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第一章地球上的水分循环和水量平衡第一节地球上的水分循环一、地球上水的分布地球的水量估计二、水分循环(thehydrologicalcycle)（一）水分循环及其成因1.水分循环的概念水圈中各种水体通过不断蒸发，水汽输送，凝结，降落，下渗，地面和地下径流的往复循环过程，如图所示，称为水分循环。水文循环贯穿整个水圈，上至10km，下至地表以下1km左右也正是水的循环运动,使得人类永续用水；生活，发电，工业。农业等。因此，研究水循环是水文学的重要内容，也是核心内容。2.水循环的基本过程整个水分循环过程包括了蒸发、降水、径流3个阶段和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流5个环节。①降水（Precipitation）：大气中水汽凝结后以液态水或固态水降落到地面的现象。如雨、雪、雾、雹、霰等。②蒸发（Evaporation）：水分子从水面、冰雪面或其它含水物质表面以水汽形式逸出的现象。包括截留蒸发、地面蒸发、叶面蒸发、水面蒸发等。③径流（Runoff）：陆地上的降水由地面和地下汇流到河流、湖库、沼泽、海洋、含水层或沙漠的水流。包括地面径流和地下径流。④渗流（Seepageflow）：水从地表渗入地下及在地下流动的现象。3.水分循环原因内因是水的“三态”变化。在一定条件下，水的气态、液态、固态可以相互转化。这使水分循环过程的转移、交换成为可能。外因是太阳辐射和地心引力。太阳辐射的热力作用为水的“三态”转化提供了条件；太阳辐射分布的不均匀性和海陆的热力性质的差异，造成空气的流动，为水汽的移动创造了条件。地心引力（重力）则促使水从高处向低处流动。从而实现了水分循环。（二）水分循环类型地球上的水分循环，根据其路径和规模的不同，可分为大循环和小循环。1．大循环海陆之间的水分交换过程，称为大循环，也称海陆间循环。它是由许多小循环组成的复杂的水分循环过程。2．小循环小循环是指水仅在局部地区（海洋或陆地）内完成的循环过程。小循环可分为海洋小循环和陆地小循环。(三)水循环周期大气中总含水量约1.29×105亿m3全球年降水总量约5.77×106亿m3大气中的水汽平均每年转化成降水44次（5.77×106亿m3/1.29×105亿m3）,即大气中的水汽每8天更新1次；全球河流总储水量约2.12×104亿m3河流年径流量约4.7×105亿m3全球的河水每年更新22次(4.7×105亿m3/2.12×104亿m3)也即河水每16天多更新一次（四）水分循环的地理意义1.水文循环与地球圈层构造2.水循环与全球气候（1）水循环是大气系统能量的传输、储存、和转化者;（2）水循环促进全球水热平衡；（3）水循环的强弱与路径影响到各地的天气过程3.水循环与地貌形态及地壳运动4.水循环与生态平衡(1)水是生命之源，是生物有机体的基本组成物质；（2）水文循环是制约一个地区生态环境平衡或失调的关键，是影响生物有机体活动旺盛、枯萎的主要因子。5.水循环与水资源开发利用水循环----水资源可再生---永续利用---水资源可持续利用（区别于“取之不尽，用之不竭”）可利用的水资源量是有限的---------必须重视水资源的合理利用与保护；只有开发利用的强度不超过水循环更新速度，并控制水污染的条件下，水才能永续利用。水资源是有限的，而水资源需求量不断增加，且水污染日趋严重，应如何解决这一矛盾？研究水文循环的目的，在于认识它的基本规律，揭示其内在联系，这对合理开发和利用水资源，抵御洪旱灾害，改造自然，利用自然都有重要的意义。6.水循环与水文现象以及水文学科的发展7.第二节水量平衡一、概述所谓水量平衡，是指任一区域(如一个流域)在任一时段（如一年）内，其收入水量与支出水量之差额等于区域内蓄水变量。wwS入出-＝w入w出式中：叫为收入水量；为支出水量；以为蓄水变量。在多水期为正值，表示蓄水量增加；在少水期为负值，表示蓄水量减少；多年平均水量即为：SSS水平衡原理示意图图A图B某一地区某一段时期内某一地区某一段时期内储水变量（增加）储水变量（减少）原有水量水量的支出水量的收入二、通用水量平衡方程取陆地上任一地区三度空间的闭合柱体，其上界为地表，下界为无水分交换的深度。任一时间内的水量平衡方程式为：11212122''PERRSERRqS若令E＝E2一E1为时段蒸发量，△S=S2-S1为时段内蓄水变量，则上式可改写为：1212()('')PRRERRqS此式即为通用水量平衡方程式。水量平衡方程式是水分循环的数学表达式，根据不同的区域可建立不同的水量平衡方程。三、全球水量平衡1.对于某一时段∆t:就全球的整个大陆，其方程为:Pc-R-Ec=∆Sc式中Pc、Po分别为大陆和海洋在时段∆t间的降水量；R流入海洋的径流量；∆Sc、∆So分别为大陆和海洋在时段∆t间的蓄水变量，等于时段末的蓄水量减时段初的蓄水量。就全球的海洋，其方程为:Po+R-Eo=∆So对于全球：Po+Pc-(Ec+Eo)=∆Sc+∆So2.对于多年平均:由于每年的∆Sc、∆So有正、有负，多年平均趋于零，故有大陆：Pc-R=Ec海洋:Po+R=Eo全球：Po+Pc=Ec+Eo即全球多年平均的降水量等于多年的蒸发量577000从全球水量平衡中可以看出，它具有如下几个特点：全球年水量平衡（1）海陆降水量之和等于海陆蒸发量之和，说明全球水量保持平衡，基本上长期不变；（2）陆地降水量中只有11％来自陆地蒸发，说明大陆气团对陆地降水的作用远远不及海洋气团的作用；（3）海洋蒸发量提供了海洋降水量的85％和陆地降水的89％，海洋是大气水分和陆地水的主要来源；；（4）海洋蒸发量大于降水量，而陆上蒸发量小于降水量，海洋和陆地水最后通过径流达到平衡；四、研究水量平衡的重要性1.通过水量平衡研究，可以对研究地区的自然地理特征做出评价。根据多年平均水量平衡方程，有式中，为多年平均蒸发系数，为多年平均径流系数，两者之和等于1。它们综合地反映了一个地区的干湿程度。干旱区蒸发系数大，径流系数小；湿润区则蒸发系数小，径流系数大。1PERPPP＝RPEP2.水量平衡分析是水资源研究的基础。通过水量平衡研究，可了解各地区的水资源总量，为水资源的开发利用提供依据。3.水量平衡法是现代水文学研究的基本理论之一。水量平衡分析，是揭示自然界水文过程基本规律的主要方法，是水文学的重要理论工具。应用举例：利用水量平衡原理，便可改变水的时空分布，化“水害”为“水利”；通过修建水库等拦蓄洪水，可以增加枯水径流；通过跨流域调水可以平衡地区间水量分布的差异；通过植树造林等能增加入渗，调节径流，调节小气候；人工降雨等活动直接影响水汽的运移和降水；4.水量平衡法是揭示人与环境间相互影响的方法之一。通过水量平衡的研究，可以定量地揭示水循环过程对人类社会的深刻影响，以及人类活动对水循环过程的消极影响和积极控制的效果。如，全球的温室效应，使冰川加剧消融，冰川蓄水量减少；陆地上许多内陆湖泊蒸发旺盛，水位下降，蓄水量减少；地下水也因蒸发和开采而使蓄水量减少。这三方面减少的水量最后汇入海洋，促使海平面上升。而修水库又可减少入海水量。5.水量平衡方法是水利工程合理规划、设计、利用的重要手段。思考题1就全球大陆，设年降水量为Pc、年蒸发量为Ec、陆地流入海洋的径流量为R、陆地蓄水量年末与年初之差为ΔS，试根据质量守恒原理列出R的计算方程。2将全球的陆地作为一个独立的单元系统，已知多年平均降水量P=119000km2,多年平均蒸发量E=72000km2。试根据水量平衡原理计算多年平均情况下每年从陆地流入海洋的径流量R为多少？3为什么我国的年降水量从东南沿海向西北内陆递减？4水资源具有可再生性的原因,是由于自然界的(____)所引起a、径流b、水循环c、蒸发d、降水5自然界中，在海陆间的水循环称为[____]a、内陆水循环b、小循环c、大循环d、水文循环6时段的长短对水量平衡计算没有影响，对吗？7水文现象的发生[]。a.完全是偶然性的b.完全是必然性的c.完全是随机性的d.既有必然性也有随机性【思考题1-8】构成水循环的五个环节是、、、和。【思考题1-9】水循环的内因是，外因是和，水循环分和两大类。【思考题1-10】地球上的所有水体，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水和大气水等，共同组成的圈层，称为——思考题【思考题1-1】就全球大陆，设年降水量为Pc、年蒸发量为Ec、陆地流入海洋的径流量（1）有利影响修建水库引水灌溉跨流域调水（2）不利影响大面积滥伐森林,温室气体排放排干湖、沼过度抽取地下水为R、陆地蓄水量年末与年初之差为ΔS，试根据质量守恒原理列出R的计算方程。答案：R=Pc-Ec-ΔS【思考题1-2】将全球的陆地作为一个独立的单元系统，已知多年平均降水量P=119000km2,多年平均蒸发量E=72000km2。试根据水量平衡原理计算多年平均情况下每年从陆地流入海洋的径流量R为多少？答案：R=P-E＝47000km2【思考题1-3】为什么我国的年降水量从东南沿海向西北内陆递减？答案：因为降水是水文循环过程中输送的水汽在适当的条件下形成的；水汽主要来自海洋的蒸发；水汽在向内陆的输送中，水汽逐渐减少；因此，降水量相应由东南向西北内陆减少。【思考题1-4】.使水资源具有可再生性的原因,是由于自然界的(____)所引起√a、径流b、水循环c、蒸发d、降水【思考题1-5】自然界中，在海陆间的水循环称为[____]a、内陆水循环b、小循环c、大循环d、水文循环√【思考题1-6】时段的长短对水量平衡计算没有影响，对吗？答：不对。时段越长，水量平衡方程中的蓄水变量相对其他各项将愈小，当时段很长时，甚至可以忽略不及。【思考题1-7】水文现象的发生[]。a.完全是偶然性的b.完全是必然性的c.完全是随机性的d.既有必然性也有随机性√【思考题1-8】构成水循环的五个环节是水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗和径流。【思考题1-9】水循环的内因是水的“三态”变化，外因是和，水循环分和两大类。太阳辐射重力大循环小循环【思考题1-10】地球上的所有水体，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水和大气水等，共同组成的圈层，称为水圈幻灯片33第三节蒸发蒸发因蒸发面的不同，可分为水面蒸发，土壤蒸发和植物散发等。其中土壤蒸发和植物散发合称为陆面蒸发，流域（区域）上各部分蒸发和散发的总和，称为流域（区域）总蒸发。幻灯片34一、蒸发的物理机制（一）水面蒸发:在充分供水条件下的蒸发。通常所指的蒸发量E，即是从蒸发面跃出的水量和返回蒸发面的水量之差值，称为有效蒸发量。单位质量的水，从液态变为气态时所吸收的热量，称为蒸发潜热，即单位质量的水从液态变为气态时所吸收的热量，以L表示，其值与蒸发面温度T有以下关系：L=2491-2.177T（J/g）在相同温度下，凝结潜热与蒸发潜热相等。幻灯片35（二）土壤蒸发土壤蒸发是发生在土壤孔隙中的水的蒸发现象土壤水受水分子之间的内聚力和土壤颗粒对水分子的吸附力的作用。幻灯片36土壤的蒸发干化过程划分为如下三个阶段：1.定常蒸发率阶段。供水充分，水通过毛管作用，输送到土壤表层，蒸发速度快，蒸发率相对稳定2.蒸发率下降阶段。土壤水降至第一临界值（相当于土壤田间持水量）土壤的供水不足，毛管水上升能力达不到表土，土壤水主要以薄膜水的形式，由水膜厚的地方向水膜薄的地方运动蒸发率逐渐减小，蒸发率明显下降。3.蒸发率微弱阶段。当土壤含水量逐步降低到第二个临界点W凋，土壤蒸发便进入蒸发率微弱阶段。在此阶段内土壤液体水供应中断，只能依靠下层水汽化向外扩散，并随汽化层的不断向下延伸，蒸发愈来愈弱。幻灯片37（三）植物散发又称植物蒸腾，其过程大致是：植物的根系从土壤中吸收水后，经由根、茎、叶柄和叶脉输送到叶面，并为叶肉细胞所吸收，其中除一小部分留在植物体内外，90％以上的水分在叶片的气腔中汽化而向大气散逸。植物对水的吸收与输送功能是在根土渗透势和散发拉力的共同作用下形成的。幻灯片38二、水面蒸发量的计算1.器测法：由于蒸发器的水热条件和天然水面不同，所以测出的蒸发