也越多。地下水補給的河流水量的年內分配和年際變化都十分均勻。較大河流很少是單一形式的補給,幾乎都是兩種以上形式的補給。高山高原地帶,河流水源具有明顯的地帶性:高山地帶河流以冰雪融水補給為主;而低山地帶,則以雨水補給為主。

【流域】河流的集水區域或分水線所包圍的區域。分隔兩個相鄰流域的山嶺或河間高地叫分水嶺,分水嶺上最高點的連線叫分水線,它是流域的邊界線。分水線將降雨形成的徑流分成兩個不同方向彙入兩邊的關係,如秦嶺是長江與黃河的分水嶺。秦嶺以南的降水流入長江,秦嶺以北的降水流入黃河。多沙河流下遊往往會形成地上河,如黃河下遊的河床成為淮河與海河流域的分界線。分水線可分為地麵分水線與地下分水線,由於地質構造、岩層性質以及地貌的影響,地麵分水線與地下分水線往往不完全重合,對地麵與地下分水線重合的流域叫閉合流域,否則叫非閉合流域。對於多數流域地麵與地下分水線不重合產生的水量交換對總水量的影響較小,所以通常用地麵集水區代表流域。但在岩溶發育的地區,如發源於廣西、貴州石灰岩地區的河流,由於分水線不一致而產生的水量交換較大,在計算流域總水量時必須考慮。流域麵積的大小、形狀、流域長度、流域的平均高度等幾何特征,直接影響河流的水量和徑流的變化過程。

【流域麵積】又稱集水麵積。分水線所包圍的麵積。流域麵積的大小,不僅決定河中的水量,而且是直接影響河流水文情勢的基本因素。測定流域麵積,通常在大比例尺的地形圖上畫出分水線,用求積儀量出它所包圍的麵積。也可以采用幾何方法,將流域劃分成若幹個幾何圖形,再用麵積公式或數方格法求出麵積,再求總和,即得到流域麵積。如長江的流域麵積為1807199平方千米,錢塘江為41700平方千米等。

【外流麵積】按照河川徑流的水分循環形式,可把河流分布注入海洋的外流流域和不與海洋溝通的內陸流域兩大部分。世界上大多數河流都屬於外流流域。外流流域麵積叫外流麵積。中國河流的外流流域麵積占全國總麵積的64%,達612萬平方千米。以太平洋流域為最大,又占外流流域麵積的89%。中國印度洋流域占全國總麵積的6.5%,北冰洋流域占0.5%。外流麵積最大的河流是長江,其流域麵積為1808500平方千米,約占外流麵積的30%。

【內流麵積】按照河川徑流的水分循環形式,把不與海洋溝通的河流流域叫內陸流域,內陸流域麵積叫內流麵積。中國內陸流域與外流流域的分界線北起大興安嶺西麓,沿東北—西南方向南下,經內蒙高原南緣、陰山山脈、賀蘭山、祁連山、日月山、巴顏喀拉山、念青唐古拉山和岡底斯山,而止於中國西端的國境線上。此線以西的河流、湖泊等水體,不能直接彙入海洋,屬於內陸流域。中國內流麵積為3479970平方千米,主要河流有塔裏木河、伊犁河、黑河、石羊河等。

【無流區】基本上不產生地表徑流的地區。無流區多分布在幹燥沙漠地區,降水稀少,雖偶爾有流水穿過,也因強烈蒸發和滲漏很快消失。中國的無流區主要分布在西北沙漠地區,包括內蒙、寧夏、甘肅的沙漠、青海柴達木盆地、新疆塔裏木和準噶爾盆地等地區,這些地方年徑流深近於零,分布有麵積廣大的無流區。

【水係】又叫河網或河係。在一定的集水區內大大小小的水體構成脈胳相通的係統。它是由幹流、若幹級支流及流域內沼澤、湖泊等水體組成。地表徑流對地表產生侵蝕,從麵蝕、溝蝕到槽蝕的全過程,受一定的地質與環境條件控製,使水體在平麵表現為有規律的排列,形成不同的水係形式,如扇狀水係、羽毛狀水係、樹枝狀水係、平行狀水係、格狀水係等。水係的不同形式直接影響流域內的水文過程。如扇狀水係,彙流時間短,如果流域內普遍降雨,各支流的洪水幾乎同時彙入幹流,容易形成陡漲陡落的洪水過程;而羽毛狀水係,由於支流短,彙流時間長,幹流的洪水過程較平緩。水係的形成有其長時間的發展過程:初期,水流切割地表淺,河網密度小,支流少且短小;隨著水量增加,流水不斷下蝕和溯源侵蝕,使河道不斷伸長,流域麵積增大,支流眾多,水係進入繁榮時期;流水繼續下蝕、側蝕,強烈的侵蝕造成河流襲奪、兼並,使水係改觀。一般將河道長的稱為幹流,把直接流入幹流的支流,稱之為一級支流,把彙入一級支流的稱二級支流,依此類推。如渭河是黃河的一級支流,涇河是黃河的二級支流。對幹流的劃分有時據習慣而定,如岷江和大渡河,後者的長度和水量都大於前者,但卻把大渡河稱為岷江的支流。水係特征主要包括河流長度、河網密度、河流的彎曲係數等。

【扇狀水係】幹支流總體大致呈扇狀分布的水係。這種水係中來自不同方向的各支流較集中地彙入幹流,使流域呈扇形或圓形。海河水係屬扇形水係,其上遊的北運河、永定河、大清河、子牙河、南運河均在天津彙入海河。閩江也屬扇狀水係,閩江在南平以上的劍溪、富屯溪、沙溪同時彙入閩江。扇形水係的流域,當全流域發生暴雨時,由於集流很快,容易造成危害性洪水。

【羽狀水係】支流從左右兩岸相間彙入幹流的水係,總體有如羽毛狀。如灤河水係就是典型的羽狀水係。這類水係的支流一般都較短小,幹流長彙流時間也長,大雨時不容易發生洪災。

【樹枝狀水係】幹支流分布呈樹枝狀的水係,大多數河流屬此種類型。樹枝狀水係基本特征是支流多而不規則,幹流與支流間多呈銳角相交。此種水係常形成於地麵傾斜平緩、岩石抗蝕力較一致的地區,如在平緩的沒有大節理及斷裂的沉積岩分布區或平緩的完全不受構造控製的更新世冰川堆積的地區。西江水係沿途接納柳江、鬱江、桂江等,即為一樹枝狀水係。四川盆地的河流樹枝狀水係發育尤其典型。

【平行狀水係】幾條支流平行排列,至下遊或河口附近始行會合。平行狀水係多發育在平行褶曲或斷層地區,此地區的河流因受構造控製,常形成顯著的平行排列的河流。惟河水係為平行狀水係。淮河左岸的洪河、穎河、西淝河、渦河、澮河等河為平行排列。

【格狀水係】幹支流分布呈格子狀,即支流多呈90°角彙入幹流的水係。這類水係多出現在緊密褶皺傾伏地層區,由於侵蝕作用使露頭呈之字型,幹流位於沿褶皺出露的軟岩層中,支流依硬岩石形成的山脊兩側流入幹流。閩江水係屬於格狀水係。這是由於河流沿著互相垂直的兩組構造線發育而成。西部如祁連山地、天山山地中的水係,遼東丘陵地區的水係,都是格狀結構的代表。

【向心水係】各條河流從源地向其共同的出口處彙集,或者消失於陷穴、窪地中的水係。多發生在部分火山口、具有鬆軟核心的穹窿構造、部分石灰岩分布地區以及封閉式的沙漠窪地中。白頭山地區在火山地貌的基礎上發育了向心水係。

【水係特征】水係的形態學特點。由於水係受一定的地質構造和自然環境控製,在平麵上表現為有規律的排列,並具有不同的形式,如有羽狀水係、樹枝狀水係、格狀水係、平行水係、向心水係等。水係的幹流長短、支流多少與排列、幹支流彎曲狀況等都可以反映出水係的特點,如水係形式對河流水情有重要影響,羽狀水係由於彙流時間長,各支流的洪水先後彙入幹流,因而幹流的洪水過程平緩;而扇狀水係,彙流的時間短,各支流洪水幾乎同時彙入幹流,容易形成陡漲陡落的洪水過程。反映水係特征的參數主要有:河流長度、河網密度、河流彎曲係數等。

【河流長度】河源到河口的軸線長度。通常指從河源沿河道至河口的距離。確定河流長度可以在大比例尺的地形圖上,用曲線計或兩腳規量取。地圖的比例尺越在,量得的河長越精確。河流的彎曲程度,兩腳規跨度大小,都會影響河長的量算結果。河流長度的量算由於采用的方法與選取的河源不同,其結果往往有很大出入。世界最長河流尼羅河長6650公裏,亞馬孫河長6437公裏,中國的長江長6300公裏,是世界第三大河。

【河網密度】單位流域麵積的河流總長度。河網密度表示一個地區的河網疏密程度,它能綜合反映一個地區的自然地理條件,它常隨氣候(主要是降水和蒸發)、地質、地貌、土壤和植被條件而變化。一般來講,在降水量大,地形坡度陡,土壤不易透水的濕潤地區,河網密度大,如中國秦嶺、淮河以南,河網密度比較大。而西北幹燥地區,由於降水少,蒸發大,滲漏也較嚴重,河網密度就很小。如長江三角洲河網密度達到6.4—6.7千米/平方千米,其中杭嘉湖平原達12.7千米/平方千米,而廣闊內陸流域河網密度小,多在0.1千米/平方千米以下。

【河流彎曲係數】某河段的實際長度與該河段直線長度之比值。彎曲係數越大,表示河段越彎曲。而河流彎曲係數大的河段對航運及排洪不利。河流彎曲係數是影響河流水力特性的因素之一。黃河全河彎曲係數為2.4。

【漫流】徑流形成的一種過程。當降雨滿足植物截留、窪地蓄水以及下滲,多餘的雨水形成地麵積水,並沿著流域坡麵由高處向低處流動,稱為坡麵漫流。由於流域內降雨分布及自然地理條件不同,坡麵漫流開始時間各處並不一致。首先是在坡度陡峻、透水性較差或土壤含水已飽和的地方開始漫流。起初是許多細小的分散的水流,時分時合,當降雨強度大時,這些分散的細股水流互相連接,延綿成片,擴展到全坡麵,形成漫流。坡麵上漫流的路徑長短不一,一般不超過數百米,曆時也較短。坡麵漫流一般以細小的溝流、坡地表麵的片流等形式為主,在流動過程中還可能有降雨補給,還有下滲、蒸發等。這種水流是一種不穩定流,流速、流向都在不斷地變化。

【徑流】從地表和地下彙入河川後向流域出口斷麵彙集的水流。來至地表的水流叫地表徑流,來至地下的水流叫地下徑流。徑流形成過程是流域降雨,經過坡麵產流和彙流等過程而形成。河川徑流的形成和變化規律受氣候因素,主要是降雨和蒸發,自然地理條件等因素影響,十分複雜。降雨會引起徑流,一次中等強度降雨初期除少量的河槽上降雨外,大部分落在流域表麵。這部分降雨首先滿足流域蓄滲,即滿足植物截留、填窪、蒸發和下滲,多餘的雨水才能產生地表徑流和地下徑流,稱為產流過程。產流一般有兩種方式,即蓄滿產流和超滲產流。蓄滿產流主要發生在濕潤地區,當土壤包氣帶含水達到飽和,下滲趨於穩定,,產生地下徑流補給河流,多餘的地麵水產生地表徑流。超滲產流多發生在幹旱地區,當降雨強度大於下滲強度時產生地表徑流。產流先從坡麵漫流開始,初期產流隻在局部地區,隨著降雨加大,產流麵積不斷擴大,最後達到全流域產流。入滲到土壤包氣帶的雨水,由於土壤結構不均勻,地表附近土層疏鬆,下滲能力比下層大,在土壤結構差別的地方形成界麵,使水分聚積並沿著飽和層的傾斜方向在土壤孔隙中流動,注入河槽形成徑流,稱為壤中流。土壤中的雨水繼續下滲,產生淺層地下潛水和深層地下徑流,地下徑流通過泉水和其他形式補給河流。上述各種徑流成分陸續彙集到附近的河網,再沿河槽由上遊和向下遊彙集,最後全部流經流域出口斷麵,這個過程稱為河網彙流,是徑流形成的最後階段。

【徑流總量W】一定時段內(日、月、年)通過河流某一出口斷麵的總水量,以立方米或億立方米表示。如果取時段為一年,計算的結果稱年徑流量,最常用的是多年平均徑流量。例如黃河年徑流量為626億立方米,長江為979353億立方米。多年平均徑流總量作為比較各流域水資源多少的主要依據。

【徑流深度】某一時段內的徑流總量平均分布於全流域麵積上,所得的水層厚度。通常以毫米計,例如,黃河流域麵積取752443平方千米,徑流總量取626億立方米,則黃河流域平均徑流深為83.2毫米,是水量較低的河流。長江流域平均徑流深為513毫米,浙江的錢塘江更高達916毫米。按所取時段不同,有年徑流深、多年平均徑流深、月徑流深等。用徑流深可繪製等值線圖,該圖表示地表徑流的分布,用以研究徑流的空間變化規律,也可以查算研究區域徑流量值。

【徑流係數】某一流域或地區同一時段內的徑流深度R與降水深度P的比值。以小數或百分數計。α=R/P,徑流係數α表明流域降水量轉化為徑流量的比率,綜合反映了流域內自然地理因素對降水與徑流的影響。α值一般在0—1間,若α→1,說明降水大部分轉化成徑流;若α→0,則說明降水大部分消耗於蒸發;中國南方濕潤地區的河流α較大,如珠江0.53,長江0.49;北方幹旱半幹旱地區河流α較小,如黃河為0.18,海河為0.16,遼河更小為0.14。中國徑流係數分布大致由南向北、自東向西遞減。

【徑流模數】單位時間(秒)內從單位流域麵積上產生的水量,以升/秒、平方千米計,表達式為M=1000Q/F。中國主要河流的年徑流模數從南向北逐漸減少。如珠江24.9、長江為16.3、淮河為7.72、黃河為2.64、海河為2.79、遼河為2.10。按計算時段不同,常有多年平均徑流模數、年平均徑流模數等。它可以用來比較不同自然地理條件下,流域徑流量的大小,它具有一定的區域分布規律。

【徑流變率K】同一時段某一年的徑流量Wi與多年平均徑流量W0之比值,又叫模比係數。它反映了這一年的徑流量偏豐(K>1)或偏枯(K<1)的程度。例如某河1958年K值為1.55水量偏豐,是平均值的一倍半。而1965年K值為0.53,這一年偏旱,徑流量僅為平均值的一半。

【流量】單位時間內水流通過某一過水斷麵的水量,以米3/秒計。流量是反映江河湖庫水量及其變化的基本指標,也是安排防洪、發電、灌溉、給水、航運等水資源綜合利用的重要依據。根據定義,流量和水位之間存在一定依存關係,流量的增減可以引起水位的變化,水位的變化又是流量變化的反映,由於流量的測量步驟繁多,不能連續施測。隻要掌握了流量同水位之間的關係,水位是逐日要觀測的,這樣就可以通過水位推求出每日的流量來。有了日流量資料就可以計算出月平均流量、年平均流量及多年平均流量。多年平均值又稱正常徑流量。可以用流量隨時間變化的過程線來研究某斷麵水量隨時間的變化,從流量過程線上可分析汛期洪水漲落的特征,一年四季流量的變化,通過對流量過程線的分割,可以了解各種徑流補給對河流的補給數量。根據統計計算的各年平均流量資料,可以分析水量的年際變化以及豐水年群和枯水年群出現的規律。豐水年的徑流變率K大於1,枯水年則小於1。如用頻率估算,頻率為20%的水量為豐水年,頻率為75%的水量一般定為枯水年。

【洪峰流量】洪水峰段曲線的最大流量。洪峰流量的推求是水文學研究的重要問題。影響洪水的因素主要是暴雨特性、流域特性、河槽特性以及人類改造自然的活動等。將每次發生的洪水,以橫坐標表示時間,縱坐標表示流量,繪製成洪水流量過程線,可以將此過程線分為漲水段、峰段和退水段三部分。洪峰曲線的形狀同降雨曆時、集流時間、河槽容蓄能力等有關。一般山區河流的峰段曲線呈尖頂形,平原河流的峰段曲線較平緩。洪峰流量不是出現在最高水位時,而是常出現在洪峰水位之後。分析多年發生的洪水資料,可以確定本次洪峰流量的機率。

【暴雨徑流】暴雨產生的徑流,由坡麵流和河槽彙流組成。因其曆時短而強度大,容易造成災害,它是陸地水文學研究的核心問題之一。影響暴雨徑流的主要因素是暴雨強度、暴雨籠罩麵積和曆時長短,下墊麵因素有流域土壤前期含水量、流域大小、形狀和植被覆蓋程度。暴雨徑流過程是暴雨因素和流域自然地理條件綜合作用的結果。估算暴雨徑流大小用洪峰流量、不同時段的洪水總量,一般采用頻率或重現期的概念,如百年一遇的洪水、千年一遇的洪水等。20世紀60年代不少學者提出最大可能降雨,或極限暴雨的概念,由此產生的徑流,是該地區暴雨徑流的極值。由於影響暴雨徑流的因素十分複雜,不可能用一個數學模式完全地描述這個複雜的物理過程。所以人們常需對暴雨徑流形成過程進行概化,在此基礎上提出些有一定物理意義的數學模型。