地球上的水循环课件

地球上的水循环一、水循环基本过程（一）水循环基本过程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、下渗以及径流等五个环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。（二）水循环机理水循环服从于质量守恒定律水循环的基本动力是太阳辐射与重力作用。水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩石圈及生物圈。全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开放系统地球上的水分在交替循环过程中，总是溶解并携带着某些物质一起运动。第一节

水循环概述二、水循环的类型与层次结构（一）水循环的基本类型大循环：大循环发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程，由于广及全球，故名大循环，又称外循环。主要特点：在循环过程中，水分通过蒸发与降水两大基本环节，在空中与海洋，空中与陆地之间进行垂向交换，与此同时，又以水汽输送和径流的形式进行横向交换。小循环：小循环是指发生于海洋与大气之间，或陆地与大气之间的水分交换过程。小循环又称内部循环，前者又可称为海洋小循环，后者称陆地小循环。

（二）全球水循环系统的层次结构三、水体的更替周期水体的更替周期，是指水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需的时间，通常可用下式作近似计算：

T=W/ΔW式中，T为更替周期（年或日、时）；W为水体总贮水量（米3）；ΔW为水体年平均参与水循环的活动量（米3/年）。水体周期水体周期极地冰川10000a沼泽水5a永冻地带地下冰9700a土壤水1a世界大洋2500a河水16d高山冰川1600a大气水8d深层地下水1400a生物水12h湖泊水17a

水体的更替周期是反映水循环强度的重要指标，亦是反映水体水资源可利用率的基本参数。四、水循环的作用与效应（一）水文循环与地球圈层构造水是大气圈的有机组成部分，担当了大气循环过程的主角；水循环积极参与岩石圈中化学元素的迁移过程，为地质大循环的主要动力因素；水作为生命活动的源泉，生物有机体的组成部分，全面的参与了生物大循环，成为沟通无机界和有机界联系的纽带水循环将4大圈层串联在一起，组合成相互影响、相互制约的统一整体。（二）水循环与全球气候水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者。水循环通过对地表太阳辐射能的重新再分配，使不同纬度热量收支不平衡矛盾得到缓解。水循环的强弱及其路径，直接影响天气过程，决定气候基本特征。

（三）水循环与地貌形态及地壳运动水循环过程中的流水重新塑造了全球的地貌形态。水循环影响地壳表层内应力的平衡，是触发地震，甚至引起地壳运动的重要原因。（四）水循环与生态平衡水是生命之源，又是生物有机体的基本组成物质。水循环的强度及其时空变化，是制约一个地区生态环境平衡、影响地区内生物有机体活动主要因子。水循环强度的时空变化，是造成本区洪、涝、旱等自然灾害的主要原因。（五）水循环与水资源开发利用水资源与其它自然资源相比较主要不同点是水资源具有再生性和可以永继利用的特点。水资源的再生性和可以永继利用是有条件的。第二节水量平衡一、水量平衡概述水量平衡，是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说收支平衡。从本质上说，水量平衡是质量守恒原理在水循环过程中的具体体现。二、通用水量平衡方程基于上述水量平衡基本原理，可列出如下水量平衡方程式的通式：

写成差分形式为：

式中，I为水量收入；Q为水量支出，s为区域的蓄水量，t为时间；上式为水量平衡的基本表达式。以陆地上任一地区为研究对象，则水量平衡方程式为：

p+E1+R表+R地下

+

S1=E2+R′表+R′地下

+

q

+

s2式中s1、s2分别为时段始末蓄水量。令E

=

E2

-

E1为时段内净蒸发量；Δs=s2-s1为时段内蓄水变量，则上式可改写为（P

+

R表

+

R地下）-（E+R′表+R′地下

+

q）=Δs三、全球水量平衡方程（一）海洋水量平衡方程式如以全球海洋为研究对象，则任意时段内的水量平衡方程为：

P海+R-E海=Δs海多年平均状态下Δs海→0，所以上式改写为：

式中，P海，E海，R分别为海洋上任意时段降水量、蒸发量及入海径流量。由上式可知，在多年平均状态下，整个海洋的降水量加上入海径流量与海面水蒸发量处于动态平衡状态。（二）陆地水量平衡方程整个陆地系统的多年平均水量平衡方程为：

（三）全球水量平衡方程式将上述海洋水量平衡方程式与陆地水量平衡方程式组合一起，就构成全球水量平衡方程式：

必须指出，在水循环过程中，全球总水量不变，不等于各种水体之间相对数量亦恒定不变。四、研究水量平衡的意义通过水量平衡的研究，可以定量地揭示水循环过程与其它圈层相互联系和相互制约的关系：通过水量平衡研究，可以对区域的自然地理特征进行评价；水量平衡分析是水资源研究的基础；水量平衡研究是自然界水文过程基本规律的主要方法；水量平衡法是揭示人与环境间相互影响的方法；水量平衡方法是水资源工程正式投入运行后合理处理各部门不同用水需要，进行合理调度，科学管理，充分发挥工程效益的重要手段。第三节水循环的基本环节一、蒸发

蒸发是水由液体状态转变为气体状态的过程，亦是海洋与陆地上的水返回大气的唯一途径。蒸发是水和热量的综合反映。二、水汽扩散与输送

水汽扩散与输送是将海水、陆地水与空中水联系在一起的纽带。通过扩散运动，使得海水和陆地水源源不断地蒸发升入空中，并随气流输送到全球各地，再凝结并以降水的形式回归到海洋和陆地。所以水汽扩散和输送的方向与强度，直接影响到地区水循环系统。对于地表缺水，地面横向水交换过程比较弱的内陆地区来说，水汽扩散和输送对地区水循环过程具有特别重要的意义。三、降

水

降水是地表径流的本源，亦是地下水的主要补给来源。降水在空间分布上的不均匀与时间变化上的不稳定性又是引起洪、涝、旱灾的直接原因。

四、下渗

下渗又称入渗，是指水从地表渗入土壤和地下的运动过程。它不仅影响土壤水和地下水的动态，直接决定壤中流和地下径流的生成，而且影响河川径流的组成。

在超渗产流地区，只有当降水强度超过下渗率时才能产生径流。可见，下渗是将地表水与地下水、土壤水联系起来的纽带，是径流形成过程、水循环过程的重要环节。

五、径流

流域的降水，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流，称为径流。由降水到达地面时起，到水流流经出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。

径流是水量平衡的基本要素，它是自然地理环境中最活跃的因素。河川径流的运动变化，又直接影响着防洪、灌溉、航运和发电等工程设施。因而径流是人们最关心的水文现象。（一）径流的表示方法1.流量Q

（流量过程线表示）

指单位时间内通过某一断面的水量，常用单位为立方米/秒。2.径流总量W

指T时段内通过某一断面的总水量。常用的单位为立方米。3.径流深度R

指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以毫米为单位。4.径流模数M

是流域出口断面流量与流域面积F的比值，单位为升/秒·平方千米5.径流系数a

是某一时段的径流深度R与相应的降水深度P之比值。（二）径流的形成过程1流域降雨阶段

2流域蓄渗阶段

1）、植物截留2）、下渗

3）、填洼：当降雨强度大于下渗能力时，超出下渗强度的降雨（也称超渗雨），形成地面积水，蓄积于地面洼地，称为填洼。4）、径流3坡地汇流阶段

1）、坡面漫流：超渗雨水在坡面上呈片流、细沟流运动的现象，称坡面漫流。2）、壤中流：壤中流（表层流）主要发生在近似地面透水性较弱的土层中，它是在临时饱和带内的非毛管孔隙中侧向运动的水流。3）、地下径流：均匀透水的土壤有利于水渗透到地下水面，形成地下径流。4河网汇流阶段

各种径流成分经过坡地汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程，即河网汇流过程。1）、河岸容蓄

一部分河水补给地下水，增加两岸的地下蓄水量，这称为河岸容蓄。2）、河网容蓄

涨洪阶段，出口断面以上坡地汇入河网的总水量必然大于出口断面的流量，因河网本身可以滞蓄一部分水量，称为河网容蓄。3）、消退

当上游补给量小于出口排泄量时，流量逐渐减小，水位相应降低，涨洪时容蓄于两岸土层的水量又补充入河网，直到降水在最后排到出口断面为止。4）、河网调蓄作用

河网调蓄是对净雨量在时程上的又一次再分配，故出口断面的流量过程线比降雨过程线平缓得多。

在径流形成中通常将流域蓄渗过程，到形成地面汇流及早期的表层流过程，称为产流过程，坡地汇流与河网汇流合称为流域汇流过程或汇流过程。产流过程与汇流过程（三）影响径流的因素1、气候因素

包括降水、蒸发、气温、风、湿度等。“河流是气候的