湖泊水文学

水文学的分支

湖泊水文学是水文学的一个分支。研究湖泊水文现象和湖水资源利用。1938年国际科学水文协会执行委员会瑞士会议确认limnology一词指湖泊水文学。主要研究湖泊中的水量变化和运动，湖水的物理特性和化学成分、湖泊沉积湖泊的利用等。

发展简史

湖泊水文现象的研究始于古代的定性描述。中国清代《古今图书集成》和

《行水金鉴》记载了中国许多湖泊湖水的来源及去路、泥沙、水位涨落、河湖调节关系和湖泊变迁过程等。湖泊水文的定量研究，始于17世纪的水文观测。死海从1650年起，已有水位资料。19世纪盛行湖泊测深工作。1891年 F.-A.福雷尔完成了日内瓦湖的研究，出版了《日内瓦湖湖泊志》 3卷，系统地论述了该湖的地质，气候，湖水运动，化学、热学、光学、声学特点，湖泊成因和形态，为近代湖泊学确定了基本的研究领域。1909年R.威廷提出湖流流速与风速经验关系式。1910年前后，E.M.韦德伯恩致力于湖水温度观测，提出了温度振动流体动力学理论。1915年E.A.伯奇根据热量平衡原理开始计算湖泊热量收支和蓄热量。 20世纪20年代以后，由于建筑大型水库，推动了湖泊水文研究，广泛应用水量平衡、沙量平衡、盐量平衡、能量平衡、热量平衡等原理和流体动力学理论，定量分析湖泊水资源；推算水库淤积年限；预估库水的矿化度；改进风浪要素的计算方法；研究湖水温度和确定湖冰厚度等问题。20世纪50年代，电子计算机、同位素及遥感技术等的应用和精密测量仪器的研制，为湖泊水文研究提供了新的手段。60年代以后，国际水文十年 (IHD)把湖泊水文列入研究计划，开始了湖泊水文学研究的国际合作。中国自50年代起，在长江中下游和云南等地陆续开展了湖泊的综合调查。

学科内容

现代湖泊水文学研究的主要内容，可归纳为：

湖泊水量和水位

研究湖泊蓄水量及其变化规律。在一定时段，进出湖泊的水量不同，引起湖泊蓄水量的变化。入湖水量包括湖面降水量，入湖的地面、地下径流量。出湖水量则有湖面蒸发量，出湖的地面、地下径流量和工农业自湖泊的引水量。运用湖泊水量平衡方程可以确定湖泊蓄水量的变化，评价湖泊水资源，阐明湖泊对江河的调蓄能力。湖泊蓄水量的变化，直接决定着湖水水位的升降，但

在蓄水量不变的情况下，湖泊增减水和湖泊波漾等作用也会引起水位的变化。湖泊水位资料是估算湖泊水量的依据。最高水位的确定，为湖泊的堤防设计，提供科学依据。

湖水运动

研究湖水各种运动方式、相互关系及其发生、发展和停息的机制。湖水有进退运动和升降运动；湖水运动有的发生在湖面，有的在内部；有的有周期性，有的为非周期性。湖水运动除受外部因素影响外，还受湖水面积、深度、成层结构、密度分布等内部因素的制约。研究湖水运动可以解说湖岸演变、湖中泥沙运动、湖水物理性质变化和化学成分分布等规律，并为船舶航行作出预报，为护岸工程设计提供资料。湖水运动的研究，以流体动力学为基础，同时采取野外观测与室内模型试验相结合的方法。

湖水热动态

研究湖泊中的热量收支状况。通过湖水热量平衡计算，可以确定湖泊蓄热量的变化。水温升降反映湖中蓄热量的增减。湖水温度随空间而异。较深湖泊的水温在垂向有分层现象。研究温度成层，可以解释湖水运动、化学成分、水生生物变化和分布的原因。

湖水光学现象

研究湖面辐射平衡，探讨光线在湖面的反射，湖水对各种波长光线的吸收、散射和折散等光学特性。研究湖水光学特性，可以了解湖水中光线透射的深度和照度的大小，阐明浮游生物、水生高等植物等生长和分布规律。

湖水化学

研究湖水化学成分形成特点和湖泊富营养化等问题。湖水中有各种离子、生物营养元素、溶解气体、有机物质、微量元素和有毒物质等。湖水水质参数有矿化度、总硬度、总碱量、pH值等指标。湖水的化学成分的形成和变化特点与湖水流动滞缓、湖泊的大小深浅和气候条件等有关。应用盐量平衡原理可以确定湖泊内盐量变值，查明湖泊、水库矿化度的变化。湖水化学的研究为湖泊水质评价和湖水污染的防治提供依据。

湖泊沉积

研究湖中物质的沉积过程及其演变规律。应用沙量平衡原理，即根据时段内进出湖泊的沙量收支状况，可以确定某一时段湖泊淤积量，推算淤积厚度。研究泥沙淤积、化学沉积和生物沉积，可以预测沉积演变趋势和湖泊寿命。在湖泊沉积研究中也应用遥感技术、同位素技术、孢子花粉和古地磁等方法，测定沉积物年代，推测历史气候变迁情况，预测沉积数量和位置。

湖盆的形态、大小和深浅，影响湖水运动、湖泊沉积、湖中热量交换和湖水的化学特性等，因此，湖泊水文学也研究湖盆和湖泊的形态特征。

水库是人工湖泊，与天然湖泊既有共同之点也有一些特殊研究内容，如水库淤积、水库库岸演变、异重流防治和利用等问题。

与其他学科的关系

湖泊水量平衡和水位变化的研究要运用气象学、水文地质学、水文计算的知识和方法；流体力学、热力学和水化学等是研究湖水运动、湖水热动态和湖泊水质等水文物理现象和化学过程的基础。湖盆的研究则要借助地质学、地貌学的理论和方法。

研究手段

湖泊水文学的新手段有：①模型技术,其中包括物理模型和数学模型，用以进行湖泊水文现象的物理和数值模拟，建立湖水动力模型、湖泊水温模型、湖水化学模型、湖泊沉积模型等；②

遥感技术，用于探测湖界、水温、冰情，识别湖水污染和浅水湖泊泥沙运动；③核技术，用于示踪泥沙运动，分析湖泊沉积，探测水库渗漏；④电子技术，用于湖泊调查和测量等。现代湖泊水文学要加强水文混合与水文平衡基础理论研究，以阐明湖泊水文现象内部联系；提高水量平衡要素观测和计算精度；推广应用新技术；将湖泊作为系统，了解其中所有因素之间相互关系，研究湖泊的环境效应，湖水资源的保护、开发和利用。

利用资源卫星图像，进行湖泊、水库的分析之图，可以建立湖泊信息系统，这是湖泊遥感多元分析的新途径，也是湖泊数据更新的重要保证，具有多方面的应用功能。

湖泊水库等地理分布调查，不论高山高寒地区，或是浩瀚无际的沙漠地带以及人烟稀少的边境区域，都能通过卫星像片的地学分析，标出湖泊等水体的位置、形状、大小等基本特征。有目的地建立湖泊数据库，为水资源调查，开创新技术途径。

湖泊水化学成分、矿化度、水质、水温等，都能从卫星影像特征中进行定性研究，同时也可结合地面有关调查数据作定量分析，还可对地图上湖泊、水库、沼泽洼地等水文要素作更新修正。它们在湖泊信息系统的支持下，利用资源卫星像片修编地图是一条多、快、好、省的途径。这对地物变化快的要素，如湖泊的退缩消长，水库的兴修扩建等图面订正补充，都有很好的效果。

卫星遥感图像具有其周期性、宏观性和现势性特点，因此，运用遥感技术进行湖泊、水库等调查制图，有着快速、实时性的优势。所以，开展湖泊地理信息系统的研制，实时监测湖泊水体，具有广阔的应用前景。

资源卫星对湖泊资源的保护和开发利用，能发挥独特的作用。湖泊是一个多功能的资源库，人们不断地开发索取，其结果引起湖泊生态环境的变化，乃至恶化。而资源卫星获取的像片，能不时地将湖区被围垦，湖面缩小，直至湖泊生态系统的破坏等信息传递给人们，进而可引起有关部门的重视，采取措施积极保护湖泊资源。

80年代后期以来，中国科学院南京地理与湖泊研究所开展了一系列湖泊数据库--湖泊信息系统的研究，积累了丰富的湖泊信息，并于90年代后期上网发布。