王守竸(1904~1984)

[拼音]:bingchuan shuiwenxue

[外文]:glacier hydrology

冰川學與水文學之間的邊緣科學。是近期形成的新學科。它研究地球表面冰川、積雪本身的水文現象、過程及其基本規律,為冰雪水資源的開發利用和冰雪洪水災害防治提供基本科學依據。冰川水文學還研究由冰川、積雪融水補給的河流的水文情勢及其預報。廣義的冰川水文學包括雪水文學和冰川水文學,有時還合稱冰雪水文學。

發展簡史

人類運用冰雪水文知識解決生產實際問題的歷史悠久。中國西部高山區的山麓地帶的農業主要靠冰雪融水灌溉。18世紀初,中國的《西域水道記》記述了新疆木札爾特冰川融水。1836年J.B.傑維斯根據流域積雪面積進行融雪產水量預報。20世紀40年代,融雪計算得到了發展。1940年J.C.奧爾特估測了季節性積雪產水預報的發展趨勢並指出,在預報季節融水徑流中統計學上的數學多重相關分析法將被廣泛應用。1942年B.S.巴恩斯首先提出用數學計算方程預報融雪徑流。1956年美國陸軍工程兵團出版了《雪水文學》,詳細地論述了雪水文學中的洪水設計問題,對影響融雪徑流的熱源作了深入討論。1960年,美國陸軍工程兵團在《融雪徑流》一書中,以對流、輻射和傳導等熱輸送理論為基礎計算了融雪量,推導了降雨期間和碧空天氣下流域融雪的物理方程。此後,對冰雪融水通過冰川的流動和冰雪融水的水壓開展研究。1972年,J.威爾特曼研究冰川底部水流,發現冰下水壓是離冰下水道中心線的距離而變化的現象。J.F.奈、F.C.弗蘭克等深入研究了溫性冰晶粒間融水的滲透性。1976年奈推導了充滿水的水道中非穩定水流的四個微分方程式即融化速率與冰流動之間差異方程、水流動的連續方程、水的流動方程和能量方程。70~80年代隨著新技術在冰川水文學中的廣泛應用,冰川水文學研究進展迅速,取得了新的成就,出現了冰川水文學的專門論著,使冰川水文知識體系日益完整。

學科內容

冰川水文學的內容可歸納為:

(1)融雪徑流計算和預報,包括實驗流域季節性積雪的產水量計算,融雪徑流對河流徑流的調節作用,融雪徑流影響因素和融雪徑流預報分析技術的研究。

(2)冰川表面、冰內和冰床處的水流的研究,包括冰面消融與徑流的關係,冰面的產流、匯流過程研究;根據冰川補給河流的流量記錄,通過鹽、染料或其他示蹤物試驗及理論分析,對冰川內部、冰床處排水系統和冰床處水的流動方式(R水道、N水道和層流)的研究;冰內、冰下水壓的直接測定或理論計算;冰內冰下空穴現象和溫性冰川晶粒間水的滲透性的研究。

(3)冰雪融水徑流的水文分析和計算,包括冰雪融水的形成、冰雪融水水文特徵值的分佈規律和流域水量平衡研究;冰雪融水補給河流的侵蝕作用、沉積物搬運和堆積作用的研究。

(4)與冰川和積雪有關的專門的水文學問題,包括根據冰川變化研究過去氣候,冰川徑流的自然調節和人工調節,冰川阻塞湖潰決及其洪水形成機制,融雪洪水的形成理論與計算方法。

(5)與冰川水文學研究直接有關的冰川、冰、雪的基礎理論研究,包括冰川、積雪的全球性空間分佈規律及其在不同時間上的變化,冰雪的物理特性(溫度、運動、變化)和力學特性,冰川物質平衡(積累與消融)機制,冰雪體內相態變換,積累、消融的觀測與計算方法,冰雪消融的人工調節等。

研究途徑和手段

冰川水文學的研究途徑主要有如下幾方面:

(1)數學物理途徑。根據冰雪融水徑流及其影響因素之間的物理聯絡,建立它們之間的定量關係,如用水量平衡法求各平衡要素之間的定量關係。

(2)統計途徑。基於冰、雪水文現象具有隨機性質,根據大量的實測資料,應用數理統計和概率論,研究冰雪融水各個水文要素的統計規律。

(3)地理綜合途徑。根據冰雪水文現象具有地區性和地帶性的特性,分析各測站水文要素的地理分佈規律,建立各種地區性經驗公式,繪製各種特徵值等值線圖。

此外,冰川水文學還應用模擬技術預報融雪徑流;應用遙感技術,量測積雪面積,確定積雪深度,監測冰川、冰川阻塞湖形成和預測變化動態等;應用同位素技術研究古氣候變化,測定冰雪水樣的絕對年齡和冰川積累量;應用雷達測量技術研究冰川內、冰床處液態水的分佈和流動,探測大陸冰蓋下巨大的液態水體—冰下湖泊等。

與其他學科的關係

由固態的冰雪變成液態的徑流,自然地要運用冰川學的許多基本理論;冰雪的積累、消融與大氣進行熱量和能量交換要涉及氣象學和氣候學知識;冰川流動和變形的理論基礎是流變學;冰內冰下融水流動要應用水力學和熱動力學的原理和方法;冰雪融水作為塑造地表的外營力之一,因此冰川水文學與地質學和地貌學有關。