第1章 地球上的水及其循环

1、第一节地球上的水及地下水的起源第一节地球上的水及地下水的起源 第二节自然界的水循环第二节自然界的水循环第三节与水文循环有关的第三节与水文循环有关的气象、水文因素气象、水文因素 第四节水文循环的水量平衡第四节水文循环的水量平衡 第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环第一节地球上的水及地下水的起源第一节地球上的水及地下水的起源 地球浅部层圈水的分布地球浅部层圈水的分布据联合国教科文组织资料，转引自中国大百科全书大气科学海洋科学水文科学卷。未包括生物圈及岩石圈矿物结合水。 地球上的水从大气到地球表面至地核各个层圈都赋存有水。地球上的水从大气到地球表面至地核各个层圈都赋存有水。 即：地球浅

2、部层圈水，如大气圈、地球表面、岩石圈和生即：地球浅部层圈水，如大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中；地球深部的地幔和地核中。物圈中；地球深部的地幔和地核中。一、地球上的水一、地球上的水主要是降水和地表水等渗入地下形主要是降水和地表水等渗入地下形成成渗入水渗入水 。凝结水：凝结水：水汽凝结形成的地下水。水汽凝结形成的地下水。埋藏水：埋藏水：和沉积物同时生成或海水渗入到原生沉和沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的空隙中而形成的地下水。积物的空隙中而形成的地下水。初生水：初生水：直接由岩浆中分离出来的气体化合而成直接由岩浆中分离出来的气体化合而成的，这种水是岩浆作用的结果。的，这种水是岩浆作用的结果

3、。脱生水：脱生水：水化矿物和含有结晶水的矿物，如石膏水化矿物和含有结晶水的矿物，如石膏CaSO42H2O、芒硝、芒硝NaSO410H2O、褐铁矿、褐铁矿Fe2O33H2O，当存在环境发生变化时，如深埋地下，当存在环境发生变化时，如深埋地下后受高温高压作用，结晶水脱出来，形成自由流动后受高温高压作用，结晶水脱出来，形成自由流动的地下水。的地下水。二、地下水的起源二、地下水的起源 第二节自然界的水循环第二节自然界的水循环自然界的水循环自然界的水循环地质循环与水文循环关系示意图地质循环与水文循环关系示意图 （据阿勃拉莫夫）（据阿勃拉莫夫）水文循环水文循环地球表层圈的水（大气水、地表水和地壳岩石空隙的

4、地下地球表层圈的水（大气水、地表水和地壳岩石空隙的地下水）的分布形式水）的分布形式 （1 1）定义）定义-在太阳热力和重力的作用下，大在太阳热力和重力的作用下，大气圈、气圈、 水圈和岩石圈中的水不断相互转化的水圈和岩石圈中的水不断相互转化的过程。过程。水文循环水文循环水文循环-环节（2）产生原因产生原因内因：水体本身的性质内因：水体本身的性质外因：太阳辐射外因：太阳辐射地心吸引力地心吸引力固气液水循环的条件水循环的条件水循环的动力水循环的动力水体流动的动力水体流动的动力（3）水文循环的划分）水文循环的划分 循环路径不同：循环路径不同： 大循环（海大循环（海-陆）与小循环（海陆）与小循环（海-海

5、，陆海，陆-陆）陆） 时空尺度不同：时空尺度不同： 全球水文循环，流域水文循环，水全球水文循环，流域水文循环，水-土土-生系生系统水文循环统水文循环 （4）水文循环的运动规律）水文循环的运动规律 海洋的蒸发量海洋的蒸发量降水量降水量 陆地的降水量陆地的降水量蒸发量蒸发量 大陆输入水汽量与输出水量基本平衡大陆输入水汽量与输出水量基本平衡水文循环水文循环水文循环示意图水文循环示意图水文循环尺度水文循环尺度全球、流域（区域）、水全球、流域（区域）、水-土土-生生 降水降水 蒸发蒸发 径流径流 水汽输送水汽输送 入渗入渗 蒸发蒸发 降水降水 水汽输送水汽输送 全球水文循环全球水文循环 水文循环的作用水

6、文循环的作用通过循环通过循环水的质量得以净化、水的数量得以再生水的质量得以净化、水的数量得以再生 水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用度水平上的永续利用也是可持续发展保证也是可持续发展保证第三节与水文循环有关的气象、第三节与水文循环有关的气象、水文因素水文因素 影响水文循环的因素影响水文循环的因素（1）气象因素）气象因素 （2）自然地理条件）自然地理条件 （3）人类活动等）人类活动等 无论哪种因素如果其影响的结果是：有利于无论哪种因素如果其影响的结果是：有利于蒸发，不利于径流，就会促进内陆水文循环。蒸发，不利于径流，就会促进内陆水文

7、循环。一、主要气象因素一、主要气象因素 气温：气温：地表的热力状况随时间和空间的变化必然导致地表的热力状况随时间和空间的变化必然导致气温的相应变化。气温的相应变化。 气压：气压：由于大气的质量随高度增加而降低，因此压力由于大气的质量随高度增加而降低，因此压力也随高度增加而降低。而地表热力状况的差异，则造也随高度增加而降低。而地表热力状况的差异，则造成气压在水平方向的变化。成气压在水平方向的变化。 湿度：湿度：大气中水汽含量构成了空气湿度。水汽具有重大气中水汽含量构成了空气湿度。水汽具有重量，所以也有压力。量，所以也有压力。 蒸发：蒸发：常温下水由液态变为气态进入大气的过程常温下水由液态变为气态

8、进入大气的过程 降水降水 ：一个地区降水量的大小，决定了该地区水资一个地区降水量的大小，决定了该地区水资源的丰富程度源的丰富程度 绝对湿度绝对湿度 某一地区某一时刻空气中水汽的含量。代某一地区某一时刻空气中水汽的含量。代表符号：重量单位表符号：重量单位m，压力单位，压力单位e某一温度下，空气中可能被容纳的水汽数量称为饱和某一温度下，空气中可能被容纳的水汽数量称为饱和水汽含量（水汽含量（M或或E）。）。相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。re/E二、水文因素（径流）二、水文因素（径流） 1、河流的特征、河流的特征1）河系）河系:汇入某河干流的全部支流的总和

9、。汇入某河干流的全部支流的总和。2）流域）流域:指分水线或分水岭以内河系集水指分水线或分水岭以内河系集水面积的范围。面积的范围。3）河流的补给类型）河流的补给类型:地表水和地下水地表水和地下水2、径流及影响径流的因素、径流及影响径流的因素径流径流:一个流域内的降水除去消耗于蒸发以一个流域内的降水除去消耗于蒸发以外的全部水流。可以分为：地表径流和地外的全部水流。可以分为：地表径流和地下径流。下径流。河流的流域河流的流域I干流；干流；、一支流；一支流；1干流的分水岭；干流的分水岭；2、3一支一支流的分水岭。流的分水岭。径流的研究方法径流的研究方法径流的研究方法径流的研究方法（1）流量流量Q 单位时

10、间内通过河流某一过单位时间内通过河流某一过水断面所流出的水量，水断面所流出的水量，m3/s。Q=v*F （2）径流总量（径流总量（W）W=Q*T Q=v*FQ单位时间内通过河流某一断面的水量称为径流量，单位为（m3/s）F过水断面面积（m2）v通过该断面的平均流速（m/s）T某一时段（一般为一年）径流的研究方法径流的研究方法（ 3 ）径流模数（）径流模数（M） 指单位面积 F 上平均产生的流量 公式：M=Q/F*103 单位：L/s.km2（4 ）径流深度（）径流深度（Y) 指计算时段内的总的径流量，均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。 公式：Y=W/F 单位：mm（5）径流

11、系数（）径流系数（a） 指同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值 公式：a=Y/X （以小数或百分数表示）径流特征值换算关系径流特征值换算关系径流特征值换算关系径流特征值换算关系三、气象、水文资料的收集与整理三、气象、水文资料的收集与整理1、资料的收集由该地区气象、水文站获得2 2、资料整理分析、资料整理分析（1）平面等值线图：用于大面积范围内的小比例尺各种图件，年等降水量曲线图，年等温线图。（2）时程曲线图：以时间为横坐标，各种气象要素值为纵坐标，相互对应的曲线或柱状图。第四节水文循环的水量平衡第四节水文循环的水量平衡 一一 水量平衡水量平衡 通用水量平衡方程通用水量平衡方程（1）水文

12、学（水文地质学）研究的基本原理）水文学（水文地质学）研究的基本原理 物质不灭（质量）、能量守恒定律为基本原理物质不灭（质量）、能量守恒定律为基本原理 （2）通用水量平衡方程：）通用水量平衡方程：区域区域段段要素要素 I = O + (W1 - W2) = O + W 其中，其中，I ：时段内输入区域的各种水量之和：时段内输入区域的各种水量之和 O ：时段内输出区域的各种水量之和：时段内输出区域的各种水量之和 W =W1 -W2： 区域内时段始末的储水量区域内时段始末的储水量 不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方程式程式二我国水量平衡二我国

13、水量平衡河河 流流 流流 域域 面面 积积（ %） 降降 水水 量量（ mm） 径径 流流 量量（ mm） 蒸蒸 发发 量量（ mm） 太平洋 56.72 918 391 527 印度洋 6.51 739 518.6 220.4 北冰洋 0.53 357 215.9 141.1 外外流流河河域域 总计 63.76 896 403.4 492.6 内内 流流 河河 域域 36.24 164 33.8 130.2 全全 国国 合合 计计 1 10 00 0 6 62 29 9 2 26 69 9. .5 5 3 35 59 9. .5 5 中国水系太平洋流域太平洋流域内流区域内流区域印度洋流域印度

14、洋流域北冰洋流域北冰洋流域中中 国国 水水 系系三全球水量平衡三全球水量平衡分区分区 水量平衡要素水量平衡要素 年水量（年水量（k km3） 年水深（年水深（mm） 降水量降水量 110000110000 924 径流量径流量 4700047000 395395 外流区外流区 蒸发量蒸发量 6300063000 529529 降水量降水量 90009000 300300 内流河域内流河域 蒸发量蒸发量 90009000 300300 降水量降水量 458000458000 12701270 径流量径流量 4700047000 130130 世界海洋世界海洋 蒸发量蒸发量 505000505000 14001400 降水量降水量 577000577000 11301130 全球全球 蒸发量蒸发量 577000577000 11301130 主要原因：主要原因： 1、全球气候转暖，冰雪融水汇入海洋，使海平、全球气候转暖，冰雪融水汇入海洋，使海平面上升面上升0.7mm。 2、气候变暖使陆地蒸发加强，可使海平面上升、气候变暖使陆地蒸发加强，可使海平面上升0.2mm。 3、人类修筑山塘水库减少入海径流量，海平面下、人类修筑山塘水库减少入海径流量，海平面下降降0.1mm。4、气温升高使地下水位降低，地下水减少的储量、气温升高使地下水位降低，地下水减少的储量若汇入海洋，可使海平