自然界水循環(huán)

FundamentalsofHydrogeology水文地質學第一章水文循環(huán)Hydrologic-cycle本章內容1.1水循環(huán)1.2水文循環(huán)1.3水量平衡1.4水文循環(huán)的作用1.5影響水文循環(huán)的因素1.1水循環(huán)分布：大氣圈、地球表面、巖石圈、生物圈、地幔、地核中氣態(tài)：大氣圈液態(tài)：水圈固態(tài)：巖石圈大氣水、地表水、地下水地下水：地表以下巖石空隙中的水起源：起源于原始地殼形成后，整個地質時期從地球內部逸出。分類：淺部層圈水和深部層圈水(地幔約5%--7%)不包括生物圈和礦物結合水淺部層圈水13.86×108km3水循環(huán)地球上各部位、各圈層都存在水各部位的水是相互聯系、相互轉化的整體，也稱為水圈—水系統(tǒng)。自然界的水循環(huán)——各部位水的聯系與轉化水循環(huán)分為：地質循環(huán)、水文循環(huán)本章重點討論水文循環(huán)自然界水循環(huán)地質循環(huán)與水文循環(huán)關系示意圖（據阿勃拉莫夫）地殼晶質巖地幔巖巖漿源海洋沉積蓋層地質循環(huán)1－6水文循環(huán)7－10地質循環(huán)地質循環(huán)：地球淺層圈與深層圈水轉化過程。成巖作用、變質作用、風化作用4KAlSi3O8+6H2O=Al(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4K++4OH-(鉀長石)(高嶺土)(膠體)(溶液)地質循環(huán)淺層圈與深層圈轉換速度慢水分子分解與合成1.2水文循環(huán)（Hydrologic-cycle)（1）定義：大氣水、地表水、地殼巖石空隙中地下水循環(huán)（2）水文循環(huán)的劃分

◆循環(huán)路徑不同：大循環(huán)（海－陸）與小循環(huán)（海-海、陸-陸)

◆時空尺度不同：全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)、水-土-生系統(tǒng)水文循環(huán)（3）水文循環(huán)的運動規(guī)律

◆海洋的蒸發(fā)量大于降水量◆陸地的降水量大于蒸發(fā)量◆大陸輸入水汽量與輸出水汽量基本平衡水文循環(huán)示意圖水文循環(huán)尺度——全球、流域（區(qū)域）思考：水文循環(huán)發(fā)生的動力條件是什么？1.3水量平衡1.3.1通用水量平衡方程（1）水文學（水文地質學）研究的基本原理

物質不滅（能量），能量守恒定律為基本定律。（2）通用水量平衡方程：區(qū)域—段—要素I＝O＋（W1－W2）＝O±△W

其中，I：時段內輸入區(qū)域的各種水量之和

O：時段內輸出區(qū)域的各種水量之和

△W＝W1－W2：區(qū)域內時段始未的儲水量

不同區(qū)域、不同研究對象可以寫出具體水量平衡方程1.3.2幾個專業(yè)術語徑流：系指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動的水流。水系：匯注于某一干流的全部河流構成地表徑流系統(tǒng)；流域：一個水系的全部集水區(qū)域；分水線(嶺)：相鄰兩個流域之間地形最高點的連線即為分水線；流量(Q)：單位時間內通過某一斷面的水量，m3/sQ=F×V過水斷面與流速1.3.2幾個專業(yè)術語徑流總量(W)：某一T內，通過某一斷面總水量m3

；W=Q×T徑流模數(M)：單位流域面積F上平均流量，L/S·km2

徑流深度(Y)：在計算時段內總徑流量分布測站以上整個流域面積上所得到的平均水層厚度，mm；

徑流系數(α)：同一時段內流域面積上徑流深度Y與降水量X的比值；小數或百分比表示。1.3.2我國的水量平衡河流中國水系流域面積%降水量mm徑流量mm蒸發(fā)量mm外河流域太平洋56.72918391527印度洋6.51739518.6220.4北冰洋0.53357215.9141.4總計63.76896403.4492.6內河流域36.2416433.8130.2全國合計100629269.5359.5中國水系1.3.3全球水量平衡分區(qū)水量平衡要素年水量Km3年水深mm外流區(qū)降水量110000924徑流量47000395蒸發(fā)量63000529內河流域降水量9000300蒸發(fā)量9000300世界海洋降水量4580001270徑流量47000130蒸發(fā)量5050001400全球降水量5770001130蒸發(fā)量57700011301.4水文循環(huán)的作用水文循環(huán)的作用：通過循環(huán)——水的質量得以凈化，水的數量得以再生。

水資源不斷更新與再生，可以保證在其再生速度水平上的永續(xù)利用，——也是可持續(xù)發(fā)展的保證。1.氣象因素大氣圈結構大氣熱源大氣層面每分鐘接受太陽輻射能量約8.16J/cm2大氣直接吸收15%(短波)散射、反射42%到達地面43%，輻射使大氣增溫(長波)1.5影響水文循環(huán)的因素水汽地球大氣圈N278%O221%臭氧CO2水汽水汽3.5km占70%；5km占90%2000--3000km外層熱層中層平流層對流層1.5影響水文循環(huán)的因素主要氣象因素氣溫：隨時間和空間而變化，對流層內氣溫隨高度增加而減小0.5℃/100m；赤道向兩側減小。氣壓：隨高度增加壓力降低冬季大陸氣壓高于海洋，氣溫低于海洋。濕度：大氣中水汽含量

絕對濕度(m或e)

某一時刻空氣中的水汽含量g/m3

。

飽和水汽含量(M或E)：某一溫度下、空氣中容納最大水汽數量。氣溫呈露點，與溫度正相關。

露點：空氣中水汽達到飽和時氣溫。

相對濕度(r)：空氣中水汽含量的飽和程度；

r=(e/E)×100%或r=(m/M)×100%1.5因素水文循環(huán)的因素蒸發(fā)：常溫液態(tài)氣態(tài)包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)，常用水面蒸發(fā)量表征一個地區(qū)蒸發(fā)的強度。主要影響因素：氣溫：飽和差(d)=飽和水汽含量(E)-絕對濕度(e)

蒸發(fā)速度與d正相關；風速：與蒸發(fā)正相關；降水：空氣冷卻，超飽和限度水汽凝結成固態(tài)和液態(tài)降落

降水量(x)：單位時間內降落到地面的水量（mm)；降水強度：每分鐘內的降水量，暴雨＞0.5mm/分；降雨分霪雨、細雨、暴雨等；雪是固態(tài)的降水，融化后也能補給地下水

從水文循環(huán)角度看《水文地質學基礎》相關學科從水文循環(huán)角度來看，地球上水資源是個整體，研究地下水科學需要與相關學科相結合。

地質學（普通）、第四紀地質學、自然地理學、陸地水文學、《水文氣象學》等相關知識相參考。與工程應用角度

《水資源開發(fā)工程》、