【汇旺担保】冰川水文学

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[拼音]:bingchuan shuiwenxue

[外文]:glacier hydrology

冰川学与水文学之间的边缘科学。是近期形成的新学科。它研究地球表面冰川、积雪本身的水文现象、过程及其基本规律,为冰雪水资源的开发利用和冰雪洪水灾害防治提供基本科学依据。冰川水文学还研究由冰川、积雪融水补给的河流的水文情势及其预报。广义的冰川水文学包括雪水文学和冰川水文学,有时还合称冰雪水文学。

发展简史

人类运用冰雪水文知识解决生产实际问题的历史悠久。中国西部高山区的山麓地带的农业主要靠冰雪融水灌溉。18世纪初,中国的《西域水道记》记述了新疆木札尔特冰川融水。1836年J.B.杰维斯根据流域积雪面积进行融雪产水量预报。20世纪40年代,融雪计算得到了发展。1940年J.C.奥尔特估测了季节性积雪产水预报的发展趋势并指出,在预报季节融水径流中统计学上的数学多重相关分析法将被广泛应用。1942年B.S.巴恩斯首先提出用数学计算方程预报融雪径流。1956年美国陆军工程兵团出版了《雪水文学》,详细地论述了雪水文学中的洪水设计问题,对影响融雪径流的热源作了深入讨论。1960年,美国陆军工程兵团在《融雪径流》一书中,以对流、辐射和传导等热输送理论为基础计算了融雪量,推导了降雨期间和碧空天气下流域融雪的物理方程。此后,对冰雪融水通过冰川的流动和冰雪融水的水压开展研究。1972年,J.威尔特曼研究冰川底部水流,发现冰下水压是离冰下水道中心线的距离而变化的现象。J.F.奈、F.C.弗兰克等深入研究了温性冰晶粒间融水的渗透性。1976年奈推导了充满水的水道中非稳定水流的四个微分方程式即融化速率与冰流动之间差异方程、水流动的连续方程、水的流动方程和能量方程。70~80年代随著新技术在冰川水文学中的广泛应用,冰川水文学研究进展迅速,取得了新的成就,出现了冰川水文学的专门论著,使冰川水文知识体系日益完整。

学科内容

冰川水文学的内容可归纳为:

(1)融雪径流计算和预报,包括实验流域季节性积雪的产水量计算,融雪径流对河流径流的调节作用,融雪径流影响因素和融雪径流预报分析技术的研究。

(2)冰川表面、冰内和冰床处的水流的研究,包括冰面消融与径流的关系,冰面的产流、汇流过程研究;根据冰川补给河流的流量记录,通过盐、染料或其他示踪物试验及理论分析,对冰川内部、冰床处排水系统和冰床处水的流动方式(R水道、N水道和层流)的研究;冰内、冰下水压的直接测定或理论计算;冰内冰下空穴现象和温性冰川晶粒间水的渗透性的研究。

(3)冰雪融水径流的水文分析和计算,包括冰雪融水的形成、冰雪融水水文特征值的分布规律和流域水量平衡研究;冰雪融水补给河流的侵蚀作用、沉积物搬运和堆积作用的研究。

(4)与冰川和积雪有关的专门的水文学问题,包括根据冰川变化研究过去气候,冰川径流的自然调节和人工调节,冰川阻塞湖溃决及其洪水形成机制,融雪洪水的形成理论与计算方法。

(5)与冰川水文学研究直接有关的冰川、冰、雪的基础理论研究,包括冰川、积雪的全球性空间分布规律及其在不同时间上的变化,冰雪的物理特性(温度、运动、变化)和力学特性,冰川物质平衡(积累与消融)机制,冰雪体内相态变换,积累、消融的观测与计算方法,冰雪消融的人工调节等。

研究途径和手段

冰川水文学的研究途径主要有如下几方面:

(1)数学物理途径。根据冰雪融水径流及其影响因素之间的物理联络,建立它们之间的定量关系,如用水量平衡法求各平衡要素之间的定量关系。

(2)统计途径。基于冰、雪水文现象具有随机性质,根据大量的实测资料,应用数理统计和概率论,研究冰雪融水各个水文要素的统计规律。

(3)地理综合途径。根据冰雪水文现象具有地区性和地带性的特性,分析各测站水文要素的地理分布规律,建立各种地区性经验公式,绘制各种特征值等值线图。

此外,冰川水文学还应用模拟技术预报融雪径流;应用遥感技术,量测积雪面积,确定积雪深度,监测冰川、冰川阻塞湖形成和预测变化动态等;应用同位素技术研究古气候变化,测定冰雪水样的绝对年龄和冰川积累量;应用雷达测量技术研究冰川内、冰床处液态水的分布和流动,探测大陆冰盖下巨大的液态水体—冰下湖泊等。

与其他学科的关系

由固态的冰雪变成液态的径流,自然地要运用冰川学的许多基本理论;冰雪的积累、消融与大气进行热量和能量交换要涉及气象学和气候学知识;冰川流动和变形的理论基础是流变学;冰内冰下融水流动要应用水力学和热动力学的原理和方法;冰雪融水作为塑造地表的外营力之一,因此冰川水文学与地质学和地貌学有关。

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