2 陆地水

    陆地水主要以河流、湖泊、沼泽、地下水和冰川等形式存在。

    2．1 河流

    （1）河流概述

     河流是指在重力作用下，集中于地表凹槽内的经常性或周期性的天然水道的通称。在中国有江、河、川、溪、涧等不同称呼。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，或因渗漏、蒸发而消失于荒漠中，于是分别形成外流河和内陆河。世界著名的亚马孙河、尼罗河、长江、密西西比河等为外流河，中国新疆的塔里木河等为内陆河。

    每一条河流和每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给，这部分陆地面积便是河流和水系的流域。实际上，它也就是河流和水系在地面的集水区。

    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，一般可划分为上、中、下游三段。各段在水情和河谷地貌上各有特色。上游指紧接河源的河谷窄、比降和流速大、水量小、侵蚀强烈、纵断面呈阶梯状并多急滩和瀑布的河段。中游水量逐渐增加，但比降已经和缓，流水下切力已开始减小，河床位置比较稳定，侵蚀和堆积作用大致保持平衡，纵断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。如长江源于唐古拉山，流经青海、云南、四川、湖北、湖南、江西、安徽、江苏和上海，注入东海，全长6300km。习惯上从河源到宜昌为上游，宜昌至湖口为中游，湖口以下为下游，各段差异显著。

    河源与河口的高度差称为河流的总落差（例如长江为6600多米），而特定河段两端的高度差则是该河段的落差，单位河长内的落差叫做河流的比降，以小数或千分数表示。流域面积是流域的重要特征之一。河流的水量多少与流域面积大小有直接关系。除干燥气候地区，一般流域面积愈大，流域的水量也愈大（如长江流域面积1808500km2，年径流总量9.6×1010m3）。流域的形状对河流水量变化也有明显影响。圆形或卵型流域，降水容易向干流集中，从而引起巨大的洪峰，狭长形流域，洪水宣泄比较均匀，洪峰不易集中。流域的海拔高程主要影响降水形成和流域内的气温，而降水形式和气温又影响到流域的水量变化。

    在地球表面的总水量中，河流中的水量所占的比重很小（占全球总水量的0.0001％），但周转速度快（12～20天），在水分循环中是重要的输送环节，也是自然环境中各种物质相互转换的动力之一。

    河流是地球表面淡水资源更新较快的蓄水体，是人类赖以生存的重要淡水体。河流与人类历史的发展息息相关。古代文明的发源大都与河流（如尼罗河、黄河等）联系在一起。至今一些大河的冲积平原和三角洲地区（如密西西比河、长江、珠江、多瑙河、莱茵河等）仍然是人类社会经济、文化的发达地区。

    （2）水情要素

    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，介绍几个有关水情（水位、流速、流量、水温、泥沙和河流水化学）的基本概念。

     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。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。例如，中国规定统一采用青岛平均海平面为绝对基准面。测站基准面是以观测点的最低枯水位以下0.5～1m处作为零点的基准面，中国大部分地区降水量集中在夏季，此时河流水位最高。冬季降水稀少，水位下降。

     流速 是指河流中水质点在单位时间内移动的距离，单位为m/s。它决定于河流纵比降方向上水体重力的分力与河岸和河底对水流的摩擦力之比。河流中流速分布不同。在河底与河岸附近流速最小，主流线部分最大。绝对最大流速出现在水深的1/10～3/10处。

     流量 是指单位时间内通过某一过水断面的水量，单位为m3/s。测出流速和过水断面的面积就可计算出流量。水位高低与流量大小成正比例关系。

     水温 是指河水的温度。河流的补给特征是影响河水温度状况的主要因素。由冰川和积雪补给的河流水温低；从大湖流出的河流，春季水温低而秋季水温高；地下水补给丰富的河流，冬季水温较高。河水温度有季节变化，一般夏季温高，冬季温低，中国北方河流冬季可发生冻结现象。封冻时间长短不等。长的可达4～5个月。

    河流泥沙是指组成河床或随水流运动的固体颗粒。河流含沙量是指每立方米河水中所含泥沙的重量，单位是kg/m3。含沙量多少与河流的补给条件、流域内岩石性质、地形的切割程度、土壤性状、植被覆盖、人类活动等因素密切相关。如中国黄河中上游植被覆盖很差，黄土高原地区土质疏松，每遇降雨，特别是大雨和暴雨，大量泥沙随径流进入河槽，使河流含沙量大增，例如黄河陕县站多年平均含沙量高达39.6kg/m3，最大年输沙量高达39.1×108t。

     河流水化学 主要是指河水的化学组成、性质及其在时空上的变化，以及它们同环境之间的相互关系。今天，随着现代工农业生产的发展，河流水化学也发生很大变化，河水污染越来越严重。中国许多江河受到污染，有些河流的一些河段被严重污染而不能饮用。

    （3）河川径流

    河川径流是指大气降水以地表径流和地下径流的形式汇入河川以后向流域出口断面汇集和排泄的水流。由于大气降水的形式不同，径流的形成过程也不一样，可分为降水径流和冰雪融水径流，大多数河流属于降水径流。

    在分析河川径流特征时，常用一些具有一定物理意义的特征值来表示。

    河流径流总量w指单位时段内通过河流某横段面的总水量（单位：m3），计算公式为

    W=QT （7．1）

    式中Q为T时段内的平均流量（m3/s），T为时段长（年、月、日）。

    径流深度Y指某一流域的径流总量与流域面积之比（单位：mm），计算式为

    Y=W/F×10-3（mm） （7．2）

    式中W为径流总量（m3），F为流域面积（km2）。

    径流模数M指单位时间单位流域面积上的产水量（单位：m3/s·km3），计算式为

M=Q/F （7．3）

    式中符号同上。

    河川径流有明显的时间变化。随着四季变化，一年中河流的补给状况、水位。流量等也相应发生变化。根据一年内河流水情的变化，可以分为若干个水情特征时期，如汛期、平水期、枯水期或冰冻期。河流处于高水位时期称为汛期。中国绝大多数河流的高水位是夏季集中降雨造成的，故又称夏汛。春季积雪融化形成的河流高水位称为春汛。华北、东北地区的河流都有春汛。比较起来，夏汛汛期长，径流量大，洪峰起伏剧烈。春汛流量小，历时也短。河流处于低水位的时期称为枯水期。中国河流的枯水期一般出现在冬季。枯水期河水主要靠地下水补给，故流量小且变化不大。如此时河流封冻，又称冰冻期。河流处于中常水位的时期称为平水期，为汛期到枯水期之间的过渡，流量和水位处于中常状态。中国河流的平水期多出现在秋季，历时不长。

    由于大气降水量有年际变化，河川径流也有年际变化。洪水和枯水是河川径流两个重要的特征值。中国的年际变化有大致从南到北增大的趋势。

    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。洪水是指短时间大量降水在河槽内形成的特大径流。洪水的来源主要有两个，一是降雨量，一是水流量，而水流量的多少与森林的多寡直接相关。长江1954年和1998年两次特大洪水首先是降水量大。比较起来，1954年的降水量比1998年多，但1998年的洪水比1954年大的事实表明，近40年长江上游的森林大量采伐，水土流失严重，降水很快形成含沙量很大的河川径流是1998年特大洪水的重要原因。1998年嫩江和松花江百年不遇的特大洪水也证明了这一点。洪水的形成与暴雨的特性、流域特性、河槽特性和人类活动等因素有关系。暴雨（见第六章4．2节）特性主要指暴雨强度、暴雨持续时间和空间分布；流域特性指流域面积、形状、坡度、河网密度及湖沼率、土壤、植被和地质条件等；河槽特性包括河槽断面、河槽坡度、粗糙度等；人类活动包括蓄水工程、水土保持措施等。

    枯水是指缺少地表径流，河槽水位下降甚至枯竭（断流）的现象。枯水期间河川径流主要靠地下水补给，出现一年中最小的流量。

    （4）河流的补给

    河流的补给就是指河水的来源。大多数河流的水源是大气降水，但由于降水形式或补给的路径不同，一般把河流的补给分为雨水补给、融水补给、地下水补给、湖沼水补给几种类型。不同地区的河流从各种水源得到的水量是不相同的，即使是同一条河流，不同季节的补给形式也不一样。这种差别主要是由流域的气候条件决定的，同时也与下垫面的性质和结构有关。

    （5）河流与地理环境的相互作用

    河流是流域内自然地理要素综合作用的产物。在诸要素中，气候起主导作用。例如，降水的形式、总量、强度、过程及其空间分布，对河川径流的形成和变化有着直接的影响；而蒸发的强弱又制约着降水转变为径流量的多少。上述降水和蒸发又与气温、大气湿度和风等因素有关。因此，这些因素实际上对河川径流起着间接的作用。通常，气候湿润地区大气降水多，河网密集，径流充沛；而气候干燥地区降水少，河网稀疏，蒸发强烈，径流贫乏。这说明气候状况严格制约着河流的发育和地理分布。因此，有些学者认为，河流是气候的产物。

    此外，其他自然地理因素，诸如地质、地貌、土壤、植被、湖泊、沼泽等下垫面状况也对河川径流施加影响，使大气降水产生再分配。反过来，河流对自然地理环境也有多方面的影响。河流是陆地水的主体，水圈的重要组成部分，也是全球水分循环中一个重要环节，尤其外流河是实现海陆之间水分循环的重要纽带。通过水分循环，全球水量达到平衡状态，使物质和能量得以交换，全球自然环境构成一个完整的统一体系。

    河流对人类社会的发展也具有重要意义，无论是世界古代文明，还是当今地区经济的发展多与河流有密切关系，因为它不仅提供人类所需要的淡水资源，而且还提供灌溉、航运、发电之利。当然，洪水泛滥也给人类带来生命财产的损失和生态环境的破坏。
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