湖泊水文學

湖泊水文現象的研究始於古代的定性描述。中國清代《古今圖書集成》和《行水金鑒》記載了中國許多湖泊湖水的來源及去路、泥沙、水位漲落、河湖調節關係和湖泊變遷過程等。湖泊水文的定量研究，始於17世紀的水文觀測。死海從1650年起，已有水位資料。19世紀盛行湖泊測深工作。1891年 F.-A.福雷爾完成了日內瓦湖的研究，出版了《日內瓦湖湖泊志》 3卷，系統地論述了該湖的地質，氣候，湖水運動，化學、熱學、光學、聲學特點，湖泊成因和形態，為近代湖泊學確定了基本的研究領域。1909年R.威廷提出湖流流速與風速經驗關係式。1910年前後，E.M.韋德伯恩致力於湖水溫度觀測，提出了溫度振動流體動力學理論。1915年E.A.伯奇根據熱量平衡原理開始計算湖泊熱量收支和蓄熱量。

20世紀20年代以後，由於建築大型水庫，推動了湖泊水文研究，廣泛應用水量平衡、沙量平衡、鹽量平衡、能量平衡、熱量平衡等原理和流體動力學理論，定量分析湖泊水資源；推算水庫淤積年限；預估庫水的礦化度；改進風浪要素的計算方法；研究湖水溫度和確定湖冰厚度等問題。20世紀50年代，電子計算機、同位素及遙感技術等的應用和精密測量儀器的研製，為湖泊水文研究提供了新的手段。60年代以後，國際水文十年 (IHD)把湖泊水文列入研究計劃，開始了湖泊水文學研究的國際合作。中國自50年代起，在長江中下游和雲南等地陸續開展了湖泊的綜合調查。

現代湖泊水文學研究的主要內容，可歸納為：

①湖泊水量和水位。研究湖泊蓄水量及其變化規律。在一定時段，進出湖泊的水量不同，引起湖泊蓄水量的變化。入湖水量包括湖面降水量，入湖的地面、地下徑流量。出湖水量則有湖面蒸發量，出湖的地面、地下徑流量和工農業自湖泊的引水量。運用湖泊水量平衡方程可以確定湖泊蓄水量的變化，評價湖泊水資源，闡明湖泊對江河的調蓄能力。湖泊蓄水量的變化，直接決定著湖水水位的升降，但在蓄水量不變的情況下，湖泊增減水和湖泊波漾等作用也會引起水位的變化。湖泊水位資料是估算湖泊水量的依據。最高水位的確定，為湖泊的堤防設計，提供科學依據。

②湖水運動。研究湖水各種運動方式、相互關係及其發生、發展和停息的機制。湖水有進退運動和升降運動；湖水運動有的發生在湖面，有的在內部；有的有周期性，有的為非周期性。湖水運動除受外部因素影響外，還受湖水面積、深度、成層結構、密度分佈等內部因素的制約。研究湖水運動可以解說湖岸演變、湖中泥沙運動、湖水物理性質變化和化學成分分佈等規律，並為船舶航行作出預報，為護岸工程設計提供資料。湖水運動的研究，以流體動力學為基礎，同時採取野外觀測與室內模型試驗相結合的方法。

③湖水熱動態。研究湖泊中的熱量收支狀況。通過湖水熱量平衡計算，可以確定湖泊蓄熱量的變化。水溫升降反映湖中蓄熱量的增減。湖水溫度隨空間而異。較深湖泊的水溫在垂向有分層現象。研究溫度成層，可以解釋湖水運動、化學成分、水生生物變化和分佈的原因。

④湖水光學現象。研究湖面輻射平衡，探討光線在湖面的反射，湖水對各種波長光線的吸收、散射和折散等光學特性。研究湖水光學特性，可以了解湖水中光線透射的深度和照度的大小，闡明浮游生物、水生高等植物等生長和分佈規律。

⑤湖水化學。研究湖水化學成分形成特點和湖泊富營養化等問題。湖水中有各種離子、生物營養元素、溶解氣體、有機物質、微量元素和有毒物質等。湖水水質參數有礦化度、總硬度、總鹼量、pH值等指標。湖水的化學成分的形成和變化特點與湖水流動滯緩、湖泊的大小深淺和氣候條件等有關。應用鹽量平衡原理可以確定湖泊內鹽量變值，查明湖泊、水庫礦化度的變化。湖水化學的研究為湖泊水質評價和湖水污染的防治提供依據。

⑥湖泊沉積。研究湖中物質的沉積過程及其演變規律。應用沙量平衡原理，即根據時段內進出湖泊的沙量收支狀況，可以確定某一時段湖泊淤積量，推算淤積厚度。研究泥沙淤積、化學沉積和生物沉積，可以預測沉積演變趨勢和湖泊壽命。在湖泊沉積研究中也應用遙感技術、同位素技術、孢子花粉和古地磁等方法，測定沉積物年代，推測歷史氣候變遷情況，預測沉積數量和位置。

湖盆的形態、大小和深淺，影響湖水運動、湖泊沉積、湖中熱量交換和湖水的化學特性等，因此，湖泊水文學也研究湖盆和湖泊的形態特徵。

水庫是人工湖泊，與天然湖泊既有共同之點也有一些特殊研究內容，如水庫淤積、水庫庫岸演變、異重流防治和利用等問題。

湖泊水量平衡和水位變化的研究要運用氣象學、水文地質學、水文計算的知識和方法；流體力學、熱力學和水化學等是研究湖水運動、湖水熱動態和湖泊水質等水文物理現象和化學過程的基礎。湖盆的研究則要藉助地質學、地貌學的理論和方法。

湖泊水文學的新手段有：①模型技術，其中包括物理模型和數學模型，用以進行湖泊水文現象的物理和數值模擬，建立湖水動力模型、湖泊水溫模型、湖水化學模型、湖泊沉積模型等；②遙感技術，用於探測湖界、水溫、冰情，識別湖水污染和淺水湖泊泥沙運動；③核技術，用於示蹤泥沙運動，分析湖泊沉積，探測水庫滲漏；④電子技術，用於湖泊調查和測量等。

現代湖泊水文學要加強水文混合與水文平衡基礎理論研究，以闡明湖泊水文現象內部聯繫；提高水量平衡要素觀測和計算精度；推廣應用新技術；將湖泊作為系統，了解其中所有因素之間相互關係，研究湖泊的環境效應，湖水資源的保護、開發和利用。

利用資源衛星圖像，進行湖泊、水庫的分析之圖，可以建立湖泊信息系統，這是湖泊遙感多元分析的新途徑，也是湖泊數據更新的重要保證，具有多方面的應用功能。

湖泊水庫等地理分佈調查，不論高山高寒地區，或是浩瀚無際的沙漠地帶以及人煙稀少的邊境區域，都能通過衛星像片的地學分析，標出湖泊等水體的位置、形狀、大小等基本特徵。有目的地建立湖泊資料庫，為水資源調查，開創新技術途徑。

湖泊水化學成分、礦化度、水質、水溫等，都能從衛星影像特徵中進行定性研究，同時也可結合地面有關調查數據作定量分析，還可對地圖上湖泊、水庫、沼澤窪地等水文要素作更新修正。它們在湖泊信息系統的支持下，利用資源衛星像片修編地圖是一條多、快、好、省的途徑。這對地物變化快的要素，如湖泊的退縮消長，水庫的興修擴建等圖面訂正補充，都有很好的效果。

衛星遙感圖像具有其周期性、宏觀性和現勢性特點，因此，運用遙感技術進行湖泊、水庫等調查製圖，有著快速、實時性的優勢。所以，開展湖泊地理信息系統的研製，實時監測湖泊水體，具有廣闊的應用前景。

資源衛星對湖泊資源的保護和開發利用，能發揮獨特的作用。湖泊是一個多功能的資源庫，人們不斷地開發索取，其結果引起湖泊生態環境的變化，乃至惡化。而資源衛星獲取的像片，能不時地將湖區被圍墾，湖面縮小，直至湖泊生態系統的破壞等信息傳遞給人們，進而可引起有關部門的重視，採取措施積極保護湖泊資源。

80年代後期以來，中國科學院南京地理與湖泊研究所開展了一系列湖泊資料庫--湖泊信息系統的研究，積累了豐富的湖泊信息，並於90年代後期上網發布。

河流水文學、沼澤水文學、冰川水文學、雪水文學、水文氣象學、地下水水文學、區域水文學和海洋水文學

[1]教學基礎資源庫 http://bbs.ccit.edu.cn/kepu/100k/read.php?tid=11770