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1、水文与水资源学HydrologyandWaterResources 任课教师 吕国安华中农业大学资源与环境学院2014年 2 1水循环及水量平衡2 2河流和流域2 3降水及其特征2 4蒸发与蒸散发2 5下渗2 6径流 第2章水循环及其要素 2 1水循环及水量平衡 2 1 1自然界的水循环2 1 2水量平衡 2 1 1 1地球上水的分布 水圈 各种水体共同组成了一个连续而不规则的围绕地球表层的水壳 称为水圈 空间 大气对流层顶部 深层地下水 包括 海洋 江河 湖泊 沼泽 冰川和地下水等 形态 气态 液态 固态 2 1 1自然界的水循环 地球上的水量 Total 13 86 108km3能被人类直
2、接利用的淡水资源仅占0 796 表2 1全球水储量表 世界淡水分布比例图 南极洲拥有600万立方英里的冰5万年 密西西比河 830年 地球上所有河流 76米 海平面上升 2 1 1 2水分循环及其模式 2 1 1 2水分循环及其模式 降水 蒸发散 径流 水循环的基本环节 过程 阶段 水汽输送 蒸发散 水汽输送 降水 径流 定义 地球表面的水体在太阳辐射的作用下被蒸发上升至空中 被气流带动输送到各地 水汽在上升和输送过程中 遇冷凝结以降水的形式回到地面或水体上 再以径流的形式汇入海洋 水分这样往复不断地转移交替的现象叫作水分循环 简称水循环 watercycle或hydrologiccycle
3、2 1 1 2水分循环及其模式 水循环不仅是物质的循环 也是能量的循环 水分循环的原因 1 外因 动力条件 太阳辐射 地心引力 重力 2 内因 水的物理性质 水的三态变化 根据水循环的过程 分为 1 大循环海陆间的水分循环过程称为水分的大循环 或外循环 2 1 1 3水分循环的类型 2 小循环海洋与大气之间或陆地与大气之间局部地区的水分循环过程称为水分的小循环 或内循环 2 1 1 4水循环周期 T 周期 单位 年 月 日 时 W 水体的储量 体积单位 单位时间参与水循环的量 体积 时间 是研究水资源的非常重要的一个参数 如果一个水体的循环周期短 更新速度快 其水资源的利用率就高 各种水体循环
4、交替的周期 决定淡水补充量 水体自净能力 更新周期较快的大气水和河流水成为人们主要的淡水来源 2 1 1 4水循环周期 2 1 1 5影响水循环的因素 气候因素 湿度 温度 风速 风向等 最主要因素 下垫面因素 地理位置 地表状况 地形等 影响蒸发 径流人为因素 调节径流 加大蒸发 增加降水等 通过改变下垫面性质 形状来影响水分循环 人类活动对水循环的影响 水资源利用 工业 农业 生活 娱乐用 修筑水库 长江三峡 跨流域调水 南水北调 围湖造田 围湖造房 填海造陆不合理砍伐森林 水土流失 污染物排放 温室气体排放 温室效应的影响 2 1 1 6水循环的作用和意义 形成 更新提供淡水资源 可再生
5、 直接影响气候和生态形成各种水体和地貌形成各种水文现象 干旱洪涝等 实现物质迁移和转化促进能量流动和交换 本节思考题 人类活动是怎样对水循环产生影响的 结合自己的专业回答 2 1 2水量平衡 waterbalance 主要内容 水量平衡 可解决什么问题 水量平衡方程 如何构建水量平衡方程 定义 根据质量守恒定律 在水分循环过程中 对于任一区域在任一时段内收入的水量和支出的水量之间的差额 必等于该时段内该区域内蓄水量的变化量 水量平衡即水量收支平衡 2 1 2 1水量平衡原理 可解决的问题 2 1 2 1水量平衡原理 推求水量平衡的未知要素 了解和预测水体水情变化的影响源及影响程度判别观测站点的
6、分布和测量中的系统误差定量分析人类活动引起的水循环及水资源变化为水资源合理利用 时空控制与调配提供基础 2 1 2 2水量平衡方程 WaterBalanceEquation I A W 式中 I 研究时段内输入区域的水量A 研究时段内输出区域的水量 W 研究时段内区域储水量的变化 可正可负 水量平衡原理的定量表达式 列水量平衡方程需要注意 空间 时间和数量 对象 全球 海洋 陆地 流域 森林 草原 农田 湖泊 水库 任一地块等 时段 长 短 数量 自然 降水 蒸发 径流人为 调出或调入 开采 回注 灌溉 排水 单位 各要素的单位 常用平均水深 mm 1 大气系统 P和E分别为降水量和蒸发量 A
7、in和Aout分别为大气层中除降水与蒸发以外的其他收入水量和支出水量 A为大气系统中的蓄水变化量 P E Ain Aout A 2 土壤系统 式中 P为降雨入渗量 Cm为土壤中的凝结水 Sin为由地下水和壤中流形式进入土壤层的水 Sout为由土壤层向下渗入地下水和通过壤中流形式流出土壤层的水 E为土壤层蒸发量 W为土壤层中的蓄水量变化 P Cm Sin Sout E W 3 地下水系统 式中 为地下水的降水人渗补给系数 EG为地下水上升经土壤到地面后的蒸发量 GIN为地下流入系统的水量 GOUT为地下流出系统的水量 G为地下的蓄水量变化 P EG GIN GOUT G 流域的定义 河流某断面以
8、上 汇集地表水和地下水的区域 分别称作地面集水区和地下集水区 统称为河流在该断面以上的流域 流域亦即分水岭 山岭 高原 平原或湖泊 包围的集水区域 4 流域水量平衡方程 4 流域水量平衡方程 P E1 R地表 R地下 E2 r地表 r地下 q W 式中 P 该区的降水量E1 该区水汽的凝结量R地表 流入该区的地表径流量R地下 流入该区的地下径流量 W 该区蓄水量的变化 收入 支出 变化 一般流域水量平衡方程 E2 蒸发量和林木的蒸散量r地表 从该区流出的地表径流量r地下 从该区流出的地下径流量q 该区内工农业及生活用水量 4 流域水量平衡方程 P R地表 R地下 E r地表 r地下 q W 令
9、E E2 E1为时段内的净蒸发量 则 流域通用水量平衡方程 非闭合流域 闭合流域 非闭合流域 地面分水线与地下分水线在位置上不完全重合 即地面和地下集水区不相重合 闭合流域 流域的地面水和地下水分水线在位置上重合 即地面和地下集水区相重合 SubsurfaceCapture 非闭合流域的水量平衡 P R地下 E r地表 r地下 q WP R地下 E R W 无工农业及生活用水时 闭合流域的水量平衡 P E W 净蒸发量 降雨量 从地面流出的水量 P E R W r地表 闭合流域多年平均的水量平衡方程 短时或瞬时 P E R W 两边同时除以多年平均降雨量 得 多年平均 多年平均蒸发系数和径流系
10、数 474 225 699 246000 雅鲁藏布江 820 727 1547 452616 珠江 531 529 1060 1807199 长江 234 633 867 261504 淮河 86 382 468 752443 黄河 145 380 525 549665 松花江 mm mm mm km2 径流 蒸发 降水 流域面积 河名 我国主要江河的水量平衡要素 比较松花江和珠江的气候地理特性 输入 陆地上空的降水 P 输出 陆地流出的径流 R陆面蒸发散 E P E R P陆 R陆 E陆 W陆地 5 全球陆地水量平衡方程 陆地水量平衡方程 变化量 陆地蓄水量变化量 W 6 全球海洋水量平衡方程 P E P海 R陆 E海 W海洋 输入 海洋上空的降水 P来自大陆的径流 R输出 海洋蒸发 E变化量 海洋蓄水量变化量 W 海洋水量平衡方程 R 7 全球水量平衡 陆地的水量平衡方程海洋的水量平衡方程 全球的水量平衡方程 全球多年平均的水量平衡 7 全球水量平衡 全球多年平均水量平衡表 2 1 2 3研究水量平衡的意义 有利于更深刻地认识水循环和其他水文现象 有利于揭示水循环和水文现象对自然地理环境和人类活动的影响 有利于对水资源现状作出正确的评价 为水文观测提供检验依据和改进方法 为水利工程的规划设计提供基本参数 为评价工程的可行性及实际效益提供参考
