水文地质学基础：第一章 地球上的水及其循环

1、第一章 地球上的水及其循环 Hydrologic-cycleFundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础本章内容 1.1 地球上的水1.2 自然界的水循环1.3影响水文循环的因素1.4 我国水文循环概况3第1节 地球上的水地球上水的存在： 不仅存在于大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中，也存在于地球深部的地幔乃至地核中。 浅部层圈水与深部层圈水： 浅部层圈水：从大气圈到地壳上半部的水。包括大气水、地表水、地下水及生物体中水。特点：均以自由态H2O的形式存在，以液态为主。 ：地壳下部到下地幔中的水。深部层圈水4第1节 地球上的水-浅部层圈水5地球上浅部层圈水的分布海洋：9

2、6.5%， 冰川和永久积雪：1.74%。咸水：97.47%.淡水：2.53%, 主要是地下水：1.7%； 湖、河等：0.014%； 大气水：0.001%。直接使用的水主要来自：湖、河与地下水。第1节 地球上的水-浅部层圈水地球上的水与水资源：量的概念地球上的水及所占比例水体种类亿 km3%淡水亿 km3%海洋水13.3896.5400地表水0.24251.750.241769.0地下水0.23701.710.108330.92土壤水0.000160.0010.0001650.05大气水0.0001290.00090.0001290.04生物水0.0000110.000010.0000110.0

3、03总储量13.85981000.3503100淡水占全球水量的2.527% 冰冻积雪冰冻积雪地下水河湖水2.5%咸水 97.5%. 地球上的水与水资源：淡水淡水 地球上各部位、各层圈都存在着水 各部位的水是相互联系、相互转化的整体也称为水圈水系统 自然界的水循环 各部位水的联系与转化关系 水循环分为：地质循环，水文循环 本章重点讨论水文循环1.2 自然界的水循环 自然界水循环1.2 自然界的水循环 1.2 自然界的水循环水循环 是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗和径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。 13水文循环： 是发生

4、于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。特点：水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。 形成原因：太阳辐射和重力作用，以蒸发、降水和径流方式周而复始进行的。1.2.1 水文循环水文循环示意图环节或要素 1.2.1 水文循环 Hydrologic-cycle降水蒸发径流水汽输送入渗蒸发降水水汽输送水文循环的分类循环路径不同： 大循环：海洋与陆地之间水分交换过程 （海-陆） 小循环：陆地或海洋的局部水分交换的过程（海-海，陆-陆） 陆地小循环 外流区小循环 内流区小循环 海洋小循环时空尺度不同： 全球水文循环 流域水文循环 水-土-生系统水文循环大小水循环之间关系海洋的蒸发量

5、大于降水量 陆地的降水量大于蒸发量 大陆输入水汽量与输出水量基本平衡1.2.1 水文循环 Hydrologic-cycle水文循环的运动规律：水文循环的机理 水文循环服从质量守恒和能量守恒原理； 水文循环的基本动力是太阳能和地球引力； 水文循环的内在因素是水的特殊的物理性质，在常温常压下可以进行三种状态的相互转化； 全球水文循环是闭合系统，局部为开放系统； 水文循环过程伴随着能量的转换和其他物质的运移和聚集。1.影响气候变化 1）水文循环的强弱和路径，决定了地区气候特征； 2）水循环对能量的转换和再分配，能调节气候； 3）天气现象本身就是水文循环的产物。 2.水文循环形成各种地貌形态 1）地表

6、水体本身就是水循环的要素； 2）水循环中水流的冲刷、侵蚀、搬运、堆积作用形成各种地貌形态； 3）沉积岩的形成过程； 4）影响应力的平衡。 3.水文循环是环境的主要控制因素 1）水循环的模式、轻度及其分布，决定了一个地区的生态系统；水文循环的作用与效应2）水循环的强度和时空分布，是洪、涝、旱等自然灾害产生的主要原因。循环强度过大：易产生洪涝灾害；循环强度过小：易产生水资源不足，旱灾； 3）很多生物依赖于水分循环传输养分而得以生存和发展。 4.水文循环为人类提供了巨大的水资源和能源 1）提供了人类赖以生存和发展的可再生的水资源 通过循环水的质量得以净化、水的数量得以再生。水资源不断更新与再生，可以

7、保证在其再生速度水平上的永续利用也是可持续发展保证 ； 2）提供了巨大的能源。 水力发电：将机械能转化为电能； 热水资源：以水循环为媒介，利用地热资源。 水文循环是地球上一切水文现象产生的根源，是地球环境存在和发展最重要的影响因素。水文循环的作用与效应 六、 地质循环： 1 概念： 地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。 2 特点： 途径长、速度慢、涉及浅部与深部圈层。 3 循环方式： 上地幔软流圈对流运动时的水分循环 。 在成岩、变质和风化作用过程中水分子的分解与合成转换及分子态水进入矿物或从矿物中脱出形成再生水的转换。第三节 与水文循环有关的气象、水文因素 一、气象因素 1、气温 气温随

8、时间的变化是指一个地区气温的昼夜变化、季节变化和多年变化。 高度相同的地区，气温受纬度的控制，一般自赤道向两极由高到低。以等温线表示变化。 气温在同一地点对流层内，随高度增加而递减，一般每升高100m，气温约降低0.5。 2、气压 概念：大气压力大气的质量力施加在地表的压力。 标准状态大气压：气温为0时，纬度45海平面上的气压。 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，则造成气压在水平方向的变化。 3、湿度 湿度分为绝对湿度和相对湿度。 绝对湿度：某地区某时空气中水汽的含量。用重量或水汽分压表示。 饱和水汽含量：某温度下，空气中可容纳的最大水汽数量，可

9、用重量单位或压力单位表示。 相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。 饱和水汽含量随温度降低而减小。当绝对湿度不变时，随气温下降，相对湿度随之增高。相对湿度等于100，空气中水汽达到饱和时的气温称为露点。 4、蒸发 概念：常温下水由液态变为气态进入大气的过程称为蒸发。 水面蒸发的速度和量取决于气温、气压、湿度、风速等因素。主要决定于气温和饱和差（饱和差饱和水汽的含量绝对湿度）饱和差愈大，蒸发速度也愈大。风速是影响水面蒸发的另一重要因素。 蒸发包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发等。通常用水面蒸发量的大小表征一个地区蒸发的强度。 5、降水 概念：当空气中水汽含量达饱和状态时，水汽凝结，以液态或固态形式

10、降落到地面，这就是降水。气象部门用雨量计测定降水量。 意义：降水是水循环的主要环节之一。一个地区降水量的大小，决定了该地区水资源的丰富程度，对地下水资源的形成具有重要影响。 二、径流 径流可分为地表径流和地下径流，两者可相互转化。 径流具有系统分布的特点。汇注于某一干流的全部河流的总体构成一个地表径流系统，称为水系。 水系的集水区域称为流域。 相邻两个流域之间地形最高点的连线称分水岭。 水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流模数和径流系数等特征值说明地表径流。 流量(Q)：单位时间内通过河流断面的水量。 径流总量(W)：某时段通过某断面的总水量。 径流模数(M)：系指单位流域面积上平均产生

11、的流量。 径流深度(Y)：某时段测站以上流域面积上的平均总径流量（水层厚度）单位为mm。 径流系数()：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。表1-2 径流特征值换算关系式第四节 我国的水文循环 1、受夏威夷亚热带高压中心和蒙古寒带高压中心控制。 2、冬季，蒙古高压中心增强，盛行西北季风，天气干冷晴朗。夏季，夏威夷高压相对强盛，盛行东南风。 3、海洋的湿热气流与陆地的冷气流相遇产生降水。 四月份锋面于东南沿海，雨季开始。 六月，锋面于长江沿线，成连绵“黄梅雨”。 七、八月间，锋面推进到华北、东北南部及西部内地。 4、秋季，蒙古高压加强，秋高气爽。 5、冬季，蒙古高压强盛，形成多次寒潮。

12、 6、新疆西北部受大西洋气流控制，雨季出现于五、六月间。 7、青藏高原南部及云南高原则受西南季风及印度洋季风影响，六至九月为雨季。 8、由于季风气候的控制，旱季、雨季分明。降水集中导致水资源在时间上分配相当不均匀。 9、我国水文循环的另一重要特征就是降水在空间分布上的不均匀性。通用水量平衡方程（1）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 （2）通用水量平衡方程：区域段要素 I = O + (W1 - W2) = O + W 其中，I ：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 W =W1 -W2： 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程式 水量平衡 Water balance我国水量平衡中国水系思考并总结我国水量平衡特点 太平洋流域内流区域印度洋流域北冰洋流域中 国 水 系全球水量平衡思考并总结全球水量平衡特点 中国地下水分区原则宏观地貌单元、大地构造、气候、一级地表水系、国界、海岸线地下水系统划分导则（GWI-A5），中国地调局，20049个大区从水文循环来看，地球上的水资源是个整体，研究地下水科学需要