地理科学学院本科教案模板西南大学地理科学学院Word格式文档下载.docx

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绪论

题目

（教学章、节或主题）

周次：

1-1

学时：

3

时间：

年月日

教学目标

或要求

（1）掌握水文学研究的对象、内容、任务及学科体系

（2）了解水文学发展简史和水文学的地理研究方向

（3）理解水文现象的主要特点；

初步认识水文学研究的主要方法

教学基本内容

（1）水文学研究的对象

（2）水文学发展简史

（3）水文学体系

（4）水文学的地理研究方向——地理水文学

（5）水文现象的主要特点

（6）水文学研究的主要方法

（7）水文学的课程性质及教学目的要求

教学重点与难点

教学重点：

水文学研究的对象；

水文现象的主要特点；

水文学的研究方法。

教学难点：

水文现象的主要特点。

授课类型

讲授课

教学手段

与方法

讲解法、对比分析法、利用多媒体手段提供有关的资料

使用教具

[3]天津师范大学地理系.水文学与水资源共概论（M）.武汉:

华中师范大学出版社.1987

（只列该章的参考书目）

教学内容：

一、水文学的研究对象及主要内容

（一）研究对象

1、水文学——研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间相互关系的科学

2、水体——以一定形式存在于自然界中水的总称。

水的形态包括大汽水、河流水、湖泊水、海洋水、湖泊水、沼泽水、冰川水、地下水、土壤水、生物水等。

（二）水文学研究的主要内容

1、水分循环及水量平衡（水文学的核心内容）

2、水的数量、质量及分布

3、各种水体的性质（物理性质、化学性质）

4、各种水体的类型结构及运动规律

5、水在地理环境中的作用（与生态系统、地理环境、人类活动之间的关系）

6、水资源开发利用及人类活动的水文效应

二、水文学的发展简介

（一）水文现象定性描述阶段

1、时期：

远古——14世纪未

2、标志

（1）世界上最早的水文观测：

中国和埃及（大禹冶水、随山刊木）

（2）水经注吕氏春秋定性描述各大河流的源流、水情、水文循环的概念

（3）特点水文观测定性描述经验积累

（二）水文科学的形成阶段

15世纪初——19世纪未

2、特点：

（1）概念描述进入定量描述

（2）水文理论的形成

3、标志

（1）1674年p.佩罗提出了水量平衡概念

（2）1775年谢才提出了谢才公式（明渠畅流等流速公式）

（3）1802年道尔顿提出蒸发公式

（4）1856年达西定律形成

（三）应用水文学阶段

20世纪—20世纪五十年代

2、特点

（1）水文观测理论体系进一步完善

（2）应用水文学发展

（1）工程水文学成为应用水文学的主要分支

（2）产汇流理论计算公式

（3）森林水文学、城市水文学的形成

（四）现代水文学阶段

20世纪50年代以来

（1）水文技术科学的发展

（2）分支科学不断诞生

（3）研究方法趋向综合

（4）水资源开发利用、管理、评价成为重点

（1）雷达测雨

（2）中子散射法测土壤含水量

（3）放射性示踪测流

（4）同位素测沙

（5）卫星遥感及GIS的利用

（6）水文模拟、随机分析、系统分析方法

（7）水文研究自动化

（8）水资源的评价、管理、优化利用

三、水文学体系

（一）按水体的分类（对象）（传统分类法）

（二）系统水文学体系

1、水文学的学科体系

2、普通水文学：

水文学基本理论、方法

3、水文测验学

4、区域水文学

5、应用水文学

6、新技术方法

四、水文学地理研究方向及其与其它学科的联系

（一）、水文学的地理研究方向

1、水文学的三个研究方向

（1）地理学方向

（2）地球物理学方向

（3）工程学方向

2、水文学地理方向（地理水文学）

（1）水文学与地理学共同隶属、分别分支

（2）侧重水体运动变化的自然规律，总体演化趋势

（3）特点：

宏观性、区域性、综合性

（二）、水文学在地理学中的地位

1、地理学的学科体系

2、水文学是地理学自然地理的学科分支学科

五、水文现象的基本特点

（一）水文现象——水循环过程中，水的存在和运动各种形态，统称为水文现象。

（二）水文现象的特点

1、水循环永无止境

2、周期性与随机性（时间变化上）

（1）、周期性：

年周期、季周期、月周期、日周期

（2）、随机性：

不重复性

3、地区颁布上的相似性和特殊性

（1）相似性：

地带性规律

（2）特殊性：

区域性（差异性）

六、水文学的研究方法

（一）、传统研究方法

1、成因分析法（物理学原理为基础进行水文解释）

2、数理统计法相关分析——经验性模型

3、地理综合防治法——等值线法（地带性规律、非地带性规律）

（二）、新技术方法

七、水文学课程性质及教学目的要求

（一）水文学的学科性质

1、学科性质：

综合性学科

2、部门自然地理学分支学科

（二）课程性质：

专业基础课程（必修）

（三）教学目的

1、掌握水分循环与水量平衡

2、掌握各种水体的运动、变化相互转化的理论及计算方法

案例与习题：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

第六章人类活动对水环境的影响

17-18

（1）了解水利工程、农业措施对水文要素的影响；

（2）理解森林水文效应、城市水文效应；

了解影响水体水质的物质来源；

（3）理解水体水质恶化的特点；

掌握水体自净能力和水环境容量。

（1）人类活动的水文效应：

水利工程、农业措施对水文要素的影响；

森林水文效应；

城市水文效应；

人类活动水文效应的研究方法。

（2）人类活动对水体水质的影响：

影响水体水质的物质来源；

天然水体水质恶化特点；

水体的自净能力；

水环境容量。

森林、城市水文效应；

水环境容量

讲解法、对比分析法、利用多媒体手段提供有关的资料，学生自主学习，老师辅导

教学内容：

第一节人类活动的水文效应

概念：

由于自然或人为因素，使地理环境发生改变，从而引起水循环要素、过程、水文情势发生变化，称为水文效应。

一、水利工程、农业措施对水文要素的影响。

（一）水库水文效应

1、概念

（1）狭义的概念：

研究水库与水文要素及变化过程之间的相互影响

（2）广义的水库水文效应是研究水库与其周围的自然环境的相互作用、相互影响的问题。

2、效应

（1）水库拦蓄地表径流、减少入海流量，从而改变了流域内水量平衡要素的对比关系。

（2）使地区的热量平衡发生变化，由于水库比陆地具有更大的热容量，故库区会产生明显的小气候效应。

（3）水库坝上游水位的抬高，同时也抬高了上游地区的地下水位，增加了水库临近地区的地下水补给量，这样也常常会引起土壤次生盐碱化。

（二）跨流域调水水文效应

跨流域调水工程主要是为了改变水的地区分布，将湿润地区的部分水量调到较干旱缺水的地区，以满足生产和生活的需要。

2、跨流域调水的水文效应可分3个影响区来分析

（1）水量输出区：

主要是由于水量减少，从而于枯水季节在引水口以下会导致泥沙的沉积，河道特性改变，河水自净能力减低，河口海永入侵加剧等；

（2）输水通过区的水文效应，是由输水环境效应、渗水环境效应、阻水环境效应和蓄水环境效应等一系列水文环境效应引起的，调水后将抬高输水线两侧和蓄水体周围的地下水位，加重土壤盐碱化，并给水质、湖泊水域环境和水生生物带来一定的影响；

（3）水量输入区的永文效应是由外水大量引入造成的，可能导致地下水位升高，水溶盐的积累，蒸发量增加，土壤次生盐渍化和农田小气候的变化等。

（三）小型农田水利措施水文效应

1、概念：

农田水利措施主要包括灌溉、排水措施、山区梯田谷坊措施、平原圩区的控制措施等

2、水文效应

（1）农田灌溉主要通过修建蓄水塘坝或提水工程、输配水系统等措施，以满足田间灌溉的需水要求。

（2）地表或地下排水的效应，主要是加速地下水消退，降低地下水位，减少潜水蒸发，从而加大地下水对河流的补给量，使水流量增加。

（3）山区修筑水平梯田、谷坊、鱼鳞坑等，主要是改变坡面和河流的坡降及糙率，拦蓄和延缓了地表径流，增加地表水的下渗，变地表水为潜流，因而延缓洪水过程，同时也起防止水土流失的作用。

（4）三角洲平原感潮河网区地势低平，为了防洪挡潮及降低地下水，通常修筑圩堤并建立以骨干河道和水闸泵站为主的联圩分片治理的大控制体系。

（四）农业措施的水文效应

农作物的蒸散发是其重要的生理过程，也是一项重要的水文现象。

五、森林水文效应

（一）、概念

森林水文效应是指森林覆盖对径流、蒸发、降水等水循环要素，及河流水情、地下水、水质、泥沙等水文现象的影响。

（二）效应

1、森林的拦洪作用

（1）林地上枯枝落叶层也能截留一定的降水量，从而减少地表径流。

（2）林冠及枯枝落叶层的截留作用，减少了直接落入地面的降水，削减了雨滴对土壤表层的溅击强度，避免了土壤板结，从而增大了下渗率。

（3）森林具有良好的持蓄水能力，具有减小洪水流量、径流，削减洪峰延缓

2、森林对流域蒸散发、林地蒸散发是植被截留蒸发、植物散发和土壤蒸发的总和。

3、森林对降水的影响

一般认为大面积森林由于增加了蒸散发，促进了水分循环，而使降水有所增加，森林对地下水的影响一般认为山区森林下渗量对地下水补给有利

4、滥伐森林的后果大面积毁林会使宝贵的水源变成水患

三、城市水文效应

（一）概念

城市水文效应是指城市化所及地区内，水文过程的变化及其对城市环境的影响。

1、城市化对水文过程的影响。

（1）城市兴建和发展后，城市气候和下垫面条件均发生明显的变化。

（2）城市人口、建筑及工业的高度密集，城市气候的热岛效应、凝结核效应（烟、尘增多），及高层建筑障碍效应的影响，城市地区雨岛效应也明显反映出来。

（3）下垫面的变化，调蓄能力的减弱

（4）城市地区的产汇流水文过程发生相应的变化

2、城市水资源危机

城市化的迅猛发展带来了严重的城市水荒，即城市水资源危城市本身不能够产生水，而且需大量消费水甚至污染水。

许多城市超量开采地下水，使地下水资源日趋枯竭

3、城市化对水质的影响

城市工业废水和生活污水向河流排放，工业废气向大气排放形成酸雨下降，使天然水体受到污染，水质明显恶化

四、人类活动水文效应的研究方法

（一）水量平衡法根据水量平衡原理和方法，分析主要要素受人类活动影响后的差异和变化，即按平衡的自然状况，结合人类活动改变某一分量来计算。

（二）对比分析法

1、按同一测站历史资料对比计算，即按人类活动前后的观测或史料记载进行对比分析。

2、不同流域的对比计算，即选其他条件相同或相似的未经人类活动影响的水文测站作参照站与研究测站同期资料进行对比，两者输出之差即为计算的结果。

（三）流域水文模拟法

流域水文模型是基于对水文现象的认识、分析其成因及各要素之间的关系，以数学方法建立一个模型，来模拟流域的水文变化过程。

第二节人类活动对水体水质的影响

一、概念

人类直接或间接地把物质和能量引入水体的生产或生活活动，都可以引起江河、湖泊、海洋和地下水等水体的水质、底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，使水体水质变坏，降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。

二、影响水体水质的物质来源

（一）大气降水

使大气恶化的物质主要来自矿物燃料的燃烧和工业生产。

前者燃烧时产生二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物和烟尘；

氟化物和各种金属及其化合物

（二）农田排水

（三）城市生活污水

悬浮杂质有泥沙、矿物废料和各种有机物（包括人及牲畜的排泄物、食物和蔬菜残渣等），以及胶体和高分子物质（包括淀粉、糖、纤维素、脂肪、蛋白质、油类、肥皂、洗涤剂等）；

溶解物质则有各种含氮化合物、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、尿素和其它有机物分解产物，产生臭味的有硫化物

以及特殊的粪臭素。

（四）工业废水

1、无机物废水

2、有机物废水

3、含有大量的有机物，同时含有大量无机物的废水

（五）工业废渣和城市垃圾淋溶水

工业废渣主要来源于燃料渣、冶金渣、化工渣等

三、天然水体水质恶化特点

（一）海洋水体水质恶化特点

1.污染源多而复杂

2.污染物持续性强，危害性大

3.污染范围大

（二）河流水体水质恶化特点

1.河流水质恶化程度随流量的大小而变化

2.河流水质恶化影响范围广

3.河流水质恶化影响大

4.河流自净能力强，水质恶化易于控制

（三）湖泊（水库）水质恶化特点

1.湖泊、水库污染来源广、途径多、种类复杂

2.湖水稀释和搬运污染物质的能力弱

3.湖泊对污染物质的生物降解、累积和转化能力强

（四）地下水水质恶化特点

1.地下水水质恶化过程缓慢

2.地下水的间接恶化方式

3.地下水污染物浓度高

4.地下水污染难治理

四、水体的自净能力

（一）水体恶化与自净关系

（二）水体的自净过程

（1）广义的定义：

受污染的水体，经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并恢复到污染前的水平；

（2）狭义的定义指水体中的微生物氧化分解有机物而使得水体得以净化的过程。

2、水体自净过程的特征

（1）进入水体中的污染物，在连续的自净过程中，总的趋势是浓度逐渐下降。

（2）大多数有毒污染物经各种物理、化学和生物作用，转变为低毒或无毒化合物。

（3）重金属一类污染物，从溶解状态被吸附或转变为不溶性化合物，沉淀后进入底泥。

（4）复杂的有机物，如碳水化合物，脂肪和蛋白质等，不论在溶解氧富裕或缺氧条件下，都能被微生物利用和分解。

先降解为较简单的有机物，再进

一步分解为二氧化碳和水。

（5）不稳定的污染物在自净过程中转变为稳定的化合物。

如氨转变为亚硝酸盐，再氧化为硝酸盐。

（6）在自净过程初期，水中溶解氧数量急剧下降，到达最低点后又缓慢上升，逐渐恢复到正常水平。

（7）进入水体的大量污染物，如果是有毒的，则生物不能栖息，如不逃避

就要死亡，水中生物种类和个体数量就要随之大量减少。

3、水体自净机制

（1）物理净化作用

（2）化学净化作用

（3）生物净化过程

五、水环境容量

（一）水环境容量的概念和类型

1、水环境容量的概念

（1）概念：

水环境容量是一定水体在规定水质目标下所能容纳污染物的量。

（2）水体特征与水环境容量

（3）污染物特性和水环境容量

（4）水质目标与水环境容量

2、水环境容量类型

（1）理想环境容量

（2）面源污染现状水环境容量

（3）点源污染现状水环境容量

（4）可优化利用的水环境容量水

3、环境容量的排列顺序理想水环境容量＞面源污染现状水环境容量＞可优化利用的水环境容量＞环境污染现状可利用的水环境容量

（二）水环境容量资源的确定与应用

1.确定问题

（1）水域的功能类型。

（2）污染的类型

（3）实际应用的需求

2.模型的选择

（1）针对应用目的和水环境容量资源分配的需要，选择模型的维数；

（2）对模型结构选择，力求简便实用，物理概念明确，并根据实际情况正确取舍模型的参数。

（3）选择模型时应兼顾有效资料的种类和数量；

（4）了解模型的适用性和优缺点，正确使用数学模型，搞好参数估计和模型的验证。

3.水环境容量模型与应用

（1）定常条件下河流稀释混合模型

（a）点源的稀释混合方程单点源排放方程多点源排放方程

（b）非点源稀释混合方程

（2）概率分布设计条件下的河流稀释混合模型

（1）人类活动得水文效应有哪些基本特征。

（2）试述森林得水温效应。

（3）人类活动对水资源得水质方面有何影响？

（4）何谓水环境容量？

其类型如何划分？

有何特征。