流域水循环与水量平衡

1、.,水循环与水量平衡,.,水循环,.,3,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、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。,.,4,水循环机理,水循环服从质量守恒定律 循环过程保持连续性，既无开始，也无结束 水循环是物质与能量的传输、储存和转化过程 蒸发、降水：地面向大气输送热量的过程。每日全球蒸发量为长江年径流量的1.6倍，潜热交换量为1990年世界发电量的近100倍。 降水转化为地表及地下径流：势能动能,.,5,水循环机理,水循环的基本动力 太阳辐射与重力作用 水循环的前提条件：水在常温常压下液态、气态、

2、固态的三相变化 水循环的制约因素：地理纬度、海陆分布、地貌形态等制约了水循环的路径、规模与强度,.,6,水循环的类型与层次结构,.,大循环和小循环 大循环：海洋大气大陆海洋（纵向+横向） 小循环：海洋大气海洋（海洋小循环） 大陆大气大陆（内陆小循环） 水文循环的规律 海洋的蒸发量多于降水量； 大陆的降水量多于蒸发量； 大陆外流区输入水汽量与输出水量基本平衡； 大陆内流区降水量与蒸发量基本相等。,.,8,水体的更替周期,水体的更替周期 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。通常用下式来估算 式中，T为更替周期；W为水体总贮水量；W为水体年平均参与水循环的活动量 水体的更替周期

3、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。 循环速度愈快，周期愈短，可开发利用的水量就愈大。,.,水循环意义,1、调节气候； 2、塑造了地球表面； 3、形成了巨大的水利资源； 4、形成一切水文现象。,.,10,水循环与全球气候,水循环一方面受到全球气候变化的影响，另一方面它又制约了全球气候。 水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者。如果大气圈中的水汽含量减少一半，地球表面的平均气温将降低5；如果完全没有水汽，平均气温将下降16 。,温室效应： CO2、CH4和 水蒸汽,大气能量的来源,.,11,水循环与全球气候,水循环的强弱及其路径，会直接影响到各地的天气过程，甚

4、至可以决定地区的气候基本特征。在这方面，海洋环流系统的气候效应表现得最为强烈。 北大西洋暖流1月份平均气温要比同纬度亚洲与北美洲的东海岸高出1520。,.,12,水量平衡,定义 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。,S,I,Q,IQ=S,质量守恒原理,.,13,水量平衡方程,水量平衡方程式的通式 式中收入项I和支出项Q，可视具体情况进一步细分。其简繁程度与所研究的对象以及时段长短有关。 例如，对于多年平均来说，s0，可忽略不计；但对于短时段水量平衡方程式而言，蓄水变化量s不可

5、忽略 水量平衡方程式是水循环的数学表达式,IQ=ds/dt,.,14,水量平衡方程中的符号说明,P: precipitation 降水 ET: evapotranspiration 蒸散发 E: evaporation 蒸发 T: transpiration 蒸腾 R: runoff 径流 S: storage 蓄水量 F: infiltration 下渗量,.,15,海洋水量平衡方程,P海,E海,R,S海,通用方程：IQ=S,海洋水量平衡方程：P海+R E海=S海,多年平均：P海+R = E海,.,16,陆地水量平衡方程,P海,E海,R,S海,R地表,R地下,P陆,E陆,通用方程：IQ=S,

6、陆地水量平衡方程：P陆 R地表 R地下 E陆 T=S陆,S陆,T,多年平均：P陆-R = E陆,.,17,全球水量平衡方程,陆地多年平均：P陆-R = E陆,海洋多年平均：P海+R = E海,全球多年平均：P全球= E全球,E/P为多年平均蒸发系数 R/P为多年平均径流系数,.,18,区域水量平衡方程,R地表,R地下,P,E,通用方程：IQ=S,区域水量平衡方程： P陆+R地表 + R地下 R地表 R地下 E T =S,S,T,R地表,R地下, Qd,+Qr,人类活动影响,.,19,区域水量平衡方程,区域水量平衡方程： P陆+R地表 + R地下 R地表 R地下 E T =S,闭合外流流域平衡方

7、程： P陆 R地表 R地下 E T =S,闭合内流流域平衡方程： P陆 E T =S,.,20,区域水量平衡应用,.,21,研究背景,北京水资源现状 多年平均水资源37.3亿m3 近年的年平均产水量仅为22.3亿m3 年用水量为35.3亿m3 为什么缺水？,.,22,北京水资源现状,降水量 多年平均降水量584.7mm 1956-2000前期平均年降水量620.6mm 1956-2000后期平均年降水量543.6mm 2001-2009平均年降水量485.4mm,.,23,北京水资源现状,径流量 自产水资源量仅22.33亿m3，下降40.3%，地表水资源量减少到7.73亿m3 ，下降56.4%。 入境水量为3.46亿m3 ，下降78.5%。 出境水量为8.03亿m3 ，其中含污水5.6亿m3,.,24,径流变化原因,.,25,径流变化原因,以现状年（2001-2009年）和多年平均（1956-2000年）降水量、径流系数代入计算 北京市因为降水和产流异常导致径流减少量分别为3.01亿m3和6.98亿m3 近年来北京市河川径流量