第二章 水文循环与水量平衡

第二章水文循环与水量平衡第一节水文循环第二节地球上的水第三节水量的平衡第四节研究水量平衡的意义第五节人类活动对水文循环和水量平衡的影响水的奇异的物理性质(Remarkablephysicalpropertiesofwater)1)水是仅次于空气的最活跃的物质之一；2)水有三态变化，是自然界水文循环的基础；3)同其他氢化物相比，水有特别高的溶点和沸点；4)水有特别大的比热和蒸发潜热；5)水有反常的密度变化（4C时密度最大）；6)水有较大的表面张力；7)水是各种盐类很好的溶剂；8)水具有几乎不可压缩性。第一节水文循环主讲内容：水文循环现象水文循环的分类水文循环的作用与意义水文循环的影响因素我国的水文循环路径水文循环：水圈中的各种水体在太阳辐射和地心引力作用下通过不断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程。第一节水文循环1水文循环现象产生水文循环的原因第一节水文循环内因是根据，外因是条件，内因通过外因起作用第一节水文循环2水文循环的分类（1）依据水文循环的整体性与局部性水分由海洋输送到大陆，又回到海洋的循环称为大循环。水分由海洋输送到海洋，又回到海洋，叫海洋小循环。水分由陆地输送到陆地，又回到陆地，叫内陆小循环。第一节水文循环（2）依据水文循环的研究尺度大尺度水文循环——全球水文循环空间尺度最大，最完整的水文循环第一节水文循环（2）依据水文循环的研究尺度中尺度水文循环——流域或区域水文循环流域降雨径流形成过程，开放式循环系统第一节水文循环（2）依据水文循环的研究尺度小尺度水文循环——水-土-植物循环系统空间尺度最小，开放式循环系统第一节水文循环3水文循环的作用与意义形成一切水文现象、直接影响气候变化；改变地表形态，形成各种地貌，塑造地球表面；众多物质循环中最重要、最活跃的物质循环，是水资源和水能资源可再生的根本原因，使地球上生命生生不息，能千秋万代延续下去合理开发利用水资源，抗御洪旱灾难，改造自然，利用自然地球上总水量13.86亿Km3，参与循环的约57.7万Km3，占0.0416%。第一节水文循环4水文循环的影响因素各影响因素主要是通过蒸发，水汽输送，降水和径流四个环节影响水分循环的。(一)气象因素：是影响水分循环的主导因素，起着主导作用。因为在水分循环的四个环节中，有三个环节蒸发，输送，凝结降水取决于气象过程，亦地面辐射，大气环流和热量平衡。(二)下垫面因素（自然地理条件、地理位置）：通过对水分循环的蒸发和径流两个环节而影响水分循。主要有水面的大小、地下水位的高低、植被、地表坡度、岩石透水性。下垫面因素对水分循环的影响比较复杂，在人类生产活动过程中，有时需要加快某环节的速度，有时需要延缓某环节，按人类的需要去影响水分循环。(三)人类活动对水分循环的影响人类活动是通过改变下垫面因素进而影响蒸发，径流，降水三个环节而影响水分循环的。表现：调节径流(使径流均匀)、加大蒸发、增加降水。第一节水文循环5我国的水文循环路径我国水文循环系统主要有：太平洋水文循环印度洋水文循环大西洋水文循环北冰洋水文循环鄂霍次克海水文循环第二节地球上的水主讲内容：地球上水的分布地球上水的更新第二节地球上的水1地球上水的分布地球系统中水的储量(Earth’sWater)——13.86亿km3地面水(surfacewater)——136225.4万km3地下水(groundwater)——2371.65万km3大气水(atmosphericwater)——1.29万km3生物水(biologicalwater)——0.112万km3海洋水占全球水量的96.54%；地球上的淡水仅占总量的2.53%与人类生存和发展关系最为密切的河流、湖泊、沼泽储存的水量只占到全部水量的0.014%大气总水量占0.001%，这部分水量所占比例很小，但是循环更新快，是地球上可更新淡水资源的主要来源。第二节地球上的水2地球中水的更新第二节地球上的水水体通过水循环得到更新，更新所需时间：qStr流量水体的储量例：大气中的水量S为12900km3地球上一年中的降水量为57.7万km3问：循环周期是多少天？第二节地球上的水全球水量更新一次大约需要2400年13.86亿km3/(57.7万km3/year)=2400years生物水更新最快，其次是大气水和河流水第三节水量的平衡主讲内容：水量平衡原理全球水量的平衡流域水量平衡第三节水量的平衡1水量平衡原理要正确理解水量平衡方程必须掌握两个关键点:（1）计算时段（针对一定长度的时间段）（2）研究区域(针对某一空间尺度)水量平衡是水文循环遵循物质不灭定律的具体表现，水量平衡方程式实际就是水量收支平衡关系式，具体表达式为：第三节水量的平衡2全球水量的平衡时段：Pl=El+R±W大陆多年平均：Pl=El+R时段：Ps=Es-R±W海洋多年平均：Ps=Es-R全球多年平均：P=E=1130mm第三节水量的平衡3流域水量平衡非闭合流域：In:P+qiOut:q+E+Rs+Rg+qo(P+qi)－(q+E+Rs+Rg+qo)=△W闭合流域：qi=qo=0若q=0，则In:POut:E+Rs+RgP－(E+Rs+Rg)=△W令R=Rs+Rg,则P-(E+R)=△W多年平均：P=R+EqoqiRgRsqPE流域与周围区域的地下水交换第三节水量的平衡第四节研究水量平衡的意义可以定量揭示水文循环过程与全球地理环境、自然生态系统之间的相互联系、相互制约关系；揭示水文循环过程对人类社会的影响，以及人类对水文循环的消极影响和积极控制的效果。是研究水文循环系统内在结构和运行机制，分析系统内各环节之间的内在联系，揭示自然界水文过程基本规律的主要方法；人们认识各种水体的基本特征、空间分布、时间变化以及发展趋势的重要手段；对水文测验战网的布局、观测资料进行判断，并改进。是水资源研究工作的基础，是水资源现状评价与供需预测研究工作的核心。为工程规划提供基本参数，而且可以评价水利工程建设后可能产生的实际效益。水资源工程正式投入运行后，成为恰当地协调各部门用水要求，进行合理调度，科学管理，充分发挥用水效益的重要手段。人类活动直接或间接的影响了水文循环的路线以及水量平衡的各项量值，使水量平衡产生变化；同时也改变了水的物理化学性质。第五节人类活动对水文循环和水量平衡的影响主讲内容：人类生产及生活用水对水文循环的影响水利工程的影响跨流域的调水工程