2.1 水循环及水量平衡
淡水湖水
土壤水
大气水
沼泽水
河道水
生物水
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2.1.1.2 水分循环及其模式
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2.1.1.2 水分环及其模式
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水循环的基本环节(过程、阶段)
水汽输送 蒸发散
降水
径流
蒸发散、水汽输送、降水、径流
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2.1.1.2 水分循环及其模式
流域的定义: 河流某断面以上,汇集地表水和地下水的区域(分 别称作地面集水区和地下集水区)统称为河流在该断 面以上的流域。 流域亦即分水岭 (山岭、高原、平 原或湖泊)包围的
集水区域。
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(4)流域水量平衡方程
一般流域水量平衡方程:
收入 支出 变化
(P E1R地表R地下)(E2 r地表 r地下 q)W
(6)全球海洋水量平衡方程
输入:
海洋上空的降水—P
来自大陆的径流—R
输出: 海洋蒸发—E 变化量: 海洋蓄水量变化量ΔW 海洋水量平衡方程:
P
E
R
P海 R陆E海 △ W海洋
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(7) 全球水量平衡
陆地的水量平衡方程
P 陆 - R陆 - E陆 = ΔW陆
海洋的水量平衡方程
时段:长、短 数量: 自然:降水、蒸发、径流 人为:调出或调入(开采、回注、灌溉、排水) 单位:各要素的单位:常用平均水深, mm
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(1)大气系统
PE Ain Aout ΔA
P和E分别为降水量和蒸发量; Ain和Aout分别为大气层中除降水与蒸发 以外的其他收入水量和支出水量; ΔA为大气系统中的蓄水变化量。
主要内容:
• 水量平衡?
• 可解决什么问题?
• 水量平衡方程? • 如何构建水量平衡方程?
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2.1.2.1 水量平衡原理
定义:
根据质量守恒定律,在水分循环过程中,对 于任一区域在任一时段内收入的水量和支出 的水量之间的差额,必等于该时段内该区域 内蓄水量的变化量。 水量平衡即水量收支平衡。
流域通用水量平衡方程
令E=E2-E1为时段内的净蒸发量,则
P R地表 R地下 E r地表 r地下 q+ W
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非闭合流域/闭合流域: ★ 非闭合流域:
地面分水线与地下分水线在位置上不完全重 合,即地面和地下集水区不相重合。
★ 闭合流域:
流域的地面水和地下水分水线在位置上重合, 即地面和地下集水区相重合。
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水分循环的原因
(1)外因(动力条件):太阳辐射、地心引力(重力) (2)内因(水的物理性质):水的三态变化
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2.1.1.3 水分循环的类型
根据水循环的过程,分为: 1、大循环 海陆间的水分循环过程称 为水分的大循环(或外 循环)。 2、小循环 海洋与大气之间或陆地与大气之间局部地区的水 分循环过程称为水分的小循环(或内循环) 。
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2.1.1.4 水循环周期
W T= ΔW
是研究水资源的非常重要的一个 参数。如果一个水体的循环周期 短、更新速度快,其水资源的利 用率就高。
T——周期(单位---年、月、日、时) W——水体的储量(体积单位) ΔW ——单位时间参与水循环的量(体积/时间)
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Subsurface Capture
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降雨量 P
E 净蒸发量
非 闭 合 流 域 的 水 量 平 衡
工农业及 生活净用水量
q
从地面流出的水量
△W
r地表
r地下
从地下流出的水量
R地下
从地下流入的水量
地面分水线
地下分水线
P R地下 E r地表 r地下 q+ W P R地下 E R+ W
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无工农业及生活用水时
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降雨量 P
E 净蒸发量
闭 合 流 域 的 水 量 平 衡
从地面流出的水量
△W
r地表
地面分水线
地下分水线
P = E + R+△W
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闭合流域多年平均的水量平衡方程
短时或瞬时: 多年平均:
P = E + R+△W
P E R W
式中: P --该区的降水量 E2 --蒸发量和林木的蒸散量
E1—该区水汽的凝结量
R 地表 --流入该区的地表径流量 R 地下 --流入该区的地下径流量
r地表--从该区流出的地表径流量
r地下-- 从该区流出的地下径流量 q--该区内工农业及生活用水量
△W—该区蓄水量的变化
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(4)流域水量平衡方程
人为因素:调节径流、加大蒸发、增加降水等 /通过改变下垫面性质、形状来影响 水分循环
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人类活动对水循环的影响
水资源利用(工业、农业、生活、娱乐用…) 修筑水库(长江三峡) 跨流域调水(南水北调) 围湖造田(围湖造房) 填海造陆 不合理砍伐森林(水土流失…) 污染物排放…. 温室气体排放(温室效应的影响)
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(2)土壤系统
PCm Sin Sout E W
式中:
P为降雨入渗量; Cm为土壤中的凝结水; Sin为由地下水和壤中流形式进入土壤层的水; Sout为由土壤层向下渗入地下水和通过壤中流形式 流出土壤层的水; E为土壤层蒸发量; ΔW为土壤层中的蓄水量变化。
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145 86 234 531 820 474
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比较松花江和珠江的气候地理特性?
(5)全球陆地水量平衡方程
输入: 陆地上空的降水—P 输出: 陆地流出的径流—R 陆面蒸发散—E
E
R
P
变化量: 陆地蓄水量变化量—ΔW 陆地水量平衡方程:
P陆 R陆 E陆 W陆地
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水量平衡原理的定量表达式: I – A = ΔW
式中, I --研究时段内输入区域的水量 A --研究时段内输出区域的水量 ΔW --研究时段内区域储水量的变化,可正可负
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列水量平衡方程需要注意: (空间、时间和数量)
对象:全球、海洋、陆地、流域、森林、草原、农田、 湖泊、水库、任一地块等。
2.1 水循环及水量平衡
2.1.1 自然界的水循环 2.1.2 水量平衡
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2.1.1 自然界的水循环
2.1.1.1 地球上水的分布
水圈:各种水体共同组成了一个连续而不规则的围绕 地球表层的水壳,称为水圈。 空间:大气对流层顶部~深层地下水。
包括:海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等。
定义:地球表面的水体在太阳辐射的作用下被蒸发 上升至空中,被气流带动输送到各地,水汽在上升 和输送过程中,遇冷凝结以降水的形式回到地面或 水体上,再以径流的形式汇入海洋。水分这样往复 不断地转移交替的现象叫作水分循环,简称水循环 (water cycle或hydrologic cycle )。
水循环不仅是物质的循环, 也是能量的循环。
2.1.1.4 水循环周期
各种水体循环交替的周期
决定淡水补充量、水体自净能力! 更新周期较快的大气水和河流水成为人们主要的淡水来源。
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2.1.1.5 影响水循环的因素
气候因素:湿度、温度、风速、风向等/ (最主 要因素) 下垫面因素 :地理位置、地表状况、地形等 /影 响蒸发、径流
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Km3 119000 458000 72000 505000 47000
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2.1.2.3 研究水量平衡的意义
• 有利于更深刻地认识水循环和其他水文现象。 • 有利于揭示水循环和水文现象对自然地理环境 和人类活动的影响。 • 有利于对水资源现状作出正确的评价。 • 为水文观测提供检验依据和改进方法。 • 为水利工程的规划设计提供基本参数,为评价 工程的可行性及实际效益提供参考。
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2.1.2.1 水量平衡原理
可解决的问题
推求水量平衡的未知要素 →
1. 了解和预测水体水情变化的影响源及影响程度
2. 判别观测站点的分布和测量中的系统误差
3. 定量分析人类活动引起的水循环及水资源变化
4. 为水资源合理利用、时空控制与调配提供基础
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2.1.2.2 水量平衡方程 (Water Balance Equation)
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(3)地下水系统
P EG GIN GOUT ΔG
式中, α 为地下水的降水人渗补给系数; EG 为地下水上升经土壤到地面后的蒸发量; GIN 为地下流入系统的水量; GOUT 为地下流出系统的水量; ΔG 为地下的蓄水量变化。
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(4)流域水量平衡方程
水文与水资源学
Hydrology and Water Resources
任课教师:吕国安
华中农业大学 资源与环境学院 2014年
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第2章 水循环及其要素
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 水循环及水量平衡 河流和流域 降水及其特征 蒸发与蒸散发 下渗 径流