[科普中国]-冰河水文学

冰河水文学是研究冰河及其周围水体发生的各种水文现象和过程的学科，是介于冰河学与水文学之间的边缘学科。

冰河是淡水资源的重要组成部分。全球冰河储量为2406.4万km3，占地表淡水资源的69.5%。除极地的冰盖冰河外，主要分布在欧洲、北美和中亚等地区。中国的冰河贮量约为5万亿m3，年平均冰川融水量约为563亿m3，主要分布在西藏、新疆、青海、云南、四川等省、自治区。研究冰河水文，对于冰河水资源的合理开发利用具有重要意义。

冰河水文学是一门综合性科学。冰河径流的形成、分布、特征与冰河学、水文学、气象学、气候学以及地质学、地貌学有密切关系。冰河及冰河径流的运动与流变学、流体力学、地下水水文学有关。冰河径流的数据采集、资料分析、计算和预测、预报，与遥感技术、计算机技术、数理统计等有密切关系。

发展简史中国古代就有关于冰河的记载。

19世纪50年代前，冰河水文学尚未形成学科体系，它附属于冰河学、自然地理学和水文学，处于定性描述冰河水文现象的阶段。

20世纪60年代以后才引起世界许多国家的重视。1958年～1959年中国对祁连山和天山进行冰河考察，开展人工促进融冰化雪，建立了高山冰河观测站。

全球已有60多个冰河水文野外实验站。其中原苏联天山的约汉---克谢尔苏站和美国西部的南喀斯特冰河站（South Cascade Glacier）于50年代设立，其余多为国际水文十年（1965～1974年）期间或之后所建立。冰河水文研究已进入比较深入的定量研究阶段。

1969年在英国首次召开国际冰河水文学术讨论会，交流了冰面、冰内的水研究状况，提出了以线性水库原理模拟冰河径流过程。氚同位素、遥感等新技术在冰河水文研究中的应用，标志着冰河水文研究有了新的发展。

1972年在加拿大的班夫（Banff）召开“雪冰在水文学中的作用”、1978年在格鲁吉亚第比利斯召开的“冰河区径流与冰河径流预报”以及1982年在英国埃克塞特（Exeter）举行的高山水文状况等学术讨论会，显示了冰河、气候、径流以及海平面的变化是各国学者普遍关注的研究课题，并逐步从小尺度扩大到大尺度，研究对象从冰河扩大到整个寒区的雪盖、河、湖、海冰等与环境之间的关系。冰河水文学逐步成为系统的学科。

研究内容冰河分类、形态和规模冰河可分为大陆冰河（又称冰盖冰河）和山岳冰河两大类。世界上有南极冰盖和格陵兰冰盖两大冰盖，其冰储量占全球冰河储量的99%，冰盖平均厚度约1720m～2200m，最厚处超过4000m。山岳冰河根据形态和规模可分为悬冰河、山谷冰河、平顶冰河、再生冰河、山麓冰河和多年雪堆或锥冰河。

从冰河的物理性质、温度状况，冰河又可分为极地冰河、亚极地冰河和温冰河。温冰河主要分布于降水量丰富的海洋性气候地区，又称海洋性冰河，如欧洲阿尔卑斯冰河、中国西藏东南部的一些冰河。发育于降水量少的大陆性气候条件下的冰河，称为大陆性冰河，如中国从阿尔泰山向南到喜马拉雅山北坡大部分山区的冰河。

此外，由冰河源头到冰河末端跨过几个气候带的冰河为复合性冰河，如喀喇昆仑山的巴托拉冰河。

冰河运动冰河运动与冰河的存在和发展有密切关系。冰河积累区的冰雪达到一定厚度时，在重力作用下以运动的方式输送到消融区。冰河消融区的物质消耗靠冰河运动补充。当冰河物质平衡与冰河运动相协调时，冰河保持稳定状况，否则冰河发生前进或后退。因此，研究冰河运动和冰河物质平衡，对研究冰河变化具有重要意义。山岳冰河流动速度表面大于深部。中央大于两侧，在冰河平衡线附近流速最大，向源头和末端流速降低。

冰河运动是由塑性变形或蠕变产生，也有产生块体滑动；快速前进的冰河称为跃动冰河。

冰河积累与消融冰河获得物质为冰河积累，主要来自降雪、吹雪和雪崩，还有少量的霜、雾凇、雹、液态降水和冰雪融水的再冻结。冰河物质消耗为冰河消融，包括冰的消融、蒸发和因崩落脱离冰体的冰块。冰河积累、消融与气候变化有关。

在低温湿润年，冰河积累量大于消融量，冰河为正平衡，反之，在高温干旱年，消融量大于积累量，冰河为负平衡。冰河的正负平衡导致冰河的前进与后退。物质平衡观测通常用埋设花杆、挖雪坑和摄影测量。冰河厚度观测有重力测量、物探、地震探测等。

冰河消融热源主要来自太阳辐射，其次来自冰面与近地面层大气湍流热交换（感热和潜热）。大陆性冰河的辐射平衡值占优势，约为热量平衡收入项的80%～90%以上，感热约为10%，凝结释放热约5%。海洋性冰河的辐射平衡值比大陆性冰河小，约占60%，而湍流交换热相应增大约为30%，凝结释放热约占10%。冰面辐射平衡值与冰面反射率成反比关系。冰面状况（如污化程度）决定冰面反射率，随着时间的推移和环境的变化，冰面状况从雪变质成冰河冰，反射率在可见光波段由0.95降到0.60。可通过热量平衡、气象要素观测资料建立冰面消融经验关系。

冰河融水径流研究冰河表面、冰内和冰底部融水的聚积和移动的物理机制，及其与周围环境水体的相互作用、与气候变化的关系和冰河径流的时空分布特征。大陆性冰河因气温低、降水量小以冰面汇流为主，海洋性冰河气温高、降水充沛，冰裂隙相当发育，冰融水通过冰裂隙渗入冰内，融水使冰内温度升高，促进冰内融化，地热使底冰融化形成冰下孔穴，故冰面、冰内、冰下融水相当发育，是冰融水排泄的主要通道。通常采用水量平衡和热量平衡原理以线性水库模式描述融水的出流过程。冰河融水起调节河流径流量的作用，且具有区域性和地带性分布规律。研究径流与气候变化周期、滞后期、影响因素等对环境水文研究具有重要意义。

冰河径流预报冰河径流预报为灌溉、防洪、发电和供水等服务。短期预报根据预报时段能要求，建立相应时段预报因子与流量的关系。长期展望：根据周期分析、傅里叶级数分析，太阳黑子、冰岩芯稳定同位素18O和16O的相对含量等以恢复历史气候，并预测未来冰河的发展趋势。高寒山区突发性冰河洪水，是一种山区自然灾害。由于冰河前进引起堤塞河道形成冰湖，或因冰内孔穴出口受堵，发生溃决形成突发性、历时短暂、无一定周期、破坏力极大的冰川洪水。一般通过卫星监测密切注视冰湖的发展或进行适当的防洪措施。

冰河水资源研究冰河的分布、类型、特征和估算可更新的冰河资源量。包括冰河水资源的数量、质量和时空分布特征、变化趋势以及合理利用和保护冰河资源。通常以人工催化冰河、增加河流径流量。但是，如长期动用冰河资源，将促进冰河衰退。另一方面，如干旱年份冰河损耗过多，为减弱冰河消融，可在冰河区施放烟幕，减少太阳辐射量，以增加冰河积累量。1

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院