第2章水循环及水资源形成

第2章水循环及水资源形成

2.2.1地表水资源的类型与形成2.1.1地球水的储存

2.2.2地下水资源的形成与运动规律2.1.2地球水的循环2.1.3水量平衡

2.2水资源的形成2.1水的储存、循环与水量平衡总目录

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2.1水的储存、循环与水量平衡

2.1.1地球水的储存

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一、水的储存

1、水圈：

水圈指的是由地球表面所有的水构成的圈层，包括地表水、地下水及大气中的液态水、固态水和气态水。水圈的厚度只是地球表面很薄的一层,水圈内全部水体占全球面积的70.8%，海洋水为占全球总储量的96.5％。海水是水圈的主体，它在水圈中的水量最大。

2、水体组成地球总水储量中，海水、湖泊咸水和地下水的咸水占97.47%，剩下的淡水约占全球水储量的2.53％。淡水中有69.56%为固体状态，大部分存在于两极冰川与雪盖、高山冰川和永久冻土层中，难以利用；其次为地下水，占淡水总量的30.1％，主要分布在地面至深度2000m的地壳中；其余为湖泊、沼泽、河流中的淡水。（见下图）世界总水量100%海洋水96.53%陆地咸水0.94%陆地淡水2.53%世界淡水储量100%冰川68.69%地下淡水30.06%其他淡水1.25%其他淡水（占世界淡水总储量%）永冻土底冰0.86%湖泊淡水0.26%生物水0.003%河水0.006%大气水0.04%沼泽水0.03%土壤水0.05%地球上的水体组成河水仅占水体总量的0.0001518%

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2.1水的储存、循环与水量平衡

2.1.2地球水的循环总目录本章总目录

一、地球水的循环1、自然循环大循环:大气-水圈-岩石圈小循环:陆地或海洋本身的水单独进行的循环2、人为水循环受人类生产、生活的影响，径流部分主要参与自然循环，同时还参与人为循环，回归水对径流量和径流水质发生改变。（1）回归水质量状况：循环水质：区域河流或地下水污泥循环水量：江河、湖水量减少，甚至干涸，地下水位下降，径流条件发生重大改变。

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2.1水的储存、循环与水量平衡

2.1.2地球水的循环总目录本章总目录（2）不可复原水不可复原水量越大，对自然径流量影响越大，影响一系列环境与生态灾害。人为水循环对自然径流的干扰与改造直接影响水文的良性循环。人为循环示意图：海上内循环示意图蒸发降水蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾蒸发内陆循环示意图

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2.1水的储存、循环与水量平衡

2.1.3水量平衡总目录本章总目录

一、水量平衡

概念:地球上任一区域在一定时间内，进入的水量与输出的水量之差等于该区域的储水量变化(质量守恒定律)1、全球水量平衡(1)陆地Es+R=PL……(2-1)(2)海洋EH-R=PL……(2-2)(3)全球水量平衡方程E=P……(2-3)结论：全球多年平均年蒸发量等于多年平均年降水量二、水量平衡示意图

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2.2水资源的形成

2.2.1地表水资源的类型与形成总目录本章总目录

一、地表水的类型

地表水亦称陆地水，是指各种固态、液态水的总称，包括河流、冰川、湖泊和沼泽四种水体，它是人类生活用水的重要来源之一，也是水资源的主要组成部分。二、地表水的形成陆地表面的基本水源来自大气降水。从海洋上蒸发的水汽，被气流输送到陆地上空，其中一部分从陆地上空流走，形成过境气流；另一部分在陆地上空冷凝，形成固、液形态的大气降水，大气降水落到地表，除一部分被截留、蒸发和渗入地下外，其余在地表形成冰川、湖泊、沼泽和天然河流等形式的地表水，此外还有极小一部分组成了生物水。降水、径流、蒸发是决定区域水资源状态的三要素。

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2.2水资源的形成

2.2.1地表水资源的类型与形成总目录本章总目录

1、降水我国降水主要表现为时空分布的极端不均匀性降水量的年际变化程度用降水量的极值比Ka或年降水变异(变差)系数Cv值来表示。a）年降水量的极值比Ka计算公式：说明:①Ka值越大，降水量年际变化越大②Ka值越小，降量年际变化越小，降水量年际越均匀

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2.2水资源的形成

2.2.1地表水资源的类型与形成总目录本章总目录

我国年降水量变化最大的地区是华北和西北地区，丰水年与枯水年比值为3～5倍，最大可达10倍；南方湿润地区降水量的年际变化比较均匀，丰水年为枯水年的1.5～2.0倍，其中最适宜保持环境生态系统平衡的Ka值为1.2左右。b）年降水量变差系数CvⅠ）均方差σ：Ⅱ）变差系数Cv：

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2.2水资源的形成

2.2.1地表水资源的类型与形成

III）说明：

年降水量的变差系数Cv为多年年降水量均方差与平均年降水量之比，比值越大，表示年降水量的年际变化越大，反之就越小。我国南方湿润地区是全国年降水量变差系数变化最小的地区，一般在0.2以下，但东南沿南海某些经常遭受台风袭击的地区，由于受台风暴雨的影响，Cv值一般在0.25以上，淮河流域、黄河流域及华北地区，变差系数值介于0.25～0.35之间，东北的东部为0.20～0.25之间，西部为0.25～0.30之间，我国西北大部分地区值在0.40以上。总目录本章总目录

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2.2.1地表水资源的类型与形成总目录本章总目录

2、径流

1)概念：流域上的降水，除去损失后，经由地面和地下途径汇入河网，形成流域出口断面的水流，称为河流径流，简称径流。径流形成过程:降雨过程扣除损失蓄渗过程坡地漫流集流过程2)径流的分类:a、按空间的存在方式分:地表径流与地下径流b、按形成水源的条件:降雨径流、雪融水径流和冰融水径流表征径流的特征值:流量Q、径流总量Wt、径流模数M、径流深度Rt、径流系数α。

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2.2.1地表水资源的类型与形成总目录本章总目录

3)河流径流的补给来源：(1)雨水补给产生雨水补给的条件:降雨强度大于土壤入渗强度时产生地表径流，此类河流受降水年际和年内分配影响明显。(2)地下水补给地下水补给是经过地下水的调节作用后再对河川径流的补给，可以使河川径流的水情和季节分配发生了重要的变化。我国冬季降水稀少，这时河流几乎全靠地下水补给，占河流径流总量的25-30％。(3)冰川、融雪水补给流域表面的积雪、冰川，至次年春季随着气候转暖而融化成水，补给河流而形成春汛。此种补给类型在全国所占比重不大，水量有限，但主要发生在春季，这时正是农业生产上需水的季节，这对北方地区春季农业用水有着重要的意义(只占河流径流总量的1.9%）。

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2.2.1地表水资源的类型与形成总目录本章总目录

（4）湖泊、沼泽水补给

有些湖泊是河流的源头，有些湖泊与河流相通，深度较大，对河流水量起调节作用。沼泽水补给，对河流水量的调节作用不明显，补给的水量也比较小。3、蒸发概念:液体或固态水转化为气态水，并逸入大气的过程。可分为水面蒸发和陆面蒸发。水面蒸发主要反映当地的大气蒸发能力，与当地降水量的大小关系不大，主要影响因素是气温、湿度、日照、辐射、风速等。陆面蒸发主要是指某一地区和流域内河流、湖泊、塘坝、沼泽等水体蒸发、土壤蒸发以及植物蒸腾量的总和。对于闭合流域:陆面蒸发量＝流域平均降水深－流域平均径流深。因此路面蒸发受降雨与蒸发条件的制约。

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2.2水资源的形成

2.2.1地表水资源的类型与形成总目录本章总目录

干旱指数γ:是衡量一个地区降水量的多与寡、进行水资源分析的一个重要参数。

干旱指数γ表示某一特定地区的湿润和干旱程度。γ值大于1.0，表明蒸发量大于降水量，该地区的气候偏于干旱，γ值越大，干旱程度就越严重。干旱指数在地区上的变化范围很大，干旱指数的地区分布与年降水量、年径流深的分带性有密切的关系。

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2.2水资源的形成

2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录

一、地下水的形成

概念：埋藏在地表以下空隙中的水称之为地下水。1、岩石中水的形式

(1)结合水：包括吸着水和薄膜水。都是受颗粒表面的静电引力作用而被吸附在颗粒表面，它们的含量主要取决于岩石颗粒的表面积大小，岩石颗粒越细，其颗粒表面的总面积就越大，结合水的含量也越多；颗粒粗时，则相反，不能取出、也不能利用。(2)毛细水：是储存于地下水位以上岩石的毛细管孔隙和细小裂隙之中，基本上不受岩石颗粒表面静电引力的作用的水。属于半自由水，毛细管水只能进行垂直运动，可以传递静水压力。

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2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录

（3）重力水：当薄膜水的厚度不断增大时，岩石颗粒表面静电引力逐渐减弱，当引力不能支撑水的重量时，液态水在重力作用下就会向下运动。当岩石的全部空隙为水饱和时，其中能在重力作用下自由运动的水都是重力水。重力水只受重力作用的影响，可以传递静水压力，有冲刷、侵蚀作用，能溶解岩石。（4）气态水：以水蒸气状态存在于末饱和的岩石空隙中的水。气态水本身不能直接开采利用，也不能被植物所吸收。（5）固态水：当岩石的温度低于水的冰点时，储存于岩石空隙中的水便冻结成冰，而成为固态水。在我国北方地区的冬季，在地表以下一定深度内形成冻土层，分布着季节性固态水，在少数寒冷地区地下水会终年以固态的形式存在。

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2.2水资源的形成

2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录

2、含水层与隔水层（二者的划分是相对的）(1)含水层:是指能够透过并给出相当数量水的岩层。(2)隔水层:是指不具透水和给水能力的岩层。1)形成含水层的基本条件

①岩层要具有容纳重力水的空隙，能储存并给出地下水。②具有储存和聚集地下水的地质条件:岩层下有隔水层，使水不能向下漏失，水平方向有隔水层阻挡以免全部流空。③具有充足的补给水源：自由出入空间、适当地质条件和充足的补给水源

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2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录

2)含水层的类型

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2.2水资源的形成

2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录

2、地下水的类型按地下水的埋藏条件可把地下水分为三大类：上层滞水、潜水、承压水。

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2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录

（1）上层滞水A、包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。B、其含水层厚度不大，只形成暂时性积水。C、因为补给完全靠大气降水和地表水补给，因此水量受季节性影响非常明显，有时甚至完全被蒸发掉。应用:因此当隔水层范围小时，干旱季节干枯无水，只有隔水层范围大时才可以做小型水源，但因接近地表，容易被污染。（2）潜水饱水带中第一个具有自由表面的水带。特征:A、具有自由表面B、由高水位向低水位流动

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2.2水资源的形成

2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录C、分布区与补给区一致(通过包气带与地表相连)

D、水位、流量、化学成分随地区、时间不同而不同。

应用:分布范围广、补给来源广(地表河流、大气降水、凝结水等)，含量丰富，埋藏浅、易开采；但因含水层之上无连续隔水层分布，故水体易污染和蒸发。（3）承压水充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。特征：A、有稳定的隔水顶板存在，无自由水面，水体承重静水压力(与有压管道水流相似)。B、埋藏区与补给区不一致。C、较深，受水文气象、人为因素、季节因素影响小，是理想的水源。D、补给:外露地表时主要靠降水、地表水、上部潜水渗流补给。

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2.2水资源的形成

2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录3、地下水类型的概念地面以下土层可以分为包气带和饱水带。包气带土层中含有空气，没有被水充满，其中含的水叫做土壤水；饱水带土壤空隙被水充满，含水量达到饱和，饱水带中的水即为地下水。

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2.2水资源的形成

2.2.2地下水资源的形成与运动规律总目录本章总目录4、地下水循环(1)含水层和含水系统通过补给，从外界获取水量，径流过程中水由补给水输送到排泄水，然后向外界排出，这种补给、径流、排泄无限重复进行，构成了地下水循环。补给:含水层从外界获取水量的过程。补给来源:大气降水、地表渗水、凝结水(大气、土壤中水汽的凝结)、人工补给。径流:地下水在岩石空隙中流动过程称为径流.(在重力作用下由高水位向低水位流动)排泄:含水层失去水量的过程叫排泄。排泄的方式:泉、河流、蒸发、人工排泄