水文學(xué)：第一章 地球上水的性質(zhì)與分布

1、緒 論一、水文學(xué)的研究內(nèi)容123 研究地球上水的性質(zhì)、分布、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律 研究水與地理環(huán)境之間相互關(guān)系 研究水與人類社會(huì)之間相互關(guān)系 二、水文學(xué)的研究對(duì)象12 水體是水文學(xué)的主要研究對(duì)象 水循環(huán)的研究是水文學(xué)的核心內(nèi)容 二、水文學(xué)的研究對(duì)象123 水體是水文學(xué)的主要研究對(duì)象 水循環(huán)的研究是水文學(xué)的核心內(nèi)容 水資源的開發(fā)利用和人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的反饋效應(yīng)的研究，也已成為現(xiàn)代水文學(xué)研究的重要內(nèi)容 三、水文現(xiàn)象的主要特點(diǎn)123 水循環(huán)永無止盡 水文現(xiàn)象在時(shí)間變化上既具有周期性又具有隨機(jī)性 水文現(xiàn)象在地區(qū)分布上既存在相似性，又存在特殊性 水循環(huán)過程中，水的存在和運(yùn)動(dòng)的各種形態(tài)，統(tǒng)稱為水文現(xiàn)象 四、

2、水文學(xué)課程簡介123 水文循環(huán) 水量平衡 本教材的主導(dǎo)思想 （一）教材的主導(dǎo)思想第1章 地球上水的性質(zhì)與分布 第2章 地球上的水循環(huán)第3章 陸地表面水的組成與運(yùn)動(dòng)第4章 海洋的結(jié)構(gòu)與海水運(yùn)動(dòng)第5章 地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)水及各種水體的物理、化學(xué)性質(zhì)，水及水資源的空間分布水文循環(huán)基本過程、影響因素，各要素的物理機(jī)制和分析計(jì)算方法，水量平衡原理以及水文循環(huán)的作用、效應(yīng)等。陸地表面、海洋、地下三個(gè)水文循環(huán)亞系統(tǒng)的水文循環(huán)具體過程及其理論，并闡明亞系統(tǒng)之間和亞系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。（二）本教材的組成第6章 人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)、水環(huán)境的影響第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)一、水溫

3、一個(gè)很重要的物理特性，它影響到水中生物，水體自凈和人類對(duì)水的利用。（一）海水溫度1.海水溫度的分布 1）海水溫度的水平分布 2）海水溫度的垂直分布第一章 地球上水的性質(zhì)與分布第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)2）海水溫度的垂直分布第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)2.海冰海水的冰點(diǎn)和最大密度溫度都隨鹽度的增加而降低，但降低的數(shù)值不同海水最大密度的溫度比結(jié)冰溫度低（二）湖泊、水庫水溫 1.水溫的分布第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)（二）湖泊水溫 2.湖水溫度的變化第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)（三）地下水的水溫 近地表的地下水的水溫受氣溫的影響，具有周期性變化：一般在日常溫層以上，水溫有明顯的晝夜變化；在年常溫層以上，水

4、溫具有季節(jié)性變化。在年常溫層中，地下水溫度變化很少。而在年常溫層以下，地下水溫則隨深度的增加而逐漸升高。第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)二、海水密度 海水的密度與溫度、鹽度和壓力的關(guān)系比較復(fù)雜，凡是影響海水溫度和鹽度變化的地理因素，都影響密度變化。三、水色與透明度第一節(jié) 地球上水的物理性質(zhì)第二節(jié) 地球上水的化學(xué)性質(zhì)一、天然水的化學(xué)成分二、天然水的礦化過程三、天然水的分類四、水體的化學(xué)性質(zhì)第二節(jié) 地球上水的化學(xué)性質(zhì)（一）海水的鹽度第二節(jié) 地球上水的化學(xué)性質(zhì)（二）河水化學(xué)成分的特點(diǎn)（三）湖水化學(xué)成分的特點(diǎn)（四）地下水的化學(xué)特征第三節(jié) 地球上水的分布與水資源一、地球上水的分布 3700m，2640m，3/

5、4，水的行星二、水資源涵義與特性 0.32%第三節(jié) 地球上水的分布與水資源水資源的循環(huán)再生性與其有限性時(shí)空分布的不均勻性利用的廣泛性和不可替代性 水資源的特性利與害的兩重性三、我國水資源條件和問題水資源總量不少，但人均、畝均水量較少，合理利用和保護(hù)水資源應(yīng)作為我國長期堅(jiān)持的國策。 水量的年內(nèi)、年際變化大，水旱災(zāi)害頻繁，抗旱防洪澇始終是一項(xiàng)艱巨任務(wù)利用的廣泛性和不可替代性 水土流失和泥沙淤積嚴(yán)重，破壞了生態(tài)平衡，增加了江河防洪困難，降低了水利工程效益 天然水質(zhì)相當(dāng)良好，但人為污染日趨嚴(yán)重，防止水質(zhì)惡化，保護(hù)水源已是當(dāng)務(wù)之急。水資源的地區(qū)分布很不均勻，與人口、耕地的分布不相適應(yīng)，進(jìn)行水量的地區(qū)調(diào)配

6、是水資源開發(fā)利用的重要課題。 地下水是我國重要水資源，要合理開發(fā)利用，防止過量開采第二章 地球上的水循環(huán)第一節(jié) 水循環(huán)概述一、水循環(huán)基本過程蒸發(fā)水汽輸送下滲凝結(jié)降水 水循環(huán)徑流水循環(huán)機(jī)理水循環(huán)服從于質(zhì)量守恒定律。 水循環(huán)廣及整個(gè)水圈，并深入大氣圈、巖石圈及生物圈。利用的廣泛性和不可替代性 全球水循環(huán)是閉合系統(tǒng)，但局部水循環(huán)卻是開放系統(tǒng)。太陽輻射與重力作用，是水循環(huán)的基本動(dòng)力。 地球上的水分在交替循環(huán)過程中，總是溶解并攜帶著某些物質(zhì)一起運(yùn)動(dòng)。二、水循環(huán)的類型與層次結(jié)構(gòu)1.大循環(huán)2.小循環(huán) 海洋小循環(huán) 陸地小循環(huán) 外流區(qū)小循環(huán) 內(nèi)流區(qū)小循環(huán)3.水循環(huán)的層次結(jié)構(gòu)三、水體的更替周期 是反映水循環(huán)強(qiáng)度的

7、重要指標(biāo)，亦是反映水體水資源可利用率的基本參數(shù)。水循環(huán)與水資源開發(fā)利用水循環(huán)與水文現(xiàn)象以及水文學(xué)科的發(fā)展水循環(huán)與地貌形態(tài)及地殼運(yùn)動(dòng)水循環(huán)與全球氣候 四、水循環(huán)的作用與效應(yīng)水文循環(huán)與地球圈層構(gòu)造水循環(huán)與生態(tài)平衡是大氣系統(tǒng)能量的主要傳輸、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化者使不同緯度熱量收支不平衡矛盾得到緩解 水循環(huán)與全球氣候沒有水循環(huán)就沒有各類天氣現(xiàn)象還會(huì)直接影響到各地的天氣過程，甚至可以決定地區(qū)的氣候特征水循環(huán)與水資源開發(fā)利用水循環(huán)與水文現(xiàn)象以及水文學(xué)科的發(fā)展水循環(huán)與地貌形態(tài)及地殼運(yùn)動(dòng)水循環(huán)與全球氣候 四、水循環(huán)的作用與效應(yīng)水文循環(huán)與地球圈層構(gòu)造水循環(huán)與生態(tài)平衡蒸發(fā)水汽擴(kuò)散與輸送下滲、地下徑流降水 水循環(huán)地表徑流第二

8、節(jié) 水氣輸送一、水汽輸送通量與水汽通量散度 水汽輸送通量是表示在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一單位面積的水汽量。 水汽通量散度是指單位時(shí)間匯入單位體積或從該體積輻散出的水汽量第二節(jié) 水氣輸送地理緯度的影響海陸分布的影響海拔高度與地形屏障作用的影響二、影響水汽輸送的主要因素大氣環(huán)流的影響第二節(jié) 水氣輸送水氣輸送既有大氣平均環(huán)流引起的平均輸送，又有移動(dòng)性渦動(dòng)輸送地理位置、海陸分布與地貌上總體格局，制約了全國水汽輸送的基本態(tài)勢(shì)水汽輸送場垂直分布存在明顯差異三、我國水汽輸送基本特點(diǎn)存在三個(gè)基本的水汽來源，三條輸出入路徑，并有明顯的季節(jié)變化收支為正，凈輸入量為2660.5*109米3，與全國入海徑流量很接近。從四方

9、邊界來說，水汽主要從南部和西部邊境進(jìn)入，從東界輸出。輸入的水汽量中，經(jīng)向的輸入占55.8%，緯向的輸入占44.2%；輸出情況相反。 我國上空水汽的收支特點(diǎn)第三節(jié) 降水一、降水要素降水量降水歷時(shí)降水時(shí)間降水強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于某一降水而言Text in hereText in here一場降水自始至終所經(jīng)歷的時(shí)間簡稱雨強(qiáng)，指單位時(shí)間內(nèi)的降水量降水面積二、降水特征的表示方法200520042003 降水過程線 降水累積曲線 等降水量線降水特征綜合曲線200520042003 200220012000 強(qiáng)度歷時(shí)曲線 平均深度面積曲線 雨深面積歷時(shí)曲線降水特征綜合曲線200520042003 200220012

10、000 降水特征綜合曲線200520042003 200220012000 三、面降水的計(jì)算200820072006 200520042003 算術(shù)平均值 垂直平分法 等雨量線法四、影響降水的因素200820072006 200520042003 200220012000 地形條件 森林對(duì)降水的影響 水體的影響四、影響降水的因素200820072006 200520042003 200220012000 四、影響降水的因素200820072006 200520042003 200220012000 四、影響降水的因素200820072006 200520042003 200220012000

11、五、最大可能降水量 可能最大降水的提出，主要是順應(yīng)水利工程建設(shè)的安全需要蒸發(fā)水汽擴(kuò)散與輸送下滲降水 水循環(huán)徑流一、下滲的物理過程滲潤階段滲漏階段滲透階段第四節(jié) 下滲（二）下滲水的垂直分布第四節(jié) 下滲第四節(jié) 下滲（二）下滲水的垂直分布（三）下滲要素 下滲率f 下滲能力fp 穩(wěn)定下滲率fc第四節(jié) 下滲二、下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式包氣帶：地面以下潛水面以上的地帶。也稱非飽和帶，是大氣水和地表水同地下水發(fā)生聯(lián)系并進(jìn)行水分交換的地帶 二、下滲理論與下滲經(jīng)驗(yàn)公式達(dá)西定律 Darcys Law反映水在巖土孔隙中滲流規(guī)律的實(shí)驗(yàn)定律。由法國水力學(xué)家 H.-P.-G.達(dá)西在18521855年通過大量實(shí)驗(yàn)得出。其表達(dá)

12、式為 Q=KFh/L式中Q為單位時(shí)間滲流量，F(xiàn)為過水?dāng)嗝妫琱為總水頭損失，L為滲流路徑長度，I=h/L為水力坡度，K為滲流系數(shù)。關(guān)系式表明，水在單位時(shí)間內(nèi)通過多孔介質(zhì)的滲流量與滲流路徑長度成反比，與過水?dāng)嗝婷娣e和總水頭損失成正比。下滲經(jīng)驗(yàn)公式 霍頓公式 霍爾坦公式三、影響下滲的因素三、影響下滲的因素三、影響下滲的因素蒸發(fā)水汽擴(kuò)散與輸送下滲降水 水循環(huán)徑流第五節(jié) 徑流 流域的降水，由地面與地下匯入河網(wǎng)，流出流域出口斷面的水流，稱為徑流。一、徑流的涵義及其表示方法第五節(jié) 徑流 流域的降水，由地面與地下匯入河網(wǎng)，流出流域出口斷面的水流，稱為徑流。一、徑流的涵義及其表示方法第五節(jié) 徑流 流域的降水，由

13、地面與地下匯入河網(wǎng)，流出流域出口斷面的水流，稱為徑流。一、徑流的涵義及其表示方法第五節(jié) 徑流徑流的表示方法流量徑流總量徑流深度徑流模數(shù)指將徑流總量平鋪在整個(gè)流域面積上所求得的水層深度Text in here指T時(shí)段內(nèi)通過某一斷面的總水量流域出口斷面流量與流域面積F的比值徑流系數(shù)指單位時(shí)間內(nèi)通過某一斷面的水量某一時(shí)段的徑流深度與相應(yīng)的降水深度之比值二、徑流的形成過程流域蓄滲過程坡地匯流過程河網(wǎng)匯流過程第五節(jié) 徑流二、徑流的形成過程二、徑流的形成過程流域蓄滲過程第五節(jié) 徑流 降水首先消耗于植物截留、下滲、填洼與蒸散發(fā) 流域上的降水，經(jīng)過蓄滲過程產(chǎn)生了地面徑流、壤中徑流和地下徑流 水的運(yùn)行均受制于垂向運(yùn)行機(jī)制，構(gòu)成了降雨在流域空間上的再分配，從而構(gòu)成了流域不同的產(chǎn)流機(jī)制，形成了不同徑流成分的產(chǎn)流過程。二、徑流的形成過程坡地匯流過程第五節(jié) 徑流 坡地匯流過程起著對(duì)各種徑流成分在時(shí)程上的第一次再分配作用。降雨停止后，坡地匯流仍將持續(xù)一定時(shí)間。二、徑流的形成過程河網(wǎng)匯流過程第五節(jié) 徑流 河岸容蓄 河網(wǎng)容蓄 河網(wǎng)調(diào)蓄是對(duì)凈雨量在時(shí)程上的又一次再分配，故出口斷面的流量過程線比降雨過程線平緩得多。二、徑流的形成過程二、徑流的